港區(qū)臨時(shí)冷藏箱堆場(chǎng)的供電設(shè)計(jì)與研究

摘 ?要：近年來(lái)，因國(guó)內(nèi)消費(fèi)升級(jí)以及進(jìn)博會(huì)的溢出效應(yīng)，進(jìn)口冷藏貨物量急劇增加，致使上海洋山港區(qū)的冷藏箱供電設(shè)施無(wú)法滿足船運(yùn)公司的需求，因此，急需建設(shè)一套臨時(shí)冷藏箱供電設(shè)施。文章從系統(tǒng)運(yùn)行方式、供電容量、變電所型式、冷藏箱供電方式、供電線路敷設(shè)、防雷與接地等多個(gè)方面，對(duì)臨時(shí)冷藏箱堆場(chǎng)的供電設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與解決方案，為此后同類型項(xiàng)目提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：臨時(shí)冷藏箱;供電容量;變電所型式;冷藏箱供電方式;供電線路敷設(shè);防雷與接地

中圖分類號(hào)：U653 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）23-0038-03

Power Supply Design and Research of Temporary Refrigerated Container Yard in Port Area

ZHU Tingsong

（CCCC Third Harbor Consultants Co.，Ltd.，Shanghai ?200032，China）

Abstract：Recent years，due to the upgrade of domestic consumption and the spillover effect of the CIIE，the import of refrigerated goods increased sharply. As a result，the power supply facilities for refrigerated containers in Shanghai Yangshan port can not meet the needs of shipping companies. Therefore，it is urgent to build a set of temporary power supply facilities for refrigerated containers. The article introduces the power supply design of the temporary refrigerated container yard from the aspects of system operation mode，power supply capacity，type of substation，power supply mode of refrigerator，laying of power supply line and lightning protection and grounding，and puts forward corresponding design points and solutions，which provides reference for similar projects.

Keywords：temporary refrigerated container;power supply capacity;type of substation;power supply mode of refrigerator;laying of power supply line;lightning protection and grounding

0 ?引 ?言

隨著連續(xù)兩屆進(jìn)口博覽會(huì)的召開(kāi)，生鮮的需求量不斷增大，而進(jìn)口生鮮產(chǎn)品具有易變質(zhì)的特點(diǎn)，其物流配送全程都離不開(kāi)冷藏設(shè)備，因此作為航運(yùn)運(yùn)輸保鮮的冷藏箱箱量近年來(lái)持續(xù)走高。特別是疫情發(fā)生以來(lái)，冷藏貨物需嚴(yán)格檢測(cè)，導(dǎo)致港區(qū)堆場(chǎng)貨物周轉(zhuǎn)率降低，大量冷藏箱滯留在港區(qū)待檢。因此，港區(qū)急需建設(shè)一套臨時(shí)冷藏箱供電設(shè)施，以應(yīng)對(duì)疫情導(dǎo)致的冷藏箱量激增的突發(fā)狀況，同時(shí)也能滿足位于洋山港區(qū)的冠東公司（本項(xiàng)目建設(shè)單位）日益提升的冷藏箱接卸要求，本文就臨時(shí)冷藏箱堆場(chǎng)的供電設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 ?工程概況

考慮到本項(xiàng)目的建設(shè)緊迫性，利用港區(qū)內(nèi)某片重箱堆場(chǎng)，可大大節(jié)省場(chǎng)地改造的時(shí)間，并針對(duì)疫情的突發(fā)性與不可持續(xù)性，臨時(shí)改造的冷藏箱堆場(chǎng)又可以根據(jù)需要調(diào)整為重箱堆場(chǎng)使用，重箱堆場(chǎng)以及改造后的臨時(shí)冷藏箱堆場(chǎng)如圖1、圖2所示。本次新增的臨時(shí)供電設(shè)施主要包括10 kV變電所、固定式接電箱、冷藏箱移動(dòng)式插座箱、供電線路及相應(yīng)的防雷、接地等配套設(shè)施。

2 ?供電設(shè)計(jì)

