變頻技術在港口生產(chǎn)作業(yè)中的應用正文

1、上海工程技術大學成人教育學院畢業(yè)設計(論文)變頻技術在港口作業(yè)中的應用摘要如今，世界的經(jīng)濟全球化，貿(mào)易也隨之全球化。我國從1978年改革開放至今，對外貿(mào)易也逐年增長，近年來更是突飛猛進。以上海港為例：集裝箱吞吐量從1978年9月的中國大陸港口“第一箱”，到2003年突破1000萬標準箱、2006年突破2000萬標準箱，再到2010年10月歷史性的超過新加坡港，首次成為世界集裝箱第一大港。散貨同樣如此：在很久之前的上海，碼頭上運煤是靠人力背麻袋的形式一點、一點的運，到如今帶式輸送機全電氣化，自動化。短短的三十年時間，碼頭上早已沒有往日的人聲嘈雜，沒有了“碼頭號子”，沒有了劃一的口號和整齊的步伐。

2、如今的港區(qū)是機械化、電氣化作業(yè)。而在這作業(yè)方式轉變的過程中，我們體會到機械化、電氣化給予我們帶來的方便、快捷、高效，但同時我們也不能回避遇到的問題。有時，換一種能源可以節(jié)約更多的財力；同樣完成一項工作，不同的作業(yè)方式在節(jié)能上卻有著千差萬別。這些問題往往很少能有人注意到，但這些節(jié)能、降耗所能體現(xiàn)出的價值對于一個公司來說是何等的重要啊。本篇論文將圍繞這兩條主線進行深入研究和探討，以實例闡明論點。為今后港區(qū)良好、可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。關鍵詞： 變頻，輪胎式集裝箱起重機，帶式輸送機，節(jié)能ABSTRACTWith the economic globalization, counties are now d

3、oing trade globally. Since the implementation of the Reform and Opening-up Policy in 1978, China has done more foreign trade year by year, and the increase is even more in recent years. Take Shanghai Port as an example: In September 1978, container throughput capacity of Shanghai Port was listed as

4、the first in China and the port was regarded as the “First Port” in China; by 2003, the container throughput capacity of Shanghai Port had surpassed 10 million TEU; by 2006, the capacity had exceeded 20 million TEU, and in October 2010, the capacity of the Shanghai port firstly surpassed that of the

5、 Singapore port to become the world's largest container port. Long time ago, coal were moved by dockers package by package at dock in Shanghai. And nowadays, you will see electric and automatic belt conveyor everywhere at Shanghais modern port. After a short period of three decades, there has be

6、en no labor song and uniform pace any more.Our port today is mechanized and electrical. We are benefit from the convenience, quickness and efficiency of the transformation, but at the same time, we are faced with several problems. Energy consumption is one of them. When we complete a certain task, i

7、t will save the company a huge amount of energy if we change the energy source. However, few people recognize the problem. This assay will analyze these two main points with examples to provide a guidance of beneficial and sustainable development of our port.朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音 字典 - 查看字典詳細內容Keywords

8、: Inverter Converter, RTG, Belt Conveyor, Energy Saving第一章 變頻技術的誕生與發(fā)展過程在工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中，電機的使用十分廣泛。電機的傳動方式一般分為直流電機傳動和交流電機傳動。過去由于交流電機實現(xiàn)調速較為困難或某些調速方式低效、不夠理想，因而長期以來在調速領域中采用的大多為直流電機，而交流電動機的優(yōu)點在調速領域中未能得到發(fā)揮。交流電動機的調速方式一般有以下三種。 1）變極調速：是通過改變電動機定子繞組的接線方式以改變電機極對數(shù)實現(xiàn)調速，這種調速方法是有級調速。缺點：不能平滑調速，而且只適用于鼠籠電動機。 2）改變電機轉差率調速

9、：其中有通過改變電機轉子回路的電阻進行調速，此種調速方式效率不高，且不經(jīng)濟。3)采用滑差調速電機進行調速:調速范圍寬且能平滑調速，但這種調速裝置結構復雜（一般由異步電機、滑差離合器和控制裝置三部分組成），滑差調速電機是在主電機轉速恒定不變的情況下調節(jié)勵磁實現(xiàn)調速的，即便輸出轉速很低，而主電機仍運行在額定轉速，因此耗電較多，另外勵磁和滑差部分也有效率問題和消耗問題。 4）變頻調速：通過改變電機定子的供電頻率，以改變電機的同步轉速達到調速的目的。其調速性能優(yōu)越，調速范圍寬，且能實現(xiàn)無級調速。 上世紀50年代末，由于晶閘管（SCR）的研究成功，電力電子器件開始運用于工業(yè)生產(chǎn)，可控整流直流調速便成了調

10、速系統(tǒng)中的主力軍。但由于直流電機結構復雜，造價比交流電機高，直流電動機在運行中，炭刷接觸產(chǎn)生炭粉而易引起弧火，需要經(jīng)常進行維護，而且直流調速系統(tǒng)線路復雜，維修十分不便。因而便促使人們對交流調速技術的開發(fā)和研制。 20世紀80年代中期，隨著第三代電力電子器件，例如門極可關斷晶閘管（GTO）、大功率晶體管（GTR）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）等全控型電力電子器件的研制成功，以及電力電子器件從電流驅動型到電壓驅動型全控器件等的發(fā)展，一些國家已先后研制開發(fā)出了功率等級不同的，把控制、驅動、檢測、保護及功率輸出集于一體的變頻調速產(chǎn)品。從而使交流變頻調速的關鍵裝置逆變器性能優(yōu)良，主電路簡單，驅動方便，

