杨　瑞

0 引 言

传统的轮胎式龙门起重机（Rubber Tyre Gantry Crane，RTG）以柴油为燃料，由柴油发电机产生电力驱动行走、起升和小车等机构。在重载吊装的情况下，为避免起重机在起升瞬间发生发电机转速迅速上升、扭矩不足和柴电机组冒黑烟等现象，RTG柴电机组的功率选配通常约为平时所需的2倍。为解决传统RTG油耗大、营运费用高和环保性能差等问题，近年来，国内外科研院所、高校和港口开始尝试将RTG的动力源由柴油改为电力。目前，具有代表性的RTG节能技术主要有滑触线供电技术、柴电机组调速技术和电缆卷筒式RTG供电技术等。其中，滑触线供电技术又分为高空滑触线供电技术和低空滑触线供电技术两种。

1 RTG节能技术

为贯彻交通运输部建设资源节约型交通和环境友好型社会的要求，我国港口积极探索RTG节能技术的应用。采用市电或工程调速柴油机电力驱动RTG作业，不仅响应国家节能减排的号召，而且能降低运营成本，增强企业竞争力。电力驱动的RTG（以下简称eRTG）既可确保设备灵活转场，又能节省能源、减少排污和降低成本，是对RTG传统驱动方式的重大革新。

1.1 滑触线供电技术

1.1.1 高空滑触线供电技术

高空滑触线供电系统由立柱、立柱基础、承重索张紧装置、滑触线张紧装置、悬吊固定架、接地装置、取电装置和防摆装置等组成。在集装箱堆场箱区之间的空地上沿RTG行驶道路安放立柱，立柱之间安装避雷线、承重索和铜滑线等设备。

为避免直击雷对供电系统造成影响，立柱上横梁两侧通常各安装1根避雷线。避雷线保护角小于15°，避雷范围覆盖铜滑线。

立柱中横梁两侧各装2根承重索，共4根，每根承重索通过悬吊固定架悬吊2根滑触线。承重索采用镀锌钢绞线，一端固定在端立柱上，另一端通过平衡滑轮和动滑轮组与配重系统连接，中间通过导轮支撑在中立柱上，使承重索张力一致。增设动滑轮组不仅使配重减轻25%，而且便于通过增减配重调整误差。由于气温变化可能导致承重索热胀冷缩，进而影响滑触线的水平度，因此要求配重系统可以随时调节衡张力。

RTG主梁平台装有受电装置，通过滑触线取电驱动RTG作业。高空滑触线供电采用或直流电，架设高度通常在以上。受电装置为受电弓，一般采用气动控制，在提高效率的同时增强安全性。为保证RTG正常作业时能有效地从铜滑线上取电，必须根据RTG的跑偏量严格控制工作状态下铜滑线的侧向偏移量。同时，受电弓的弓板不宜太大。因此，立柱既要满足工作状态下的刚度要求，又要满足非工作状态下的强度要求。为增加接触面积，确保取电装置的有效性，正负极均采用双线并列供电。滑触线通常采用银铜合金，其导电性能优于其他材料，且强度也满足要求。

端立柱的跨侧和中立柱的两侧装有防摆装置，跨度约为，与悬吊固定架上的钢管柔性连接。通过对角线拉紧的方式限制滑触线摆动，减少其因风载荷作用而产生的侧向摆动量。

2007年初，上海港振东集装箱码头率先采用RTG高空滑触线供电技术，宁波港北仑国际集装箱码头和深圳港妈湾集装箱码头等也先后实施高空滑触线“油改电”项目。据测算，上海港振东集装箱码头对传统RTG进行电动改造后，耗能量和费用分别下降约60%和73%，且设备运转时无烟尘，噪声小，故障率低。改造后的eRTG的单位耗电量约为I6h/TEU，每台RTG每年可节省费用约41.4万元人民币。

1.1.2 低空滑触线供电技术

低空滑触线供电系统由滑触线支架、承重索张紧装置、滑触线张紧装置、接地装置和取电装置等组成。在集装箱堆场箱区之间的空地上沿RTG行驶道路架设滑触线支架，高度一般为1~，间隔左右，利用电线杆支撑滑触线，支架之间安装承重索和铜滑线等设备。由于架设高度有限，为提高安全性，低空滑触线必须采用安全滑触线，供电电压通常为。

为防止RTG碰撞供电支架，在RTG上加装防撞装置和减速运行装置。此外，低空滑触线的集电装置必须保证供电和牵引的安全性，长度可调节，技术较复杂，质量要求高，目前，主要部件依靠进口。

低空滑触线供电技术的地面工作较多，对堆场影响较大，必须对RTG进行小批量改造，但改造成本较低，适用面较广，对于中等规模（10~20台RTG）和中等工作密度（每台RTG覆盖2~3个箱区）的堆场而言，性价比较高。

2006年，青岛港率先采用RTG低空滑触线供电技术，天津港联盟国际集装箱码头、天津港东方海陆集装箱码头、厦门港海天集装箱码头和深圳港赤湾集装箱码头等也先后实施低空滑触线“油改电”项目，实践效果较好。据测算，青岛港对传统RTG进行电动改造后，单箱能源成本从6.74元降至2.45元，设备故障率下降50％，平均利用率从69.3%提高到71.5%，噪声至少降低50%，每年可减少CO2排放量2.3万t。过去RTG的单箱耗油量为（折合标准煤），而改造后的eRTG的单箱耗电量为I6h（折合标准煤），节能33%。

