1 工程概況[1]
通過對青島港前灣港區部分非電動化作業的集裝箱堆場和主要裝卸機械——輪胎式集裝箱龍門吊（簡稱RTG），進行直接使用城市電網電力的電動化改造，**提升青島港集裝箱生產作業系統的電動化水平，實現集裝箱裝卸作業更加節能、減排、環保，更加節支、降耗、增效的目的。
該項目對青島港前灣港區二期集裝箱碼頭堆、場20個箱區，17臺柴油RTG進行電動化改造，見圖
1。對青島港前灣港區三期集裝箱碼頭堆場25個箱區，20臺柴油RTG進行電動化改造。共改造45個箱區，37臺RTG。改造箱區的總長度約10 460 m，面積約為30×104m2。
2 改造方案
青島港前灣港區二期、三期集裝箱碼頭在前期已進行過“油改電”改造工程，本工程是前期工程的延續，考慮到前期改造方案實施后生產運營效果良好，且操作人員在生產組織、操作使用和維護保養等方面均已積累一定的經驗，本次改造工程延續前期“油改電”改造方案，采用低架剛性安全滑觸線可自動接駁方案。
滑觸線方式是沿電動RTG（簡稱E-RTG）行駛跑道外側架設滑觸線供電線路和集電小車軌道，并在軌道上安裝沿滑觸線運行的集電小車的一種“油改電”技術方案。當E-RTG作業時，所需動力由專門設計的機械裝置將市電從滑觸線輸送到E-RTG，集電小車沿其軌道跟隨E-RTG移動，實現移動供電。當需轉場到其他箱區作業時，則切斷市電與E-RTG的聯系，改由機載柴油發電機組或配置動力車配合完成。轉場后，工作動力再切換為市電供電。
2.1 RTG供電改造方案
低架剛性安全滑觸線系統主要由滑觸線、集電小車、集電小車軌道以及滑觸線懸吊立柱組成，具體改造方案如下：
1）滑觸線布置方式：滑觸線共5根相線，其中3根相線、1根地線和1根零線。采用2排5線制供電，3根相線在上，地線和零線在下；上排相線距離地面高度約為2.3 m，下排地線和零線距離地面約為1.8 m。滑觸線布置見圖2。
2）集電小車軌道布置：集電小車垂直布置，以減小T型供電系統總寬度，并相應增加RTG軌道中線至T型架*外端的距離，減小了對RTG的跑偏要求，便于司機操作。
3）滑觸線懸吊立柱：采用2段不等截面冷拔鋼管，其中上部鋼管直徑80 mm，下部鋼管直徑140 mm，立柱總高度為2.6 m。
立柱間距為4.5 m，每隔1.5 m將小車軌道與“工”字型角鋼框架用螺栓連接起來，以增加軌道的剛度和抗撞能力，避免小車軌道容易產生位移。滑觸線懸吊立柱結構見圖3。
4）集電小車：集電小車及配電箱進行一體化設計，小車前后加防撞鋼梁，以保護配電箱和電纜，見圖4。
5）其他：由于集電小車主體在滑觸線一側運行，在T型架頂部安裝防雨防曬尼龍護板，側面安裝金屬護板，起到定位反射板和安全護板雙重作用。
2.2 RTG機上改造方案[2]
本次改造的37臺RTG動力均為柴油內燃機驅動交流發電機組供電，電壓等級為460 VAC，電機驅動電壓為380～420 VAC。通過對RTG的改造，可實現將高壓市電轉化為低壓440 V交流電，并通過低架安全滑觸線和集電小車輸送給RTG。機上改造方案包括以下4個方面:
1）供電電源：改造完成后，RTG上具備2套供電電源，即柴油-發電機組供電和市電供電。兩套電源通過安裝在RTG機房內的電源切換裝置自動切換。在電源切換裝置中加裝一套接觸器電器和機械互鎖保護裝置，以保證供電電源的**性。另外，加裝通電延時時間繼電器（1S），以保證在供電電源電壓穩定后接觸器才吸合。
2）在RTG大車電氣房側與發動機側分別安裝市電供電電源插座和電源切換裝置，以保證RTG轉場靈活。因發動機側的市電供電線路和柴油-發電機組供電線路需共用大梁內的動力供電線路，所以電氣房側的電源切換裝置與發動機側的電源切換裝置為兩極安裝。在市電電源突發停電故障時，可不用插拔供電插頭，直接使發動機啟動，實現發電機組供電，保證RTG作業效率及安全運行。
