E-RTG集电小车掉碳刷检测的探索

引言

绿色港口发展已成为当今世界各国发展绿色经济的重要窗口、建设绿色低碳环保交通运输体系的重要内容和推动港口可持续发展的重要方向,具有十分重要的战略意义和现实意义。

厦门集装箱码头集团有限公司(以下简称"我司")积极响应"创建绿色环保低碳港口"的口号,对传统的轮胎式龙门吊(RTG)进行了"油改电"改造(E-RTG),以减少对能源的消耗和对大气的污染。我司的E-RTG采用的是低空滑触线供电方式,其工作原理为:在作业堆场架设由城市电网供电的滑触线,通过E-RTG集电小车集电器上的碳刷与滑触线滑动接触,从而实现移动供电。当E-RTG需要到其他堆场作业时,则需切换到小柴油发动机供电,切断市电供电并收回集电小车。到相应的堆场再将集电小车伸出,重新将集电器引导入滑触线后切换成市电供电。

1集电小车安全隐患

现有的双碳刷组取电的集电小车,基本上都没有任何措施用于检测集电器上的碳刷是否正常处于滑线中,一旦出现集电器的碳刷未能正常进入滑线或在作业过程中异常掉出滑道的情况,靠操作司机主动观察很难及时发现,且该处又是视野盲区,基本都是情况比较严重时才会有所发觉,容易造成集电小车的损坏及滑线大面积的破坏,引起较大的经济损失。

2安全保护的探索

为了降低出现掉碳刷情况所引起的损失,通过对现场资料收集与技术研讨,我们提出了采用四级接触器方案和电流检测方案双功能结合方式来检测进场时和作业时的碳刷状态。

2.1四级接触器方案

将原来市电切换三级接触器换成四级接触器(其目的是能检测地相碳刷),在四级主接触器的碳刷端分别安装一个中间继电器和一个相序继电器,将中间继电器和相序继电器联锁到主接触器控制回路,同时给机上的PLC一个输入信号用于PLC控制大车联锁。在E-RTG以柴油发动机进场时,集电小车的地相碳刷没有进入滑线,相线和地线将不构成回路,这时中间继电器不吸合,或者当相线没有进入滑线时,相序继电器报错,触点也不吸合,这时主接触器控制回路不通,线圈不得电,无法进行柴/市电切换,同时在换电区处报故障。

改造后电气原理图如图1所示,控制回路原理图如图2所示。

注意:由于集电小车采用双碳刷组取电,在市电状态下四级接触器方案会失效。

2.2电流检测方案

针对切换成市电运行状态后,因双碳刷组取电使得四级接触器方案不起作用、无法实现掉碳刷检测的问题,我们提出采用电流检测方案。综合比较单相电流检测和零序电流检测两种模式,最后选定利用零序电流检测保护,即:正常情况下三相电流的相量和等于零,公式为Ia＋Ib＋Ic=0,若出现集电小车某相掉碳刷的情况,这时穿过电流互感器的三相电流相量和不等于零,其相量和为Ia＋Ib＋Ic=I,通过与电流检测保护装置预定动作电流值Ie相比较,如I>Ie,则电流继电器保护动作,经PLC控制使大车停止动作。故通过在其中一条主回路上加装电流互感器及电流继电器来实现在市电状态下的相线掉碳刷检测,电流检测接线示意图如图3所示。

3现场实施及测试

现场实施四级接触器方案和电流检测方案,需要根据每台设备工况选择合理比例的电流互感器。选择比例太小的话,容易烧毁电流互感器:选择过大的话,灵敏度不够,起不到保护作用。

在测试过程中发现,四级接触器方案能满足进场时检测掉碳刷功能,但零序电流检测与理论存在一定的差异。现场测试在掉一个相线碳刷情况下,大车从10%到全速动作时,电流互感器对应的电流是0.3~1.3A,在以低于10%的速度运行时无法检测到电流,若是以大车最小电流来作为设定值需要在电流继电器上绕的匝数就很多,则在正常状态下大车在加速时和双回路的特性将使电流检测的误动作频繁出现,且起升所产生的电流有可能烧毁继电器,所以需要反复测试来设定每台设备电流继电器的动作值(现在设定值为2A左右,大车对应的速度为50%),并在程序上加延时检测用以区分误动作。

4结语

这两个方案结合使用能够大大降低由于集电小车掉碳刷所引起的损失,同时填补了设备厂商的技术空白。然而这两个方案还是存在不足,即在市电状态下:(1)无法对单一地相碳刷进行检测:(2)大车运行低于50%速度的情况下电流检测功能存在缺失,即处于无法准确检测的状态。同时,该技术暂时无法完全避免对集电小车和滑触线的损伤,后续需进一步探索完善技术方案,使保护措施更加到位。