11、工作可靠。同時隨著控制理論、微電子技術和計算機技術的發(fā)展，使交流電機變頻調速技術取得了突破性進展，并以其優(yōu)越的調速性能和良好的節(jié)能效果逐漸取代了直流調速系統(tǒng)和其他的調速方式，如變極調速、串級調速、滑差電機調速等。 隨著全球能源短缺趨勢的加劇以及交流變頻技術及變頻器產(chǎn)品的性能和功能日趨完善，使其越來越廣泛地應用在工業(yè)生產(chǎn)的各個領域中。第二章 變頻調速技術的原理、特點及應用2.1變頻調速技術的原理變頻調速技術的原理是把工頻50Hz的交流電轉換成三相頻率和電壓可調的交流電。變頻控制原理大致可分為以下三類：（1）V/F控制：通過改變交流電動機定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時也改變電壓，從而達到調節(jié)

12、電動機轉速的目的。（2）矢量控制：利用直流電動機的轉矩控制的原理，將交流電動機的定子電流在理論上分為兩部分：產(chǎn)生磁場的電流分量（磁場電流）和產(chǎn)生轉矩的電流分量（轉矩電流）分別進行控制，同時將二者合成后的定子電流供給電動機。矢量控制又可分為磁通矢量，電壓矢量，轉矩矢量控制等。（3）直接轉矩控制：也稱為“直接自控制”。和矢量控制不同，直接轉矩控制不采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉坐標變換，簡單地通過檢測電機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算電機的磁鏈和轉矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實現(xiàn)磁鏈和轉矩的直接控制，既直接又簡化。2.2變頻調速技術的特點交流變頻調速系統(tǒng)一般由三相交流異步電動

13、機、變頻器及控制器組成。交流變頻調速的優(yōu)異特性： （1） 調速范圍較大，精度高，相對穩(wěn)定性較好。（2） 調速時平滑性好，效率高，調速靜態(tài)精度及動態(tài)品質好。（3） 起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。（4） 變頻器體積小，便于安裝、調試、維修簡便。（5） 易于實現(xiàn)過程自動化。 （6） 必須有專用的變頻電源，目前造價較高。 （7） 在恒轉矩調速時，低速段電動機的過載能力大為降低。（8） 交流變頻調速系統(tǒng)在節(jié)約能源方面有著很大的優(yōu)勢。一方面，交流拖動的負荷在總用電量中占一半或一半以上的比重，這類負荷實現(xiàn)節(jié)能，可以獲得十分可觀的節(jié)電效益。另一方面，交流拖動本身存在可以挖掘的節(jié)電潛力。在交流調

14、速系統(tǒng)中，選用電機時往往留有一定余量，電機又不總是在最大負荷情況下運行；如果利用變頻調速技術，輕載時，通過對電機轉速進行控制，就能達到節(jié)電的目的。工業(yè)上大量使用風機、水泵、壓縮機等，其用電量約占工業(yè)用電量的50%；如果采用變頻調速技術，既可大大提高其效率，又可減少10%的電能消耗。 交流變頻調速與直流調速系統(tǒng)相比具有以下顯著優(yōu)點： （1） 直流電機的單機容量一般為1214MW，還常制成雙電樞形式，而交流電機單機容量卻可以數(shù)倍于它。（2） 直流電機由于受換向限制，其電樞電壓最高只能做到一千多伏，而交流電機可做到610kV。（3） 直流電機受換向器部分機械強度的約束，其額定轉速隨電機額定功率而減小

15、，一般僅為每分鐘數(shù)百轉到一千多轉；交流電機可達到每分鐘數(shù)千轉，且運行更為可靠。（4） 交流異步電動機比直流電動機結構簡單，重量輕，價格低。 （5） 交流變頻控制電路比直流調速系統(tǒng)簡單，易于維護。2.3變頻調速技術的應用交流變頻調速技術在工業(yè)發(fā)達國已得到廣泛應用。以美國為例：美國有60% - 65%的發(fā)電量用于電機驅動，由于有效地利用了變頻調速技術，僅工業(yè)傳動用電就節(jié)約了15% - 20%的電量。 采用變頻調速，一是根據(jù)要求調速用，二是以節(jié)能為目的。它主要基于下面幾個因素：(1) 變頻調速系統(tǒng)自身損耗小，工作效率高。 (2) 電機總是保持在低轉差率運行狀態(tài)，減小轉子損耗。 (3) 可實現(xiàn)軟啟、制

16、動功能，減小啟動電流沖擊。 在采用變頻調速時，需從工藝要求、節(jié)約效益、投資回收期等各方面考慮。如果僅從工藝要求、節(jié)約效益考慮，下面幾種情況選用變頻調速是較合適的： （1）根據(jù)工藝要求，生產(chǎn)線或單臺設備需要按程序或按要求調整電機速度的。如：包裝機傳送系統(tǒng)，根據(jù)不同品種的產(chǎn)品，需要改變系統(tǒng)傳送速度，使用變頻調速可使調速控制系統(tǒng)結構簡單，控制準確，并易于實現(xiàn)程序控制。（2）用變頻調速代替機械變速。如：機床，不僅可以省去復雜的齒輪變速箱，還能提高精度、滿足程序控制要求。 （3）用變頻調速代替用閘門或擋板調整流量適于風機、水泵、壓縮機等。例如：鍋爐上水泵、鼓風機、引風機實行了變頻調速控制，不僅省去了伺服

17、放大器、電動操作器、電動執(zhí)行器和給水閥門（或擋風板），而且使得整個鍋爐鍋爐控制系統(tǒng)得到了快速的動態(tài)響應、高的控制精度和穩(wěn)定性。 第三章 變頻技術在集裝箱起重機作業(yè)中的應用3.1輪胎式集裝箱起重機在港口作業(yè)中的作用通過近幾年來大力、持續(xù)的發(fā)展，我國港口集裝箱吞吐量增長迅速。一直以來，集裝箱碼頭堆場裝卸采用的是輪胎式集裝箱起重機（簡稱輪胎吊/RTG）作業(yè)。輪胎式集裝箱起重機（RTG）既有通常的軌道式集裝箱門式起重機(RMG)的作業(yè)效率高的性能，又具備類似輪胎式流動機械的機動性，可以大范圍靈活調動，具有空間利用率、生產(chǎn)率高和全堆場機動的特點。RTG依賴自身配置的柴油發(fā)電機組供電，但在作業(yè)過程中效率低

