中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 王時(shí)彥

1 引言

泰州永安港務(wù)有限公司是被國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局定為首批進(jìn)口糧食入境的口岸，碼頭是以裝卸糧食為主，并且逐步降低其他散、雜貨種的裝卸量。隨著糧油吞吐量的逐年增長，現(xiàn)有碼頭裝卸能力已經(jīng)不能滿足后方糧油企業(yè)原料增長的需求，為更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，永安港務(wù)擬對(duì)永安作業(yè)區(qū)一期工程進(jìn)行改建。因此，為配合泊位功能的改變，滿足泊船的岸電需求，本文針對(duì)改造碼頭岸電的供電設(shè)計(jì)問題進(jìn)行研究。

2 工程項(xiàng)目的基本情況

拆除原1#泊位的下游1#引橋，擬將現(xiàn)有碼頭外檔改建為7萬噸級(jí)碼頭；在1#泊位后沿加寬20m，擴(kuò)建一個(gè)1.5萬噸級(jí)散糧泊位，即4#泊位（見圖1、圖2）。根據(jù)總平面布置方案和工藝方案的調(diào)整，需對(duì)碼頭上原有廊道及轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行改造，并新建引橋。

圖1 原一期碼頭

圖2 改造后的碼頭

由于本項(xiàng)目涉及改造的內(nèi)容多、工期緊張，并且業(yè)主要求改造工程分階段實(shí)施，需要保證岸電在改造過程中能正常使用。因此，決定增設(shè)并搬遷原1#泊位的岸電設(shè)施（包括現(xiàn)有岸電箱式變電所及岸電接電箱等），以滿足碼頭內(nèi)外檔不同船舶的用電需求。

本工程現(xiàn)有1座0.4kV 變電所（現(xiàn)有岸電變電所），容量為630kVA，為箱式變電所（位于1#泊位碼頭后檔擴(kuò)展平臺(tái)上）。由于現(xiàn)有箱式岸電變電所已無法滿足改造后1#泊位泊船的用電需求，故本工程需新設(shè)一座岸電箱式變電所（新建岸電箱式變電所），站內(nèi)設(shè)一套隔離變壓器、變壓變頻裝置等相關(guān)設(shè)備提供岸電電源，同時(shí)現(xiàn)有箱式變電所因引橋拆除相應(yīng)搬遷。

3 供電設(shè)計(jì)

3.1 岸電系統(tǒng)

3.1.1 岸電容量根據(jù)業(yè)主對(duì)目前靠泊船舶做的岸電需求（需求容量，上船電壓、頻率等）調(diào)研及用電負(fù)荷估算：1#泊位靠泊70000DWT 散貨船，岸電容量為800kVA，提供450V 60Hz 和400V 50Hz 兩種電源規(guī)格；4#泊位靠泊15000DWT 散貨船，岸電容量為250kVA，上船電壓為0.4kV，頻率為50Hz。

3.1.2 岸電系統(tǒng)單線圖

岸電系統(tǒng)單線圖如圖3所示。

圖3 岸電系統(tǒng)單線圖

3.1.3 岸電設(shè)施要求

本工程岸電系統(tǒng)選用變頻變壓形式，并根據(jù)規(guī)范要求選用不停電切換的方式為靠港船舶供電，且需具備以下要求：

一是岸電系統(tǒng)由隔離變壓器、變頻變壓裝置、岸電接電箱等設(shè)備組成。

二是岸電系統(tǒng)能適應(yīng)靠港船舶的用電需求，在船、岸電源切換異常時(shí)，能確保船舶電源不對(duì)陸上供電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

三是岸電系統(tǒng)的容量，能保證靠港船舶連接岸電時(shí)預(yù)期使用設(shè)備的正常工作；供電時(shí)電壓能自動(dòng)調(diào)整，電壓波動(dòng)范圍能滿足規(guī)范規(guī)定的要求，并能根據(jù)船舶的需要適時(shí)微調(diào)。還應(yīng)具備較強(qiáng)的帶各種性質(zhì)負(fù)載能力和快速的波形修正穩(wěn)壓能力，不但能適應(yīng)電容性、電感性、混合型負(fù)載等線性負(fù)載，而且能適應(yīng)帶大功率非線性整流負(fù)載和啟動(dòng)大功率電動(dòng)機(jī)沖擊性負(fù)載，滿足靠港船舶在各種負(fù)荷情況下岸電電源質(zhì)量符合船舶電源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)因?yàn)殡娫促|(zhì)量而引起船上設(shè)備跳閘或損壞。

