集裝箱運(yùn)輸作為一種具有運(yùn)輸效率高、 經(jīng)濟(jì)效益高、 服務(wù)質(zhì)量高等特點(diǎn)的運(yùn)輸方式， 發(fā)展迅速。 輪胎式集裝箱門(mén)式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)“RTG”）是集裝箱碼頭堆場(chǎng)裝卸的主要設(shè)備， 具有可靈活轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)、堆場(chǎng)利用率高、工程投資少等特點(diǎn)，因而被廣泛采用。 目前世界上在用的 7 500 多臺(tái)專(zhuān)業(yè)化集裝箱門(mén)式起重機(jī)中，RTG 占到 90%以上。

但是，由于 RTG 由柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)，工作模式多為間歇式，空耗時(shí)間長(zhǎng)，且經(jīng)過(guò)熱能、機(jī)械能多種能量轉(zhuǎn)換才變成電能，能量轉(zhuǎn)換效率低，設(shè)備能耗大，費(fèi)用成本相對(duì)較高。 而且柴油機(jī)工作造成氣體排放、噪聲、廢油水泄漏，均對(duì)港口形成較大的污染。 這既不符合國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求， 同時(shí)也增加了企業(yè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的成本。 特別是隨著當(dāng)前國(guó)際能源供應(yīng)日趨緊張，柴油價(jià)格不斷升高，采用廉價(jià)、清潔的市電驅(qū)動(dòng)的輪胎式集裝箱門(mén)式起重機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)“ERTG”）便提到議事日程上來(lái)，國(guó)內(nèi)青島港、上海港、深圳鹽田國(guó)際、蛇口招商港務(wù)、蘇州現(xiàn)代貨箱等均已成功對(duì)部分 RTG 進(jìn)行了“油改電”改造，以降低 RTG 裝卸、作業(yè)能耗成本。

一、 RTG 油改電技術(shù)方案

RTG 油改電 的 工 作 原 理： 保留內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)RTG 原有各項(xiàng)功能的條件下， 作業(yè)時(shí)能源供給方式由柴油發(fā)電機(jī)組改為市電供給，以驅(qū)動(dòng) RTG 上的各交流變頻電動(dòng)機(jī)；將原內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng) RTG 的機(jī)載大功率柴油發(fā)電機(jī)組（約 700kVA）減少至小功率柴油機(jī)組（約 80kW），其柴油發(fā)電機(jī)組主要提供ERTG轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)，或在轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)和電網(wǎng)故障時(shí)進(jìn)行應(yīng)急操作。

1． ERTG 供電方案

根據(jù)供電方式的不同，ERTG 可 分 為 電 纜 轉(zhuǎn)盤(pán)、安全滑觸線(xiàn)、高空架線(xiàn) 3 種方案。

（1） 電纜轉(zhuǎn)盤(pán)方案

電纜卷盤(pán)方案由電纜卷盤(pán)、 控制系統(tǒng)、 導(dǎo)纜架、供電電纜、電纜插頭、地面接線(xiàn)箱等各部件組成。

當(dāng) ERTG 沿堆場(chǎng)跑道行走時(shí)， 由電纜卷盤(pán)的控制系統(tǒng)根據(jù) ERTG 行走時(shí)供電電纜上的張力，通過(guò)變頻控制來(lái)調(diào)節(jié)電纜卷盤(pán)的收放速度， 使之與 ERTG 的行走速度相匹配， 以保證供電電纜的安全。 電纜端部通過(guò)快速插頭與地面接線(xiàn)箱連接獲得市電。

當(dāng) ERTG 需進(jìn)行轉(zhuǎn)場(chǎng)操作時(shí)， 首先應(yīng)關(guān)閉地面接線(xiàn)箱內(nèi)的安全開(kāi)關(guān)，切斷 ERTG 與市電連接，然后再拔下與市電連接的插頭， 這樣才能保證電纜插頭的插拔操作均在無(wú)電的情況下安全完成。

隨后 ERTG 的供電模式轉(zhuǎn)換至機(jī)載柴油機(jī)供電，同時(shí)可使用微動(dòng)功能將卷盤(pán)電纜人工回收到位，即可同普通 RTG 一樣進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)場(chǎng)操作。

（2） 安全滑觸線(xiàn)方案（也稱(chēng)低架滑觸線(xiàn)）

ERTG 安全滑觸線(xiàn)方案由滑觸線(xiàn)饋電裝 置、集電小車(chē)柔性牽引聯(lián)接裝置、 供電電纜快速連接裝置、 安全警報(bào)預(yù)警檢測(cè)裝置以及轉(zhuǎn)場(chǎng)用小型柴油發(fā)電機(jī)共同組成。

