集裝箱運輸作為一種具有運輸效率高、 經(jīng)濟效益高、 服務(wù)質(zhì)量高等特點的運輸方式， 發(fā)展迅速。 輪胎式集裝箱門式起重機（簡稱“RTG”）是集裝箱碼頭堆場裝卸的主要設(shè)備， 具有可靈活轉(zhuǎn)場作業(yè)、堆場利用率高、工程投資少等特點，因而被廣泛采用。 目前世界上在用的 7 500 多臺專業(yè)化集裝箱門式起重機中，RTG 占到 90%以上。

但是，由于 RTG 由柴油發(fā)電機組驅(qū)動，工作模式多為間歇式，空耗時間長，且經(jīng)過熱能、機械能多種能量轉(zhuǎn)換才變成電能，能量轉(zhuǎn)換效率低，設(shè)備能耗大，費用成本相對較高。 而且柴油機工作造成氣體排放、噪聲、廢油水泄漏，均對港口形成較大的污染。 這既不符合國家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求， 同時也增加了企業(yè)運營維護的成本。 特別是隨著當前國際能源供應(yīng)日趨緊張，柴油價格不斷升高，采用廉價、清潔的市電驅(qū)動的輪胎式集裝箱門式起重機（簡稱“ERTG”）便提到議事日程上來，國內(nèi)青島港、上海港、深圳鹽田國際、蛇口招商港務(wù)、蘇州現(xiàn)代貨箱等均已成功對部分 RTG 進行了“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)燃機驅(qū)動RTG 原有各項功能的條件下， 作業(yè)時能源供給方式由柴油發(fā)電機組改為市電供給，以驅(qū)動 RTG 上的各交流變頻電動機；將原內(nèi)燃機驅(qū)動 RTG 的機載大功率柴油發(fā)電機組（約 700kVA）減少至小功率柴油機組（約 80kW），其柴油發(fā)電機組主要提供ERTG轉(zhuǎn)場時的驅(qū)動，或在轉(zhuǎn)場作業(yè)和電網(wǎng)故障時進行應(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、安全滑觸線、高空架線 3 種方案。

（1） 電纜轉(zhuǎn)盤方案

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

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

當 ERTG 需進行轉(zhuǎn)場操作時， 首先應(yīng)關(guān)閉地面接線箱內(nèi)的安全開關(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電的情況下安全完成。

隨后 ERTG 的供電模式轉(zhuǎn)換至機載柴油機供電，同時可使用微動功能將卷盤電纜人工回收到位，即可同普通 RTG 一樣進行正常的轉(zhuǎn)場操作。

（2） 安全滑觸線方案（也稱低架滑觸線）

ERTG 安全滑觸線方案由滑觸線饋電裝 置、集電小車柔性牽引聯(lián)接裝置、 供電電纜快速連接裝置、 安全警報預(yù)警檢測裝置以及轉(zhuǎn)場用小型柴油發(fā)電機共同組成。

滑觸線饋電裝置內(nèi)設(shè)輸電導(dǎo)軌， 依靠滑動接觸方式，向 ERTG 提供電能輸電裝置。 滑接輸電導(dǎo)線或?qū)Ч艿墓╇姸伺c城市電網(wǎng)相接， 通過與輸電導(dǎo)軌滑動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， *后通過有軌導(dǎo)向集電小車電纜與 ERTG 配電柜電源輸入端的接通將電網(wǎng)電源引入 ERTG，集電小車沿軌道與 ERTG 移動，實現(xiàn)移動供電。

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

（3） 高空架線方案

ERTG 高空架線方案由滑觸線饋電系統(tǒng) 、ERTG 取電裝置、安全警報預(yù)警檢測裝置以及 80～100KW 轉(zhuǎn)場用小型柴油發(fā)電機共同組成。 滑觸線架設(shè)高度一般高于 32m （比 ERTG 的*高點高約2.5m）。

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

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

2. ERTG 3 種上機供電方案比較分析

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

通過比較分析，3 種上機供電方案都有其各自的特點， 比較而言， 電纜卷盤方案具有技術(shù)成熟、操作簡單、運行風(fēng)險小、可靠性高、后期維護保養(yǎng)簡單等優(yōu)點，是目前正在推廣的一種形式。

二、 電纜卷盤“油改電”技術(shù)應(yīng)用

1． 改造工程內(nèi)容

根據(jù)太倉港二期工程“油改電”基本思路：將RTG 改為電力驅(qū)動的 ERTG， 利用市電通過電纜卷盤對移動設(shè)備供電，同時堆場箱位和 RTG 作業(yè)布置形式等維持原狀。

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

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

（1） 供電工程

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

ERTG 電源變電所。

港 區(qū) 內(nèi) 新 建 3 座 10kV 專 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，為堆場內(nèi) ERTG 供電。 新建箱式變電站 1 座，設(shè)置在 RTG 維修場地邊綠化場地中。 考慮供電距離的要求， 變電所供電距離和范圍，不能超過 300m。