18、、能耗大，并且隨著國際原油市場的動蕩及燃油價格的不斷上漲，RTG的運行成本也水漲船高。同時RTG柴油機組供電方式存在：維護量大，運行中廢氣排放高、噪音大等缺點，與國家“十二五”等規(guī)劃中提出的節(jié)能降耗，以及我國國家領導人在哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會上所提出的即到2020年我國溫室氣體排放量在2005年的基礎上減少17的自主減排目標存在很大的出入。因此，我們對傳統(tǒng)RTG進行節(jié)能改造是具有非常重要的戰(zhàn)略意義的。目前傳統(tǒng)RTG節(jié)能措施主要有兩大類，一是對輪胎吊原有柴油發(fā)電機組進行改造和優(yōu)化，從而降低能源消耗；二是采用市電取代柴油發(fā)電機組供電，簡稱“輪胎吊油改電”。由于采用市電供電，RTG除轉場作業(yè)外，

19、柴油發(fā)電機組將被徹底取代。如此，RTG作業(yè)時便可以大幅降低RTG運行成本和能耗成本，是一種非常徹底的節(jié)能方法。3.2 輪胎吊油改電供電方案就輪胎吊的油改電方案而言，主要區(qū)別在于供電方式的不同。主要有電纜卷盤供電、低架滑觸線供電和高架滑觸線供電三種方式。3.2.1電纜卷盤供電方案電纜卷盤供電方式的供電系統(tǒng)由電纜卷盤、控制系統(tǒng)、電纜溝、電纜快速插頭、地面接線箱等共同組成。當RTG沿堆場跑道行走時，由電纜卷盤的控制系統(tǒng)根據(jù)RTG行走時上機電纜的張力，通過變頻控制來調節(jié)電纜卷盤的收放，使之與RTG的行走速度相匹配，保證上機電纜的安全。上機電纜經(jīng)導纜架引導進入電纜溝，電纜端部通過快速插頭與地面接線箱連接

20、獲得電源。3.2.2低架滑觸線供電方案低架滑觸線供電方式的供電系統(tǒng)由滑觸線饋電裝置、集電小車及柔性牽引連接裝置、上機電纜快速連接裝置等共同組成。采用鋼體滑觸線作為RTG供電的導體。一般架設高度為2至3米，每隔3米左右必須有一個電桿作為支撐。3.2.3高架滑觸線供電方案高架滑觸線供電方式的供電系統(tǒng)由滑觸線饋電系統(tǒng)、RTG取電裝置等組成。以電車銅滑觸線作為載流導體架設在RTG頂上。一般架設高度在25米以上，塔架間隔距離約為150米。3.3電力驅動方案及節(jié)能成效    通用型RTG采用柴油發(fā)電機組提供動力，由于系統(tǒng)載荷是變化的、非線性的，因此通用型RTG在載荷較輕時，柴

21、油機處于標定轉速部分負荷運轉，柴油發(fā)電機組效率較低。據(jù)統(tǒng)計，通用型RTG發(fā)動機啟動后，用于裝卸作業(yè)的時間只有不到50%，其它時間為空耗，一臺通用型RTG每小時空耗的柴油約15升。輕型電動RTG工作電機和照明均采用市電為動力，只配備小功率柴-電機組柴油機作為轉場使用，滿足RTG機動性要求。  電動RTG采用變頻調速、可編程控制器（PLC）和現(xiàn)場總線控制組成電力驅動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)調速、控制一體化。  整機的主要控制單元都以節(jié)點的形式連接到總線上，實現(xiàn)數(shù)字信號通訊，具有快速、準確的特點。同時節(jié)省了各控制單元間大量的信號線，簡化了硬件系統(tǒng)，降低了成本。 結合通用型RTG與

22、RMG的優(yōu)點，對電力驅動技術進行研究，以電力驅動RTG完成集裝箱裝卸、搬運工作。輕型電動RTG起升和小車共用驅動系統(tǒng)。起升/小車驅動機構采用帶PG(編碼器)閉環(huán)矢量控制方式，從而有效的實現(xiàn)了全變頻范圍內的全轉矩控制。對各驅動機構的交流變頻驅動方式進行研究，使電機在各個工況下運行時充分利用其有效功率，保證控制安全可靠的前提下節(jié)約能源。輕型電動RTG采用了Profibus總線控制方式，PLC分布模塊和變頻器作為節(jié)點串聯(lián)在總線上，以數(shù)字信號通訊實現(xiàn)整機的一體化控制。在物理層上，各通信節(jié)點之間采用一根通信總線連接，省去了繁雜的控制線及信號線，節(jié)省了系統(tǒng)硬件的數(shù)量與投資以及安裝、維護費用，提高了系統(tǒng)集成

23、的可靠性。以應用四卷筒控制為基礎的起升與小車運行一體化技術為例：其能顯著實現(xiàn)結構輕型化，經(jīng)濟性顯著提高。該設備自重和投資僅為通用型RTG的60%，單箱操作能耗降低約64%（電力折標準煤系數(shù)為0.404千克標煤/千瓦時），減排二氧化碳64%，堆場基礎投資降低約1/3。輕型電動RTG與電動RTG、通用RTG主要參數(shù)和效益比較表項目輕型電動RTG電動RTG通用型RTG吊具下起重量(噸)353535整機重量(噸)110150160160180起升高度堆五過六堆五過六堆五過六跨度(米)23.4723.4723.47購置成本(萬元)400450680720710750單箱能耗0.92千瓦時1.32.0千瓦

