顧民華

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司長興分公司，上海 201913）

1 企業(yè)用能概述

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司（ZPMC）是重型裝備制造行業(yè)的知名企業(yè)，公司總部設(shè)在上海，于上海本地和南通、江陰等地設(shè)有8 個(gè)生產(chǎn)基地。公司主產(chǎn)品分為三類：港口用大型集裝箱機(jī)械和礦石煤炭等散貨裝卸機(jī)械、大型鋼構(gòu)鋼橋梁、海工產(chǎn)品。2009 年工業(yè)總產(chǎn)值為280 億人民幣，主要能源品種有電力、成品油（汽油、柴油）、天然氣，其中，電力是主要能源，占總能耗的77%，其次是柴油，約占20%。2009 年，公司所屬長興基地的總能耗為107957 噸標(biāo)煤。

2 項(xiàng)目概述

公司主產(chǎn)品岸邊橋式集裝箱起重機(jī)（簡稱橋吊）是集裝箱碼頭前沿裝卸集裝箱船舶的專用起重機(jī)，現(xiàn)該產(chǎn)品已經(jīng)遍布世界各地，占世界市場份額的75%。橋吊在發(fā)運(yùn)至用戶港口碼頭前，需接通電力進(jìn)行全面調(diào)試，由于公司的橋吊大都是歐洲和美洲產(chǎn)品，使用頻率為60HZ，長興基地?zé)o法直接提供60HZ 電源供產(chǎn)品調(diào)試，采用的辦法是將一次回路直接用50HZ 高壓（根據(jù)不同的產(chǎn)品分為3.3kV、4.16kV、6kV、10kV、13.2kV、15kV、20kV），二次回路（控制回路）采用柴油發(fā)電機(jī)提供460V/60HZ/400kVA 進(jìn)行產(chǎn)品的調(diào)試用電。

柴油發(fā)電機(jī)經(jīng)過多年的使用，出現(xiàn)了故障率急劇上升、輸出功率下降、維修保養(yǎng)頻繁、工作穩(wěn)定性下降、柴油費(fèi)用升高、污染增加的情況，嚴(yán)重影響產(chǎn)品調(diào)試的進(jìn)度，調(diào)試人員的投訴逐年增加。同時(shí)，因?yàn)闃虻踉谡{(diào)試作業(yè)時(shí)的負(fù)載性質(zhì)是“突加突卸”式，并且長時(shí)間空載，在少量用電時(shí)柴油機(jī)需保持正常轉(zhuǎn)速以保證發(fā)電機(jī)輸出頻率，而且在橋吊做吊箱調(diào)試吊具下放過程中有逆功率產(chǎn)生，柴油機(jī)自身無法消耗，只能通過并聯(lián)電阻予以消耗，所以，柴油機(jī)的能耗非常高。

公司對岸電調(diào)試電源的要求比較特殊：單臺電源設(shè)備功率750kVA 能同時(shí)滿足三臺產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行調(diào)試；碼頭空間有限，電源的體積要小轉(zhuǎn)運(yùn)靈活；電源設(shè)備工作要安全穩(wěn)定可靠；無污染。國內(nèi)還沒有能滿足該使用情況的岸電電源設(shè)備。

為滿足公司產(chǎn)品調(diào)試的要求，徹底解決柴油發(fā)電機(jī)組的諸多問題，車間技術(shù)人員自行設(shè)計(jì)適合公司產(chǎn)品調(diào)試的岸電電源設(shè)備。經(jīng)過多次討論和比較，確定使用（IGBT）SVPWM脈寬調(diào)制方式能有效上述缺點(diǎn)。根據(jù)公司產(chǎn)品調(diào)試的要求和長興基地碼頭的實(shí)際情況確定岸電電源的技術(shù)指標(biāo)，岸基電源應(yīng)為IGBT 整流，為四象限結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，且具有全容量能量回饋功能。

（1）整套岸電系統(tǒng)輸出符合中國供電部門對電壓失真和電流失真最嚴(yán)格的要求，高于《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》（GB/T 14549-1993）對諧波失真的要求；輸出電壓波形總諧波失真度：輸入電流畸變THDi ＜5%，輸出電壓諧波THDu ＜5%。

（2）岸電電源功率模塊IGBT 應(yīng)采用英飛凌或富士。

（3）過載能力：以750kVA 輸出容量的額定輸出電流計(jì)算，120%的額定輸出電流時(shí)可正常運(yùn)行1min；150%額定輸出電流時(shí)可運(yùn)行3s；200%及以上輸出電流時(shí)速斷保護(hù)。

（4）工作穩(wěn)定性：輸出電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)，0 ～100%負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓穩(wěn)壓率：靜態(tài)≤2%，動態(tài)≤10%；輸出頻率60Hz，0 ～100%負(fù)載變化時(shí)，輸出頻率變化率≤0.1%。

（5）岸電電源效率≥97%（100%負(fù)載）。

（6）岸電電源在實(shí)施與船舶電源連接，在并網(wǎng)及解列過程中船舶不斷電，實(shí)現(xiàn)無縫切換，可選擇由船側(cè)或電源側(cè)實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移及同步并網(wǎng)。

