摘要：集装箱场桥在作业中存在待机空耗的情况。针对此问题，提出了场桥进行双速发电改造的方案，以满足场桥生产终端等必要用电设备的不间断供电。介绍了双速发电装置和该装置节能的原理，并介绍了改装后的使用效果。
关键词：场桥 双速 节能 装置
一般集装箱场桥由恒转速柴油发电机组供给起升、小车、大车三大机构以及辅助设备使用，实现集装箱的装卸。随着无线网络、GPS、信息技术的快速发展，集装箱码头实现了生产的自动化控制，这使集装箱场桥的作业可以进行远程监控和管理，这对生产终端电源供电提出了较高的要求。
l.使用现状
集装箱场桥的作业特点是作业过程中存在空耗待机的情况，天津港集装箱码头有限公司2007年场桥的平均作业时间3617小时，平均非作业时间1183小时，待工比率为32.7％。将此时段的燃油消耗节省下来，同时又能保证生产终端的用电设备实现不问断中断。是本课题研究的出发点。
采用恒转速柴油发电机组供电，轮胎吊存在着如下几个问题：
1)集装箱场桥工作时，柴油机的转速一直维持在额定的工作转速，柴油机在集装箱场桥待工期间油耗较高，造成能源浪费。
2)石油价格的不断上涨带来柴油价格上涨，燃油消耗成本日益提高。随着燃油价格的上涨，燃油的运营成本日益提高。以集装箱场桥的燃油消耗为0.7L／TEU，2007年的燃油价格5500元／t计算，每台车的燃油成本为55万元，约占设备年运营成本的40％。
2.降低发动机转速节能的原理
根据柴油机的负荷速度特性，在负荷相同的情况下，转速降低、燃油消耗下降。如图1所示。
图l 柴油机部分速度负荷曲线示意图
依据场桥实际的油耗测试数据，场桥在负荷12kW时的高、低速油耗差为9.7-5.0=4.7千克／小时，节油率约为48.5％。
3.双速发电装置介绍
双速发电装置，就是在发电机组怠速和高速的情况下，用电设备可以实现不问断供电。原交流发电机在怠速时不能发出稳定的、可供使用的电力电源，通过对发电机励磁装置进行了改进，使发电机在怠速时能发出280V／30Hz的电源，这为整套装置的开发打下了基础。
双速发电装置的容量为30kVA，超级电容容量为27F／100kW，可以满足场桥生产终端、司机室电源、整车部分照明以及空调的使用。双速发电装置由控制电路和主电路两部分组成，控制电路由PLC控制完成发动机怠速和高速的切换控制，同时完成整个装置的切换控制，主电路由切换电路、整流电路、超级电容电路和整流电路等组成。如图2所示：
图2 双速发电装置网络图
该装置的工况是：
1)场桥在不作业等待10分钟后，控制电路使发动机转入怠速状态，通过控制变压器切换保证逆变器的直流输入电压稳定在允许范围内，从而保证逆变电源连续工作。超级电容通过斩波器辅助主电路完成过渡切换。
2)如果待机状态持续40分钟后，为避免过多发动机积炭产生，控制电路将控制发动机转入高速状态，通过控制变压器切换保证逆变器的直流输入电压稳定在允许范围内，从而保证逆变电源连续工作。
3)如果待机状态在40分钟内，司机在驾驶室按一下恢复按钮，控制电路将控制发动机转入高速状态，通过控制变压器切换保证逆变器的直流输入电压稳定在允许范围内，从而保证逆变电源连续工作。
4)如果系统发生故障，逆变电源将自动投入旁路电源即场桥电源，从而不会影响设备正常使用。
5)超级电容通过斩波器连接逆变电源的直流母线和场桥变频器直流母线，主要有两个作用：一是可以将下降储存的能量，用于起升加速阶段，从而减少了发动机的输出功率，降低了发动机的燃油消耗；二是在怠速和高速切换时投入到逆变电源的直流母线上，辅助完成切换处理。
4.改装后的使用效果
天津港集装箱码头有限公司于2007年11月至2008年5月进行了该装置的安装和调试工作，目前系统比较稳定。
根据油耗测试，场桥在待机时段的节油率将达到48．5％，作业时段的节油率将达到22．7％，场桥综合节油率达到29．1％以上。
此装置减小了对柴油机的冲击，节省燃油消耗，可以减少黑烟的排放，从而延长了柴油机使用寿命和大修间隔时间。空调和车载电脑均采用逆变器供电，电源质量大大提高，因此可以提高设备的可靠性和使用寿命。