廈門集裝箱碼頭集團(tuán)有限公司　陳躍山

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并網(wǎng)無縫切換控制器在ERTG柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用

廈門集裝箱碼頭集團(tuán)有限公司陳躍山

該文介紹“油改電”輪胎式龍門吊（簡稱“ERTG”）在推廣使用時(shí)產(chǎn)生的問題。通過ERTG無縫切換電源的使用，解決柴電和市電轉(zhuǎn)換過程中整機(jī)斷電換電這個(gè)重要環(huán)節(jié)的問題，大大提高了ERTG生產(chǎn)作業(yè)的效率。

油改電 無縫切換 并網(wǎng)控制

1　概述

為了響應(yīng)政府節(jié)能減排號(hào)召，港口企業(yè)在硬件上加大資金投入，建立大型龍門吊油改電堆場，架設(shè)通電低架移動(dòng)滑觸線等低碳環(huán)保的作業(yè)方式。廈門港、鹽田港、青島港等一大批大型港區(qū)的 RTG采用移動(dòng)滑觸線供電方式的“油改電”項(xiàng)目，解決了柴油機(jī)廢氣排放污染問題，且運(yùn)行成本可下降60%，噪音下降50%以上，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。

2　問題的提出與解決

2.1問題分析

廈門集裝箱碼頭集團(tuán)海潤碼頭RTG“油改電改造”項(xiàng)目是在原RTG柴油發(fā)電機(jī)組供電基礎(chǔ)上增加市電供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以電力拖動(dòng)和柴油驅(qū)動(dòng)兩用的功能。采用低架移動(dòng)滑觸線供電方式，采用交流低架滑觸線+集電小車（自動(dòng)切合）的布置方式，當(dāng) ERTG 在箱區(qū)作業(yè)時(shí)，關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組，所需動(dòng)力由專門設(shè)計(jì)的集電裝置將市電從滑觸線輸送到ERTG，ERTG 沿滑觸線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)箱區(qū)的工作覆蓋。當(dāng)ERTG 需轉(zhuǎn)場到另一箱區(qū)作業(yè)時(shí)，則改由柴油發(fā)電機(jī)組供電并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)場。轉(zhuǎn)到指定堆場后，柴油發(fā)電機(jī)組停止工作，工作動(dòng)力重新切換為由市電供電。低空滑觸線的缺點(diǎn)是滑觸線在堆場兩箱之間不連續(xù)，RTG需啟動(dòng)柴油機(jī)后到插拔插頭后重新上電，造成了電源的中斷、不連續(xù)，使得整機(jī)斷電，RTG的電氣系統(tǒng)啟動(dòng)停止時(shí)間將延長。比如SIMATIC S7-300 的PLC主站與各遠(yuǎn)程模塊站重新建立通訊需要時(shí)間，設(shè)備照明用的高壓鈉燈重新完全點(diǎn)亮至少需要15分鐘，而且電源的切斷重送將大大縮減照明系統(tǒng)電子整流器的壽命，頻繁的斷電通電使對(duì)講機(jī)系統(tǒng)中斷，使設(shè)備上的電氣部件如接觸器、變壓器、電源的壽命縮減。

2.2問題的解決

起初我們使用 SANTAK的 UPS，在駕駛室安裝一臺(tái)UPS電源給對(duì)講機(jī)系統(tǒng)和無線終端供電，在電氣房裝一臺(tái)UPS電源供電給PLC CPU通訊模塊，使設(shè)備在換場時(shí)保持電源不斷。UPS的電池使用壽命為3～5年，如果發(fā)現(xiàn)狀況不佳，則必須提前更換。使用UPS電源線路改造比較簡單，但UPS電池壽命的因素影響了設(shè)備的穩(wěn)定性，增加了后期設(shè)備和人工的維護(hù)成本。

