泉州灣港區(qū)錦尚作業(yè)區(qū)2#泊位集裝箱堆場(chǎng)供電設(shè)計(jì)

■歐林森

（福建省港航勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350002）

隨著全球化進(jìn)程的快速發(fā)展， 帶來(lái)了國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的蓬勃發(fā)展， 隨之迎來(lái)了港口的建設(shè)高峰期。 根據(jù)港口的貨種和功能，常見(jiàn)的港口可分為運(yùn)輸?shù)V石、煤炭、糧食等散貨的港口，運(yùn)輸鋼材、石材、各種雜貨的碼頭，另外還有集裝箱碼頭以及專門供旅客使用的客運(yùn)碼頭[1]。本工程針對(duì)泉州灣港區(qū)錦尚作業(yè)區(qū)2# 泊位所轄的集裝箱碼頭的堆場(chǎng)進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)。

1 項(xiàng)目概況

泉州灣港區(qū)錦尚作業(yè)區(qū)2# 泊位新建3.5 萬(wàn)噸級(jí)通用泊位一個(gè)及相應(yīng)的配套設(shè)施，運(yùn)輸?shù)呢浄N有集裝箱、鋼材、石板材等，設(shè)計(jì)貨運(yùn)量為每年160 萬(wàn)t。其中集裝箱裝卸完成后主要布置在2# 泊位后方陸域堆場(chǎng)內(nèi)，布置如圖1 所示。

圖1 集裝箱堆場(chǎng)平面布置圖

2 集裝箱堆場(chǎng)裝卸工藝

港口集裝箱裝卸工藝通常根據(jù)堆場(chǎng)上所選用的主要拆碼垛機(jī)械來(lái)命名，在常用集裝箱碼頭的實(shí)踐運(yùn)用中，主要包括：集裝箱底盤車（或半掛車）系統(tǒng)、集裝箱正面吊運(yùn)車系統(tǒng)、集裝箱跨運(yùn)車系統(tǒng)、輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī)（RTG/E-RTG）系統(tǒng)、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)（RMG/ARMG）系統(tǒng)[2]。

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策以及降低港口運(yùn)營(yíng)成本，港口碼頭積極實(shí)施了“油改電”的技術(shù)措施。本工程集裝箱堆場(chǎng)采用電力驅(qū)動(dòng)輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī)（E-RTG）系統(tǒng)。 輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī)（E-RTG）系統(tǒng)是用于集裝箱堆場(chǎng)上拆碼垛和裝卸集裝箱半掛車的大型行走裝卸專用機(jī)械[3]。主體結(jié)構(gòu)由大梁龍門架、腿柱、底梁等組成。 龍門架由兩片箱型結(jié)構(gòu)的“U”型門框，通過(guò)兩根大梁連接而成， 支撐在以橡膠充氣輪胎為行走輪的4 組車架上， 以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)為動(dòng)力或者采用市電直接上機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有大車行走、起升、小車運(yùn)行等主要機(jī)構(gòu)，吊具具有伸縮、傾斜、水平回轉(zhuǎn)等功能， 起重機(jī)可帶載起升、 小車單獨(dú)或聯(lián)合動(dòng)作，也可帶載行走、小車單獨(dú)或聯(lián)合動(dòng)作，如圖2所示。

圖2 輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī)（E-RTG）立面圖

3 集裝箱堆場(chǎng)供電設(shè)計(jì)

3.1 供電負(fù)荷等級(jí)

本工程作為省內(nèi)大型進(jìn)出口貿(mào)易港口， 對(duì)供電要求較高， 如果電力中斷將對(duì)港口及生產(chǎn)企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)損失和影響正常的進(jìn)出口貿(mào)易工作，屬于重要負(fù)荷。 因此本工程集裝箱堆場(chǎng)負(fù)荷等級(jí)定為二級(jí)。

3.2 供電電源及電壓的選取

根據(jù)堆場(chǎng)用電負(fù)荷及裝卸設(shè)備分布情況，本工程電源引自港區(qū)已建的1#中心變電所供電。 1# 中心變電所位于碼頭后方生活輔助區(qū)內(nèi)， 雙回路10 kV 電源進(jìn)線，兩路電源互為熱備用，每路供電電源容量為中心變電所計(jì)算負(fù)荷的100%。 電源10 kV 主接線采用單母線分段， 在本工程集裝箱堆場(chǎng)內(nèi)設(shè)置1 座集裝箱專用變電所為集裝箱內(nèi)裝卸設(shè)備供電。

