Phân tích cấu trúc các hệ thống, trang bị điện cấp nguồn và cơ cấu nâng hạ hàng cầu trục QC hãng Kalmar. Quy trình kiểm tra, bảo dưỡng và trình tự đóng trạm biến áp cầu trục QC của hãng Kalmar

Mục Lục

1


Hình

Danh mục các bản vẽ được sử dụng
Tên bản vẽ

Trang

Hình 1.1

Cầu trục QC của hãng Kalmar

6

Hình 1.2a

Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng
Kalmar

9

Hình 1.2b

10

Hình 1.3

Bố trí các buồng chính của cầu trục

12

Hình 1.4

Sơ đồ bố trí các thiết bị trong trạm biến áp

13

Hình 1.5

Sơ đồ từ tang quấn đến trạm

14

Hình 2.1

Sơ đồ buồng điện

16

Hình 2.2

Sơ đồ mạch động lực hệ thống cấp nguồn của
cầu trục QC hãng Kalmar

17

Hình 2.3

Sơ đồ cấp nguồn các hệ thống chính

19

Hình 2.4

Sơ đồ cấp nguồn cho biến tần

21

Hình 2.5

Sơ đồ cấp nguồn cho 1 số cơ cấu

22

Hình 2.6

Sơ đồ cấp nguồn cho 1 số cơ cấu

24

Hình 2.7

Sơ đồ cấp nguồn cho biến tần 1 số cơ cấu

26

Hình 2.8

Sơ đồ cấp nguồn các thiết bị điều khiển

28

2


Lời Mở Đầu
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với những tiến bộ không ngừng của khoa học và kĩ thuật, các hệ
thống, trang bị điện hiện đại được ra đời và có vai trị rât quan trọng đối với việc
phát triển cơng nghiệp. Nhằm mục đích phục vụ sản xuất và cải thiện đời sống của
người lao động hơn dẫn đưa các nước phát triển theo hướng công nghiệp hiện đại.
Nước ta là một đất nước có đường bở biển kéo dài từ bắc vào nam rất thuận tiện
cho việc phát triển các cảng biến, vì thế nên ở các cảng biển lớn ln địi hỏi sự
chung chuyển hàng hóa cao. Việc bốc xếp contener là cơng việc diễn ra hàng ngày.
Chính vì thế nên tại các cảng biển luôn được trang bị các hệ thống cầu trục, xe
nâng... hiện đại nhằm đáp ứng được yêu cầu công việc. Từ đó, tơi đã được giao đề
tài : “ Phân tích cấu trúc các hệ thống, trang bị điện cấp nguồn và cơ cấu nâng hạ
hàng cầu trục QC hãng Kalmar cảng ” nhằm đi sâu tìm hiểu quá trình hoạt động
của hệ thống để nâng cao chất lượng điều khiển.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài

Mục đích nghiên cứu đề tài này là tìm hiểu nguyên lý hoạt động cấp nguồn
của hệ thống cầu trục QC và cơ cấu nâng hạ hàng của nó.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Với hai mục đích trên ta cần tìm hiểu về đối tượng là các hệ thống cấp
nguồn và cơ cấu nâng hạ hàng nhằm khái thác và vận hành, bảo dưỡng tốt hơn. Đồ

án này tôi đã tìm hiểu về hệ thống cấp nguồn cầu trục QC của hãng Kalmar , từ đó
có thể tìm hiểu và nghiên cứu các hệ thống cầu trục của các cảng biển tương tự.
4. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu hoạt động của hệ thống cấp nguồn và cơ cấu nâng hạ hàng của cầu
trục QC hãng Kalmar. Từ đó đưa ra các nhận xét, đánh giá, tổng hợp nhưng ưu
nhược điểm đề xuất phương án thiết của bản thân.

3


5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học của đề tài nắm được nguyên lý hoạt động của hệ thống để
giảm thiểu tối đa rủi ro trong q trình vận hành hệ thống, nâng cao tính ổn định,
bền vững của hệ thống.
b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Nâng cao kiến thức chuyên môn về nguyên lý, hoạt
động cầu trục. Cũng như xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống để hệ thống làm
việc đạt hiệu quả cao hơn trong khai thác, sử dụng và bảo dưỡng.