四是岸電系統(tǒng)能保證船舶的用電安全，在接入岸電時(shí)不會(huì)對(duì)船上原有設(shè)備的使用產(chǎn)生影響。

五是岸電系統(tǒng)具有完備的保護(hù)功能，當(dāng)船方設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)能快速切斷陸上電源。

六是岸電系統(tǒng)應(yīng)具有完善的電能計(jì)量裝置，滿足船岸雙方結(jié)算或用電量統(tǒng)計(jì)的要求。

七是船岸的連接具備完善的防誤閉鎖裝置，保證操作人員的安全。

八是當(dāng)岸電系統(tǒng)選用工頻方式時(shí)，根據(jù)規(guī)范要求選用停電切換的方式為靠港船舶供電。

3.1.4 上船連接方式及斷開方式

一是采用低壓上船方式，船岸連接系統(tǒng)中陸域與船方交接點(diǎn)布在接電裝置（船方岸電）處，船岸連接裝置（包含電纜及其配置的電纜卷筒等）均由港務(wù)方提供。當(dāng)船舶?？看a頭時(shí)，可直接將岸電電纜插入相應(yīng)的岸電接電箱，實(shí)現(xiàn)船岸電纜的快速連接。本工程的岸電系統(tǒng)配電方式采用一對(duì)一的放射式供電，并且采用電隔離裝置（隔離變壓器）。

二是當(dāng)船舶靠港后，必須確保船岸之間雙方的接地線接地正常，消除兩者之間的靜電電勢差。

三是采用手動(dòng)方式將船舶的電纜插頭與碼頭前沿岸電接電箱連接的時(shí)候，必須采用可靠的電氣連鎖與機(jī)械連鎖方式，來保證電纜插頭與岸電接電箱內(nèi)插座在連接過程中都不帶電。

四是當(dāng)船岸連接成功后，船舶綜合電力系統(tǒng)發(fā)出可送電指令后，岸電主回路按從輸入側(cè)至輸出側(cè)方向依次閉合，船岸電壓同步和負(fù)載轉(zhuǎn)移，并由船舶上的岸電切換操作屏實(shí)現(xiàn)，之后船舶發(fā)電機(jī)關(guān)閉。

五是在岸電使用過程中，因船上用電故障造成的岸電斷電，岸電系統(tǒng)能切開輸出斷路器并報(bào)警。只能在岸側(cè)復(fù)位后才能手動(dòng)再次合上岸電輸出斷路器。

六是岸電斷開前，船上發(fā)電機(jī)船岸電壓同步和負(fù)載轉(zhuǎn)移，并切開船舶岸電開關(guān)的同步功能實(shí)現(xiàn)，然后切開岸電輸出斷路器。

七是采用手動(dòng)方式將船舶的電纜插頭與岸電接電箱斷開的時(shí)候，必須采用可靠的電氣連鎖與機(jī)械連鎖方式，來保證電纜插頭與岸電接電箱在連接過程中都不帶電。

3.1.5 設(shè)備布置

鑒于岸電系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)盡量位于負(fù)荷中心，進(jìn)線饋線方便；應(yīng)設(shè)置在少塵、無腐蝕及無落料的場所；不應(yīng)設(shè)置地勢低洼及可能積水的場所。且本工程的岸電均采用低壓上船，故采用岸電接電箱的供電方式。

經(jīng)業(yè)主核實(shí)船舶的發(fā)電機(jī)位置均位于船尾，且船舶為單向靠泊，故岸電接電裝置均設(shè)置在碼頭前沿位于靠泊船舶的尾部位置。由于本工程為改造項(xiàng)目，1#泊位為已建碼頭，考慮當(dāng)?shù)氐乃?、本工程的工期及施工難度等綜合因素，經(jīng)與廠家、業(yè)主三方的方案商討，決定1#泊位利用原有水工結(jié)構(gòu)內(nèi)的預(yù)埋管的位置設(shè)置岸電接電箱，4#泊位在靠泊船舶的船尾靠近前沿并在不影響船舶帶纜的位置新增岸電接電箱，且岸電接電箱采用明裝方式，防止高水位時(shí)箱體長時(shí)間泡水。

1#泊位的岸電接電裝置配備4套350A 標(biāo)準(zhǔn)岸電專用插座，且?guī)в须姎膺B鎖及機(jī)械連鎖控制，包含岸電饋線斷路器與電纜插頭及岸電接電箱箱門分別設(shè)置互鎖。4#泊位的岸電接電裝置使用現(xiàn)有裝置并搬遷。