集裝箱堆場(chǎng)電氣設(shè)計(jì)中主要包括電氣設(shè)備及電力電纜的敷設(shè)，考慮到近年來(lái)電力工程中電纜價(jià)格急劇上漲，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性出發(fā)，本工程選用配電電壓為0.96 kV，電源由1# 中心變電所不同母線引2 路10 kV 電源至集裝箱堆場(chǎng)內(nèi)的3# 變電所， 變電所內(nèi)設(shè)置2 臺(tái)ZSCB10-10/0.96kV 型變壓器。 采用0.96 kV 配電，小于1 kV。 電纜采用ZRYJV22-1kV 阻燃交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套鋼帶鎧裝電力電纜， 在采用常規(guī)電力電纜情況下可有效降低同等容量負(fù)荷下電纜截面， 降低電力電纜投資。

3.3 負(fù)荷計(jì)算

本工程堆場(chǎng)裝卸設(shè)備采用（E-RTG），單臺(tái)ERTG 設(shè)備容量為350 kW， 通過(guò)需要系數(shù)法對(duì)設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算負(fù)荷來(lái)對(duì)選擇電器和導(dǎo)體[4]。本工程E-RTG 設(shè)備容量為： 起升裝置160 kW；小車行走裝置30 kW；大車行走裝置4×30 kW；其他（包括E-RTG 照明、空調(diào)檢修等）40 kW。

按需要系數(shù)計(jì)算， 根據(jù)E-RTG 負(fù)荷分組將設(shè)備統(tǒng)一折算到負(fù)載持續(xù)率為25%下的有功功率，如下式所示。

計(jì)算單臺(tái)輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī) （ERTG）各設(shè)備容量總合，如下式所示：

堆場(chǎng)布置輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī) （ERTG）總共12 臺(tái)：

按需要系數(shù)法， 根據(jù) 《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6.2.2-1 參照港口裝卸岸橋，E-RTG 起重機(jī)需要系數(shù)取0.65，功率因數(shù)取0.6，tanφ=1.33，考慮本工程港口經(jīng)營(yíng)情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī)（E-RTG）工作情況，需要系數(shù)Kx取0.45。 則（ERTG）在集裝箱堆場(chǎng)的用電負(fù)荷如下式所示。

10 kV 側(cè)高壓計(jì)算電流：

0.96 kV 側(cè)低壓計(jì)算電流：

本工程選擇2 臺(tái)ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA變壓器，補(bǔ)償前負(fù)荷率

3.4 電能計(jì)量及無(wú)功補(bǔ)償

本工程采用高壓計(jì)費(fèi)的方式， 現(xiàn)有1# 已建設(shè)中心變電所專用計(jì)量柜進(jìn)行計(jì)費(fèi)。 在3# 變電所低壓側(cè)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償柜來(lái)提高功率因數(shù)，按照規(guī)范應(yīng)補(bǔ)償至0.90 以上[5]。

本工程單臺(tái)變壓器低壓側(cè)補(bǔ)償容量為900 kW，補(bǔ)償后功率因數(shù)為：

由式（13）可知，補(bǔ)償后功率因數(shù)大于0.9。

補(bǔ)償后負(fù)荷率為：

由式（14）可知，補(bǔ)償后負(fù)荷率小于85%，滿足變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。

3.5 變電所的布置

根據(jù)集裝箱堆場(chǎng)用電負(fù)荷及裝卸設(shè)備分布情況， 本工程于集裝箱堆場(chǎng)中央位置設(shè)置1 座3# 變電所，雙回路10 kV 電源進(jìn)線，每路供電電源容量為3# 變電所單臺(tái)變壓器2000 kVA。 配電電壓為0.96 kV。 在3# 變電所內(nèi)現(xiàn)有2 臺(tái)ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA 變壓器滿足集裝箱堆場(chǎng)設(shè)備供電需求，0.4 kV 低壓網(wǎng)絡(luò)接線采用2 臺(tái)變壓器以互鎖的單母線接線，2 臺(tái)變壓器互為備用，保證在1 路電源檢修或故障時(shí)，堆場(chǎng)作業(yè)設(shè)備能正常工作。 變電所布置圖3 所示。

圖3 變電所平面布置圖

3.6 電氣設(shè)備選擇

10/0.96 kV 變壓器選擇ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA 型銅繞組干式整流電力變壓器，共配置2 臺(tái)變壓器。 高、低壓開(kāi)關(guān)柜選擇性能好、工作可靠及維護(hù)方便的產(chǎn)品，10 kV 開(kāi)關(guān)柜選用金屬鎧裝中置式開(kāi)關(guān)柜，共配置4 臺(tái)開(kāi)關(guān)柜；低壓開(kāi)關(guān)柜選用抽屜式結(jié)構(gòu)，3# 變電所總共設(shè)置8 面開(kāi)關(guān)柜。0.4 kV 電容補(bǔ)償柜選用動(dòng)態(tài)無(wú)功功率發(fā)生電源式成套補(bǔ)償設(shè)備， 共配置2 套補(bǔ)償裝置。 3# 變電所10 kV 進(jìn)線采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器組合；10 kV 側(cè)繼電保護(hù)裝置選用集監(jiān)控和保護(hù)為一體的微機(jī)綜合數(shù)字式監(jiān)控繼電保護(hù)裝置；0.4 kV 框架斷路器選用Emax 2 型，額定電壓690～1150 V，塑殼斷路器選用Tmax XT 型號(hào)，額定電壓1000 V。 滿足使用要求。