為了提高設(shè)備可靠性，可采用并網(wǎng)無縫切換控制器方式進(jìn)行改造。我們選用深海DSE8620單臺(tái)機(jī)組和市電并網(wǎng)控制模塊。DSE8620 控制器允許操作員在駕駛室啟動(dòng)和停止發(fā)動(dòng)機(jī)，可通過發(fā)電機(jī)面板上的按鈕或自動(dòng)將負(fù)載切換至發(fā)電機(jī)。利用內(nèi)置同步、電壓匹配和并網(wǎng)功能，控制器能夠以軟加載/軟卸載方式與市電并網(wǎng)?？刂破鲀?nèi)包含同步和負(fù)載分配功能。并網(wǎng)控制器的原理是通過對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的電壓、頻率和相位角控制實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組合市電的并聯(lián)，通過對(duì)控制柴油發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移，對(duì) ERTG系統(tǒng)兩種電源接觸器進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無縫切換。并機(jī)前需要做好以下準(zhǔn)備工作：

（1）檢查蓄電池電量是否充足，以保證“啟動(dòng)馬達(dá)”啟動(dòng)，進(jìn)而啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

（2）檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油、機(jī)油、水是否正常。

（3）啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前，通過手動(dòng)噴油閥把噴油泵內(nèi)的空氣除去，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)順利啟動(dòng)。

（4）依照電路圖，檢查控制器和外圍的接線是否正確，避免接錯(cuò)線；重點(diǎn)檢查控制器到調(diào)速板、AVR 板和機(jī)組之間的通訊線（用屏蔽線），并確保屏蔽線完全接地。

（5）檢查電動(dòng)開關(guān)的接線，并觀察電動(dòng)開關(guān)運(yùn)作是否正常。

（6）檢查控制器的接地是否良好（接到發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上）。（7）將設(shè)置好的程序?qū)懭肟刂破鳌?/p>

（8）手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，調(diào)好轉(zhuǎn)速和電壓。

（9）通過調(diào)節(jié)軟件，確認(rèn)控制器可以正常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電壓。

（10）通過手動(dòng)合閘或分閘，來確認(rèn)控制器可以正?？刂品趾祥l。

（11）并機(jī)之前，要保證單機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，調(diào)節(jié)好發(fā)動(dòng)機(jī)的增益和穩(wěn)定性。

（12）手動(dòng)帶載后，看發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。

（13）手動(dòng)并機(jī)調(diào)試正常后，方可考慮自動(dòng)并機(jī)。

并機(jī)調(diào)試需要注意的問題有：以廈門港海潤碼頭ERTG為例，首先要在DSE軟件里進(jìn)行調(diào)速板控制，我們碼頭 ERTG使用的發(fā)動(dòng)機(jī)是CumminsKTA-19G4型柴油機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定頻率是50Hz，使用的是Cummins EFC 電子調(diào)速板。Cummins EFC電子調(diào)速板需要自行準(zhǔn)備120kΩ的電阻用于調(diào)速。發(fā)動(dòng)機(jī)頻率的調(diào)整范圍在5%之間，其目的是讓控制器在找同步點(diǎn)時(shí)，速度的調(diào)整范圍相對(duì)比較寬（適用于不同的發(fā)動(dòng)機(jī)并機(jī)）。先把頻率增加5%，達(dá)到52.5Hz，然后把頻率52.5Hz 寫入控制器，同時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且按下合閘按鈕，此時(shí)的Governor Analogue應(yīng)該是80.6%，如果不是80.6%，需通過調(diào)節(jié)SW2 的值，直至Governor Analogue 達(dá)到80.6%為止。再把頻率減少5%，達(dá)到47.5Hz。然后把頻率47.5Hz 寫入控制器，同時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且按下合閘按鈕，此時(shí)的Governor Analogue應(yīng)為-79.0%，如果不是-79.0%，需通過調(diào)節(jié)SW2的值，直至Governor Analogue 達(dá)到-79.0%為止。完成以上調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)頻率的步驟后，需把額定頻率重新寫入控制器。調(diào)速板調(diào)好了進(jìn)行AVR控制，斯坦福（stamford）同步交流發(fā)電機(jī)使用NEWAGE MX321自動(dòng)調(diào)壓器AVR，AVR包含有過壓保護(hù)功能，對(duì)發(fā)電機(jī)主繞組的電壓進(jìn)行監(jiān)測，并且通過控制勵(lì)磁電路使發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在指定的范圍內(nèi)，同時(shí)還根據(jù)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、溫度和功率因數(shù)等要素做出修正。而三相RMS檢測能夠提供更準(zhǔn)確的電壓調(diào)整。讓AVR電壓的調(diào)整范圍在±10%之間，目的是讓控制器在找同步點(diǎn)時(shí)，電壓的調(diào)整范圍相對(duì)比較寬（適用于不同的發(fā)電機(jī)并機(jī)）。