2.1 ?系統(tǒng)運(yùn)行方式

在重箱堆場(chǎng)東側(cè)新建一座10 kV變電所，該變電所由上級(jí)變兩段10 kV母線分別引接一路電源，兩路電源同時(shí)供電，互為備用。10 kV側(cè)為單母線分段接線，當(dāng)一路10 kV電源故障或檢修時(shí)，另一路電源可以帶兩段10 kV母線運(yùn)行，提高了10 kV側(cè)供電的可靠性與靈活性。在變電所內(nèi)配置4臺(tái)2 000 kVA 10/0.4 kV變壓器，每?jī)膳_(tái)變壓器組成一個(gè)0.4 kV配電系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)均采用單母線分段接線，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，可由另一臺(tái)變壓器帶兩段0.4 kV母線上的70%左右負(fù)荷運(yùn)行，提高了0.4 kV側(cè)供電的可靠性與靈活性[1]。供電系統(tǒng)的單線圖如圖3所示。

2.2 ?供電容量

冷藏箱在接上電源延時(shí)2 min后，壓縮機(jī)連續(xù)高壓運(yùn)行，冷凝風(fēng)扇高速運(yùn)行;當(dāng)箱內(nèi)溫度下降到設(shè)定值-18 ℃時(shí)，壓縮機(jī)低壓低速運(yùn)行，冷凝風(fēng)扇停止，處于保溫狀態(tài);當(dāng)溫度升高2 ℃左右時(shí)，壓縮機(jī)和冷凝風(fēng)扇又高速運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。根據(jù)上述特點(diǎn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁丶袄洳刎浄N，將單臺(tái)冷藏箱的使用率定為0.65[3]。此外，還需結(jié)合堆場(chǎng)的堆高系數(shù)（定為0.8）、實(shí)箱系數(shù)（一般場(chǎng)地的空箱率為30%，故該系數(shù)定為0.7）。綜合上述三個(gè)系數(shù)，確定負(fù)荷計(jì)算的需要系數(shù)為0.65×0.8×0.7=0.364。

冷藏箱堆高5層，其中40ft箱與20ft箱分別為1 612只、104只。根據(jù)海港設(shè)計(jì)手冊(cè)，結(jié)合冷藏箱的實(shí)際技術(shù)參數(shù)，確定單個(gè)40ft冷藏箱的最大負(fù)荷為10.3 kW、單個(gè)20ft冷藏箱的最大負(fù)荷為5.8 kW，功率因數(shù)為0.77。因此總裝機(jī)容量為17 206 kW，計(jì)算有功功率為6 264 kW，計(jì)算視在功率為8 135 kVA，考慮無(wú)功補(bǔ)償后為6 857 kVA。

此外，考慮到1 716個(gè)Unit冷藏箱的實(shí)際規(guī)模較大，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)資料，在計(jì)算負(fù)荷上乘以0.9（暫稱為同時(shí)系數(shù)）的系數(shù)。加上變電所內(nèi)空調(diào)、照明等用電后，最終計(jì)算容量確定為6 269 kVA，選擇4臺(tái)2 000 kVA變壓器，每臺(tái)變壓器的負(fù)載率控制在75%～80%。

2.3 ?變電所型式

港區(qū)內(nèi)變電所有鋼筋混凝土變電所、預(yù)裝式變電站兩種型式。集裝箱港區(qū)主要用電設(shè)備為大型裝卸機(jī)械、冷藏箱等，單座變電所的開(kāi)關(guān)柜數(shù)量及出線回路較多，一般多采用鋼筋混凝土變電所。預(yù)裝式變電站具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、建造周期短、組合方式靈活等優(yōu)勢(shì)，但不太適合海邊潮濕、高鹽霧的惡劣環(huán)境。

結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)，也可選擇如下供電方式，即：每個(gè)箱區(qū)設(shè)置一座預(yù)裝式變電站，各預(yù)裝式變電站之間采用環(huán)網(wǎng)供電方式。但是考慮到變電所日常維護(hù)的便利性以及海邊潮濕、高鹽霧的惡劣環(huán)境，最終還是決定建造一座10 kV鋼筋混凝土變電所。