1.2 柴电机组调速技术

柴电机组调速技术主要通过合理改变柴油发动机的转速，达到以经济、高效的方式提供电源的目的。目前，通用、西门子、东芝和三菱等公司针对传统RTG的节能要求，研发各具特色的节能系统。本文以通用公司开发的Fuel Efficient RTG电控调速节能系统为例，介绍柴油发电机组调速技术在RTG节能中的应用。

该系统的关键技术主要体现在变速发动机、变流器和逆变器方面。整套系统仅对直流母线进行处理，直流母线以下的电机控制部分未作任何改动，保持传统RTG的控制模式，使其优良特性得到继承。

（1）变速发动机 对变速发动机进行精确调速控制是新型RTG系统的精髓。在载荷需求功率较小时，使发动机工作在额定速度以下，同时可达到降低耗油量、噪声和设备维护成本的目的。新型RTG系统根据速度和电流测量值计算实际需要的转矩，通过柴油机转矩与转速之间的转换，确定柴油机的喷油量。由于负载电流的变化非常迅速，因此，突加和突降负载对发动机转速变化的要求很高。实践证明，采用电喷的变速发动机完全能够满足要求。

（2）变流器 发电机提供的电源电压和频率随发动机转速的变化而变化。RTG上的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率单元变频器通过较高的开关频率实现脉宽调制（PWM），为直流母线提供稳定的直流电源，使驱动电机的变频器更加稳定、可靠。

（3）逆变器 发动机转速的变化导致RTG的辅助装置（如制动器、油泵和照明设施等）无法得到稳定的三相交流电源，因此，该调速系统增加直流母线供电的逆变器。该装置可产生稳定的三相交流电源，输出的波形通过滤波器的作用接近于正弦波，满足各种电气和电子装置的用电要求。

随着石油资源的日趋枯竭以及环保要求的日益提高，低排放、高能效的新型变速柴油发电机的经济和社会价值逐渐显现出来。2007年以来，以通用和西门子公司调速柴油发电机技术为基础的节能型RTG先后在烟台港、唐山港和厦门港等港口投入使用，节能效果显著。2008年，交通部水运科学研究院和锦州百纳电气有限公司等在广州港南沙港区进行柴电机组调速试验。据测算，采用这项新技术后，可以节油50%左右，噪声、污染物排放量和运营成本均大幅降低。

1.3 电缆卷筒式RTG供电技术

在传统RTG上增设电缆卷筒、供电电缆的插头和插座以及供电选择开关等取电装置，利用供电电缆将市电传输至RTG的用电设备上。电缆卷筒主要由卷筒、卷筒驱动电机和支持支架等组成。沿RTG运行道路铺设电缆沟。RTG一般在单箱区内运行，速度较快，换箱区工作时需切换电源。电源插头插拔方便，可控性较好。电缆末端安装换向装置，节省电缆，减轻电缆的弯曲疲劳。

电缆卷筒式RTG供电技术的应用时间较长，深受用户欢迎，具有一定的市场影响力，其优点主要体现在：（1）地面工作较少，进行RTG改造基本不占用工作场地，对堆场影响较小；（2）RTG相互独立，可分批、分期单独进行改造；（3）应用面广，可对传统RTG进行技术改造，也可在新型RTG上使用；（4）对场地要求小，适用于面积、形状不同的堆场，对于RTG数量少且工作密度小的中小型码头而言，性价比较高；（5）提供使用超级电容等储能装置的可选方案，能有效回收利用重载位势能量，提高节能效率。

电缆卷筒式RTG供电技术是最早得到应用的“油改电”技术。2003年初，交通部水运科学研究院开发的电缆卷筒式eRTG样机在二连浩特投入使用，此后，深圳港蛇口港区、上海港沪东集装箱码头以及广州港鱼珠和穗林码头等陆续采用该技术。据测算，采用这项技术后，单箱耗电量为1.00~I6h，单箱能源成本为0.98~1.20元，无废气排放和噪声，设备维护成本显著降低。

2 结束语

RTG 是集装箱码头的主要耗能设备。RTG节能减排技术的应用，顺应交通运输部建设资源节约型交通和环境友好型社会的号召，有助于建设零排放、无噪声的节能环保型“绿色”港口，值得大力推广。不同的RTG节能技术方案应用场合不同，码头应当根据自身的设施条件、经济实力和发展规划等选择合适的方案。

参考文献：

[1] 张明江. 基于能量回馈的RTG“油改电”研究[J]. 港口装卸, 2008(3): 16-17.

[2]E騹E蚝吻诜?“油改电”eRTG技术比较和探讨[J]. 港口科技, 2008(10): 8-12.

[3] 郑小楠. RTG“油改电”技术方案探讨[J]. 港口装卸,2007(5): 22-24.

[4] 郑维馥. 节能型轮胎式集装箱门式起重机的分析[J]. 港口装卸. 2007(2): 1-4.

[5]刘晋川,饶京川.电动RTG的开发与应用[J]. 港口装卸, 2006(5): 5-6.

[6]E锿跤栏?郑见粹. RTG节能研究[J]. 集装箱化,2008,19(3): 21-23.

[7] 张云鹏,李庆祥. 轮胎式集装箱门式起重机节能技术研究[J]. 交通节能与环保,2008(2): 9-11.

[8] 葛中雄,陈余德. 上海港“集装箱RTG高架滑触线供电方式油改电研制”等4个项目通过交通部鉴定[J]. 港口科技, 2007(9): 43.

（编辑：张 敏 收稿日期：2009-03-18）