24、時1.22.2升(柴油)能源成本(元/單箱)0.901.271.966.7412.36港口屬地CO2排放無無每標箱產(chǎn)生(3.25.8)千克CO2噪聲小較小大維護成本低較低高以下，我們將通過一個實例來使我們有一個更深切的體會。3.4 高架滑觸線供電方式油改電在集裝箱碼頭的應用3.4.1 上海滬東集裝箱碼頭概況以上海滬東集裝箱碼頭為例：上海滬東集裝箱碼頭有限公司（簡稱滬東公司）管理經(jīng)營上海外高橋港區(qū)四期集裝箱碼頭。自2003年公司成立以來，集裝箱吞吐量逐年增長，公司能耗成本特別是油耗成本隨之成倍增長（見圖1）。同時大量的能源消耗也與國家在“十一五”規(guī)劃以及未來“十二五”規(guī)劃中明確提出的節(jié)能降耗和污

25、染減排目標相違背。因此節(jié)能減排工作成為了重要工作之一。圖13.4.2油改電方案選擇滬東公司近幾年集裝箱年吞吐量均高達360萬TEU，公司擁有RTG48臺，堆場面積78萬平方米，堆場使用率高達75%。RTG作業(yè)時轉場作業(yè)和跨箱區(qū)作業(yè)十分頻繁。根據(jù)以上實際情況，最終選擇了高架滑觸線供電方案。此方案具有以下特點：(1)架設高度在25米以上，超過RTG和其他碼頭移動設備的高度，對港口設備沒有妨礙，可避免由于碰撞造成的損失。 (2)RTG司機無需改變操作習慣可操作性好，安全性也強。 (3)在直線箱區(qū)間移動自由，保證了絕大部分RTG轉場機動性的要求，因此，可以結合其他簡單方法，徹底讓RTG從柴油發(fā)電機中解

26、放出來，并省去相當大的柴油機維護成本。 (4)RTG切換供電時，由于電源開關的安全距離達2米，所以系統(tǒng)安全性很高。 (5)高架滑觸線的架線依靠高桿塔架來完成，塔高為34.2米，間隔為150米左右，因此，可選擇合適的空間來安裝，保證不影響運行，沒有碰撞危險。 (6)設備使用壽命很長，主要部件在3050年以上。維護成本低。 (7)系統(tǒng)供電效率高，綜合經(jīng)濟性很好。 (8)采用市電供電的RTG，達到了很好的降耗減排的目的。 (9)雖然堆場改造成本相對較高，但考慮到壽命、效率、維護和省略柴油發(fā)電機，綜合經(jīng)濟性相當優(yōu)越。(10)該方法不僅適用于老堆場，對于新堆場，由于高空滑觸線方式還保留了轉場的機動性，所

27、以它在機動性方面比RTG有優(yōu)勢，這是它目前被新建碼頭看中的重要原因。3.4.3 滬東公司高架滑觸線供電方式油改電的應用3.4.3.1 項目范圍及主要內容公司已經(jīng)完成4條RTG作業(yè)線改造工作，每條作業(yè)線長度為1160米；每條線架設塔架9座，其中中間塔7座，端塔2座。塔架間距為143.6米，高度為34.5米。每條線架設避雷索2根、承重鎖4根、銅滑線8根（見圖2）。改造輪胎吊32臺。圖2 作業(yè)線立面圖3.4.3.2 項目設計概況(1)項目設計指導思想輪胎吊工作時，架空滑觸線應保持平直，平即滑觸線與地面道路應保持平行，直即要求在最大八級橫風作用下，滑觸線風致擺動單側最大值不應超過l米。改造后的輪胎吊要

28、求滑觸線距地面高度24米。根據(jù)工藝要求并結合場地條件，本工程采用了塔索組合結構作為電線的支撐結構：在場地內每間隔146.3米設置高度為345米鋼結構塔架，并在塔架之間張拉承重鋼索，由承重鋼索及調節(jié)掛索將懸掛的滑觸電線調節(jié)至設計標高并使之平直(每側箱區(qū)設兩根承重索及四根滑觸線，兩側箱區(qū)對稱設置)。塔架分中間塔及端塔，中間塔為承重鋼索及滑觸線提供豎向支撐，端塔為承重鋼索提供錨固點。在平行于承重鋼索的上部5米處設置避雷索(每側箱區(qū)設一根)。由于工程地址在港口集裝箱集中堆放區(qū)，對塔架占地的范圍有一定的限制，本設計決定采用抗彎性能較好的鋼結構空間桁架式的塔架結構，同時桁架主材采用鋼管，這樣既減小了作用在

29、結構上的風荷載又提高材料的使用效率。塔架橫截面為邊寬1.5米正方形，主體結構沿高度方向等寬度，通過桁架弦桿截面積的變化達到結構豎向剛度變化的效果(與結構上外荷載產(chǎn)生的彎矩變化趨勢一致)。塔架橫擔在滑觸線連接點處設計成滑動或活動構造，以保證銅質滑觸線在外界溫度變化下的自由伸縮。考慮到安全因素及不影響場內交通，為滑觸線在端塔處的張拉配重專門設置了轉換桁架、滑輪組及活動鋼梁，在滿足工藝操作的前提下成功地將配重塊置于塔架邊的安全區(qū)域。（2）塔架基礎設計本工程位于港口，地質條件較差，地基土的承載力和側向土抗力都較低，而集裝箱堆放區(qū)不適宜采用大開挖基礎, 采用混凝土預制方樁，其樁的單位面積承載力高；樁身質

