樓桂龍

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球使用的 6 500多臺(tái)集裝箱門式起重機(jī)中，輪胎式龍門吊（以下簡稱“輪胎吊”）占 90%以上，是集裝箱碼頭堆場的主力設(shè)備，具有轉(zhuǎn)場作業(yè)靈活、工程投資小等優(yōu)點(diǎn)，廣受港口碼頭的青睞；但是，輪胎吊存在能量轉(zhuǎn)換效率低、單位能耗大、使用成本高等缺點(diǎn)，且柴油機(jī)易產(chǎn)生廢氣、廢油、噪聲等，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

近年來，隨著輪胎吊“油改電”技術(shù)的實(shí)施，傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊改用清潔、可靠的電力驅(qū)動(dòng)，這是對(duì)傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊驅(qū)動(dòng)方式的一項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新。寧波梅山島國際集裝箱碼頭有限公司率先在寧波-舟山港大規(guī)模使用電纜卷盤式輪胎吊，不僅節(jié)約能源，降低運(yùn)營成本，而且減少污染排放，改善作業(yè)環(huán)境，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 “油改電”輪胎吊供電方式

目前，“油改電”輪胎吊供電方式主要有高架滑觸線供電系統(tǒng)、低架滑觸線供電系統(tǒng)以及電纜卷盤供電系統(tǒng)，三者自身要求和技術(shù)難點(diǎn)不盡相同，相互很難替代。“油改電”輪胎吊供電技術(shù)方案的選取，既要考慮設(shè)備施工周期和施工費(fèi)用，又要結(jié)合梅山港區(qū)處于雷暴區(qū)的實(shí)際情況，從而確保輪胎吊在雷暴、臺(tái)風(fēng)天氣下安全可靠。

經(jīng)過對(duì)國內(nèi)集裝箱碼頭“油改電”輪胎吊供電方式的考察，發(fā)現(xiàn)滑觸線供電系統(tǒng)有以下不足：（1）高架滑觸線供電系統(tǒng)的防雷、防風(fēng)問題存在很大安全隱患；（2）滑觸線及碳刷的維護(hù)費(fèi)用較高；（3）低架滑觸線較高架滑觸線安全，但過場時(shí)需要人工操作，導(dǎo)致作業(yè)效率降低；（4）高架滑觸線供電系統(tǒng)和低架滑觸線供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)投資較大且施工周期較長。

經(jīng)過充分調(diào)研、論證，電纜卷盤供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）防風(fēng)、防雷安全系數(shù)高；（2）供電穩(wěn)定；（3）日常維護(hù)費(fèi)用低；（4）過場時(shí)無須人工操作，作業(yè)效率較高；（5）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為簡單，改造費(fèi)用遠(yuǎn)低于滑觸線供電系統(tǒng)。

2 “油改電”輪胎吊電纜卷盤供電系統(tǒng)構(gòu)成

電纜卷盤供電系統(tǒng)工作原理如下：（1）在輪胎吊門架上安裝電纜卷盤；（2）將電纜卷繞在卷盤上，電纜一端連接輪胎吊并形成整體供電回路，另一端沿輪胎吊行走軌道連接箱區(qū)地面供電箱；（3）當(dāng)輪胎吊行走時(shí)，電纜卷盤自動(dòng)收放電纜；（4）當(dāng)輪胎吊沿大車跑道梁行走時(shí)，電纜卷盤能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，電纜長度應(yīng)選擇“400 m”模式以覆蓋左右堆場。

2.1 箱區(qū)地面供電箱

箱區(qū)地面供電箱由主電源斷路器、快速插拔電源插座、接通電源開關(guān)按鈕、指示燈、輔助電源變壓器、熔斷器等組成（見圖1）。箱區(qū)地面供電箱的電源電纜通過專用電源插頭連接，注意事項(xiàng)如下。

（1）接通電源：將專用電源插頭插入箱區(qū)地面供電箱的快速插拔電源插座中，按壓“合上”按鈕，即接通主電源斷路器。

（2）斷開電源：按壓“斷開”按鈕，將專用電源插頭從快速插拔電源插座中拔出，即斷開主電源斷路器。

（3）主電源斷路器設(shè)有失壓、過流、接地跳閘保護(hù)以及插頭聯(lián)鎖保護(hù)裝置，當(dāng)電源失電時(shí)，主電源斷路器立即跳閘并斷開。

2.2 電纜卷盤

電纜卷盤由控制箱和操作按鈕組成，用于連接輪胎吊和箱區(qū)地面供電箱的電源電纜。在使用市電為輪胎吊供電的情況下，通過可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及變頻器控制電纜卷盤隨大車行走機(jī)構(gòu)同步運(yùn)行；在使用發(fā)電機(jī)組為輪胎吊供電的情況下，通過PLC控制電纜卷盤不隨大車行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行，但是可以手動(dòng)操作電纜卷盤收放電纜。電纜卷盤設(shè)有電纜過緊或過松以及大車電纜坑位置檢測等保護(hù)限位開關(guān)，以確保電纜卷盤在大車行走時(shí)收放電纜的安全性。

2.3 電源切換箱

電源切換箱由2個(gè)主斷路器（市電電源開關(guān)和發(fā)電機(jī)電源開關(guān)）、2個(gè)主接觸器（市電電源接觸器和發(fā)電機(jī)電源接觸器）、輔助電源變壓器、熔斷器以及各種聯(lián)鎖保護(hù)裝置組成。主斷路器設(shè)有失壓、過流跳閘保護(hù)裝置，在相應(yīng)電源接通后才接通斷路器電源。主斷路器的互鎖機(jī)制確保電源切換箱在任何時(shí)刻有且僅有1個(gè)主斷路器處于接通狀態(tài)，以確保市電電源和發(fā)電機(jī)電源分時(shí)供電。