發(fā)電機(jī)的額定電壓是400V，先把電壓增加10%，調(diào)整為440V，然后把電壓440V寫入控制器，同時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且按下合閘按鈕，此時(shí)的 AVR Analogue為80.6%，如果不是80.6%，增大或減小SW2的值，直至AVR Analogue 調(diào)整為80.6%為止，然后電壓減少10%，調(diào)整為360V，把電壓360V寫入控制器，同時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且按下合閘按鈕，此時(shí)的AVR Analogue應(yīng)為-79.0%，如果不是-79.0%，增大或減小SW2的值，直至AVR Analogue調(diào)整到-79.0%為止，完成以上調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓的步驟后，需把額定電壓重新寫入控制器。

第二步，檢查電流互感器安裝位置并檢查接線，檢查目的是避免電流互感器上的S1、S2接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致控制器分配負(fù)載不準(zhǔn)確。 因?yàn)橄嚯娏骰ジ衅鞯慕泳€錯(cuò)誤，將導(dǎo)致功率因數(shù)和有用功率讀數(shù)錯(cuò)誤，所以電流互感器安裝位置正確和接線正確對(duì)并機(jī)成功非常重要。

第三步，檢查電流，多臺(tái)機(jī)器之間MSC通訊，檢查首控制器MSC通訊端口H和L之間是否接了120Ω電阻；檢查尾控制器MSC通訊端口H和L之間是否接了120Ω電阻。

最后是同步檢查，檢查連線和相序。在并機(jī)之前，要檢查單機(jī)和母排的相序是否一致；如果不一致，則無法成功并機(jī)甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。

無縫切換控制系統(tǒng)增加控制信號(hào)到柴油機(jī)組的電子調(diào)速板和發(fā)電機(jī)組的調(diào)壓板，還要在軟件里增加PLC保護(hù)邏輯和外部指示邏輯。這種方式的線路改造比較復(fù)雜，但后期維護(hù)量小。

3　結(jié)束語

在ERTG上采用并網(wǎng)無縫切換系統(tǒng)后，夜間小車投光燈和大梁投光燈等照明系統(tǒng)從原來等待的15分鐘減為0分鐘，無線終端和對(duì)講系統(tǒng)能夠保持時(shí)時(shí)溝通，有效保障了設(shè)備生產(chǎn)作業(yè)的安全。隨著“油改電”技術(shù)的不斷升級(jí)和更新?lián)Q代，ERTG作業(yè)在安全性、自動(dòng)化方面將不斷提高， 無縫切換系統(tǒng)大大提升了堆場ERTG的作業(yè)效率。

［1］ 隨機(jī)資料. Cummins Diesel Engine Electric Fuel Control Governor

［2］ 周家海. 低架滑觸線“油改電”技術(shù)的革新［J］. 港口裝卸， 2011（4）: 11-13.

［3］ 李翔， 李晃亮. VAHLE新一代 RTG油改電”方案介紹［J］. 港口裝卸，2011（4）: 9-10.

［4］ 邢小健， 商偉軍.輪胎式集裝箱門式起重機(jī)“油改電”探討［J］. 港口裝卸，2008（1）: 14-15.

［5］ 隨機(jī)資料. STAMFORD MX321自動(dòng)調(diào)壓器（AVR）