港口供電系統改進

閆利偉, 宋東升, 劉冀

（海軍工程大學天津校區，天津300450）

0 引言

目前，ZB系列箱變已在港口中廣泛采用，該箱式變電站與固定式變配電站相比具有深入負荷中心，結構緊湊、體積小，安裝方便，節約土建投資等優點。隨著港口的不斷發展，大量新型船舶下水服役，單船用電負荷增加，ZB系列箱變日益不適合港口發展，出現了多起變壓器燒壞的事故，因此港口供電系統改造成為急需解決的問題。

1 現箱變存在的問題

目前ZB系列箱變已在港口中廣泛應用，港口供電系統一般構成為港口中心變電站→ZB系列箱變→岸電箱→船舶供電形式。這種供電方式相比土建式港口變配電站相比具有深入負荷中心、安裝方便、節約土建燈優點，但隨著港口的發展，大量的新型船舶下水服役，單船用電量增加，ZB系列箱變日益不適合港口發展，主要表現在以下方面：

1) 體積大，高壓不能充分深入到碼頭泊位。

ZB系列箱變外形尺寸約為（以800 kVA為例）3680×2300×2650 mm3，由于其體積大，因而不能在碼頭上安裝，只能在離碼頭泊位較遠處安裝，引出低壓電纜輸電到碼頭岸電箱，再供應船舶，因此電纜投資較大，電能損耗、電壓損耗較高。

2) 箱變電氣部分設計形式與港口現有供電系統模式不太適應，存在設備、功能的設置重復。整裝造價高，可靠性低，維護工作量大。

ZB系列箱變框架常為“目”或“品”字形結構，港口普遍采用“目”字形結構，分別為高壓室(H)、變壓器室(T)、低壓室(L)，三室用檔板分隔開,其重復設置表現在三個方面：

a) 高壓室設備設置重復。

ZB系列箱變高壓室由進線柜、PT柜和總開關柜組成，具有對高壓進線計量、保護和控制的功能。其高壓進線來自于港口中心變電站，如圖1所示，港口中心變電站對ZB系列箱變的高壓進線進行計量、保護和控制，由此可見ZB系列箱變的高壓進線的計量、保護和控制重復設置，從而造成其高壓室占據空間大，設備造價高。

b) 箱變低壓室與岸電箱設備及功能設置重復。

低壓室安裝的低壓配電設備（包括配電開關、保護設備、互感器、計量監視儀表等）已包括岸電箱的設備及功能，而且是必不可少的，由于箱變不能深入負荷中心，只能通過低壓電纜引至碼頭泊位，再重復設置岸電箱才能供給船舶，造成低壓電纜以及岸電箱設備重復設置，增加了投資。并且低壓供電多了一個供電環節：箱變→碼頭岸電箱，這樣加大了低壓線路發生故障的概率，并且在日常維護中多了一個維護環節，如圖1所示。

c) 目前ZB系列箱變低壓系統均為TN系統，引出有中性線，而船舶大部分為IT系統，兩者不匹配，供電安全性、可靠性相對較差。

3) 不適應港口“三高”環境要求，設備安全性差，使用壽命偏低

a) 不適應高溫環境使用要求

現役箱變大都采用干式變壓器，過載能力較差。變壓器、低壓室配電裝置在封閉的室內（箱變的變壓單元、低壓單元），用自然和強迫通風來解決散熱問題。在南方夏季高溫天氣中，由于太陽直照在箱體上，使箱變室內溫度過高，箱變負載能力嚴重下降。而夏季正是用電高峰，為了保證港口正常用電需求，箱變只能過負荷運行，這樣造成變壓器及高低壓電氣設備長期在高溫下運行，加快了絕緣老化的速度，降低設備使用壽命，使箱變的服役期縮短。在港口實際使用中已經有多臺箱變因為這種原因被燒壞。

b) 不適應碼頭高鹽霧的環境要求

現役箱變及設備選擇上對抗腐蝕要求沒有統一標準，部分設備不適應碼頭高鹽霧環境，腐蝕較為嚴重，大大縮短設備的使用壽命，經濟損失嚴重。

c) 不適應碼頭高濕度的環境要求

因港口供電系統負荷變化較大，空載、閑置周期較長。在港口碼頭高濕環境下，電氣設備易遭受潮氣侵蝕或受晝夜溫差變化而產生凝露，使電氣設備絕緣下降，影響電氣設備的運行安全，給日常電氣設備運行帶來隱患，同時增加了設備的維護工作量。

2 新研預裝緊湊型港口專用箱變主要解決的幾個問題及對策

通過對現役箱變存在問題進行剖析，結合船舶岸電保障現狀及發展的趨勢，課題組認為新研預裝緊湊型港口專用箱變主要從減小體積、優化系統及設備配置、提高安全性和環境適應性四方面進行考慮。

1) 減小港口專用箱變的體積

港口專用箱變應安裝于碼頭泊位，直接與船舶電纜連接供電，如圖2所示。這樣減少低壓配電環節，不僅減少了碼頭低壓電纜、配電箱等設備，而且還降低初投資和日常維護工作量。同時由于高壓充分深入負荷中心，可大大減少低壓輸電系統損耗，節約電能。但港口專用箱變安裝于碼頭泊位，需解決外型尺寸小型化的問題。