30、量易于保證和檢查；樁身混凝土的密度大，抗腐蝕性能強，施工工效高。經(jīng)計算采用400×400預制方樁，樁長32米，樁持力層為5-2-2層粉細砂夾粉質粘土。單樁豎向抗壓承載力設計值為800kN，單樁豎向抗拔承載力設計值為450kN。承臺基礎埋深為自然地坪下2.1米。（3）鋼結構設計本工程項目由于港口碼頭場地可立塔的位置有限，所以采用窄基鋼管塔。結構主體為正方形鋼結構桁架，現(xiàn)場采用承壓型高強螺栓拼裝，鋼結構與基礎的連接采用預埋地錨螺栓。中間塔設計重量約18噸，端塔設計重量約28噸。所有外露鋼構件均需作熱浸鋅防腐處理，鍍鋅厚度不低于86µM。（4）高空滑觸線系統(tǒng)的設計雙溝銅滑線具有運

31、行可靠、壓降小、造價低、通用性強等多種優(yōu)點。用電線桿將雙溝銅滑線架設在24m高空中，重量由鋼索支撐，保證其水平雙溝銅滑線固定在絕緣瓷瓶吊鏈上，幾根銅滑線水平放置，間距在400mm左右，銅滑線端部采用滑輪或者加以配重以保證銅滑線能夠安全可靠地處于水平張緊狀態(tài)，保證輪胎吊的可靠供電。本次使用的雙溝銅滑線是截面積為185平方毫米的銅滑線。（5）避雷系統(tǒng)設計線路防雷采用避雷索作為接閃器，利用塔身作為引下線，接地裝置利用建筑物基礎，內鋼筋及基礎槽外敷設的人工接地體，塔身與基礎避雷帶螺栓連接，基地裝置的接地電阻4.0。（6）RTG設備改造RTG上采用一套集電器(每套四根)保證RTG的可靠供電，裝有雙電源切

32、換開關，可以使得RTG的供電方式能夠在柴油機電源和滑觸線電源兩種方式中任意切換?；|線集電器的水平擺動范圍保證在1000mm，保證在八級以下大風干擾和RTG適當跑偏的情況下也能夠正常供電?；|線集電器的安裝高度以集電器受電碳刷高度計算，確定為24米。（7）供電系統(tǒng)設計本項目電源由港區(qū)35KV總變引出2路10KV進線電源，接至港區(qū)新增高壓配電站，再由高壓配電站降壓至0.45KV后每條作業(yè)線的箱式變電站。每條作業(yè)線布置2臺箱式變壓站，可提供8臺RTG正常使用。3.4.3.3項目實施情況主要施工流程如下：鋼結構拼裝鋼結構吊裝承臺制作沉樁避雷索架設絕緣橫擔安裝承重鎖架設吊裝承重鎖架設吊裝系統(tǒng)送電滑觸線

33、架設3.4.3.4 項目主要難點（1）公司生產(chǎn)作業(yè)繁忙，改造工程對日常生產(chǎn)帶來較大影響，必需與公司作業(yè)部門加強溝通、協(xié)調，同時做好現(xiàn)場安全維護工作，以防人員及設備發(fā)生安全事故。（2）本工程鋼結構采用鋼管桁架結構，相貫線放樣以及手工焊接工作量大，加工質量和進度控制難度較大。建議設計可以加以改善和優(yōu)化。（3）本工程為創(chuàng)新項目，在今后使用中應不斷積累經(jīng)驗，制定操作流程。同時應對碳刷等易耗件加強檢查，制定詳細的維護保養(yǎng)計劃，確保系統(tǒng)正常運行。3.4.3.5 運行效益分析本項目自投入試運行后的一個月時間內，總計完成集裝箱操作量為19萬TEU。經(jīng)過統(tǒng)計分析，項目取得了預期的效果。（1）社會效益通過對能源消

34、耗分析，折合成標準煤，采用柴油發(fā)電機單耗為0.976公斤/TEU，采用滑觸線供電方式為0.525公斤/TEU，用電比柴油在能耗上節(jié)省了46%。 輪胎吊省去柴油發(fā)動機后，可以杜絕廢氣排放，降低設備運行噪聲，防止對環(huán)境的污染。（2）經(jīng)濟效益經(jīng)分析輪胎吊采用柴油發(fā)電機成本為4.74元/TEU；采用滑觸線供電方式成本為1.00元/TEU。用電比柴油在成本上可節(jié)約79%，按每臺RTG年作業(yè)箱量12萬TEU計算，年消耗燃油費56.88萬元計算，消耗電費12萬元，每臺一年可節(jié)約45萬元，按32臺RTG配置計算，一年節(jié)約運行成本1440萬元人民幣，按本項目總投資額5500萬元計算（包括設備改造），投資回收期為

35、3.8年。 這個項目從最初的設想到實施完畢后在實際作業(yè)中的表現(xiàn)讓我們看到：節(jié)能降耗工作是當前港口發(fā)展中的一項長期戰(zhàn)略任務，是港口企業(yè)貫徹落實黨中央提出的科學發(fā)展觀的具體實踐。近年來，港口企業(yè)在節(jié)能降耗方面采取了一系列的有效措施，取得了積極成效，滬東公司輪胎吊高架油改電項目反映的就是這種努力的成果。節(jié)能降耗工作不僅影響企業(yè)自身利益，對解決整個國家乃至全球的能源和環(huán)境問題也起到至關重要的作用，具有非常深遠的意義。 RTG在從使用石油到使用清潔能源的轉變，不僅使我們在環(huán)境保護方面取得重大突破，也為我們在能耗節(jié)約方面提供了有力的提高和保障。特別是在RTG“油改電”之后對于整個大機的電氣控制上運用了變頻