4


Chương 1. Khái quát chung về cầu trục QC của hãng
Kalmar
1.1 Khái quát về ứng dụng và thông số kĩ thuật cầu trục QC của hãng Kalmar
a. Khái quát về cầu trục QC của hãng Kalmar
Cầu trục giàn QC xếp dỡ container của hãng Kalmar là cầu trục cổng có công son
liên kết bản lề chuyển động trên đường ray, xe con di chuyển bằng cáp kéo, sử
dụng nguồn ba pha. Cầu trục QC của hãng Kalmar là thiết bị hiện đại nhất phục vụ
xếp dỡ container lên xuống tàu được cảng Container Xanh Vip-Vip Green Port đầu
tư và trang bị ngay khi thành lập.

Hình 1.1 : Cầu trục QC của hãng Kalmar
Các đặc điểm cơ bản:
5


- Cầu trục điều khiển mọi chuyển động đều được thực hiện từ cabin vận do
người vận hành, cabin này được lắp đặt trên cơ cấu xe con. Trọng lực của xe con
nhẹ do vậy toàn bộ kết cấu của cầu trục cũng nhẹ hơn, hệ thống thang giằng đảm
bảo cầu trục là 1 khối vũng chắc và hạn chế rung lắc tối đa...
- Việc điều khiển chuyển động phải đảm bảo sữ thay đổi tốc độ phù hợp với
các cơ cấu chính ( cơ cấu nâng hạ hàng, cơ cấu di chuyển xe con, cơ cấu nâng hạ
boom, cơ cấu di chuyển trên ray).
- Các thiết bị an toàn của cầu trục là các khóa liên động, cơng tắc giới hạn,
các phanh hãm, và các nút dừng khẩn cấp.
- Bộ điều chỉnh chống lắc được điều khiển bằng máy tính.
- Cẩu trục được thiết kế ưu tiên về yêu cầu cơng tác bảo dưỡng thấp điều này
giúp cho nó vận hành liên tục mà vẫn đảm bảo tuổi thọ.
b. Các thông số kỹ thuật cơ bản của cầu trục QC hãng Kalmar cảng Greenport
- Loại cầu trục: dạng cổng, cơ cấu di chuyển xe con bằng cáp kéo, công song
nâng hạ kiểu bản lề.
- Sức nâng định mức:
Contener operation: 51.5 tấn ( nâng hạ dùng khung nâng).
Hook operation: 53.5 tấn ( nâng hạ dùng dầm nâng).
- Khả năng quá tải của cơ cấu: 125% định mức.
- Chiều cao nâng hạ: 36m
- Hành trình xe con mang hàng: 46m
Tầm với ngồi (từ tâm ray ra phía bờ sơng ): 26m.
Tầm với trong (từ tâm ray về phái đất ): 20m.
- Số cụm chân: 4 cụm.

- Số bánh xe: 4 bánh/1 cụm.
Các động cơ truyền động chính:
Động cơ nâng hạ hàng:
6


-

Công suất định mức:Pđm= 250 kW
Điện áp định mức: U đm= 400V
Tốc độ :n= 985 vòng/ph
Hiệu suất: Cosφ = 0.84
Tần số : F= 50Hz

Động cơ di chuyển xe con:
- Công suất định mức:Pđm= 9.2 kW
- Điện áp định mức: U đm= 400V
- Hiệu suất: Cosφ = 0.84
- Tần số : F= 50Hz
Động cơ di chuyển giàn:
- Công suất định mức:Pđm= 22 kW
- Điện áp định mức: U đm= 400V
- Hiệu suất: Cosφ = 0.86
- Tần số : F= 50Hz
Động cơ nâng hạ boom:
- Công suất định mức:Pđm= 75 kW
- Điện áp định mức: U đm= 400V
- Hiệu suất: Cosφ = 0.85
Tần số : F= 50Hz