此外，另有一種變電所型式——預(yù)裝式電氣間。預(yù)裝式電氣間（E-House），又稱為Power House、Power Distribution Center，是一種安裝在戶外的變配電集成產(chǎn)品，將高低壓開(kāi)關(guān)柜、中低壓變頻器、控制系統(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)。同時(shí)，配置空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、火警及聲光報(bào)警系統(tǒng)等，使電氣間可以滿足人員日常維護(hù)及安防的需要。整個(gè)電氣間按需進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造、設(shè)備安裝，接線、整體檢驗(yàn)調(diào)試等工作，整體運(yùn)輸至客戶現(xiàn)場(chǎng)[4]。但本項(xiàng)目由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題并未采納。

2.4 ?冷藏箱供電方式

常規(guī)項(xiàng)目中，一般設(shè)置有專用的冷藏箱電源插座支架，如圖4所示，供作業(yè)人員上、下進(jìn)行電源插拔操作。但本項(xiàng)目如果建設(shè)專用支架，存在建設(shè)周期長(zhǎng)、堆場(chǎng)改造投資大、影響生產(chǎn)作業(yè)、日后如變更為重箱堆場(chǎng)時(shí)支架占用箱位等諸多不利因素，因此本項(xiàng)目采用“固定式接電箱+冷藏箱移動(dòng)式插座箱”的供電方式，如圖5所示。

此外，為減少冷藏箱固定式接電箱的高度，避免被RTG支腿碰撞，本次設(shè)計(jì)應(yīng)建設(shè)單位的要求盡可能地減少接電箱內(nèi)元器件的數(shù)量。故接電箱內(nèi)未設(shè)置斷路器，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理提出了更高的要求，總體原則是“冷藏箱固定式接電箱、冷藏箱移動(dòng)式插座箱處的插座均不允許帶電插拔”，使用時(shí)的具體操作步驟為：

接電時(shí)：（1）確認(rèn)變電所內(nèi)相應(yīng)饋線開(kāi)關(guān)、冷藏箱移動(dòng)式插座箱的進(jìn)線開(kāi)關(guān)均處于分閘狀態(tài);（2）將移動(dòng)電纜插頭插至冷藏箱固定式接電箱外的插座上;（3）將變電所內(nèi)相應(yīng)饋線開(kāi)關(guān)合閘;（4）將冷藏箱移動(dòng)式插座箱的進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘;（5）接入負(fù)載。

斷電時(shí)：（1）切除負(fù)載;（2）將冷藏箱移動(dòng)式插座箱的進(jìn)線開(kāi)關(guān)分閘;（3）將變電所內(nèi)相應(yīng)饋線開(kāi)關(guān)分閘;（4）將移動(dòng)電纜插頭拔出。

2.5 ?供電線路敷設(shè)

變電所至冷藏箱固定式接電箱的電纜可采用電纜橋架明敷或埋地暗敷兩種方式。電纜橋架明敷的方式，可減少堆場(chǎng)的開(kāi)挖，直接將支架固定在堆場(chǎng)地坪上，工期短，電纜敷設(shè)便利，但缺點(diǎn)是可能會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)車輛的通行造成影響，管理不當(dāng)時(shí)存有一定的安全隱患。而埋地暗敷可避免影響現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)作業(yè)，主要有沿電纜溝敷設(shè)和穿管敷設(shè)兩種方式，受堆場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有箱角基礎(chǔ)及RTG跑道基礎(chǔ)的限制，最后采用電纜穿管敷設(shè)的方式，即：電纜主要沿箱角基礎(chǔ)及RTG跑道基礎(chǔ)之間的區(qū)域敷設(shè)，電纜排管采用管卡固定，排列完后用素混凝土回填。

