0 引 言

傳統(tǒng)的輪胎式龍門起重機(jī)（Rubber Tyre GantryCrane，RTG）以柴油為燃料，由柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力驅(qū)動行走、起升和小車等機(jī)構(gòu)。在重載吊裝的情況下，為避免起重機(jī)在起升瞬間發(fā)**電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升、扭矩不足和柴電機(jī)組冒黑煙等現(xiàn)象，RTG 柴電機(jī)組的功率選配通常約為平時所需的 2 倍。為解決傳統(tǒng)RTG油耗大、營運(yùn)費用高和環(huán)保性能差等問題，近年來，國內(nèi)外科研院所、高校和港口開始嘗試將 RTG 的動力源由柴油改為電力。目前，具有代表性的RTG節(jié)能技術(shù)主要有滑觸線供電技術(shù)、柴電機(jī)組調(diào)速技術(shù)和電纜卷筒式 RTG 供電技術(shù)等。其中，滑觸線供電技術(shù)又分為高空滑觸線供電技術(shù)和低空滑觸線供電技術(shù)兩種。

1 RTG節(jié)能技術(shù)

為貫徹交通運(yùn)輸部建設(shè)資源節(jié)約型交通和環(huán)境友好型社會的要求，我國港口積極探索RTG節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。采用市電或工程調(diào)速柴油機(jī)電力驅(qū)動RTG 作業(yè)，不僅響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，而且能降低運(yùn)營成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。電力驅(qū)動的 RTG（以下簡稱 eRTG）既可確保設(shè)備靈活轉(zhuǎn)場，又能節(jié)省能源、減少排污和降低成本，是對 RTG 傳統(tǒng)驅(qū)動方式的重大革新。

1.1滑觸線供電技術(shù)

1.1.1 高空滑觸線供電技術(shù)

高空滑觸線供電系統(tǒng)由立柱、立柱基礎(chǔ)、承重索張緊裝置、滑觸線張緊裝置、懸吊固定架、接地裝置、取電裝置和防擺裝置等組成。在集裝箱堆場箱區(qū)之間的空地上沿RTG行駛道路安放立柱，立柱之間安裝避雷線、承重索和銅滑線等設(shè)備。

為避免直擊雷對供電系統(tǒng)造成影響，立柱上橫梁兩側(cè)通常各安裝 1 根避雷線。避雷線保護(hù)角小于15 °，避雷范圍覆蓋銅滑線。

立柱中橫梁兩側(cè)各裝 2 根承重索，共 4 根，每根承重索通過懸吊固定架懸吊 2 根滑觸線。承重索采用鍍鋅鋼絞線，一端固定在端立柱上，另一端通過平衡滑輪和動滑輪組與配重系統(tǒng)連接，中間通過導(dǎo)輪支撐在中立柱上，使承重索張力一致。增設(shè)動滑輪組不僅使配重減輕 25%，而且便于通過增減配重調(diào)整誤差。由于氣溫變化可能導(dǎo)致承重索熱脹冷縮，進(jìn)而影響滑觸線的水平度，因此要求配重系統(tǒng)可以隨時調(diào)節(jié)衡張力。

RTG主梁平臺裝有受電裝置，通過滑觸線取電驅(qū)動RTG作業(yè)。高空滑觸線供電采用750 V或460 V直流電，架設(shè)高度通常在 25 m 以上。受電裝置為受電弓，一般采用氣動控制，在提高效率的同時增強(qiáng)安全性。為保證 RTG 正常作業(yè)時能有效地從銅滑線上取電，必須根據(jù)RTG的跑偏量嚴(yán)格控制工作狀態(tài)下銅滑線的側(cè)向偏移量。同時，受電弓的弓板不宜太大。因此，立柱既要滿足工作狀態(tài)下的剛度要求，又要滿足非工作狀態(tài)下的強(qiáng)度要求。為增加接觸面積，確保取電裝置的有效性，正負(fù)極均采用雙線并列供電?；|線通常采用銀銅合金，其導(dǎo)電性能優(yōu)于其他材料，且強(qiáng)度也滿足要求。

端立柱的跨側(cè)和中立柱的兩側(cè)裝有防擺裝置，跨度約為 20 m，與懸吊固定架上的鋼管柔性連接。通過對角線拉緊的方式限制滑觸線擺動，減少其因風(fēng)載荷作用而產(chǎn)生的側(cè)向擺動量。

