楼桂龙

据统计，目前全球使用的 6 500多台集装箱门式起重机中，轮胎式龙门吊（以下简称“轮胎吊”）占 90%以上，是集装箱码头堆场的主力设备，具有转场作业灵活、工程投资小等优点，广受港口码头的青睐；但是，轮胎吊存在能量转换效率低、单位能耗大、使用成本高等缺点，且柴油机易产生废气、废油、噪声等，对环境造成严重污染。

近年来，随着轮胎吊“油改电”技术的实施，传统柴油机组轮胎吊改用清洁、可靠的电力驱动，这是对传统柴油机组轮胎吊驱动方式的一项重大技术创新。宁波梅山岛国际集装箱码头有限公司率先在宁波-舟山港大规模使用电缆卷盘式轮胎吊，不仅节约能源，降低运营成本，而且减少污染排放，改善作业环境，取得良好的经济效益和社会效益。

1 “油改电”轮胎吊供电方式

目前，“油改电”轮胎吊供电方式主要有高架滑触线供电系统、低架滑触线供电系统以及电缆卷盘供电系统，三者自身要求和技术难点不尽相同，相互很难替代。“油改电”轮胎吊供电技术方案的选取，既要考虑设备施工周期和施工费用，又要结合梅山港区处于雷暴区的实际情况，从而确保轮胎吊在雷暴、台风天气下安全可靠。

经过对国内集装箱码头“油改电”轮胎吊供电方式的考察，发现滑触线供电系统有以下不足：（1）高架滑触线供电系统的防雷、防风问题存在很大安全隐患；（2）滑触线及碳刷的维护费用较高；（3）低架滑触线较高架滑触线安全，但过场时需要人工操作，导致作业效率降低；（4）高架滑触线供电系统和低架滑触线供电系统的基础投资较大且施工周期较长。

经过充分调研、论证，电缆卷盘供电系统具有以下优点：（1）防风、防雷安全系数高；（2）供电稳定；（3）日常维护费用低；（4）过场时无须人工操作，作业效率较高；（5）基础设施建设较为简单，改造费用远低于滑触线供电系统。

2 “油改电”轮胎吊电缆卷盘供电系统构成

电缆卷盘供电系统工作原理如下：（1）在轮胎吊门架上安装电缆卷盘；（2）将电缆卷绕在卷盘上，电缆一端连接轮胎吊并形成整体供电回路，另一端沿轮胎吊行走轨道连接箱区地面供电箱；（3）当轮胎吊行走时，电缆卷盘自动收放电缆；（4）当轮胎吊沿大车跑道梁行走時，电缆卷盘能够实现正反转，电缆长度应选择“400 m”模式以覆盖左右堆场。

2.1 箱区地面供电箱

箱区地面供电箱由主电源断路器、快速插拔电源插座、接通电源开关按钮、指示灯、辅助电源变压器、熔断器等组成（见图1）。箱区地面供电箱的电源电缆通过专用电源插头连接，注意事项如下。

（1）接通电源：将专用电源插头插入箱区地面供电箱的快速插拔电源插座中，按压“合上”按钮，即接通主电源断路器。

（2）断开电源：按压“断开”按钮，将专用电源插头从快速插拔电源插座中拔出，即断开主电源断路器。

（3）主电源断路器设有失压、过流、接地跳闸保护以及插头联锁保护装置，当电源失电时，主电源断路器立即跳闸并断开。

2.2 电缆卷盘

电缆卷盘由控制箱和操作按钮组成，用于连接轮胎吊和箱区地面供电箱的电源电缆。在使用市电为轮胎吊供电的情况下，通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）及变频器控制电缆卷盘随大车行走机构同步运行；在使用发电机组为轮胎吊供电的情况下，通过PLC控制电缆卷盘不随大车行走机构运行，但是可以手动操作电缆卷盘收放电缆。电缆卷盘设有电缆过紧或过松以及大车电缆坑位置检测等保护限位开关，以确保电缆卷盘在大车行走时收放电缆的安全性。

2.3 电源切换箱

电源切换箱由2个主断路器（市电电源开关和发电机电源开关）、2个主接触器（市电电源接触器和发电机电源接触器）、辅助电源变压器、熔断器以及各种联锁保护装置组成。主断路器设有失压、过流跳闸保护装置，在相应电源接通后才接通断路器电源。主断路器的互锁机制确保电源切换箱在任何时刻有且仅有1个主断路器处于接通状态，以确保市电电源和发电机电源分时供电。

