預(yù)裝式箱式岸電站設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)及探討

孫存新，陳磊

（ 江蘇新航電氣有限公司，江蘇 連云港 222042 ）

0 引言

隨著我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，越來越多的船舶岸基供電設(shè)備在港口碼頭成功運(yùn)用。在供電過程中，為了減少船舶岸電船岸電纜線路路端損失，提高岸電設(shè)備利用率，同時(shí)保證供電電能的綜合質(zhì)量，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)將供配電終端設(shè)置于電力負(fù)荷中心。通常，岸電供電系統(tǒng)設(shè)置在碼頭前沿，采取高壓進(jìn)戶線路(10 kV為主)直接引入泊位岸電接入點(diǎn)供電的負(fù)荷中心電站，集中向碼頭泊位供電。岸電電站的形式一般為固定建筑物及箱式，在碼頭特殊工況下，采用預(yù)裝式箱式電站技術(shù)具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。本文主要介紹預(yù)裝式箱式岸電站在整體設(shè)計(jì)中呈現(xiàn)的諸多特點(diǎn)及設(shè)備選型。

1 概述

在船舶岸基供電工程應(yīng)用中，碼頭前沿需要建設(shè)岸電電站，尤其針對占地面積較小的場所，需構(gòu)筑集高壓受電設(shè)備、變頻變壓設(shè)備以及低壓配電設(shè)備為一體的岸電供配電設(shè)施。按照集中式一體化供配電設(shè)施安裝地點(diǎn)，可為戶內(nèi)和戶外兩種方式，成品安裝后通稱為組合岸電站。為便于日常檢修維護(hù)及提高設(shè)施綜合使用壽命，又將組合岸電站裝設(shè)在“目”字形或“品”字形的箱體內(nèi)，即為箱式岸電站。預(yù)裝式箱式岸電站是一種將高壓受電開關(guān)設(shè)備、變頻變壓設(shè)備以及低壓配電設(shè)備按照一定的接線方式，組成一體化工廠預(yù)制型戶內(nèi)外緊湊式變配電裝置，可將高壓引入、變頻變壓以及低壓配電等功能有機(jī)結(jié)合起來，在港口碼頭岸電供電工程中發(fā)揮重要作用。

2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

1）技術(shù)先進(jìn)安全可靠

箱式岸電站其箱體采用國內(nèi)較為領(lǐng)先的技術(shù)和生產(chǎn)工藝，外殼采用鍍鋁鋅鋼板，內(nèi)部框架采用標(biāo)準(zhǔn)集裝箱材料及制作工藝，具有較好的防腐蝕性能，可保證設(shè)備20年不銹蝕；內(nèi)封板采用防火內(nèi)裝，夾層封填材料其防火保溫性能優(yōu)越；箱體內(nèi)部安裝自動(dòng)空調(diào)及除濕裝置，電氣設(shè)備在正常運(yùn)行過程中不受自然氣候環(huán)境和外界污染影響，可在-40℃～+40℃范圍內(nèi)保持安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行性能。

岸電站箱體內(nèi)的岸電電氣一次設(shè)備產(chǎn)品采用全絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無裸露帶電部分，達(dá)到零觸電事故運(yùn)行需要，可實(shí)現(xiàn)無油化自動(dòng)運(yùn)行，且二次設(shè)備集成自動(dòng)化水平高，減少運(yùn)行維護(hù)工作量。

2）集成自動(dòng)化水平高

箱式岸電站采用全站集成化、智能一體化設(shè)計(jì)方案，其繼電保護(hù)系統(tǒng)采用微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置，分散安裝，實(shí)現(xiàn)岸電站無人值守“四遙”功能，即：遙測、遙信、遙控、遙調(diào)。內(nèi)部各控制系統(tǒng)單元均具有獨(dú)立運(yùn)行功能，通過微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)方設(shè)置，對箱體內(nèi)部濕度、溫度等參變量遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制，滿足無人值班值守的功能需求。