2007 年初，上海港振東集裝箱碼頭率先采用RTG高空滑觸線供電技術(shù)，寧波港北侖國際集裝箱碼頭和深圳港媽灣集裝箱碼頭等也先后實施高空滑觸線“油改電”項目。據(jù)測算，上海港振東集裝箱碼頭對傳統(tǒng)RTG進(jìn)行電動改造后，耗能量和費用分別下降約 60%和 73%，且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時無煙塵，噪聲小，故障率低。改造后的 eRTG 的單位耗電量約為1.6 kW h/TEU，每臺RTG每年可節(jié)省費用約 41.4 萬元人民幣。

1.1.2 低空滑觸線供電技術(shù)

低空滑觸線供電系統(tǒng)由滑觸線支架、承重索張緊裝置、滑觸線張緊裝置、接地裝置和取電裝置等組成。在集裝箱堆場箱區(qū)之間的空地上沿 RTG 行駛道路架設(shè)滑觸線支架，高度一般為 1~3 m，間隔3 m 左右，利用電線桿支撐滑觸線，支架之間安裝承重索和銅滑線等設(shè)備。由于架設(shè)高度有限，為提高安全性，低空滑觸線必須采用安全滑觸線，供電電壓通常為 460 V。

為防止 RTG 碰撞供電支架，在 RTG 上加裝防撞裝置和減速運(yùn)行裝置。此外，低空滑觸線的集電裝置必須保證供電和牽引的安全性，長度可調(diào)節(jié)，技術(shù)較復(fù)雜，質(zhì)量要求高，目前，主要部件依靠進(jìn)口。

低空滑觸線供電技術(shù)的地面工作較多，對堆場影響較大，必須對 RTG 進(jìn)行小批量改造，但改造成本較低，適用面較廣，對于中等規(guī)模（10~20 臺RTG）和中等工作密度（每臺 RTG 覆蓋 2~3 個箱區(qū)）的堆場而言，性價比較高。

2006年，青島港率先采用RTG低空滑觸線供電技術(shù)，天津港聯(lián)盟國際集裝箱碼頭、天津港東方海陸集裝箱碼頭、廈門港海天集裝箱碼頭和深圳港赤灣集裝箱碼頭等也先后實施低空滑觸線“油改電”項目，實踐效果較好。據(jù)測算，青島港對傳統(tǒng) RTG進(jìn)行電動改造后，單箱能源成本從 6.74 元降至 2.45元，設(shè)備故障率下降50％，平均利用率從69.3%提高到 71.5%，噪聲至少降低 50%，每年可減少CO2排放量 2.3 萬 t。過去 RTG 的單箱耗油量為 1.2 L（折合1.5 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤），而改造后的 eRTG 的單箱耗電量為2.5 kW h（折合 1.0 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤），節(jié)能 33%。

1.2 柴電機(jī)組調(diào)速技術(shù)

柴電機(jī)組調(diào)速技術(shù)主要通過合理改變柴油發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到以經(jīng)濟(jì)、高效的方式提供電源的目的。目前，通用、西門子、東芝和三菱等公司針對傳統(tǒng) RTG 的節(jié)能要求，研發(fā)各具特色的節(jié)能系統(tǒng)。

本文以通用公司開發(fā)的Fuel Efficient RTG電控調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)為例，介紹柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)速技術(shù)在RTG節(jié)能中的應(yīng)用。

該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在變速發(fā)動機(jī)、變流器和逆變器方面。整套系統(tǒng)僅對直流母線進(jìn)行處理，直流母線以下的電機(jī)控制部分未作任何改動，保持傳統(tǒng) RTG 的控制模式，使其優(yōu)良特性得到繼承。

（1）變速發(fā)動機(jī) 對變速發(fā)動機(jī)進(jìn)行**調(diào)速控制是新型 RTG 系統(tǒng)的精髓。在載荷需求功率較小時，使發(fā)動機(jī)工作在額定速度以下，同時可達(dá)到降低耗油量、噪聲和設(shè)備維護(hù)成本的目的。新型RTG 系統(tǒng)根據(jù)速度和電流測量值計算實際需要的轉(zhuǎn)矩，通過柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)換，確定柴油機(jī)的噴油量。由于負(fù)載電流的變化非常迅速，因此，突加和突降負(fù)載對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的要求很高。實踐證明，采用電噴的變速發(fā)動機(jī)完全能夠滿足要求。

