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场桥“油改电”后的转场技术 |
场桥电瓶车载转场装置 | 专利号：200820144575.0 |
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天津东方海陆集装箱码头有限公
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“油改电”是为实现国家在“十一五”规划中明确提出的节能降耗和污染减排的目标举措之一。在集装箱码头堆场作业实施“油改电”，使原由发动—发电机组拖动的RTG（场桥）的方式，变更为由市电直接驱动的RTG方式。不仅能够达到“节能减排”，而且能够大大降低生产成本，提高产出效益。 伴随“油改电”工作的进行，RTG“转、过场”方式的选择问题及生产作业效率的问题成为众所关注的焦点。为此天津东方海陆集装箱码头有限公司自行研发了“场桥电瓶车载转场装置”。这一装置的研发成功，不仅解决了场桥转场效率问题，同时也彻底消除了场桥发动机的各项污染，达到“0”排放的目的。还进一步地降低了生产成本，提高了生产效益。 本项目的研发，成功地通过了一年多的生产运行检验，获取了国家专利，申请号：200820144575.0。 一、场桥电瓶车载转场装置的组成与工作原理简介 场桥电瓶车载转场装置主要由电瓶组、充电器、逆变电源、电平监测管理系统及相关控制器件组成（见图一）。它安装在原场桥发动—发电机组拆除处新建造的电器房内。其设计能力主要是能够支持场桥小车机构与大车机构的运行。 其基本工作原理如下所述： （1）
在正常生产作业时，接触器M1、M2、M5吸合，M3、M4断开，场桥的所用电能由市电提供，电瓶组的输出侧全部断开，此时场桥一边正常作业，一边通过充电器按照标准铅酸电瓶充电方式（恒流、恒压方式）对电瓶组进行充电，并时实对电瓶电量进行检测，保障电瓶电量维持在能够满足场桥连续2次以上的转场需要； （2）
在场桥进行过、转场操作时，断开市电供给，接触器M1、M2、M5断开M3、M4吸合，其过程自动连锁转换。此时，充电机停止工作；电瓶组的直流电压直接连接到变频器的直流母线上，通过变频器转换成可控的交流电驱动场桥大车电动机运行。逆变电源为场桥的控制回路与部分照明电路提供交流电源。在场桥进行过、转场时，所需电能全部由电瓶组提供。按照逆式程序，可以切换到市电工作状态。
图1
场桥电瓶车载转场装置单线原理图 二、场桥电瓶车载转场装置的主要特点 1、大容量设计，使得满足场桥能够实现连续过、转场运行1小时以上的需要。 2、在功能上可实现大车、小车运行，包括夜间运行及起升低速运行。 3、在安全运行保障方面，实现场桥电瓶车载转场装置自成独立的故障信息，并且与整机系统进行操作连锁。 4、相对独立的自我保护。充电电源与逆变电源都具有自检、休眠设计。以保障机车的安全运行。 5、免维护设计，提高了系统装置的安全运行可靠性。在正常使用情况下，能够实现连续无故障运行1年以上。 此外，使用场桥电瓶车载转场装置的场桥，还具备了如下特殊优点： （1）由于采用了取消发动—发电机组，全部能量由市电供给的方式，所以使场桥生产作业全过仅使用市电一种洁净能源，而无需再利用第二种能源进行过、转场。 （2）由于市电与电瓶电能自动切换，切换的时间只几秒钟，因此，切换时间可以忽略不计，场桥进入转场状态后，能够即时进行操作无须等待。从而保证了转场效率。 （3），发动—发电机组的取消使其达到零排放的水平，减排效果显著。达到绿色环保的要求。 三、系统应用测试 场桥电瓶车载转场装置的主要核心是电瓶组与逆变电源的稳定工作。因此，对电瓶组进行充电、逆变电源放电的测试是判定本装置能否正常运行的必要。因此，对实际运行进行了以下测试： 1、对电瓶充放电电量的测试 表1