7


1.2. Cấu trúc động học cầu trục QC của hãng Kalmar

Hình 1.2-a Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar

8


Hình 1.2-b Các vị trí thiết bị trên cầu trục QC của hãng Kalmar
+BO1: Tay vươn cần trục
+GRD: Đường cầu tàu cho cần trục di chuyển
+CH1: Hệ thống kiểm tra cabin
+DC1: Ghế người lái trên cabin
+EH1: Buồng điện
+GI1: Dầm cầu trục
+HB1: Khối đầu trên ngoạm
+LG/ LS: Chân cổng thông tin
+LT1: Tang quấn cáp
9


+LT2: Cổng truy cập vào tang quấn
+MB1: Buồng động cơ nâng tay vươn cần trục
+MH1: Buồng động cơ nâng hạ
+SP1: Ngoạm container
+TY1: Xe con
+TR1: Phịng biến áp
+WSA: Chân cổng thơng tin phía bờ sơng

Các động cơ truyền động chính
Động cơ nâng hạ hàng:
Số lượng: 02
Công suất định mức: Pđm= 250kW
Tốc độ: 1000/2400 vg/ph
Điện áp định mức: Uđm= 400V AC
Động cơ di chuyển xe con
Công suất định mức: Pđm=9,2kW
Số lượng động cơ: 16
Tốc độ:n=1445vg/ph
Điện áp định mức:Uđm=400 VAC
Động cơ di chuyển giàn
Số lượng: 04
Công suất định mức: Pđm=22kW
Tốc độ:n=1700vg/ph
Điện áp định mức: Uđm=440VAC
10


Động cơ nâng hạ công son
Số lượng: 01
Công suất định mức: Pđm=75kW
Tốc độ: n=1500vg/ph
Điện áp định mức: Uđm=440VAC
Ngoài các động cơ truyền động chính thì cịn sử dụng các động cơ phanh hãm,
động cơ chốt hàng, động cơ quạt gió.
1.3. Vai trị ,vị trí lắp đặt của trạm biến áp cầu trục QC của hãng Kalmar
Trạm biến áp 1000 KVA được đặt tại vị trí trung tâm trên cầu trục. Có thơng số
kích thước như sau: Longh x Width x Height: 500 x 290 x 310 cm
Khối lượng của toàn bộ trạm biến áp: Gross Weight: 7000 Kg

Hình 1.3 Bố trí các buồng chính của cần trục

11


1: Buồng thiết bị nâng hạ (+MH1)
2: Buồng điện chính E- House (+EH1)
3: Buồng trạm biến áp (+TR1)
4: Buồng thiết bị nâng hạ boom (+MB1)
Ngồi các buồng thiết bị chính như trên hình, cầu trục cịn được trang bị các
cẩu nâng và hệ thống phụ trợ phục vụ cho việc bảo trì bảo dưỡng.
Trạm biến áp được cấp nguồn cao áp 22kV được lấy từ hố cáp ở cầu cảng.
Nguồn điện cao áp này sẽ được đưa qua bộ chuyển mạch trước khi tới máy biến áp
chính, từ đây nguồn cao áp sẽ được hạ xuống 0.4kV cấp nguồn cho tồn bộ hệ
thống.

+TR1
=11.C +TR1-2A1

=11.C
+TR1-3T1

=15.A +TR1-8S1
=12.M+TR1-4S4
=14.A +TR1-5X6
=14.A +TR1-8X4
=16.A+TR1-5B2

=15.A +TR1-8E2

=15.A +TR1-8E1

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong trạm biến áp

12


=11. C
+TR1
-3T1

=11. C
+TR1
-2A1

-Q0

F1
-3T1
3.1

=11. C
+LT1
-1W1
Hình 1.5. Sơ đồ từ tang quấn đến trạm
Các thiết bị và chức năng:

- 1W1: Hệ thống tang quấn cáp có chức năng thu và nhả cáp điện khi di
chuyển cầu trục.