3.1.6 計(jì)量

繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其運(yùn)行、接線方式和可能發(fā)生的故障或異常情況類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)滿足選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性的要求。10kV 進(jìn)線應(yīng)具備電流速斷、低電壓及其過電流保護(hù)等功能，變壓器應(yīng)具備電流速斷、過電流、過負(fù)荷、接地和溫度保護(hù)等功能，變頻電源應(yīng)具備電流速斷、過電流、低電壓、過負(fù)荷和逆功率保護(hù)等功能。緊急切斷信號(hào)應(yīng)采用硬接線方式。

3.1.7 計(jì)算機(jī)管理和監(jiān)控系統(tǒng)

本工程系統(tǒng)選用分層分布式結(jié)構(gòu)配置；通信網(wǎng)絡(luò)采用嵌入式光纜，并應(yīng)納入港區(qū)電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)配備實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享；具有自診斷和容錯(cuò)功能，實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)自身的故障并報(bào)警；具有第三方系統(tǒng)接入的軟硬件接口，能支持通用的通信接口和協(xié)議。系統(tǒng)設(shè)置時(shí)鐘同步裝置，對(duì)每個(gè)監(jiān)測單元和監(jiān)控計(jì)算機(jī)等時(shí)鐘設(shè)備進(jìn)行同步校正，并在監(jiān)控終端派專人值守。監(jiān)控系統(tǒng)功能應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 碼頭船舶岸電監(jiān)控系統(tǒng)功能

3.2 變電所型式及定位

由于復(fù)核后現(xiàn)有岸電變電所容量及饋電柜開關(guān)整定值可以滿足4#泊位岸電的需求，出于節(jié)約成本利舊的原則，新建岸電變電所只考慮1#泊位靠泊船舶的要求[1]。

常規(guī)的碼頭岸電變電所按其結(jié)構(gòu)形式主要有鋼筋混凝土及預(yù)裝式兩種型式?？紤]到本工程為改造項(xiàng)目，碼頭及棧橋均已建，可利用的空間有限，新建變電所必須結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便且建造周期短，現(xiàn)場需盡量少堆積原材料，減少停電帶來的生產(chǎn)損失，故新建岸電變電所采用預(yù)裝式。由于碼頭上潮濕、設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境惡劣，普通預(yù)裝式變電所并不適用，所以此次工程在業(yè)主經(jīng)費(fèi)允許的情況下選擇預(yù)裝式電氣間（PowerHouse）。將高低壓開關(guān)柜、低壓變頻器、隔離變壓器及其配套的其他相關(guān)系統(tǒng)等主電氣設(shè)備合理地布置在定制的鋼結(jié)構(gòu)房間內(nèi)。內(nèi)部配置空調(diào)、照明等系統(tǒng)，以滿足運(yùn)檢人員的日常維護(hù)操作的要求（圖4）。

圖4 預(yù)裝式電氣間

在確認(rèn)好變電所型式后，起初的方案是考慮將新建及現(xiàn)有岸電變電所布置在已建棧橋下方，這樣一方面盡可能少的占用車道空間，另一方面是便于進(jìn)出線的敷設(shè)。經(jīng)過現(xiàn)場與圖紙核實(shí)，并與廠家溝通后，新建岸電變電所的布置在滿足業(yè)主岸電需求和現(xiàn)有棧橋下空間（柱間凈距為4m，跨距為21m）的前提下，變電所的寬度最小做到4m，但是其長度超過21m，無法布置在1#泊位現(xiàn)有棧橋下，因此在1#泊位末端且不影響工作車輛行駛路徑的區(qū)域布置新建岸電變電所，考慮到便于運(yùn)檢人員統(tǒng)一管理考慮，將現(xiàn)有岸電變電所在可調(diào)范圍內(nèi)盡量靠近新建岸電變電所位置布置，由于本工程方案的優(yōu)勢在于新建岸電變電所可以整體運(yùn)輸至現(xiàn)場，減少現(xiàn)場安裝、調(diào)試環(huán)節(jié)。缺點(diǎn)在于占用了泊位空地，并且增加了進(jìn)出線電纜的長度。

3.3 供電線路敷設(shè)