此外，采用暗敷方式時(shí)，電纜溝井的排水問(wèn)題需引起關(guān)注。常規(guī)設(shè)計(jì)中，一般將電纜井之間用排水管聯(lián)通后，匯至變電所外較深的電纜井處，用液位控制自動(dòng)啟停的潛水泵排出。但建設(shè)單位提出，現(xiàn)場(chǎng)大部分潛水泵經(jīng)常處于運(yùn)行狀態(tài)且啟停比較頻繁，容易導(dǎo)致潛水泵故障，增加了運(yùn)營(yíng)成本及難度。故本次結(jié)合建設(shè)單位的日常管理經(jīng)驗(yàn)與需求，對(duì)排水措施加以改進(jìn)，采用電纜井排水采用重力流自排+壓力流強(qiáng)排相結(jié)合的方式。下雨時(shí)，當(dāng)電纜井內(nèi)積水深度達(dá)到附近排水溝深度時(shí)，井內(nèi)積水先通過(guò)重力流的方式自流到排水溝進(jìn)入排水系統(tǒng);降雨過(guò)后，管理人員手動(dòng)控制潛水泵將剩余積水排出。改進(jìn)后的方案同時(shí)保留潛水泵液位自動(dòng)控制的功能，操作更為靈活，更符合港區(qū)現(xiàn)有的運(yùn)營(yíng)管理習(xí)慣。

2.6 ?防雷與接地

為避免雷電災(zāi)害對(duì)變電所內(nèi)部電氣設(shè)備及人員安全造成威脅，保障冷藏箱供電設(shè)施運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)對(duì)變電所自身及其內(nèi)部的供電設(shè)施、戶外電氣設(shè)備的防雷與接地提出了一定的要求。

變電所按第三類防雷建筑物設(shè)防雷設(shè)施，采用共同接地系統(tǒng)，即防雷接地、保護(hù)接地、工作接地與弱電接地等共用接地裝置，接地電阻不大于1 Ω。變電所利用屋面女兒墻頂設(shè)置的避雷帶作為接閃器，并在整個(gè)屋面組成不大于24 m×16 m的網(wǎng)格[5];利用混凝土立柱內(nèi)的主筋作為防雷、接地引下線;利用變電所筏板基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作接地極，四周基礎(chǔ)梁內(nèi)的底層鋼筋作為環(huán)形接地連接線;變電所內(nèi)配電箱的金屬外殼、進(jìn)戶金屬管道、建筑物金屬構(gòu)件、基礎(chǔ)接地極之間做好等電位聯(lián)結(jié)。電纜井利用自身結(jié)構(gòu)鋼筋做接地極，與井內(nèi)電纜支架、金屬管道、鎧裝電纜金屬外皮等可靠連接，并通過(guò)熱鍍鋅扁鋼-40×4與港區(qū)現(xiàn)有接地系統(tǒng)連通。冷藏箱固定式接電箱處單獨(dú)設(shè)置一組接地極，并與電纜井內(nèi)接地干線可靠連接。

此外，作防雷與接地用的鋼材敷設(shè)在空氣或土壤中需做好防腐處理：接地體間的焊接點(diǎn)埋于土壤中的需外涂瀝青防腐，暴露在空氣中的需進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂包封防腐。

3 ?結(jié) ?論

本文從系統(tǒng)運(yùn)行方式、供電容量、變電所型式、冷藏箱供電方式、供電線路敷設(shè)等多個(gè)方面，對(duì)臨時(shí)冷藏箱堆場(chǎng)的供電設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與解決方案，為此后同類型項(xiàng)目提供了借鑒。該項(xiàng)目已順利投產(chǎn)運(yùn)行半年多，較大幅度地緩解了冠東公司冷藏箱積壓的問(wèn)題，同時(shí)也能在日后冷藏箱箱量大幅減少時(shí)，及時(shí)變更為重箱堆場(chǎng)使用，靈活可靠，受到了業(yè)主的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李宏利.港口供電設(shè)計(jì)及安全策略 [J].自動(dòng)化應(yīng)用，2015（1）：97-98.

[2] 胡山元.對(duì)集裝箱堆場(chǎng)冷藏箱箱位和相應(yīng)供電設(shè)施配置的探討 [J].港口科技動(dòng)態(tài)，2000（6）：5-7.

[3] 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)：第2版 [M].北京：人民交通出版社，2018.

[4] 許慧萍.預(yù)裝式戶外電氣間的成本分析及選擇 [J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2013（9）：145-147.

[5] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50057-2010 [S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：朱挺松（1989—），男，漢族，上海人，工程師，本科，研究方向：港口水運(yùn)工程的供配電設(shè)計(jì)。