- 2A1: Thiết bị chuyển mạch cao áp có cầu chì (F1: bảo vệ q dịng),
máy cắt, đèn cảnh báo cách điện cáp, cầu dao cao áp (Q0: đóng cắt
nguồn cao áp với máy biến áp).
- 3T1: Máy biến áp chính Dyn5 1000kVA, 22kV/400V, IP00 biến đổi
điện áp.
- 8E1, 8E2: 2 đèn chiếu sáng phòng máy biến áp.
- 8S1: Công tắc tự động bật đèn khi cửa phịng được mở.
- 5B2: Cảm biến đóng cắt quạt làm mát phòng máy biến áp.
- 4M2:Quạt làm mát trạm biến áp (U = 400V, f = 50Hz, P = 0.48kw,
I=1.2A, n = 1350 v/p).
- Q0: Cầu dao đóng cắt nguồn cao áp, bảo vệ chạm mát các pha.
13


- F1: Cầu chì cao áp, bảo vệ q dịng.
Thơng số chính của trạm biến áp:
- Dung lượng định mức: Sđm = 1000 kVA
- Điện áp định mức: U đm1 = 22 kV
U đm2 = 0.4 V
- Tần số của nguồn: f = 50 Hz
- Cấp bảo vệ vỏ : IP00
- Tổ đấu dây: Dyn5
Máy biến áp thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm khơng gian, được bọc kín để tránh sự
thâm nhập của độ ẩm. Đặc biệt máy biến áp sử dụng là máy biến áp khô, không
dùng dầu giúp việc bảo vệ môn trường tốt hơn, và việc vận hành an tồn hơn vì
đặt ở vị trí khá cao.

14

Chương 2 . Phân tích trang bị điện hệ thống cấp nguồn
cầu trục QC của hãng Kalmar
2.1. Phân tích mạch động lực,hệ thống nối mát an toàn của hệ thống cấp
nguồn cầu trục QC của hãng Kalmar
Nguồn điện cao áp sau khi được đưa tới máy biến áp, điện áp từ 22kV được
hạ xuống 400V. Từ đây nguồn điện được đưa tới các tủ điện trong buồng điện
chính phía sau và trước hết là đưa vào hai tủ phân phối nguồn là EF10 và EF12

Hình 2.1 Sơ đồ buồng điện
Nguồn điện cho các động cơ điện của cơ cấu bao gồm 2 loại:
- Nguồn điện 1 chiều DC 675V: là nguồn điện cung cấp cho bộ biến tần điều
khiển cho các các động cơ truyền động trong các cơ cấu chính (nâng hạ
hang, di chuyển giàn, di chuyển xe con và nâng hạ boom)
- Nguồn 3 pha 400V, 50Hz: Được sử dụng để cấp nguồn cho các động cơ bơm
thủy lực, các quạt làm mát, các cuộn phanh điện từ,…
15


Nguồn điện cấp cho mạch điều khiển:
- Nguồn 1 pha 230V, 50Hz cung cấp cho các rơ le, công tắc tơ trong mạch
điều khiển, đầu ra của các PLC và cho các van điện từ.
- Nguồn điện 1 chiều 24V cấp cho các đầu vào PLC

Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực hệ thống cấp nguồn của cầu trục QC hãng
Kalmar

16


Nguồn điện cao cáp 22kV 50Hz được lấy từ đường dây cao áp cấp nguồn cho

cảng, đưa đến các trụ đấu dây của tang quấn cáp ở bản vẽ 2.1a (11.C+LT1). Đường
dây này được đấu vào máy cắt, trình bày ở bản vẽ 2.1a (11.C+TR1), đầu ra của
máy cắt được đưa đến biến áp để hạ áp từ 22kV xuống 400V với cơng suất
1000kVA. Phía thứ cấp máy biến áp được chia làm 2 nhánh, nhánh 1 được kí hiệu
là -3T1 đưa đến bản vẽ số 3 cột 1, nhánh 2 được chia thành các nhánh như sau:
+ Được đấu thơng qua biến dịng 1.6kA/1A để thực hiện cấp tín hiệu cho
các cơ cấu đo, các thông số được đo là: điện áp, dịng điện, cơng suất tác dụng,
cơng suất phản kháng, cơng suất tồn phần.
+ Được đấu vào bộ bảo vệ hệ thống chiếu sang thơng qua cầu chì 1Q2
160/125A.
+ Được đấu vào bộ thiết bị bảo vệ thấp áp, q dịng và máy cắt đóng cắt
bằng động cơ