堆場兩端 ERTG 跑道的非行車道側(cè)設(shè) 1 個雙聯(lián)插座箱，滿足 2 臺 ERTG 同時作業(yè)的要求，堆場中間的 ERTG 跑道的非行車道側(cè)設(shè) 1 個四聯(lián)插座箱，共滿足 4 臺 ERTG 同時作業(yè)的要求。 每路插座箱由專用 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：改進原振華港機（ZPMC）設(shè)計的卷盤控制系統(tǒng)，采用和原主控制系統(tǒng)相同的富士電控系統(tǒng)，提高整個控制系統(tǒng)的兼容性，降低維修和備件成本；卷盤控制系統(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。

增加收放纜保護功能，完善控制程序，設(shè)置了限位保護功能，在電纜收到位后自動斷電，保護電纜和導(dǎo)向架。 對卷盤運行參數(shù)進行優(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，對工作環(huán)境中溫度、濕度等要求很高，考慮在卷盤平臺上設(shè)立獨立空調(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，延長電控設(shè)備的使用壽命，減少故障率。

（3） 場地改造工程

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、縱四路開設(shè)電纜槽，埋管敷設(shè)動力電纜，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，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，同時因為ERTG 隨機電纜規(guī)格的減少， 可以相應(yīng)增加了電纜的長度， 保證了設(shè)備作業(yè)的范圍； 通過計算分析，得出電纜長度不應(yīng)該超過 300 米，以保證電壓降＜5%的要求。

（2） 動態(tài)的無功補償系統(tǒng)

在變電所低壓母線上采取集中補償?shù)霓k法，投切開關(guān)為可控硅（晶閘管）模塊，快速的投切在20ms 以內(nèi)，無需電容器放電等待時間即可重復(fù)響應(yīng)，采用任意編碼方式，要求投切精度<5%；實現(xiàn)了在*小電流投切， *大狀態(tài)滿足并且保證平衡補償和不平衡補償一體； 可以達到功率因數(shù) 0.90及以上，可達 4 組濾波通道進行治理，諧波治理達到國家要求規(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)申請了國家**；單聯(lián)插座箱、 雙聯(lián)插座箱、 四聯(lián)插座箱均得到了國家3C 認證，其中四聯(lián)插座箱為國內(nèi)外首臺，該系列插座箱同時具備機械、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） 電纜卷盤房平臺抖動問題處理

針對電纜卷盤房平臺抖動問題， 利 用 富 士PLC 指令模塊， 將 ERTG 大車對電纜卷盤不必要的瞬時加減速變化率進行過濾， 有效屏蔽電纜力矩在短時間內(nèi)突加或突減的變化， 達到平滑力矩曲線的目的，較好地改善了電纜卷盤房的抖動，解決了平臺的共振問題，也保護了電纜，降低了電纜卷盤部位的故障發(fā)生率， 提高了整機安全性和作業(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)自由運行，利用設(shè)備的 PLC 控制系統(tǒng)，安全實現(xiàn)了設(shè)備通過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，單位標箱能耗指標顯著降低，根據(jù)太倉港“油改電”工程測算，改造 前 RTG 每 標 箱 耗 油 量 為 2.1L （折 合 標 準 煤2.63KG），而 ERTG 每標箱耗電量為 3.1KWH（折合標準煤 1.25KG），標準煤節(jié)能率達 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)場時用柴油發(fā)電機組，其余時間都使用市電，減少了廢氣排放，減少了環(huán)境污染。 經(jīng)測算，按照每年 100 萬標箱的作業(yè)能力，每標箱耗油 2.1L 計算，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. 降低運營成本

仍以太倉港二期工程為例， 按每公升柴油為 4.87 元（2008年平均單價），則 RTG 每標箱成本為 11.201 元/TEU；按每度電0.748 元計算， 則改造后的 ERTG 每標箱成本為 2.32 元/TEU；改 造 后， 每標箱實際成本節(jié)約 7.91 元， 成本下降幅度達 到77%。 如按每年 100 萬標箱吞吐量計算，全年共可節(jié)省運營成本 791 萬元。

4. 改善操作環(huán)境

市電電網(wǎng)較柴油發(fā)電機組更穩(wěn)定，電壓波動小，運行故障較低，使得 ERTG 操作性得到提高。 改造后的 RTG 在作業(yè)中噪音和振動較小，大大改善了操作和堆場人員的工作環(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)動的設(shè)備與柴油發(fā)電機組驅(qū)動的設(shè)備相比， 在啟動、關(guān)閉等環(huán)節(jié)上，操作程序更加簡化，不易產(chǎn)生誤操作，減輕了操作人員的勞動強度。 同時，在作業(yè)過程中，電動設(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、準確，有利于提高設(shè)備的作業(yè)效率。