常規(guī)項(xiàng)目中，一般在兩個(gè)泊位之間，碼頭面下專設(shè)一條水電的公共管廊并在其上設(shè)置蓋板，這樣在改造初期就可以先完成供電敷設(shè)路由，提供業(yè)主在改造期間臨時(shí)用電的敷設(shè)路由。但是在管線綜合后，發(fā)現(xiàn)在此條通道的碼頭面上有一條通長的油管道且無法移位，需在通長敷設(shè)路由上按固定間距設(shè)置蓋板固定，這樣在施工時(shí)將無法在管廊內(nèi)敷設(shè)電纜，更不便于投運(yùn)后的公共管廊的運(yùn)維工作。綜合考慮，還是部分利用碼頭面設(shè)置電纜橋架，新建岸電變電所及現(xiàn)有岸電變電所的進(jìn)出線均沿著4#泊位已建棧橋下的電纜橋架敷設(shè)，至新增及原岸電預(yù)埋管道處電纜穿管引下，與碼頭前沿的岸電接電箱連接?？紤]當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計(jì)高水位與碼頭面只差700mm，且汛期長，所以電纜在碼頭面下電纜托架敷設(shè)處可能長期泡在江中，在電纜選型時(shí)針對(duì)這點(diǎn)，故采用銅芯導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯內(nèi)護(hù)套細(xì)鋼絲鎧裝聚氯乙烯外護(hù)套電力電纜（YJV32）。

3.4 防雷與接地

為避免雷電直擊與感應(yīng)雷對(duì)岸電箱式變電所內(nèi)部電氣設(shè)備及人員安全造成危害，保障岸電供電設(shè)施的安全運(yùn)行，故對(duì)變電所戶內(nèi)外相關(guān)的電氣設(shè)備采取一定防雷與接地的措施。

岸電變電所10kV 系統(tǒng)接地方式是與上級(jí)變電所統(tǒng)一，0.4kV 的接地型式采用IT 系統(tǒng)。考慮到岸電變電所的特殊性及其重要性，防雷措施按第三類防雷建筑物設(shè)置，防雷接地、保護(hù)接地、工作接地與弱電接地等共用接地裝置成為共同接地系統(tǒng)，且接地電阻不大于4Ω，共用接地系統(tǒng)的接地電阻不大于1Ω，上述接地電阻如不滿足要求，需增設(shè)人工接地極。岸電變電所利用箱屋面（金屬屋面）作為接閃器，利用其鋼立柱作為防雷、接地引下線，作為防雷和接地用的鋼材，凡焊接處均刷瀝青防腐，搭接長度為鋼筋直徑的6倍，且至少三面焊接[2]。

常規(guī)的新建碼頭是利用碼頭平臺(tái)每根樁作為垂直接地體、平臺(tái)內(nèi)上下兩層鋼筋網(wǎng)作為水平接地體。每根樁頂所設(shè)鋼板和平臺(tái)內(nèi)上下兩層鋼筋網(wǎng)通過熱鍍鋅扁鋼-40×4可靠焊接，形成整個(gè)平臺(tái)的網(wǎng)狀接地裝置。工作、保護(hù)及其防雷接地共用這一接地裝置，平臺(tái)面可視為設(shè)置均衡電位處理，防止接觸電壓和跨步電壓。但是本工程為已建碼頭的改造，碼頭現(xiàn)澆層下的鋼筋均已綁扎連接，無法再利用原水工樁位作為接地極。因此，在經(jīng)現(xiàn)場踏勘觀察并結(jié)合接地電阻測試報(bào)告，決定利用現(xiàn)有卸船機(jī)的鋼軌作為箱式變電所的接地極，采用熱鍍鋅扁鋼（-40×4）與其可靠焊接，這樣即滿足了接地要求，也避免了開鑿碼頭面重新做接地引上點(diǎn)，極大減少了接地這塊的工程造價(jià)和施工難度。此外，船舶岸電系統(tǒng)自身應(yīng)具備相應(yīng)的保護(hù)功能，岸電接電箱應(yīng)與水工預(yù)留的接地引上點(diǎn)可靠連接。定期組織專業(yè)測試員對(duì)船舶岸電系統(tǒng)的安全防護(hù)進(jìn)行檢測。

4 結(jié)語

本文從岸電系統(tǒng)、變電所型式及定位、供電設(shè)計(jì)中的線纜敷設(shè)、防雷、接地等多方面對(duì)改造碼頭岸電的供電設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，并對(duì)改造工程中的難點(diǎn)提出了建議和對(duì)策，為之后同類型項(xiàng)目提供了參考。在秉承建設(shè)綠色港口理念的同時(shí)，因地制宜，不斷提高用電安全及可靠。