3 “油改電”輪胎吊電纜卷盤選型

變頻控制系統(tǒng)作用如下：（1）根據(jù)電纜卷盤的卷取直徑和安裝高度計(jì)算驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將驅(qū)動(dòng)變頻器切換成轉(zhuǎn)矩控制模式，確保電纜卷盤卷取電纜時(shí)處于恒定張力狀態(tài)，從而有效避免瞬間沖擊力對(duì)電纜造成損傷；（2）每個(gè)電纜卷盤均設(shè)有編碼器和凸輪限位，以實(shí)現(xiàn)電纜滿盤或空盤檢測，并提供終點(diǎn)保護(hù)。

緩沖式擺動(dòng)導(dǎo)纜架（見圖2）作用如下：（1）在大車行走過程中對(duì)電纜卷盤收放電纜起導(dǎo)向作用；（2）當(dāng)電纜受到?jīng)_擊力或電纜卷盤收纜力矩過大時(shí)，克服彈簧緩沖器所設(shè)定的拉力值，有效吸收輪胎吊在啟動(dòng)、停車時(shí)的沖擊載荷，釋放電纜的過張力以保證電纜卷盤安全運(yùn)行；（3）設(shè)有電纜過緊、過松感應(yīng)開關(guān)功能以及大車左行、右行感應(yīng)開關(guān)功能；（4）當(dāng)經(jīng)過大車電纜坑中點(diǎn)時(shí)，緩沖式擺動(dòng)導(dǎo)纜架的擺動(dòng)臂自由擺動(dòng)以改變電纜方向，同時(shí)控制PLC防止電纜卷盤因松纜而停止作業(yè)。

4 “油改電”輪胎吊電纜卷盤供電系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 基建設(shè)施

寧波梅山島國際集裝箱碼頭有限公司的電纜卷盤式輪胎吊使用電壓為1 kV的市電交流電。由于供電局提供的是10 kV交流電，需要將其轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的電壓。變壓流程如下：（1）建造變電所，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)? kV交流電；（2）將1 kV交流電經(jīng)高壓電纜連接到地面接電箱，并在地面接電箱上設(shè)置多個(gè)電源插座；（3）輪胎吊通過電源插頭經(jīng)電纜卷盤上機(jī)，并將1 kV交流電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的電壓供設(shè)備使用。

4.2 效益評(píng)價(jià)

4.2.1 安全效益

電纜卷盤供電系統(tǒng)能夠有效解決輪胎吊防風(fēng)、防雷問題。此外，由于采用市電供電，電氣設(shè)備使用壽命大大延長，設(shè)備故障率降低，設(shè)備安全隱患減少。

4.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

在運(yùn)行成本方面：按柴油價(jià)格8.5元/kg及市電價(jià)格0.908元/（kW€穐）計(jì)算，傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊的單箱油耗成本為1.17 kg€稵EU 1€？.5元€穔g 1≈9.9元/ TEU，電纜卷盤式輪胎吊的單箱電能成本為2.25 kW€？h€稵EU 1€？.908元€罰╧W€穐） 1≈2.0元/TEU，即電纜卷盤式輪胎吊比傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊節(jié)約單箱運(yùn)行成本79.8%。結(jié)合2015年輪胎吊作業(yè)箱量，電纜卷盤式輪胎吊共節(jié)約運(yùn)行成本（9.9元/TEU 2.0元/TEU）€？225萬TEU=1 777.5萬元。

在維保成本方面：傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊的年保養(yǎng)成本約25 080元/臺(tái)，維修成本約58 200元/臺(tái)；電纜卷盤式輪胎吊的年電纜卷盤保養(yǎng)費(fèi)忽略不計(jì)，電纜折舊費(fèi)約20 000元/臺(tái)。由此可見，電纜卷盤式輪胎吊每年可節(jié)約維保成本63 280元€誹??？€？4臺(tái)=元。

與傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊相比，電纜卷盤式輪胎吊2015年共節(jié)約成本約萬元。此外，電纜卷盤式輪胎吊與滑觸線式輪胎吊相比，前者維保成本低，且在防風(fēng)、防雷方面優(yōu)勢明顯，過場時(shí)無須人工操作，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本較低且建設(shè)周期較短。

4.2.3 社會(huì)效益

傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊作業(yè)時(shí)產(chǎn)生大量廢氣、噪聲以及振動(dòng)污染，司機(jī)作業(yè)環(huán)境較差。經(jīng)測算，54臺(tái)電纜卷盤式輪胎吊全年可減少污染物排放量，極大改善碼頭環(huán)境質(zhì)量；同時(shí)，與傳統(tǒng)柴油機(jī)組輪胎吊相比，電纜卷盤式輪胎吊作業(yè)現(xiàn)場噪聲由90 dB降至60 dB，大大提高司機(jī)作業(yè)環(huán)境的舒適性。

5 結(jié)束語

自第一批電纜卷盤式輪胎吊投入使用以來，電氣設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，日常維護(hù)成本較低，維保時(shí)間較短，設(shè)備故障率較低，整體效益非常顯著。寧波-舟山港梅山港區(qū)電纜卷盤式輪胎吊的大規(guī)模成功應(yīng)用，為國內(nèi)外新建碼頭提供了良好的借鑒實(shí)例，尤其對(duì)處于雷暴、臺(tái)風(fēng)高發(fā)或建設(shè)規(guī)模較大的港區(qū)，具有很好的參考價(jià)值。

（編輯：許玲 收稿日期：2017-05-28）endprint