滑觸線(xiàn)饋電裝置內(nèi)設(shè)輸電導(dǎo)軌， 依靠滑動(dòng)接觸方式，向 ERTG 提供電能輸電裝置。 滑接輸電導(dǎo)線(xiàn)或?qū)Ч艿墓╇姸伺c城市電網(wǎng)相接， 通過(guò)與輸電導(dǎo)軌滑動(dòng)接觸的集電刷可以將電網(wǎng)電流引入有軌導(dǎo)向集電小車(chē)， *后通過(guò)有軌導(dǎo)向集電小車(chē)電纜與 ERTG 配電柜電源輸入端的接通將電網(wǎng)電源引入 ERTG，集電小車(chē)沿軌道與 ERTG 移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電。

當(dāng) ERTG 需轉(zhuǎn)場(chǎng)到另一箱區(qū)作業(yè)時(shí)， 應(yīng)首先拔下快速插頭切斷集電小車(chē)電纜與 RTG 的聯(lián)系，然后將集電小車(chē)柔性牽引聯(lián)接裝置與 ERTG 分離，同時(shí)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入自備電源檔，將 ERTG 的動(dòng)力供給由電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為自備小功率柴油機(jī)組供電，實(shí)現(xiàn) ERTG 轉(zhuǎn)場(chǎng)操作，轉(zhuǎn)場(chǎng)到位后，關(guān)閉自備柴油機(jī)組， 插上快速插頭可將動(dòng)力重新切換為滑觸線(xiàn)供電， 集電小車(chē)柔性牽引聯(lián)接裝置也應(yīng)與ERTG 再次連接上。

（3） 高空架線(xiàn)方案

ERTG 高空架線(xiàn)方案由滑觸線(xiàn)饋電系統(tǒng) 、ERTG 取電裝置、安全警報(bào)預(yù)警檢測(cè)裝置以及 80～100KW 轉(zhuǎn)場(chǎng)用小型柴油發(fā)電機(jī)共同組成。 滑觸線(xiàn)架設(shè)高度一般高于 32m （比 ERTG 的*高點(diǎn)高約2.5m）。

滑觸線(xiàn)饋電系統(tǒng)由塔架、銅滑線(xiàn)、銅滑線(xiàn)張緊裝置、吊架、拉索、張緊裝置、防雷線(xiàn)等共同組成。銅滑線(xiàn)的供電端與城市電網(wǎng)相接， 向 ERTG 提供滿(mǎn)足工作要求的電源。ERTG 向銅滑線(xiàn)的取電由受電裝置完成， 目前高架滑觸線(xiàn) ERTG 受電裝置有兩個(gè)方案可供選擇， 一是采用類(lèi)似于城市電車(chē)的“取電桿”，二是采用類(lèi)似于城市輕軌的“受電弓”。

當(dāng) ERTG 需橫向轉(zhuǎn)場(chǎng)到另一箱區(qū)作業(yè)時(shí)，應(yīng)首先停車(chē)、切斷機(jī)上電源，然后將 ERTG 的受電裝置與銅滑線(xiàn)脫離聯(lián)系， 再將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入自備電源檔， 將 ERTG 的動(dòng)力供給由電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為自備小功率柴油機(jī)組供電，實(shí)現(xiàn) ERTG 轉(zhuǎn)場(chǎng)操作，轉(zhuǎn)場(chǎng)到位后，關(guān)閉自備柴油機(jī)組，*后將 RTG 的受電裝置重新與銅滑線(xiàn)相接， 切換電源使 ERTG 動(dòng)力重新切換為銅滑線(xiàn)供電。

2. ERTG 3 種上機(jī)供電方案比較分析

高空架線(xiàn)、低架滑觸線(xiàn)、電纜卷盤(pán) 3 種上機(jī)供電方式各有優(yōu)劣，其比較詳見(jiàn)附表。

通過(guò)比較分析，3 種上機(jī)供電方案都有其各自的特點(diǎn)， 比較而言， 電纜卷盤(pán)方案具有技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)小、可靠性高、后期維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是目前正在推廣的一種形式。

二、 電纜卷盤(pán)“油改電”技術(shù)應(yīng)用

1． 改造工程內(nèi)容

根據(jù)太倉(cāng)港二期工程“油改電”基本思路：將RTG 改為電力驅(qū)動(dòng)的 ERTG， 利用市電通過(guò)電纜卷盤(pán)對(duì)移動(dòng)設(shè)備供電，同時(shí)堆場(chǎng)箱位和 RTG 作業(yè)布置形式等維持原狀。

場(chǎng)地的改造僅在局部區(qū)域增加專(zhuān)用變電所和設(shè)置 ERTG 電源插座， 即在兩條集裝箱堆箱區(qū)之間設(shè)置 1 個(gè)電源插座， 該插座可同時(shí)提供 4 臺(tái)ERTG 電源，保證了每條堆場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn) 2 臺(tái) ERTG作業(yè)。