3 “油改电”轮胎吊电缆卷盘选型

变频控制系统作用如下：（1）根据电缆卷盘的卷取直径和安装高度计算驱动转矩，将驱动变频器切换成转矩控制模式，确保电缆卷盘卷取电缆时处于恒定张力状态，从而有效避免瞬间冲击力对电缆造成损伤；（2）每个电缆卷盘均设有编码器和凸轮限位，以实现电缆满盘或空盘检测，并提供终点保护。

缓冲式摆动导缆架（见图2）作用如下：（1）在大车行走过程中对电缆卷盘收放电缆起导向作用；（2）当电缆受到冲击力或电缆卷盘收缆力矩过大时，克服弹簧缓冲器所设定的拉力值，有效吸收轮胎吊在启动、停车时的冲击载荷，释放电缆的过张力以保证电缆卷盘安全运行；（3）设有电缆过紧、过松感应开关功能以及大车左行、右行感应开关功能；（4）当经过大车电缆坑中点时，缓冲式摆动导缆架的摆动臂自由摆动以改变电缆方向，同时控制PLC防止电缆卷盘因松缆而停止作业。

4 “油改电”轮胎吊电缆卷盘供电系统应用

4.1 基建设施

宁波梅山岛国际集装箱码头有限公司的电缆卷盘式轮胎吊使用电压为1 kV的市电交流电。由于供电局提供的是10 kV交流电，需要将其转变为合适的电压。变压流程如下：（1）建造变电所，将交流电转变为1 kV交流电；（2）将1 kV交流电经高压电缆连接到地面接电箱，并在地面接电箱上设置多个电源插座；（3）轮胎吊通过电源插头经电缆卷盘上机，并将1 kV交流电经变压器转变为合适的电压供设备使用。

4.2 效益评价

4.2.1 安全效益

电缆卷盘供电系统能够有效解决轮胎吊防风、防雷问题。此外，由于采用市电供电，电气设备使用寿命大大延长，设备故障率降低，设备安全隐患减少。

4.2.2 经济效益

在运行成本方面：按柴油价格8.5元/kg及市电价格0.908元/（kW€穐）计算，传统柴油机组轮胎吊的单箱油耗成本为1.17 kg€稵EU 1€？.5元€穔g 1≈9.9元/ TEU，电缆卷盘式轮胎吊的单箱电能成本为2.25 kW€？h€稵EU 1€？.908元€罚╧W€穐） 1≈2.0元/TEU，即电缆卷盘式轮胎吊比传统柴油机组轮胎吊节约单箱运行成本79.8%。结合2015年轮胎吊作业箱量，电缆卷盘式轮胎吊共节约运行成本（9.9元/TEU 2.0元/TEU）€？225万TEU=1 777.5万元。

在维保成本方面：传统柴油机组轮胎吊的年保养成本约25 080元/台，维修成本约58 200元/台；电缆卷盘式轮胎吊的年电缆卷盘保养费忽略不计，电缆折旧费约20 000元/台。由此可见，电缆卷盘式轮胎吊每年可节约维保成本63 280元€诽ā？€？4台=元。

与传统柴油机组轮胎吊相比，电缆卷盘式轮胎吊2015年共节约成本约万元。此外，电缆卷盘式轮胎吊与滑触线式轮胎吊相比，前者维保成本低，且在防风、防雷方面优势明显，过场时无须人工操作，基础设施建设成本较低且建设周期较短。

4.2.3 社会效益

传统柴油机组轮胎吊作业时产生大量废气、噪声以及振动污染，司机作业环境较差。经测算，54台电缆卷盘式轮胎吊全年可减少污染物排放量，极大改善码头环境质量；同时，与传统柴油机组轮胎吊相比，电缆卷盘式轮胎吊作业现场噪声由90 dB降至60 dB，大大提高司机作业环境的舒适性。

5 结束语

自第一批电缆卷盘式轮胎吊投入使用以来，电气设备运行稳定，日常维护成本较低，维保时间较短，设备故障率较低，整体效益非常显著。宁波-舟山港梅山港区电缆卷盘式轮胎吊的大规模成功应用，为国内外新建码头提供了良好的借鉴实例，尤其对处于雷暴、台风高发或建设规模较大的港区，具有很好的参考价值。

（编辑：许玲 收稿日期：2017-05-28）endprint