3）工廠預(yù)制化

箱式岸電站按照組合式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員只需根據(jù)工程實(shí)際需要，設(shè)計(jì)電氣一次主接線圖及箱外設(shè)備，即可按照相關(guān)企業(yè)所提供的箱式岸電站規(guī)格、型號、組合方式等設(shè)計(jì)出完整的方案。真正實(shí)現(xiàn)了岸電站制造工廠預(yù)制化，簡化設(shè)計(jì)思路、方案的同時(shí)縮短工程施工周期。現(xiàn)場安裝調(diào)試施工時(shí)僅需將已組裝完好的箱體進(jìn)行定位，將箱體間隔的電纜聯(lián)接，進(jìn)行保護(hù)定值校驗(yàn)、傳動(dòng)試驗(yàn)以及其它相關(guān)調(diào)試工作，可迅速投入實(shí)際工程應(yīng)用。

4）組合方式靈活

由于箱式岸電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊湊，且每個(gè)間隔均按獨(dú)立集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在實(shí)際選用中根據(jù)需要組合靈活，可全部采用箱式結(jié)構(gòu)，即將高壓側(cè)和低壓側(cè)電氣設(shè)備全部設(shè)置在箱體內(nèi)，組成全箱密封式岸電站，也可按照設(shè)計(jì)要求將高壓側(cè)電氣設(shè)備置于箱體外部，低壓側(cè)電氣設(shè)備及控制保護(hù)系統(tǒng)裝備置于箱體內(nèi)部安裝。

5)綜合投資經(jīng)濟(jì)效益高

通過大量岸電工程實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知，箱式岸電站與同規(guī)模容量的綜合自動(dòng)化岸電站相比，約可減少40%～50%的綜合投資。選用箱式岸電站可最大限度避免房建工程量，將高壓、變壓器、低壓電氣設(shè)備進(jìn)行集中一體化布置，符合我國節(jié)約土地的基本政策要求。

3 內(nèi)部設(shè)備選型

1）高壓側(cè)受電設(shè)備

對于10 kV輸入0.4 kV/0.45 kV輸出的中小型規(guī)模容量船舶岸基供電用戶而言，因額定電流較小，出于經(jīng)濟(jì)考慮，通常采用高壓負(fù)荷開關(guān)用于開斷正常負(fù)荷電流，用戶開斷短路電流的情況較少。因此，在設(shè)計(jì)10 kV預(yù)裝式箱式岸電站時(shí)，采用高壓負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合電器替代高壓斷路器，可較大程度提高設(shè)備綜合投資經(jīng)濟(jì)效益。高壓斷路器與高壓負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合電器相比，不僅造價(jià)較高，同時(shí)其外形尺寸較大，不適合于內(nèi)部空間較為狹窄緊湊的箱變結(jié)構(gòu)。因此，箱式岸電站其高壓受電設(shè)備采用高壓負(fù)荷開關(guān)加熔斷器組合電器是小容量箱式岸電站設(shè)計(jì)的首選。

2）岸電變壓器

箱式岸電站岸電電源的變壓器通常選用節(jié)能型干式變壓器。干式變壓器無需檢查油位、油溫、油質(zhì)以及油壓等特性參數(shù)，也稱為免維護(hù)式配電變壓器，具有阻燃、防爆等優(yōu)點(diǎn)，在箱式岸電站設(shè)計(jì)中成為優(yōu)選的變壓器類型。

3）低壓配電部分

建筑物形式的岸電房中所用低壓配電柜(如：GGD、GCS、MNS等)均按照低壓配電功能單元進(jìn)行單獨(dú)組合布置，具體分為進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜、補(bǔ)償柜等。箱式岸電站其內(nèi)部集成程度較高，一次電路較為簡單，通常只包括進(jìn)線、出線、補(bǔ)償功能，為減少低壓柜在箱變內(nèi)部的占地面積，應(yīng)優(yōu)化低壓電器的布置結(jié)構(gòu)。主回路中應(yīng)選用多功能萬能式斷路器，即可滿足手動(dòng)和電動(dòng)操作的自動(dòng)低壓饋電開關(guān)，并配有過載長延時(shí)、短路短延時(shí)以及短路瞬間保護(hù)、失壓和分勵(lì)等多種自動(dòng)脫扣器和輔助結(jié)構(gòu)，構(gòu)成完善系統(tǒng)的綜合保護(hù)系統(tǒng)。對于低壓小容量分支饋電線路而言，宜選用塑料外殼式斷路器，利用其自身所帶的短路保護(hù)熱脫扣裝置，有效提高饋線回路運(yùn)行安全可靠性。