改造工程重點(diǎn)包括 3 部分內(nèi)容， 分別為供電工程、設(shè)備改造工程、場(chǎng)地改造工程。

（1） 供電工程

供電系統(tǒng)的改造，是改造工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)，其總費(fèi)用約占總投資的 40%， 主要包括在場(chǎng)地敷設(shè)供 ERTG 作 業(yè) 的 電 纜、 插 座 箱， 建 造 專(zhuān) 用 的

ERTG 電源變電所。

港 區(qū) 內(nèi) 新 建 3 座 10kV 專(zhuān) 用 變 電 所(＃5、＃6、＃7ERTG 變電所),改造 1 座 10kV 變電所（＃3 變電所），增加供電容量，為堆場(chǎng)內(nèi) ERTG 供電。 新建箱式變電站 1 座，設(shè)置在 RTG 維修場(chǎng)地邊綠化場(chǎng)地中。 考慮供電距離的要求， 變電所供電距離和范圍，不能超過(guò) 300m。

堆場(chǎng)兩端 ERTG 跑道的非行車(chē)道側(cè)設(shè) 1 個(gè)雙聯(lián)插座箱，滿(mǎn)足 2 臺(tái) ERTG 同時(shí)作業(yè)的要求，堆場(chǎng)中間的 ERTG 跑道的非行車(chē)道側(cè)設(shè) 1 個(gè)四聯(lián)插座箱，共滿(mǎn)足 4 臺(tái) ERTG 同時(shí)作業(yè)的要求。 每路插座箱由專(zhuān)用 ERTG 變電所分別提供 690V 電源。

（2） 設(shè)備改造工程

設(shè)備改造工程包括以下 4 部分內(nèi)容：改進(jìn)原振華港機(jī)（ZPMC）設(shè)計(jì)的卷盤(pán)控制系統(tǒng)，采用和原主控制系統(tǒng)相同的富士電控系統(tǒng)，提高整個(gè)控制系統(tǒng)的兼容性，降低維修和備件成本；卷盤(pán)控制系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)采用光纖通訊， 減少了控制電纜敷設(shè)施工量，降低故障率。

增加收放纜保護(hù)功能，完善控制程序，設(shè)置了限位保護(hù)功能，在電纜收到位后自動(dòng)斷電，保護(hù)電纜和導(dǎo)向架。 對(duì)卷盤(pán)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使電纜收放平穩(wěn)。

因 PLC、變頻器、電控屏、儀表等設(shè)備很精密，對(duì)工作環(huán)境中溫度、濕度等要求很高，考慮在卷盤(pán)平臺(tái)上設(shè)立獨(dú)立空調(diào)電氣控制房， 放置控制系統(tǒng)和電源切換裝置，保證了設(shè)備良好的使用環(huán)境，延長(zhǎng)電控設(shè)備的使用壽命，減少故障率。

（3） 場(chǎng)地改造工程

根據(jù)港區(qū) ERTG 作業(yè)方式， 電源插座分別布置在縱二路和縱四路兩側(cè)，縱二路、縱四路開(kāi)設(shè)電纜槽，埋管敷設(shè)動(dòng)力電纜，兩側(cè)布置電源插座箱。根據(jù)供電工程改造方案， 港區(qū)內(nèi)需新增 3 座專(zhuān)用變電所。

2． 關(guān)鍵技術(shù)及**

（1） 供電電壓選取

RTG“油改電”改工程中，改變了以往 460V 的常規(guī)電壓等級(jí)，采用供電電壓為 690V，電壓的升高導(dǎo)致電纜規(guī)格的減少，減少改造投資，同時(shí)因?yàn)镋RTG 隨機(jī)電纜規(guī)格的減少， 可以相應(yīng)增加了電纜的長(zhǎng)度， 保證了設(shè)備作業(yè)的范圍； 通過(guò)計(jì)算分析，得出電纜長(zhǎng)度不應(yīng)該超過(guò) 300 米，以保證電壓降＜5%的要求。

（2） 動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)

在變電所低壓母線(xiàn)上采取集中補(bǔ)償?shù)霓k法，投切開(kāi)關(guān)為可控硅（晶閘管）模塊，快速的投切在20ms 以?xún)?nèi)，無(wú)需電容器放電等待時(shí)間即可重復(fù)響應(yīng)，采用任意編碼方式，要求投切精度<5%；實(shí)現(xiàn)了在*小電流投切， *大狀態(tài)滿(mǎn)足并且保證平衡補(bǔ)償和不平衡補(bǔ)償一體； 可以達(dá)到功率因數(shù) 0.90及以上，可達(dá) 4 組濾波通道進(jìn)行治理，諧波治理達(dá)到國(guó)家要求規(guī)范。