（7）岸電電源能在各種性質(zhì)的負(fù)載下包括電容性、電感性、混合型負(fù)載，輸出穩(wěn)定的電壓和頻率。

（8）岸電電源具備智能逆功率控制技術(shù)，用四象限方案或軟件控制完全抑制逆功率產(chǎn)生方案。

（9）岸電電源具備三相電壓不平衡自適應(yīng)能力，容許三相不平衡運(yùn)行，岸電電源的不平衡度需要滿足船用岸電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（10）岸電電源具備黑匣子功能，當(dāng)岸電電源出現(xiàn)故障時(shí)，能夠記錄變頻電源故障前后數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障可追溯。

（11）岸電電源輸出電壓閉環(huán)：必須在隔離變輸出側(cè)進(jìn)行電壓閉環(huán)控制，確保輸出電壓的穩(wěn)定。（12）岸電電源可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行電壓輸出微調(diào)。其技術(shù)參數(shù)和規(guī)格如表1、表2 所示。

3 技術(shù)原理

經(jīng)過AC →DC →AC 變換的逆變電源稱為變頻電源，有別于用于電機(jī)調(diào)速用的變頻調(diào)速控制器，也有別于普通交流穩(wěn)壓電源。變頻電源的主要功用是將現(xiàn)有交流電網(wǎng)電源變換成所需頻率的穩(wěn)定、純凈的正弦波電源。理想的交流電源的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、內(nèi)阻等于零、電壓波形為純正弦波（無失真）。

變頻電源采用SVPWM 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)控制，輸入電壓380V±15%，輸入頻率50Hz，輸出線電壓為400V、460V、575V，輸出頻率60Hz?？蛇m用于多種電壓等級的產(chǎn)品調(diào)試用電。輸出波形品質(zhì)好，同時(shí)，具有短路、過流、欠壓、過熱等多種保護(hù)。

變頻電源柜由多個(gè)整流/逆變IGBT 功率單元、控制器裝置等組成，在控制器的控制下完成電源與負(fù)載之間的功率傳遞功能，完成50Hz 到60Hz 頻率的變換功能，整流/逆變IGBT 功率單元采用IGBT 脈沖整流電路，功率單元由高頻濾波器、輸入電抗器、IGBT 脈沖整流電路、直流支撐電容電路及其檢測控制電路組成。

變頻電源裝置可直接將50Hz 交流電轉(zhuǎn)換成60Hz 交流電，而且輸出電壓可調(diào)，適用各種負(fù)載。在空載時(shí)段，變頻器除自身損耗消耗一部分電能外，其余不耗費(fèi)能源，同時(shí)，橋吊調(diào)試過程中反送的逆功率可倒送給電網(wǎng)，而不是通過電阻消耗，所以，相比柴油機(jī)節(jié)能效果明顯。如此大功率的變頻電源裝置是專為橋吊調(diào)試而設(shè)計(jì)，滿足了橋吊調(diào)試的負(fù)載特點(diǎn)，穩(wěn)定性高。

4 項(xiàng)目節(jié)能量

從2009 年開始，陸續(xù)改進(jìn)低壓變頻電源裝置，代替柴油機(jī)，不使用柴油而改用電力。2009 年5 ～9 月共改進(jìn)低壓移動式變頻電源裝置6 臺，功率為750kVA，每臺低壓變頻電源可替代低壓柴油發(fā)電機(jī)2 臺；變頻電源相比柴油機(jī)存在節(jié)能、無污染、低噪音、免維護(hù)、運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

4.1 改造前能耗情況

以400kW 低壓柴油發(fā)電機(jī)組為例。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均每臺每天開機(jī)10h，每小時(shí)消耗柴油17.4L，每天耗油174L， 每 年 使 用300d， 柴 油 比 重：1L=0.848kg， 折 合標(biāo) 煤=174×0.848×1.4571×300/1000=64.5t；12 臺低壓柴油機(jī)年耗能=64.5×12=774t 標(biāo)煤； 折合標(biāo)煤=2.99×360×1.4571=1568.4t。

4.2 改造后能耗情況

以750kW 低壓變頻電源為例。根據(jù)功率，一臺變頻電源可取代兩臺柴油機(jī)。根據(jù)橋吊調(diào)試周期中三種不同負(fù)載狀態(tài)，現(xiàn)場安裝電度表后經(jīng)三次計(jì)算得到如下結(jié)論：六臺低壓變頻電源年用電量（按每天運(yùn)行10h，年運(yùn)行300d 計(jì) 算）=58×10×300×6=104.4 萬kW·h；折 合標(biāo) 煤=104.4×4.04=421.77t。

節(jié) 能 量： 年 節(jié) 約 標(biāo) 煤=774-421.7=352.3t； 壽 命期（10 年）內(nèi)節(jié)能量=10×352.3=3523t 標(biāo) 煤；節(jié) 能 率=352.3/774=46%。

表1 技術(shù)參數(shù)和規(guī)格

表2 技術(shù)參數(shù)和規(guī)格

5 結(jié)語

此節(jié)能技術(shù)可直接復(fù)制到其他需特種頻率供電的用電設(shè)備上，公司其他的一些產(chǎn)品如大型工程船，原使用柴油發(fā)電機(jī)組供電，現(xiàn)可替換改用變頻器，以大大減少化石能源的使用。該技術(shù)值得運(yùn)用推廣。