4）附加功能

根據(jù)箱式岸電站的使用環(huán)境條件要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮加裝防凝露、路燈照明時(shí)光控制等自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置，以滿足環(huán)境適應(yīng)性。殼體結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的耐久性、抗腐性，具有抵抗內(nèi)部故障電弧等特性。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）容量設(shè)計(jì)

選擇箱式岸電站容量時(shí)，應(yīng)以現(xiàn)有船舶接用岸電的負(fù)荷特性和運(yùn)行方式作為主要依據(jù)，適當(dāng)考慮電力負(fù)荷未來發(fā)展，即：根據(jù)待接船舶的負(fù)荷計(jì)算書，如接用岸電船舶電力負(fù)荷在未來一定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行岸電電力規(guī)劃時(shí)，其負(fù)荷容量及接用船型變動(dòng)不大，則在預(yù)裝式箱式岸電站變壓器容量選型時(shí)，可將近期接用船型負(fù)荷容量及負(fù)荷波動(dòng)情況考慮在內(nèi)。為提高岸電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計(jì)時(shí)岸電站當(dāng)年運(yùn)行負(fù)荷不宜低于岸電站容量的30%。

2）溫升設(shè)計(jì)

溫升效應(yīng)主要取決于箱式岸電站自身殼體結(jié)構(gòu)、材料、岸電設(shè)備的運(yùn)行形式，設(shè)備的效率以及電氣開關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，三者在選型設(shè)計(jì)時(shí)均應(yīng)充分考慮溫升設(shè)計(jì)富裕度。高壓電器設(shè)備和控制設(shè)備允許溫升應(yīng)按照GB/T11022-1999《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》實(shí)施；岸電電源設(shè)備選型應(yīng)按照GB/T51305-2018《碼頭船舶岸電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施；低壓電器設(shè)備和控制設(shè)備應(yīng)按照GB14048-2008《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備新標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施。

3）組合電器

選用組合電器時(shí)必須考慮產(chǎn)品的額定電流及連接電流數(shù)值。轉(zhuǎn)移電流一般大于負(fù)荷開關(guān)額定電流，是負(fù)荷開關(guān)分?jǐn)嗟淖畲箅娏?。交接電流為熔斷器不承?dān)分?jǐn)?，均由?fù)荷開關(guān)開斷的三相對稱電流值。低于這一電流時(shí)，熔斷器將分?jǐn)嚯娏鞯娜蝿?wù)交至帶脫扣器觸發(fā)的負(fù)荷開關(guān)承擔(dān)。

4）抗干擾措施

按照技術(shù)特性及功能要求，應(yīng)采取硬件抗干擾和軟件抗干擾的綜合抗干擾措施。其中，硬件抗干擾是岸電站自動(dòng)控制系統(tǒng)最主要、最基本的抗干擾措施手段，具體包括：隔離、接地、屏蔽、濾波、鑒幅、提高信噪比等技術(shù)方法；軟件抗干擾主要通過岸電自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件中設(shè)置相應(yīng)的抗干擾措施程序，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、攔截和糾正對控制系統(tǒng)帶來的危害，具體包括：自診斷，程序容錯(cuò)、信息冗余和數(shù)字濾波等。

5）凝露和腐蝕

為防止箱式岸電站出現(xiàn)凝露、鹽霧、腐蝕等不利現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)先考慮箱式岸電站的內(nèi)外部溫差，通過在內(nèi)部安裝加熱器和通風(fēng)裝置，確保岸電站內(nèi)部溫度、濕度始終保持在最優(yōu)環(huán)境條件下，確保箱體內(nèi)的高低壓電氣設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生的凝露、鹽霧等不良現(xiàn)象。另外，需準(zhǔn)確判斷凝露、鹽霧的產(chǎn)生原因，在岸電站箱體材料的選用中加以預(yù)防。目前，我國已研發(fā)出部分抗凝露防腐蝕的高性能材料，在實(shí)際應(yīng)用中取得較好效果。

5 結(jié)語

綜上，隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及制造研發(fā)水平的進(jìn)一步提高，箱式岸電站必將得到終端用戶的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和認(rèn)可，進(jìn)而推進(jìn)智能供配電網(wǎng)安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效建設(shè)發(fā)展。