起重机可选供电电源的若干问题探讨

本文选自《起重运输机械》杂志，未经许可，不得转载

作者：傅 世 辉 崔 晔

摘要：以配电和高压柴油发电机组同时作为起重机的可选供电电源为切入点，介绍了起重机驱动系统中制动单元及其制动电阻的选型、系统调试和供电互锁方案，为工程技术设计人员提供参考。

Abstract: The paper focuses on using both power distribution and high-voltage diesel generator set as optional power supply for cranes. The selection of braking unit and braking resistor in drive system of crane, system debugging, and power supply interlocking solution are introduced. The study results of the paper can provide reference for technical designers.

关键词：岸边集装箱起重机 ; 制动单元 ; 制动电阻 ; 供电互锁

Keywords: quayside container crane; braking unit; braking resistor; power supply interlocking

1 背景

随着经济全球化趋势的日益推进，国际贸易迅猛发展，每年 80% 的国际贸易是通过海运完成的。而在一些欠发达国家和地区，基础电网的建设步伐跟不上港口的发展速度。为了弥补这一不足，码头选择先用高压柴油发电机组为起重机供电电源，待电网敷设完成后改用配电电源。

本文以哥伦比亚卡塔赫纳港岸边集装箱起重机 ( 以下简称岸桥 ) 为例，介绍高压柴油发电组作为起重机供电电源时，起重机驱动系统的制动单元及其制动电阻的选型、系统调试和供电电源的互锁方案。目的在于为其他工程技术人员在解决相似的问题时提供有价值的思路，同时能给设计人员一定的选型参考。

2 岸桥机械能反馈工况

通常岸桥有起升机构、俯仰机构、小车机构和大车机构，文中所述起重机属常规机型，能实现起升和小车联动操作。

起重机在起升机构下降、小车机构减速时所产生的回馈能量最大。这部分机械能通过能量回馈装置变换成电能（再生电能）。配电电源供电时，再生电能回馈电网，而高压柴油发电机组不具备吸收再生电能的能力，需配置相应的制动电阻以消耗这部分能量。

3 制动单元及其制动电阻的选型

起重机采用西门子 SINAMICS S120 驱动控制系统， 配置 2 组 AIM+ALM，系统输入电压为 480 V。小车电机和俯仰电机共用 1 组 MOMO，起升电机和大车电机配置单独的 MOMO。

1）起重机制动功率

起升机构满载下降恒定功率为 -1 114kW，最大功率为 -1 750 kW；小车机构满载减速最大功率为 -245 kW。则起重机的恒定回馈功率为 -1 114-245=-1 359 kW；最大回馈功率为 -1 750-245=-1 995 kW。

2）驱动系统制动单元选型

当最大回馈功率 / 恒定回馈功率 <150% 时，制动功率参照恒定回馈功率；当最大回馈功率 / 恒定回馈功率>150% 时 , 制动功率 = 最大回馈功率 /1.5。最大回馈功率 / 恒定回馈功率 <150%（-1 995/-1 359=1.468<150%）, 则制动功率为 1 359 kW；驱动系统配置 2 个制动单元，每个制动单元的制动功率为1 359/2=679.5 kW。根据西门子 SINAMICS S120 Brake Chopper 说明书中提供的表格（见表 1），所选制动单元 Rated current MoMo 为 840 A。

通过西门子技术规格书可以查得制动单元6SL3720- 1TE38-4AA3-Z 的额定输出电流为 840 A，符合要求。由于西门子技术规格书中未标出模块作为制动单元时的额定功率，故选型时参考额定输出电流。

此外，在 BRAKE MOTORMODULE 内配置 1 个 50 kW 的制动单元 6SL3300-1AE32-5A，以消耗其响应时间内的能量回馈。

3）制动电阻选型

制动电阻分为两部分，一个是三相制动电阻，接MOMO 输出端 U2、V2、W2；一个是单相制动电阻，接内置制动单元接线端 R1、R2。

①三相制动电阻计算

三相制动电阻每相的制动功率 =679.5/3=226.5kW，数据圆整为每相PBR=230 kW。通过计算Uphase=316 V，R BR=0.326 ，Uchopperthreshold 值的选取，根据系统输入电压。

②三相制动电阻的接法

三相制动电阻必须按星形连接（见图 1）, 每相制动电阻需配相应的温度传感器，信号反馈主控。当此温控信号故障时，应停止机构继续运行。制动电阻连接电缆长度为 10 450 m；若采用屏蔽电缆时，则电缆长度不得超过 300 m。

③单相制动电阻

单相制动电阻阻值为 2.2 Ω，需配相应的温度传感器，信号反馈主控。当此温控信号故障时，应停止机构继续运行。电阻连接电缆长度为 10 100 m。

4 系统调试

图 2 为吊具下 45 t 负载时的波形图，直流母排电压稳定。

5 供电电源互锁

项目要求起重机可由配电和高压柴油发电组供电。由于高压柴油发电机组无法接收再生电能 ; 当码头变电站选择高压柴油发电组为起重机的供电电源时，起重机所产生的再生电能必须通过制动单元下接的制动电阻转化为热能，否则会损坏高压柴油发电组。

1）电源互锁方案

在 PLC 房控制柜柜门上配备配电电源和高压柴油发电机组的钥匙选择开关及其相应的状态指示灯。

当码头变电站向起重机提供配电电源时，高压操作人员将 HV NORMAL POWER 钥匙开关选到 ON，相应的状态指示灯 HV NORMAL POWER ON 亮起；当码头变电站用高压柴油发电机组向起重机供电时，高压操作人员将HV DIESEL POWER 钥匙开关选到 ON, 相应的状态指示灯HV DIESEL POWER ON 亮起。

HV NORMAL POWER 和 HV DIESEL POWER 钥匙开关同时选到 ON 或 OFF 时，桥机无法控制。

2）电源互锁方案建议

本项目高压柴油发电机组由码头提供，设计阶段码头未提供相应的技术材料和供电的切换方案；故本项目只能采用上述的电源互锁方案。由于是人为操作，难以完全避免操作失误。建议在有条件的情况下，采用机械互锁方案（CASTELL 机械互锁），完全杜绝操作隐患。

来源：起重运输机械