（3） 碼頭插座箱

研制了適合碼頭快速插拔的插座箱， 生產(chǎn)出了****套 690V 電源插座、插頭，插座的插孔采用雙螺旋漲緊技術(shù)，已經(jīng)申請(qǐng)了國(guó)家**；單聯(lián)插座箱、 雙聯(lián)插座箱、 四聯(lián)插座箱均得到了國(guó)家3C 認(rèn)證，其中四聯(lián)插座箱為國(guó)內(nèi)外首臺(tái)，該系列插座箱同時(shí)具備機(jī)械、電氣連鎖，增加插座箱散熱系統(tǒng)，設(shè)置了安全警示指示燈。

（4） 電纜卷盤(pán)房平臺(tái)抖動(dòng)問(wèn)題處理

針對(duì)電纜卷盤(pán)房平臺(tái)抖動(dòng)問(wèn)題， 利 用 富 士PLC 指令模塊， 將 ERTG 大車(chē)對(duì)電纜卷盤(pán)不必要的瞬時(shí)加減速變化率進(jìn)行過(guò)濾， 有效屏蔽電纜力矩在短時(shí)間內(nèi)突加或突減的變化， 達(dá)到平滑力矩曲線(xiàn)的目的，較好地改善了電纜卷盤(pán)房的抖動(dòng)，解決了平臺(tái)的共振問(wèn)題，也保護(hù)了電纜，降低了電纜卷盤(pán)部位的故障發(fā)生率， 提高了整機(jī)安全性和作業(yè)效率。

（5） 靈活的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

采用靈活的軸承系統(tǒng)，保證了電纜設(shè)備在 180°范圍內(nèi)自由運(yùn)行，利用設(shè)備的 PLC 控制系統(tǒng)，安全實(shí)現(xiàn)了設(shè)備通過(guò)插座箱而非人工的轉(zhuǎn)向功能。

三、 RTG 油改電技術(shù)成效

1． 有效節(jié)約能源

改造后的 ERTG 與 RTG 相比，單位標(biāo)箱能耗指標(biāo)顯著降低，根據(jù)太倉(cāng)港“油改電”工程測(cè)算，改造 前 RTG 每 標(biāo) 箱 耗 油 量 為 2.1L （折 合 標(biāo) 準(zhǔn) 煤2.63KG），而 ERTG 每標(biāo)箱耗電量為 3.1KWH（折合標(biāo)準(zhǔn)煤 1.25KG），標(biāo)準(zhǔn)煤節(jié)能率達(dá) 52.5%，大大節(jié)約了有限的****能源。

2. 減少污染排放

ERTG 僅在設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)用柴油發(fā)電機(jī)組，其余時(shí)間都使用市電，減少了廢氣排放，減少了環(huán)境污染。 經(jīng)測(cè)算，按照每年 100 萬(wàn)標(biāo)箱的作業(yè)能力，每標(biāo)箱耗油 2.1L 計(jì)算，CO、HC、 NOx、PM 等污染物排放量減少約 90%，二氧化碳排放量減少約 57%。

3. 降低運(yùn)營(yíng)成本

仍以太倉(cāng)港二期工程為例， 按每公升柴油為 4.87 元（2008年平均單價(jià)），則 RTG 每標(biāo)箱成本為 11.201 元/TEU；按每度電0.748 元計(jì)算， 則改造后的 ERTG 每標(biāo)箱成本為 2.32 元/TEU；改 造 后， 每標(biāo)箱實(shí)際成本節(jié)約 7.91 元， 成本下降幅度達(dá) 到77%。 如按每年 100 萬(wàn)標(biāo)箱吞吐量計(jì)算，全年共可節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本 791 萬(wàn)元。

4. 改善操作環(huán)境

市電電網(wǎng)較柴油發(fā)電機(jī)組更穩(wěn)定，電壓波動(dòng)小，運(yùn)行故障較低，使得 ERTG 操作性得到提高。 改造后的 RTG 在作業(yè)中噪音和振動(dòng)較小，大大改善了操作和堆場(chǎng)人員的工作環(huán)境，提高了工作舒適度，使作業(yè)環(huán)境更加人性化。

5. 提高作業(yè)效率

市電驅(qū)動(dòng)的設(shè)備與柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)的設(shè)備相比， 在啟動(dòng)、關(guān)閉等環(huán)節(jié)上，操作程序更加簡(jiǎn)化，不易產(chǎn)生誤操作，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 同時(shí)，在作業(yè)過(guò)程中，電動(dòng)設(shè)備的操控在平穩(wěn)度和靈敏度上均有提高，使得操作更便捷、準(zhǔn)確，有利于提高設(shè)備的作業(yè)效率。