使用场桥电瓶车载转场装置连续转场时，电瓶放电状态的测试：
表2
场桥利用市电进行非转场正常作业时，电瓶充电状态的测试：
结论：当电瓶电量达到40%时还能保障RTG正常转场的需要。设计电瓶电量限制在60%以上。 2、转场时间测试：
测试的两台场桥为同批次ZPMC的产品，一台是未经过“油改电”的全油驱动，另一台为经过“油改电”且加装了场桥电瓶车载转场装置的全电驱动场桥。测试结果如下： 使用未进行“油改电”的发动—发电机组进行邻场地转场操作，发动机启动后已正常运转为测试开始点，转场时间为：3′27″；使用场桥电瓶车载转场装置进行邻场地转场操作，市电转电瓶供电操作为开始测试点，转场时间为：3′48″。对比时间相差不大。因此可以认为两种场桥的转场效率大致相同。 3、大车连续运行测试： 表3
大车运行第一个小时，对电瓶组的相关参数测试：
结论：场桥大车连续运行1个小时，电瓶组消耗电能约20%左右，逆变电源工作正常，整体效果良好。 表4
大车运行第二个小时，对电瓶组的相关参数运行测试：
结论：场桥大车连续运行第二个小时后，电瓶组电能消耗约20%左右，逆变电源工作正常，整体效果良好。 4、电瓶组的充电测试： 在场桥电瓶车载转场装置连续运行2个小时后，对电瓶组的充电进行了测试： 表5
充电参数测试
经过以上测试，得出的结论是，本场桥电瓶车载转场装置，超过原设计要求，满足生产使用要求。 四、系统应用 本场桥电瓶车载转场装置，在实际应用中，不仅电源切换操作简单，而且对司机驾驶方面也没有改变。就场桥的运行特点来说也大大地进行了简化。同时，由于场桥电瓶车载转场装置选择了免维护电瓶，免除了生产前的车检工作；由于取消了发动—发电机组，同时消除了发动—发电机组的运行事故隐患，使环境温度的限制得到了释放。 场桥运行前，司机无须对原发动机部分进行检查，同时也无须对场桥电瓶车载转场装置进行检查。 场桥转场时，切断市电后，场桥电瓶车载装置随即由电瓶充电状态自动转为供电状态，为RTG的转场提供电能。转场到位后接通市电，场桥电瓶车载电转场装置随即转为对电瓶组的充电状态，运行市电生产作业。场桥司机只需再次按动控制电源“合”按钮，即可生产运行。 转场全程时间较短，反应迅速（见表6），保障了作业效率。通过实际使用证明，由于有电瓶房的防护，对环境温度适应性强，无相关污染，免维护程度高。在2009年已知最低气温（﹣18℃）条件下，未安装车载电瓶转场系统的RTG，其发动机启动困难，多数借助喷启动液才能启动，启动后发动机经过较长的时间才稳定下来，严重影响了码头的正常作业。但是使用场桥电瓶车载转场装置的RTG运转未受丝毫影响，工作正常，保证了码头的正常作业。实际使用证明，充足电的情况下，电瓶组可以使RTG连续转场不小于2小时。 五、系统经济效益分析： 投资成本分析： 本装置的投资在30---45万元之间。包括场桥电瓶车载装置和新建电瓶房的费用。 其中免维护特制铅酸电瓶52块，价值10万元左右。使用情况为浅充、放电状态，使用年限：理论上最少使用年限在3年左右，按照使用经验，使用年限能够达到5—7年左右。并且旧电瓶可回收，回收价格按照当时铅的价格计算，估算在原价值的20%左右。按照5年使用计算，年度平均费用约为：13824元左右。 本装置的维护费用，与整机同时进行。基本不发生维护费用。 本装置的维修备件费用，辅助备件按5年寿命计算；主要备件按10年寿命估算，年度平均费用估算为10000元左右。 本装置的平均年度费用约23824元。 发动机年度维护费用估算总额在127531.8元左右。（按照我司发动机大修时限，计算年平均费用在内）包含维护成本在内，年度直接费用节省约：103707.8元。 生产成本分析： 场桥“油改电”后的转场，目前多由场桥车载发动—发电机组来完成。发动—发电机组达到正常工作状态，需要经过：启动—怠速—高速发电工作的过程，其正常工作温度要在60℃以上。需要一定的时间进行预热。场桥的发动—发电机组的整定怠速时间：夏季3分钟以上；冬季5分钟以上。切换到市电工作后，发动机仍需要怠速运行2—3分钟后才允许停止，否则严重影响到发动机的大修寿命。 从转场时效上来看： 实际测量，场桥每天平均转场3次以上。 表6