（2）變流器 發(fā)電機(jī)提供的電源電壓和頻率隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。RTG 上的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）功率單元變頻器通過較高的開關(guān)頻率實現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM），為直流母線提供穩(wěn)定的直流電源，使驅(qū)動電機(jī)的變頻器更加穩(wěn)定、可靠。

（3）逆變器 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化導(dǎo)致RTG的輔助裝置（如制動器、油泵和照明設(shè)施等）無法得到穩(wěn)定的三相交流電源，因此，該調(diào)速系統(tǒng)增加直流母線供電的逆變器。該裝置可產(chǎn)生穩(wěn)定的三相交流電源，輸出的波形通過濾波器的作用接近于正弦波，滿足各種電氣和電子裝置的用電要求。

隨著石油資源的日趨枯竭以及環(huán)保要求的日益提高，低排放、高能效的新型變速柴油發(fā)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)和社會價值逐漸顯現(xiàn)出來。2007 年以來，以通用和西門子公司調(diào)速柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的節(jié)能型RTG先后在煙臺港、唐山港和廈門港等港口投入使用，節(jié)能效果顯著。2008 年，交通部水運(yùn)科學(xué)研究院和錦州百納電氣有限公司等在廣州港南沙港區(qū)進(jìn)行柴電機(jī)組調(diào)速試驗。據(jù)測算，采用這項新技術(shù)后，可以節(jié)油 50%左右，噪聲、污染物排放量和運(yùn)營成本均大幅降低。

1.3 電纜卷筒式RTG供電技術(shù)

在傳統(tǒng)RTG上增設(shè)電纜卷筒、供電電纜的插頭和插座以及供電選擇開關(guān)等取電裝置，利用供電電纜將市電傳輸至 RTG 的用電設(shè)備上。電纜卷筒主要由卷筒、卷筒驅(qū)動電機(jī)和支持支架等組成。沿RTG 運(yùn)行道路鋪設(shè)電纜溝。RTG 一般在單箱區(qū)內(nèi)運(yùn)行，速度較快，換箱區(qū)工作時需切換電源。電源插頭插拔方便，可控性較好。電纜末端安裝換向裝置，節(jié)省電纜，減輕電纜的彎曲疲勞。

電纜卷筒式RTG供電技術(shù)的應(yīng)用時間較長，深受用戶歡迎，具有一定的市場影響力，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：（1）地面工作較少，進(jìn)行RTG改造基本不占用工作場地，對堆場影響較小；（2）RTG 相互獨立，可分批、分期單獨進(jìn)行改造；（3）應(yīng)用面廣，可對傳統(tǒng)RTG進(jìn)行技術(shù)改造，也可在新型RTG上使用（4）

對場地要求小，適用于面積、形狀不同的堆場，對于RTG數(shù)量少且工作密度小的中小型碼頭而言，性價比較高；（5）提供使用超級電容等儲能裝置的可選

方案，能有效回收利用重載位勢能量，提高節(jié)能效率。

電纜卷筒式 RTG 供電技術(shù)是*早得到應(yīng)用的“油改電”技術(shù)。2003 年初，交通部水運(yùn)科學(xué)研究院開發(fā)的電纜卷筒式 eRTG 樣機(jī)在二連浩特投入使用，此后，深圳港蛇口港區(qū)、上海港滬東集裝箱碼頭以及廣州港魚珠和穗林碼頭等陸續(xù)采用該技術(shù)。據(jù)測 算，采 用 這 項 技 術(shù) 后，單 箱 耗 電 量 為1.00~1.22 kW h，單箱能源成本為0.98~1.20元，無廢氣排放和噪聲，設(shè)備維護(hù)成本顯著降低。

結(jié)束語

RTG 是集裝箱碼頭的主要耗能設(shè)備。RTG 節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用，順應(yīng)交通運(yùn)輸部建設(shè)資源節(jié)約型交通和環(huán)境友好型社會的號召，有助于建設(shè)零排放、無噪聲的節(jié)能環(huán)保型“綠色”港口，值得大力推廣。不同的 RTG 節(jié)能技術(shù)方案應(yīng)用場合不同，碼頭應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的設(shè)施條件、經(jīng)濟(jì)實力和發(fā)展規(guī)劃等選擇合適的方案。