17


2.2 Phân tích điều khiển hệ thống cấp nguồn cầu trục QC của hãng Kalmar

Hình 2.3 Sơ đồ cấp nguồn các hệ thống chính
 Kí hiệu các phần tử thiết bị ở hình 2.3
=11.C+LT1-1W: hệ thống tang quấn cáp có chức năng thu và nhả cáp điện khi di
chuyển cầu trục.
=11.C+TR1-2A1: thiết bị chuyển mạch cao áp có cầu chì (F1: bảo vệ quá dòng),
máy cắt, đèn cảnh báo cách điện cáp, cầu dao cao áp (Q0: đóng cắt nguồn cao áp
với máy biến áp).
=11.C+TR1-3T1: máy biến áp chính Dyn5 1000kVA, 22kV/400V
-1Q1: cầu dao đóng ngắt bộ đo 1A1
18

-1Q2: cầu chì bảo vệ ngắn mạch
-1A1: thiết bị đo dòng và áp
-1F1: chỉ thứ tự pha
-1A2, -1A3, -1A3: thiết bị chống sét
-2Q1: cầu dao phân đoạn cấp nguồn cho các hệ thống phụ tải chính
-3Q1: cầu dao cấp nguồn điều khiển 1 chiều 24V
 Phân tích hình 2.3
Nguồn điện cao áp 22kV 50Hz được lấy từ đường dây cao áp cấp nguồn cho
cảng đưa đến trụ đấu dây của tang quấn cáp ở bản vẽ 11.C+LT1-1W. Đường dây
này được đấu vào máy cắt được trình bày ở bản vẽ 11.C+TR1-2A1, đầu ra của máy
cắt được đưa đến biến áp để hạ áp từ 22kV xuống 400V với công suất 1000kVA.
Phía thứ cấp máy biến áp được chia làm 2 nhánh, nhánh 1 được kí hiệu là -3T1 đưa
đến bản vẽ số 3 cột 1, nhánh 2 đi qua biến dịng 1.6kA/1A để thực hiện cấp tín hiệu
cho các cơ cấu đo (-1A1) là: điện áp, dịng điện, cơng suất tác dụng, cơng suất
phản kháng, cơng suất tồn phần. Ngồi ra còn được đấu vào bộ giám sát tần số
pha (-1F1), qua cầu chì -1Q2 nối với bộ bảo vệ chống sét, qua cầu dao -2Q1 cấu
nguồn tới vị trí bản vẽ 2 cột 3, qua cầu dao -3Q1 cấp nguồn điều khiển 1 chiều 24V
tới vị trí bản vẽ 2 cột 7

19


Hình 2.4 Sơ đồ cấp nguồn cho biến tần
 Kí hiệu các phần t ử thiết bị ở hình 2.4
-4L1, -5L1: hai cuộn cảm
-4A1, -5A1: hai biến tần để chuyển điện áp xoay chiều 400V thành điện áp 1 chiều
DC 675V
 Phân tích hình 2.4
Nguồn 3 pha lấy từ 2 nhánh của bản vẽ số 1 ở cột 7 và 8 được đi qua 2 cuộn cảm
-4L1 và -5L1 vào 2 biến tần -4A1 và -5A1 để chuyển thành điện 1 chiều DC 675V

20


cấp nguồn cho cơ cấu di chuyển giàn (bản vẽ 7 cột 1), cơ cấu nâng hạ (bản vẽ 8 cột
1) và cơ cấu di chuyển xe con (bản vẽ 9 cột 1)