現役ZB系列港口箱變體積過大的原因是由于內部結構形式所決定。新型港口專用箱變改變了室內安裝箱（柜）式設備的結構型式，直接采取高壓柜、變壓器、低壓柜開放式組合結構，取消了高壓、低壓和變壓器三室，無論從體積、質量上，設備都大大減少。同樣630 kVA箱變，新式港口專用箱變較傳統箱變體積減少約1/2，質量減少約1 t，使箱變安裝于碼頭泊位成為可能。

新式箱變低壓室采用安裝板式結構，改變傳統低壓柜組合形式，在不減少低壓設備配置的情況下，最大限度縮小低壓柜空間。高壓室采用小型全封閉負荷開關環網柜或采用四位置“V型”負荷開關形式，有效地減少高壓室空間。變壓器采用油浸式，裸露安裝，取消變壓器室，同樣也減少了箱變體積。

2) 優化系統配置

箱變安裝于碼頭泊位，集箱變、港口岸電箱功能于一體，其系統設計及設備配置應滿足功能需要，具有高壓配電、變壓、低壓配電、對船舶直接供電以及高低壓保護、計量、監視、自動化管理于一體。在系統設置及設備選擇配置上，均應考慮周全。

a) 高壓部分

當需要高壓配電及計量時，高壓配電裝置可采用裝配式結構，設置高壓進線柜、計量柜以及饋線柜。當電源來自于港口中心電站時，可采用四位置負荷轉換開關加熔斷器組合，高壓進線通過全絕緣型肘型電纜頭與電纜連接，在10 kV電壓下能帶電拔插，滿足了港口專用箱變高壓操作的運行與安全需要。

b) 變壓器

由于變壓器處于半裸或全裸狀態，能充分散熱，最大過負荷能力達30%，負荷能力較傳統箱內安裝的油浸式變壓器過負荷能力高10%（干式變壓器則不能過負荷運行）。若解決外殼防腐問題，同負荷下，變壓器使用壽命將大大延長。

c) 低壓部分

低壓部分兼顧低壓配電、港口岸電箱雙重功能，在設計上充分考慮船舶港口供電的操作、運行、安全和使用管理，為保護變壓器，低壓部分設主開關，為實現船舶用電計量和船舶電纜的快速連接，低壓部分吸收了現役港口岸電箱中智能電表和KC16-3電力連接器，完善了碼頭泊位供電操作功能。

為與船舶供電系統相一致，新研港口專用箱變采用IT系統，取代傳統箱變TN系統，提高了供電的安全性和可靠性，同時為方便碼頭維修單相用電設備需要，低壓系統中采取引出中性線及加強絕緣等措施，既方便維修用電需求，又滿足安全性要求。

d) 自動化系統

兼顧港口智能電能計量管理系統以及在研港口信息化系統需求，港口專用箱變采用北京雙電FCK2000電力綜合測控終端，對箱變高低壓設備及變壓器各類運行參數進行綜合處理和遠距離傳輸，同時規范了FCK2000電力綜合測控終端、港口智能電度表的通訊接口，為對箱變進行遠距離監視提供了條件。

3) 提高箱變安全性

新型港口專用箱變安裝于碼頭泊位，是人員往來比較頻繁的場所，其防火、防觸電等安全措施尤為重要，除滿足國家、行業相關規范要求外，箱變無任何裸露帶電部分，所有非帶電金屬裸露部分均可靠接地。

低壓系統采用IT系統，大大降低設備漏電時（單相接地）外殼接觸電壓過高可能對人帶來的傷害，同時低壓采用單相接地報警系統，可使運行人員及時發現和消除隱患，防止事故進一步擴大，危及設備及人身安全。

箱變采用油浸式電力變壓器，為防止火災發生，變壓器油采用優質高燃點礦物油，同時對變壓器散熱片采用防護罩保護，防止由于外力破壞散熱片而產生漏油情況。

4) 提高箱變環境適應性

防高溫，防腐、防潮。

箱體基座和所有外露金屬件均應進行防銹處理。箱體應有可靠的密封性能，門、箱體開孔處應設防塵、防小動物進入和防雨、防滲漏、防海浪擊打措施。箱體的內部金屬構件也進行防銹處理。

3 結束語

預裝緊湊型港口碼頭專用箱變現已通過了基本性能測試，并在某港口碼頭進行了應用，功能完善，運行穩定，安全性高，維護工作量少，適應港口“高溫、高濕、高鹽霧”氣候。新型箱變的使用，對提高港口供電保障質量、節約電能合優化資源具有重要意義。

:

[1]蔡心，顏長斌，林必寶. 歐式、美式、國產式箱變的特性分析. 江蘇電器，2001,（1）:1-3.

[2]孫本安，周曉明. 美式箱變和國產箱變的技術分析與比較. 電氣開關，2002,（1）:1-4.