3）RTG大車行走自動糾偏及安全停止保護系統：在RTG的兩側分別加裝一組信號糾偏處理器和停止處理器，當大車行走出現跑偏時，糾偏處理器會發出信號，PLC系統根據收到信號自動調節大車行走機構兩電機間速度差，實現自動糾偏。
4）集電小車的自動接駁：采用集電小車自動接駁系統以提高電動RTG的轉場效率。自動接駁系統的基本原理：取電時，連接在RTG上的接駁裝置將集電小車水平推出，使小車壓靠在取電支架的導板上，RTG前進帶動集電小車前進，小車在一塊設在取電支架上的斜導向板的作用下依靠前進力產生一個向上的分力，抬升到預定高度，實現小車入軌，集電器碳刷再通過一個喇叭形的引導口導入滑觸線內，實現自動取電；反之實現自動斷電。RTG兩側各安裝1臺集電小車及附屬供電纜、接駁裝置及測距定位系統。
3 地面供電系統改造方案
經測算，前灣二、三期工程現有的中心配電所容量有余量，能夠滿足E-RTG增加的用電負荷，無需擴容。
本次改造中二期工程共有20個箱區設E-RTG滑觸線，設置3臺容量為1 000 kVA的箱變。其中2臺箱變分別為9條滑觸線供電，1臺箱變為6條滑觸線（含已改造完成的4條）供電，每條滑觸線按2臺同時作業設置。改造完成后，將從附近的11#中心變電所將6 kV市電由箱變轉化成為低壓440 V
交流電，然后通過低架剛性安全滑觸線和集電小車輸送給RTG。
三期工程共有25個箱區設E-RTG滑觸線，設置5臺箱變，其中3臺箱變容量為1 600 kVA、2臺箱變容量為800 kVA。1 600 kVA 箱變中的2臺分別為6條滑觸線供電，1臺為7條滑觸線供電；2臺800 kVA箱變分別為3條滑觸線供電，每條滑觸線可按3臺E-RTG同時作業設置。改造完成后，將從附近的17#，18#中心變電所將6 kV市電由箱變轉化成為低壓440 V交流電，然后通過低架剛性安全滑觸線和集電小車輸送給RTG。
4 工程改造節能效果
RTG采用柴油發電機組提供動力，其工作模式為間歇式（據青島港統計，RTG發動機啟動后，真正用于裝卸作業的時間只有41.5%，其它58.5%的時間為空耗，1臺RTG每小時空耗的柴油達15～15.5 L），存在能耗高、運行成本高、污染重、空耗大等缺點。按青島地區當前柴油、電力價格計算， RTG柴油發電機組的發電成本比直接使用市電供電要高3倍以上；另外，柴油發電機組工作時產生的廢氣、噪聲以及油、水等泄漏，使港口環境受到了較大的污染。以青島港為例，2010年青島港的集裝箱吞吐量為1 021萬TEU，如果全部是柴油RTG操作，將至少消耗柴油1 400萬L，燃燒后將至少排放CO23.8萬t，SO2105 t。
從2006年7月起，青島港對前灣集裝箱堆場RTG進行了分期改造。目前，該技術已在青島港獲得規模化應用。青島港已投資6 387萬元完成了85個箱區、69臺RTG的電動化改造；截至2010上半年，該技術改造已為青島港累計節約能源費支出7 096萬元，減少CO2排放4.5萬t以上，SO2排放124 t以上，節約標準煤近1萬t，取得了良好的投資效益和社會效益。
本次改造45個箱區和37臺輪胎吊，將使前灣港區二期、三期碼頭的前沿集裝箱堆場全部改造為可電動化作業場區；集裝箱柴油RTG全部改造為E-RTG。本項目實施后，青島港前灣港區每年將再減少柴油消耗421萬L左右，扣除新增的耗電量691萬kWh，每年節約標煤約2 863 t左右，具有非常好的節能效果。
本工程實施后，前灣港區二期、三期碼頭的前沿集裝箱堆場全部改造為可電動化作業場區；集裝箱柴油RTG全部改造為E-RTG。改造完成后，前灣港二、三期碼頭的集裝箱堆場作業，僅能源費支出每年將節約3 500萬元以上，加上其他省去的費用，如大功率柴油機組維修費、保養費等，每年還可節約1 200萬元以上， 總計每年可節約4 700萬元以上，投資效益十分顯著。
