能量回馈装置在龙门吊中的节能作用

1.引言

近年来，我国经济飞速增长的同时也付出了沉重的资源能源及环境代价。2012年国务院发布了《节能减排“十二五”规划》，要求降低能源消耗强度，通过节能减排技改工程节约能源。轮胎式集装箱起重机（俗称龙门吊）是集装箱堆场的最主要耗能设备，目前我国在用的龙门吊采用节能装置的比例较低，有较大的节能空间。

龙门吊节能方式主要可分为三类：1、更换耗能种类：对于内燃驱动的起重机，采用油改电或油改气。2、能量回收：通过超级电容、锂电池等储能装置实现将起重机在工作过程中释放的再生能量回收、储存及再利用。3、能量回馈：采用电网供电的龙门吊通过能量回馈装置将工作过程中释放的再生能量回馈给电网。许多港口进行了龙门吊油改电的改造，取得了良好的节能效果，实现了工作场所的减排。能量回收、储存再利用的节能方式虽然可实现节能减排，但由于目前设备价格和维护成本较高，经济可行性比较低，在实际应用中有一定的局限性。采用能量回馈装置可实现再生电量的回馈再利用，能有效降低装置的能耗，是目前龙门吊“油改电”后可大力推广的节能技术。

2.能量回馈装置节电原理

能量回馈装置在龙门吊中的节能作用

宁波市能源检测有限公司

郁东青

摘要：轮胎式集装箱起重机（俗称龙门吊）是集装箱堆场的专用机械，在港口中广泛应用。龙门吊起升机构在下放过程中有大量的势能需要释放，传统的处理方式是用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能转化成热能消耗掉。如能对这部分能量进行再利用，则可大大降低龙门吊能耗。本文对能量回馈装置的节电原理进行介绍，通过对加装能量回馈装置的龙门吊进行实测，分析能量回馈装置在龙门吊中的节能作用。关键字：龙门吊;能量回馈装置;节电;测试

龙门吊主要电气设备包括起升机构、大车机构、小车机构和制动单元，如图1所示。龙门吊在搬运集装箱过程中，在满载、负载或空载下放阶段都有势能的释放，传统处理方法为通过变频器制动单元导通制动电阻将再生电能转换成热能消耗掉，存在巨大的能源浪费，可通过加装能量回馈装置，将这部分再生能回馈到电网，起到节能的目的。龙门吊油改电后，供电模式由原先单一的柴油发电机组供电变成了能在柴油发电机组和市网供电间自由切换的混合动力模式。为使龙门吊在原柴油发电机供电模式下也能正常运行，通常会在原有的能耗制动单元的基础上，在原直流母线侧加装一套能量回馈装置，详见图2

。

图1改造前传统龙门吊传动机构主回路示意图

能量回馈装置工作时，会始终监控变频器的直流母线电压，当母线电压上升到设定值时，该系统启动，将直流母线上电能转换为与电网相同的三相电并输出给电网。为了使回馈装置启动先于制动单元，通常回馈装置直流侧启动电压的设定值要略低于制动单元的设定值，并且回馈装置根据母线电压的变化，控制回馈电网电流的大小，使其最大值始终低于制动单元启动的设定值，避免回馈装置和制动系统同时启动。当龙门吊在特殊情况下采用柴油发电机供电时，系统可继续通过制动单元对母线电压进行保护。

龙门吊能量回馈原理见图3。

3.能量回馈装置节电的实际效果测试与分析

为评估能量回馈装置在龙门吊上的节电效果，对某集装箱码头公司的51#龙门吊进行了实测。测试设备采用KEW6310电能质量分析仪。被测起重机的详细参数见表1

。

图2改造后龙门吊传动机构主回路示意图

图3龙门吊能量回馈原理图

表1轮胎式龙门起重机基本参数表

名称

轮胎式龙门起重机

型号规格

RT G 40.6/23.47制造单位N oel l C r ane Syst em s (Chi na)L i m i t ed

出厂编号/额定起重量(t )40.6/23.47主钩起升高度(m )18.28起升速度(m /s)52/23/70

主钩额定起重量(t )

40.6大车运行速度(m /s)130供电电压380V 跨度(m )22.1调速方式

变频起升额定功率(kW )200大车额定功率(kW )

90小车额定功率(kW )45出厂年份2009能量回馈装置M D 601RT G 能量回馈装置

额定功率(kW )

230（1）测试方案

起重机测试方案参照《港口电动式起重机能源利用效率检测方法》（J T/T314-2009）和实际使用情况确定，测试方案如下：

①测试载荷的质量为起重机额定起重量的80.05%。

②测试速度：单程运行开始时以较快的速

度将档位挂到最高档，以最大速度运行，并由同一个起重机操作人员控制

③起重机主钩垂直上下方式运行，高度为18.26米，运行方式选择如下：

a )空载回馈装置未投入：检测起重机总电流、电压、有功电量等参数；

b )重载回馈装置未投入：检测起重机总电

表3

能量回馈系统投入后起重机运行数据情况

流、电压、有功电量等参数；

c )空载回馈装置投入：检测起重机总电流、电压、有功电量等参数；

d )重载回馈装置投入：检测起重机总电流、电压、有功电量等参数。

④模拟空载和重载（同样分回馈装置未投入与投入）重复检测3次，检测起重机总电流、电压、有功电量等参数以及能量回馈装置电气参数。起重机模拟重载运行方式如下：

a )从地面1号位上起升32.5吨试验载荷水箱，载荷提升高度18.26米，跨距15米，降至6号位，走二次门字型，放下载荷到起吊的位置；

b )大车机构空载运行，大车运行距离100

表2

能量回馈系统投入前起重机运行数据情况

测试工况空载无能量回馈系统投入重载无能量回馈系统投入模拟重载无能量回馈系

统投入位移(m )

18.2618.26100第一次时间(s )

45105514供给电量(W h)549.42237.658002.3第二次时间(s )//505供给电量(W h)//8013.5第三次时间(s )//523供给电量(W h)//8023.4算术平均值

时间(s )米来回1次。

⑤测点位于起重机控制室配电进线空开和回馈输出单元空开。

（2）节电测试结果及分析

根据测试，能量回馈系统投入前起重机运行数据见表2，能量回馈系统投入后起重机运行数据见表3。

根据表2和表3的实测数据，可以对比分析起重机在各工况中能量回馈系统投入和不投入两种不同方式下的耗电情况。龙门吊使用能量回馈系统后，在空载工况下测试节电率为12.58%；在重载工况下测试节电率为59.09%；在模拟重载工况下测试节电率为37.9%，节电效果明显，对比情况详见表4。