3.7 電纜及敷設(shè)

港區(qū)變電所內(nèi)高、低壓回路較多，為避免電纜火災(zāi)引起對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的影響，選擇電纜及敷設(shè)條件如下：10 kV 電纜： 供電回路采用ZR-YJV22-10kV 系列電力電纜；1 kV 電纜：供電回路采用ZRYJV22-1kV 系列電力電纜；堆場(chǎng)電纜截面根據(jù)按溫升要求選擇，按電壓損失、機(jī)械強(qiáng)度校核截面；集裝箱線路敷設(shè)主要采用混凝土封裝電纜排管敷設(shè)；電纜牽引張力限制的間距處和電纜分支、接頭處等處設(shè)置電纜井。

3.8 港口照度與室外照明

集裝箱堆場(chǎng)的照明主要采用高桿燈，由于集裝箱堆場(chǎng)的堆放高度較高，為避免陰影，選用35 m 高桿燈，高桿燈間距采用3.5 倍高度即122.5 m。 電源由已建設(shè)完成的1# 中心變電所0.4 kV 低壓側(cè)供電。 每支高桿燈上安裝12 套600 W LED 泛光燈，光源均采用高效節(jié)能LED 光源，照明范圍內(nèi)的平均照度根據(jù)規(guī)范要求不能小于20 lx，眩光值小于55，顯色指數(shù)Ra 大于20， 照明均勻度不能小于0.25，單燈功率因素補(bǔ)償至0.95 以上。要求高桿燈燈具的端電壓偏差不超過(guò)±5%。

3.9 防雷與接地

本工程10 kV 高壓系統(tǒng)接地采用與上級(jí)接地相同的形式，即中性點(diǎn)不接地；本工程0.96 kV 采用低壓中性點(diǎn)直接接地。

變電所、高桿燈、輪胎式集裝箱龍門吊起重機(jī)（E-RTG）設(shè)防直擊雷設(shè)施。 場(chǎng)區(qū)接地網(wǎng)接地電阻不大于4 Ω。 接地裝置除利用單體建筑物自然接地體外，在變電所等重要場(chǎng)所設(shè)置人工接地體。

4 經(jīng)濟(jì)性比較

與傳統(tǒng)660 V 或380 V 供電電壓相比，本工程采用960 V 供電，雖然在變壓器投資上有一定程度的增加，但是為港區(qū)節(jié)省了大量電力電纜投資。

按照常規(guī)380 V 供電，單臺(tái)E-RTG 計(jì)算電流，如下式所示：

按照常規(guī)690 V 供電，單臺(tái)E-RTG 計(jì)算電流

按照常規(guī)960 V 供電，單臺(tái)E-RTG 計(jì)算電流

根據(jù)規(guī)范選擇本工程電力電纜導(dǎo)體截面。 在不考慮修正系數(shù)的情況，采用380 V 供電需選擇電纜型號(hào)為2 根ZR-YJV22-1kV 3×300+1×150 電纜雙拼敷設(shè)以滿足設(shè)備正常運(yùn)行的載流量要求。 采用660 V 供電需選擇電纜型號(hào)為2 根ZR-YJV22-1 kV 3×150+1×75 電纜雙拼敷設(shè)以滿足設(shè)備正常運(yùn)行的載流量要求。 采用960 V 供電需選擇電纜型號(hào)為1 根ZR-YJV22-1 kV 3×185+1×95 電纜雙拼敷設(shè)以滿足設(shè)備正常運(yùn)行的載流量要求。 通過(guò)對(duì)比可以看出單臺(tái)設(shè)備供電電纜在不同電壓電力電纜截面相差很大，整個(gè)堆場(chǎng)設(shè)備電力電纜投資占比較大，采用960 V 配電電壓可有效降低電力電纜投資。

5 小結(jié)

本工程采用與常規(guī)低壓系統(tǒng)供配電壓0.69 kV或0.4 kV 不同的供電電壓， 供電電壓選擇960 V，在電氣設(shè)備選型和電力電纜選擇時(shí)，采用常規(guī)電氣設(shè)備和電力電纜， 供電電氣設(shè)備投資同比0.69 kV或0.4 kV 電氣設(shè)備未增加，在電力電纜投資減少的同時(shí)，也增大了大范圍場(chǎng)地供電的范圍，可滿足類似大面積堆場(chǎng)和大容量裝卸設(shè)備的供電需求，對(duì)類似項(xiàng)目起到了積極的參考意義。