新能源技术在场桥上的应用

新能源技术在场桥上的应用
摘要：近年来随着我国科学技术和经济的快速发展，对能源的需求量逐年增大，同时很多新能源技术的快速研发并应用于各行各业，减少了对传统能源的消耗，减少了碳排放量。

场桥是集装箱码头装卸集装箱的主要设备。

我公司现有8
台场桥由移动式柴油发电机供电进行转场，效率低，能耗高。

本文介绍了应用新
能源技术，对场桥转场系统进行改造的方法。

关键词：场桥新能源转场系统
1背景
随着国家“一带一路”建设目标的提出和经济的发展，我国各港口码头发展
势头良好，特别是集装箱码头进出口箱量大幅提高。

场桥是集装箱码头装卸集装
箱的主要设备。

我公司26#－－33#场桥是由上海振华重工生产的ZP15-2317型场桥。

该型号场桥在箱区内作业时是通过取电小车连接至滑触线，由市电供电作业；在箱区之间转场时，需要外接移动式柴油发电机组供电。

移动式柴油发电机组需
要通过厂内牵引车拉至需要转场的场桥下，由两位电工接电缆至场桥供电；转至
需要到的箱区后，再把电缆拆下，接上市电。

转场灵活性差，转场效率低，需要
多人配合，耗时较多；雨天时也不能进行转场作业，已经满足不了我公司的生产
效率要求。

为了提高场桥转场效率，降低柴油机的排放，我司决定应用新能源技术，对场桥转场动力系统进行改造：使用环保的、技术成熟、安全的磷酸铁锂电
池蓄能供电系统为场桥转场提供动力。

2改造技术要求
2.1整机重心分布符合安全要求，加装的电池房结构合理，独立安装于新增
平台位置。

电池房上应有吊耳，以便于整个电池房整体吊装更换。

电池房内电池
模组集中收纳于电池柜内，且应可靠固定，避免由于设备晃动导致的碰撞；增加
简易吊耳，可方便维修、更换。

电池房内有空调制冷系统、自动防潮、防冷凝加
热器，要有足够的照明，符合消防要求。

电池房采用智能消防系统，智能消防系
统将实时数据接入PLC，并根据电气火灾现场状况实现自动灭火。

电池房安装环
境条件是沿海户外使用环境，气温在-5℃～+50℃，在设计及工艺上应充分考虑
防腐、防尘、防雷电、防漏电、防暴雨、防台风。

2.2整机性能要求：按场桥转场标准工况下，转场4次，大车运行1000米，
小车运行80米，起升20米，下降20米。

2.3场桥在转场过程中，要实现转场电源无缝切换。

2.4本项目所使用的锂电池需由国际知名品牌电池厂家生产，电池需选用磷
酸铁锂电池，锂电池需具备安全性能稳定，免维护、无记忆、快速充放电的特点，特别在安全方面设计时需充分考虑防起火，防爆炸。

2.5具有先进的BMS 电池智能管理系统，满足整机的安全、性能要求。

2.6整流、逆变等电气零部件性能满足整机的安全、性能要求。

3系统方案设计
3.1电池房安装在场桥陆侧横梁上，外形尺寸约为长 X 宽 X 高：
3100*1600*2650 (mm)。

电池房内主要安装：锂电池储能装置、电池管理系统BMS、DC/DC 变换器、DC/AC 逆变器、正弦波滤波器、PLC+触摸屏、空调、配套
控制元件等。

电池房自重大约3吨，对场桥轮胎气压影响不大，满足设计要求。

原场桥电气房装在海侧横梁上，正好起到重量平衡作用。

电池房安装图
3.2电池蓄能供电系统原理
3.2.1电池储能单元：
场桥转场时各机构所需功率：
*起升机构只能单独工作
根据所需的总功率计算，结合场桥转场性能、安全要求，电池系统只用转场和应急辅助作业，对于电池快速充放电能力要求不高，经过分析电池储能单元选用宁德时代 3 组磷酸铁锂电池结构，带一套 BMS 电池智能管理系统，为场桥提供足够的动力用于转场。