36、技術，使RTG小車、起升運行平穩(wěn)，同時在大機待機方面其節(jié)能的優(yōu)勢更充分體現(xiàn)了出來。第四章 變頻技術在皮帶輸送機中的應用從二十世紀八十年代末至今，低壓交流變頻控制器控制交流電機在國內外冶金、礦山、煤炭、電力、機械制造等行業(yè)逐步成為非常成熟可靠、非常實用的先進技術設備。在國外，大型皮帶輸送機驅動電機使用變頻器已經(jīng)有許多成功案例；而在國內，大型皮帶輸送機驅動電機使用變頻器也已經(jīng)有成功的案例（ABB公司和西門子公司在天津南疆煤炭碼頭和秦皇島煤炭碼頭各有應用）。以690V低壓變頻調速裝置在輸送機上的應用為例：該系統(tǒng)可應用于長距離輸送機恒轉矩負載的高性能調速驅動過程，在輕載及重載工況下，均能有效控制帶式輸

37、送機柔性負載的軟起動/軟停車動態(tài)過程，實現(xiàn)各帶式機的驅動點之間的功率平衡和速度同步，由此降低快速起動/快速停車過程對機械和電氣系統(tǒng)的沖擊，避免撒料與疊帶，有效抑制帶式輸送機動態(tài)張力波可能對帶式和機械設備造成的危害，延長輸送機使用壽命，增加輸送機系統(tǒng)的安全性和可靠性，并且在降低負載時實現(xiàn)節(jié)能。4.1皮帶輸送機變頻技術應用案例 通過以下案例，我們可以清晰的看到變頻技術在皮帶輸送機中應用的廣泛程度及其在不同項目內各自表現(xiàn)出的特點及其自身發(fā)展。瑞典ABB公司變頻設備在皮帶輸送機上的應用案例：時間地點功率 kW容量長度米說明1996德 國Overburden conveyor2 x 12501 x 63

38、02 x 12501 x 630低壓690V14 000 m³/h853010025Excavator,彎曲皮帶Variable inclination of beltsACV700MD, LGU1999德國褐煤1 x 6301 x 6303 x 900低壓690V5400 t/h225381910上坡皮帶占總長9 With loading stationuphill 9%ACS600MD, ISU/DSU時間地點功率 kW容量長度米說明2000德國褐煤2 x 9003 x 630低壓690V5400 t/h14801552水平皮帶傳輸Horizontal conveyorACS60

39、0MD, ISU/DSU2001德國褐煤2 x 12502 x 12504 x 4504 x 6302 x 280低壓690V18000 m³/h8800 m³/h15080SpreaderVariable inclination of beltsACW600MD, DSU水冷方案Water cooled2002德國褐煤3 x 900低壓690V5400 t/h1500水平皮帶傳輸Horizontal conveyorACS600MD, ISU/DSU2003塞內加爾磷酸鹽3 x 710低壓690V1800 t/h6500水平皮帶Horizontal conveyorACS

40、6002003中國天津南疆碼頭4 x 400低壓690V3000 m³/h7580曲線皮帶Curve conveyorACS6002004智利銅礦3 x 20004 x 20001 x 2000中壓方案8500 t/h52602795226上下坡皮帶傳輸Uphill and downhill conveyorsACS6000MD2004/2005秘魯銅礦2 x 8503 x 8502 x 850中壓方案8350 t/h815117128623 下坡皮帶Downhill conveyorsVSD supplied by third party2004/2005加勒比海捏礦2 x 190

41、4 x 1901 x 132低壓690V800 t/h45454750760下坡曲線皮帶Downhill curve conveyor system (up to 18%)ACS 800天津南疆碼頭應用案例Location: Tianjin Port (P.R. China) Belt speed: 3.6 m/secBelt width: 1.6 m Belt length: 7.6 km Capacity: 1.800t/hElectrical capacity of belt conveyor Motors: 4 x 400kW (3 x head, 1 x tail)現(xiàn)場實景：德國SI

42、EMENS公司變頻設備在輸送皮帶機上的應用實例：時間地點功率 kW 說明1998Laubag,Welzow 德國4 x 20003.3kV變頻+電機2001Laubag,Nochten 德國3 x 24003.3kV變頻+電機2003Jincheng 1# 晉煤集團3 x 12002.3kV變頻+電機2003Tianjin Dagang 天津港4 x 15003.3kV變頻+電機2003Anjialing 1# 安家?guī)X1#3 x 12002.3kV變頻+電機2003Antaibao 安太堡5 x 630690V變頻+電機時間地點功率 kW 說明2004Anjialing 2# 安家?guī)X2#3 x

43、 12002.3kV變頻+電機2004Pinshuo 4# 平朔4號井3 x 12002.3kV變頻+電機2004Jincheng 2# 晉煤集團3 x 18502.3kV變頻+電機典型案例：天津港原煤輸送機單機長度：8987米 運量：6000噸 帶速：5.6米/秒帶 寬：1800毫米 帶強ST3150 啟動時間：323秒驅動配置：3x1500kW + 1x1500kW, 3.3kV, 頭尾驅動晉煤集團成莊礦輸送機單機長度：2700米 運量：3000噸 帶速：4.15米/秒帶 寬：1400毫米 帶強ST3150 啟動時間：175秒驅動配置：3x1200kW， 2.3kV, 機頭驅動4.2 變頻

44、技術在上海港羅涇二期礦石碼頭皮帶輸送機上的應用4.2.1上海港羅涇二期礦石碼頭工程概況上海港羅涇二期礦石碼頭工程（以下簡稱“羅二期礦石碼頭”）主要從事鐵礦石裝卸服務及鋼廠物流配送服務。碼頭設計年吞吐量為2200萬噸，碼頭擁有2個20萬噸級（減載）礦石卸船泊位， 1個5000噸級非金屬礦石卸船泊位；7個20005000噸級礦石裝船泊位；1個15000噸級礦石裝船泊位。整個碼頭共計17臺大型機械：接卸能力達到2100噸/小時橋式抓斗卸船機4臺、800噸/小時1臺；裝載能力為4200噸/小時的裝船機2臺、2100噸/小時1臺；4臺作業(yè)能力為4200噸/小時斗輪堆取料機、2臺堆料機、3臺取料機； 42