发动机组转场与场桥电瓶车载转场装置相邻场地转场比较：
发动机组空载运行油耗在8升以上，轻载运行在10升以上。 每次转场需要消耗2.25—2.58升柴油。按照现行柴油价格6.82元/升（-20℃），每次转场费用约为：15.35—17.6元，平均16.48元。 使用场桥电瓶车载转场装置，每次转场耗电时间约5.5分钟。转场电能消耗约：655V*60A*5.5分钟/60/1000==3.6KWH。按照现行平均电价0.96707元/KWH*3.6KWH==3.48元。 年度油耗资金：18045.6元； 年度电耗：3810.6元。 较发动—发电机组转场，单台场桥年度总节约费用约：117942.8元。 按照平均投资：37.5万元计算，约3年左右收回投资。如果按照厂家大修标准进行发动机大修，在发动机大修期间的总费用能够达到19万元以上，投入成本回收能够在2年内完成。期间，在生产效率方面的回报是难以估量的。 六、社会效益 随着RTG车载电瓶转场系统的使用，它所具有的优势是发动机-发电机组所不能比拟的。其具有深远的经济效益和社会效益。 （一）RTG车载电瓶转场系统使用的经济效益表现在以下几个方面： （1）彻底摆脱了燃油困扰。发动机的取消，使RTG从根本上放弃了燃油消耗，日益高涨的油价已与RTG的运营成本无关，单位标箱成本在“油改电”已降低约70%，使用车载电瓶转场系统后，单位标箱成本将会更低，也将不再受国际油价波动的影响。 （2）综合维修成本降低。“油改电”后，虽然发动机的使用频率降低，但对其的维护保养工作还在进行，只是保养期限变长，由于发动机其自身性质的特点，其综合成本费用依然较高。车载电瓶转场系统的免维护特点，使这部分的费用有了显著降低，车载电瓶转场系统的维护成本极低，按照经济估算，成本费用具有明显优势。同时，由于发动机的取消，机车器件的电气环境改善，器件的损坏减少，综合维修成本费用降低。 （3）由于车载电瓶转场系统的使用，使RTG转场时间显著缩短，提高了RTG的有效出勤率，减低了RTG的待工成本，并且由于发动机的取消，机车器件的电气环境改善，故障率降低，也就提高了RTG的出勤率，提高了RTG的利用率。 （二）RTG车载电瓶转场系统使用的社会效益表现在以下几个方面： （1）噪音显著降低。
“油改电”后RTG作业时的噪音降低30%以上，使用车载电瓶转场系统的RTG在此基础之上，使RTG在待机及转场时整机噪音接近环境噪音，RTG真正实现了静音环保。 （2）无废气排放。使用车载电瓶转场系统的RTG真正取消了发动机，从根本上杜绝了废气的排放，环保效果显著（见表7） 表7 柴油发动机与电瓶废气排放标准比较
表8
环境指标检测结果表）
七、推广价值评估 鉴于以上综合分析评估，本场桥电瓶车载转场装置极具推广应用价值。 我司现有场桥21台。其中参加“油改电”的场桥17台。每年仅场桥电瓶车载转场装置应用一项，计算节省成本约：200万元。 天津港现有场桥约200台；全国各港口场桥总数量超过2000台，如果能够推广使用场桥电瓶车载转场装置，所带来的经济效益和社会效益将是巨大的。
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