Hình 2.5 Sơ đồ cấp nguồn 1 số cơ cấu
 Kí hiệu các phần tử thiết bị ở hình 2.5
-1A1: thiết bị đo dịng và áp
-1Q1: cầu dao đóng ngắt bộ đo -1A1
21


-1F1: chỉ thứ tự pha
-1Q2: cầu chì bảo vệ ngắn mạch
-1A2: thiết bị chống sét
-2Q1, -2Q2, -2Q3, -2Q4, -2Q5, -2Q6, 3Q1, -3Q2: cầu dao
-3F3: rơ le thời gian chuyển mạch
 Phân tích hình 2.5
Nguồn điện xoay chiều 400V từ nhánh -3T1 ở bản vẽ số 1 cột 2 được nối với
một biến dòng, dòng điện được hạ từ 1kA xuống 5A để cung cấp tín hiệu cho các
cơ cấu đo lường (-1A1). Ngồi ra, nguồn này cịn được nối đến thiết bị chống sét (1A2) và bộ giám sát tần số pha (-1F1). Nguồn này còn cấp nguồn cho các hệ thống
như: hệ thống cấp nguồn cho các động cơ ở bản vẽ 21 cột 2, hệ thống cấp nguồn
cho các động cơ ở bản vẽ số 4 cột 1, hệ thống chiếu sáng ở bản vẽ 24 cột 1, hệ
thống cấp nguồn cho biến tần ở bản vẽ số 5 cột 1,cấp nguồn cho quạt gió động cơ ở
bản vẽ 7 cột 4, cấp nguồn cho hệ thống nguồn điều khiển 24V, cấp nguồn cho hệ
thống nguồn điều khiển 230V. Để đề phòng trường hợp mất điện, đường dây nguồn
này được nối với nguồn dự phòng sử dụng UPS cho tủ điều khiển PLC EF91 ở bản
vẽ số 36 cột 1

22


Hình 2.6 Sơ đồ cấp nguồn 1 số cơ cấu
 Kí hiệu các phần tử thiết bị ở hình 2.6
-5Q1: cầu dao cấp nguồn 400V điều khiển xe con
-5Q2: cầu dao cấp nguồn 400V cho tủ tín hiệu vào ra EF23
-5Q3: cầu dao cấp nguồn 400V cho tủ EF41
-5Q4: cầu dao cấp nguồn 400V cho kẹp ray phía dưới đất liền
-5Q5: cầu dao cấp nguồn 400V cho kẹp ray phía dưới bờ song
 Phân tích hình 2.6
Nguồn AC 400V được lấy từ đầu 12K1 ở bản vẽ số 3 cột 4 qua cầu dao -5Q2
cấp nguồn cho động cơ nguồn khí nén, động cơ nguồn thủy lực, động cơ bơm dầu
làm mát, động cơ phanh -4Y1, cơ cấu khớp nối giữa HO1 và HO2 ở bản vẽ số 7
23


cột 4; qua cầu dao -5Q3 cấp nguồn cho động cơ đẩy -6Y11, động cơ phanh an toàn
bằng thủy lực ở bản vẽ số 10 cột 1; qua cầu dao -5Q4 cấp nguồn cho động cơ
phanh của cơ cấu di chuyển giàn và phanh chống bão phía trên bờ ở bản vẽ số 12
cột 1;qua cầu dao -5Q5 cấp nguồn cho động cơ phanh của cơ cấu di chuyển giàn và
phanh chống bão phía bờ sơng ở bản vẽ 13 cột 1. Nguồn AC 400V lấy từ đầu -2Q3
qua cầu dao -5Q1 cấp nguồn cho động cơ phanh của cơ cấu di chuyển xe con ở bản
vẽ số 9 cột 1.

24


Hình 2.7 Sơ đồ cấp nguồn cho biến tần 1 số cơ cấu

 Kí hiệu các phần tử thiết bị ở hình 2.7
-7Q1: cầu dao cấp nguồn ni 400V cho biến tần điều khiển hoạt động của các
truyền động chính
-7Q2: cầu dao cấp nguồn nuôi 400V cho biến tần điều khiển hoạt động của các
truyền động chính

25