45、條帶式輸送機。配合完成卸船至堆場、堆場至裝船、卸船至裝船、堆場至鋼廠配送四大類作業(yè)流程。作為一座高科技現(xiàn)代化的專業(yè)碼頭，整個港區(qū)散貨系統(tǒng)是全集成綜合自動化系統(tǒng)。碼頭可同時啟停8條生產(chǎn)作業(yè)流程。在國內外散貨碼頭同行中，羅二期礦石碼頭擁有多個首創(chuàng)：首次提出公共碼頭與大型鋼鐵企業(yè)之間的工業(yè)物流配送新理念，實現(xiàn)物流鏈與生產(chǎn)鏈的無縫銜接，成功建立“前港后廠”式這種新型物流配送模式。實現(xiàn)每年約600萬噸的鐵礦石及輔料貨種經(jīng)皮帶機安全高效準確地直接輸送到鋼廠廠內高爐；首創(chuàng)全港帶式輸送機變頻器驅動，建立全變頻驅動控制系統(tǒng)；同時也是國內首個成功建立“管控一體化”信息化散貨碼頭。羅二期礦石碼頭所有42條帶式輸送機

46、系統(tǒng)采用全變頻驅動，皮帶機總長約20公里，總裝機容量為1.6245萬千瓦,17臺大機總裝機容量為1.96萬千瓦。4.2.2上海港羅涇一期、二期皮帶輸送機對比羅涇一期碼頭（以下簡稱“羅一期”）作為羅二期礦石碼頭的前身，其輸送皮帶機所采用的是傳統(tǒng)10KV交流電動機直接啟動控制方式。10KV交流電動機直接啟動是中大功率電動機長距離配電和控制最傳統(tǒng)的方式，采用單臺高壓開關柜控制單臺高壓電機系統(tǒng)構成簡單，初期投資較少。但在羅二期礦石碼頭，不論是輸送皮帶機的數(shù)量還是皮帶輸送機的距離都要遠遠大于羅一期的規(guī)模，并且羅二期“前港后廠”的工作模式，其皮帶輸送機的啟停次數(shù)也注定將遠超羅一期時的工作啟停次數(shù)。具體來看

47、，倘若10kV交流電動機直接啟動控制方式應用于羅二期礦石碼頭的工況下，它將會存在以下問題：（1） 輸送鋼廠的特點：品種多（8種）、批次多（27次/天）、運量小（4.57分鐘/次46分鐘/次）；裝船特點：裝船過程時間短，換船頻繁且換船等待時間不確定；卸船特點：清艙時間長、運量小、按艙單換艙；上述工序具有相同的輸送工藝特性，流程起停、更換頻繁、裝卸負載不平衡，如果使用傳統(tǒng)的10KV電機直接啟動驅動控制方式，電氣設備特性要求不允許15鐘內設備連續(xù)停止再啟動，因此，要實現(xiàn)鋼廠的原料運輸與連續(xù)1000噸以下駁船裝船只能采用流程設備空載運行進行流程轉換，為此而產(chǎn)生的相關皮帶輸送工藝流程機械和電氣設備的空載

48、運行率高達30%，設備占用率大、電能浪費很大，裝卸成本大。（2） 在線直接啟動定速電機，經(jīng)驗告訴我們會有一個高于額定電流6倍以上的浪涌啟動電流。8個流程同時運行時，16880KW皮帶機及15臺大機同時工作，供電系統(tǒng)將面臨嚴峻問題，特別是重載啟運的情況下，它會造成整個港區(qū)電網(wǎng)的較大壓降，甚至局部跳閘，對供電設備造成嚴重損害。（3） 10KV 1.92萬KW電機的無功功率補償系統(tǒng)昂貴，使用不方便，容易造成欠補償和過補償，同時維護成本高。下面我們拿全變頻驅動控制系統(tǒng)控制皮帶輸送機與10KV高壓交流電機直接啟動控制方式進行對比，我們可以看到全變頻驅動控制系統(tǒng)具有以下幾個優(yōu)點：（1） 變頻驅動效率高。使

49、用變頻調速裝置來取代機械的調速方式，特別是在變轉矩應用場合，他的最大好處是節(jié)能。與高壓直接驅動定速電機的過程相比，變速驅動系統(tǒng)僅從電網(wǎng)中吸取必要的及滿足輸出所需的功率。特別是在流量或輸出較低的情況下，即部分負荷或低負荷的情況下，節(jié)能效率明顯提高。（2） 軟啟動能力/延長電機壽命，避免電網(wǎng)沖擊。高壓直接啟動定速電機，經(jīng)驗告訴我們會有一個高于額定電流6倍以上的浪涌啟動電流。這個電流中的一部分在電機內部以有害的熱能形式散發(fā)。另一方面，供電系統(tǒng)也會面臨問題，特別是電網(wǎng)較弱的情況下，它會造成較大壓降。根據(jù)不同的應用場合，變頻器的控制功能可以將啟動電流限制在電機的額定電流甚至額定電流以下的任何電流值，這樣