其特点有：安全性能稳定，免维护、无记忆等特点。

电池组的设计使用年限不小于8年。

磷酸铁锂电池系统参数：
BMS 电池智能管理系统具有监测、报警保护、通讯、均衡、热管理等功能。

具体如下：
1）监测功能
2）报警保护功能：过压报警保护、欠压报警保护、过流报警保护、过温报警保护。

3）通讯功能可通过 CAN 通信接口与 PLC 进行通讯，接收和发送电池系统的信息。

RTG 电池转场系统使用及维护手册。

4）均衡功能 BMS 根据电池组状态信息，控制对应的开关动作，对电压较高的电池放电，使同一电池组内电池的电压趋于平衡，改善电池的一致性。

5）热管理功能电池管理单元通过测量每个电池单元内的温度情况。

电池房内采用主动强制风
冷的冷却方式，确保大倍率工况下电池工作在合适的温度范围内。

BMS 电池智能管理系统图如下：
3.2.2DC/DC 变换器
双向传输 DC/DC 变换器，连接到场桥的直流母线上，作为连通变频器母线与动力电池的桥梁，是该系统的关键组件。

就动力电池而言，该组件控制动力电池对变频器母线的放电和变频器母线对动力电池的充电，以使得动力系统工作于动力电池的安全供放电的范围内。

就变频器母线而言，该组件要快速的响应母线电压的变化，以提供或者吸收变频器的母线电能，以使变频器工作在正常供电状态。

同时采用软件算法，使得瞬间大能量积聚在可控范
围内泄放，也由该部分完成。

电池系统充电：电池系统在市电模式下，RTG 整机合闸，使 DC/DC 进入充电模式，自动为电池充电，当电池电量低于 75%时，电池允许 100A 充电，充电电流根据场桥运行
情况而定；电池电量达到 80%时，进入均流充电状态，直至电池电量 100%或运行电池充电电流值为 0，停止充电。

电池系统放电：选择电池动力模式，使 DC/DC 进入放电状态，母线电压升至设定值，给场桥提供动力。

CVCF 经过逆变，提供 470V 交流电，供给场桥辅助电源。

DC/DC 变换器选用广泛使用的汇川品牌：电池侧电流 202A，电池侧电压460—480V，母线侧 500-780V，额定输出功率 105KW，瞬时输出功率 193KW。

DC/DC 变换器主回路图：
3.2.3 CVCF DC/AC 逆变器
CVCF DC/AC 逆变器连接到场桥辅助电空开下，可将直流电逆变成 3 相交流电，以及对原机3相交流进行自动匹配调节，以便给 PLC、照明、380V 辅助电源进行供电。

当场桥走到换电区，司机切换电池/市电旋钮，CVCF自动匹配电源，完成负载的转移，期间辅助系统供电不断电。

为了提高系统的冗余性，还设计了当 CVCF DC/AC 逆变器有故障，不能正常工作时，可通过手动切换开关，换回市电直接提供辅助电源。

本项目采用国内知名汇川品牌逆变器，额定 150A，75KW。

CVCF DC/AC 逆变器主回路图如下：
3.2.4正弦波滤波器
正弦波滤波器滤去逆变器输出 3 相电的谐波，平滑三相电更接近 3 相正弦波交流电，提高辅助供电质量，消除谐波电压对控制电子设备的影响。

本项目选用额定电流 150A 的滤波器。

1.司机转场操作流程
司机室右控制台设有电池控制合闸、电池控制分闸、电池故障复位、电池系统紧停按钮。

电池控制合闸按钮按下后，电池动力合闸指示灯闪烁10秒后，指示灯常亮，表示电池系统工作正常，可进行转场作业。

如果电池故障指示灯闪烁，代表不重要的电池系统报警或者电池电量低于设
定值。

按电池系统故障复位按钮，若不能消除，把机停到安全区域，呼叫维修人
员排除故障。

电池故障指示灯常亮，电池系统严重故障，电池动力分闸，导致整
机断电。

按电池系统故障复位按钮，若能消除，可继续作业，若不能消除，呼叫
维修人员排除故障。

5结束语
我公司8台场桥于2022年2月应用新能源技术改造完成，投入运行后锂电
池蓄能供电系统工作状态良好，整机转场效率大大提高，相邻场区转场效率由原
来的30分钟以上降低至4分钟以下，司机自己一个人就可以完成整个转场操作，减少了用人成本，提高了工作效率。

同时，使用无缝切换技术换电，辅助用电设
备实现了不间断供电，提高了转场的安全性和便捷性。

综上所述，场桥转场动力
系统改造成新能源供电后，实现了转场零排放，提高了场桥的安全性、可靠性和
便捷性，减少了用工用油成本，取得了良好的经济效益。

参考文献：（1）上海振华重工（集团）股份有限公司场桥培训资料
（2）天津市川丰电气技术有限责任公司场桥
培训资料
（3）上海海得控制系统股份有限公司 BMS 电池智
能管理系统说明书
（4）汇川技术 DC/DC 、CVCF操作及维护手册说明
书。