50、便可以降低對電機及電網(wǎng)的壓力。啟動/停機運行穩(wěn)定受控,能有效抑制啟動和停機過程對機械設備和電氣設備的危害性沖擊，降低設備使用維護成本。（3） 變頻驅動系統(tǒng)能自動控制電機啟動過程電流, 降低總配電難度。實時自動檢測驅動電機的故障隱患，極大提高皮帶輸送機驅動系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（4） 皮帶輸送機的閉環(huán)力矩控制：對于恒轉矩傳動系統(tǒng)，采用DTC技術或每臺電動機使用一個1024脈沖或更高分辨率的增量型脈沖編碼器，結合閉環(huán)力矩控制技術，以獲得最高的動態(tài)特性和速度精度。變頻器采用先進的控制方式，能夠精確控制任何標準鼠籠電機的速度和轉矩。（5） 功率平衡和速度同步好, 工作損耗低，低速運行穩(wěn)定，多機同步驅動

51、容易實現(xiàn)。實際的功率平衡和速度同步是長皮帶輸送機現(xiàn)場所需的關鍵技術，而機械和液壓驅動系統(tǒng)往往難以實現(xiàn)。（6） 功率因數(shù)高，無須配置大容量無功功率補償設備；同時減少使用43套高壓開關柜，降低了總配電成本。（7） 取消機械附屬設備液力耦合器，降低機械設備成本，并可有效避免機械共振。（8） 設備容量配置滿足重載啟動要求，設備使用可靠性高,維護方便，壽命長。（9） 系統(tǒng)設備主要由高壓開關、變壓器、變頻器、交流變頻電機構成，設備生產(chǎn)商多，可選用的品牌多，設備生產(chǎn)制造和售后服務標準化程度高（10） 滿足羅二期特殊工藝向鋼廠精細配送要求。對鋼廠直接輸送配送礦石原料，輸送工藝特性是：多品種、多批次、小運量，流

52、量動態(tài)變化大。而變頻控制系統(tǒng)具有靈活啟動/停機的功能。為保證羅二期碼頭向鋼廠精細配送礦石原料工藝流程、以及在裝船輸送工藝流程和卸船清倉流程的合理、穩(wěn)定、順行操作及極大降低生產(chǎn)用電損耗，降低生產(chǎn)運行成本成為可能。實現(xiàn)系統(tǒng)的高效啟/?？刂坪驼{速運行，具有機械和液壓調速方式不可比擬的優(yōu)勢，通過精確的驅動數(shù)學模型實現(xiàn)優(yōu)化的動態(tài)驅動過程，可調速度運行及驗帶；由此帶來的效益是降低機械和皮帶的投資，并有效延長皮帶輸送機轉動部件如齒輪箱、托輥、滾筒的使用壽命，保護輸送系統(tǒng)的安全。（11） 易與目前PLC控制設備相結合：1. 根據(jù)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的實際情況，變頻器與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的通訊可通過變頻器配置的I/O口、設備

53、總線及通訊口來實現(xiàn)。2. 多機驅動變頻器自成系統(tǒng)，在調試過程中，變頻器將被設置成主/從控制，以便實現(xiàn)變頻器之間的轉速同步、負荷分配以及變頻器的重載啟動?？刂葡到y(tǒng)只需與主驅動裝置相連。3. 為了優(yōu)化皮帶機的啟動和停車特性，驅動系統(tǒng)采用優(yōu)化的S形曲線啟動，使皮帶機的啟動更平穩(wěn)；同時，皮帶機的停車過程將通過變頻器可控停車。4.2.3上海港羅涇二期礦石碼頭皮帶輸送機使用現(xiàn)狀及其改進羅二期礦石碼頭于2007年7月正式投產(chǎn)。雖然碼頭采用了全變頻的皮帶機控制運行方式，但隨著公司生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展，裝卸生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，能源消耗也越來越大?？v觀全港能耗現(xiàn)狀，每月200萬度以上的用電量，生產(chǎn)用電成本占到95%以上。原

54、先設計時考慮到的節(jié)能效果并沒有體現(xiàn)出來。原因出在哪里呢？4.2.3.1 碼頭實際情況礦石碼頭裝卸以鐵礦石、石灰石、焦碳等散貨為主，碼頭生產(chǎn)裝卸都是通過組織運行生產(chǎn)作業(yè)流程完成。眾所周知，散貨碼頭裝卸作業(yè)過程中都存在流程空放現(xiàn)象，流程空放越多就意味著電能損耗越多。最大限度減低流程空載運行時間，就意味著節(jié)約下這些無效功耗。如何才能解決這個困撓散貨裝卸作業(yè)幾十年的老大難問題？這需要突破裝卸作業(yè)瓶頸，打破散貨行業(yè)習慣。在充分研究分析碼頭自身系統(tǒng)設備特點后，羅二期碼頭開拓性進行如下技術優(yōu)化創(chuàng)新，確立散貨碼頭裝卸流程設備系統(tǒng)綜合改造項目，制定節(jié)能優(yōu)化的方向應從在整個裝卸流程運行中挖掘潛能。針對散貨流程作業(yè)

55、整個工藝特點，分析中控系統(tǒng)控制程序，借助SIEMENS變頻技術，開發(fā)流程皮帶計量系統(tǒng)，改造應用剪式抓斗等進行廣泛細致系統(tǒng)技術討論研究。從控制、驅動、工藝、計量、管理系統(tǒng)共同解決裝卸流程過程中能耗空放問題。4.2.3.2改進內容及其效果以及計算依據(jù)為解決降低能耗這一要求，并結合實際生產(chǎn)過程中的特點，我們確定了兩個項目：項目（1），壓縮流程啟動過程時間。減短帶式輸送機啟停時間，以優(yōu)化流程啟停時間系統(tǒng)。通過改變中控控制程序，優(yōu)化變頻器啟?？刂茀?shù)，大大減少整條流程每個皮帶空載啟動時間，達到節(jié)能目的。項目（2），改變傳統(tǒng)散貨只有單一的逆式流程啟動工藝，增加順式啟動流程工藝。通過散貨碼頭整個流程啟停順序控制工藝改造，消