港區臨時冷藏箱堆場的供電設計與研究

摘 ?要：近年來，因國內消費升級以及進博會的溢出效應，進口冷藏貨物量急劇增加，致使上海洋山港區的冷藏箱供電設施無法滿足船運公司的需求，因此，急需建設一套臨時冷藏箱供電設施。文章從系統運行方式、供電容量、變電所型式、冷藏箱供電方式、供電線路敷設、防雷與接地等多個方面，對臨時冷藏箱堆場的供電設計進行了介紹，并提出了相應的設計要點與解決方案，為此后同類型項目提供了借鑒。

關鍵詞：臨時冷藏箱;供電容量;變電所型式;冷藏箱供電方式;供電線路敷設;防雷與接地

中圖分類號：U653 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著連續兩屆進口博覽會的召開，生鮮的需求量不斷增大，而進口生鮮產品具有易變質的特點，其物流配送全程都離不開冷藏設備，因此作為航運運輸保鮮的冷藏箱箱量近年來持續走高。特別是疫情發生以來，冷藏貨物需嚴格檢測，導致港區堆場貨物周轉率降低，大量冷藏箱滯留在港區待檢。因此，港區急需建設一套臨時冷藏箱供電設施，以應對疫情導致的冷藏箱量激增的突發狀況，同時也能滿足位于洋山港區的冠東公司（本項目建設單位）日益提升的冷藏箱接卸要求，本文就臨時冷藏箱堆場的供電設計問題進行研究。

1 ?工程概況

考慮到本項目的建設緊迫性，利用港區內某片重箱堆場，可大大節省場地改造的時間，并針對疫情的突發性與不可持續性，臨時改造的冷藏箱堆場又可以根據需要調整為重箱堆場使用，重箱堆場以及改造后的臨時冷藏箱堆場如圖1、圖2所示。本次新增的臨時供電設施主要包括10 kV變電所、固定式接電箱、冷藏箱移動式插座箱、供電線路及相應的防雷、接地等配套設施。

2 ?供電設計

2.1 ?系統運行方式

在重箱堆場東側新建一座10 kV變電所，該變電所由上級變兩段10 kV母線分別引接一路電源，兩路電源同時供電，互為備用。10 kV側為單母線分段接線，當一路10 kV電源故障或檢修時，另一路電源可以帶兩段10 kV母線運行，提高了10 kV側供電的可靠性與靈活性。在變電所內配置4臺2 000 kVA 10/0.4 kV變壓器，每兩臺變壓器組成一個0.4 kV配電系統，每個系統均采用單母線分段接線，當一臺變壓器故障或檢修時，可由另一臺變壓器帶兩段0.4 kV母線上的70%左右負荷運行，提高了0.4 kV側供電的可靠性與靈活性[1]。供電系統的單線圖如圖3所示。

2.2 ?供電容量

冷藏箱在接上電源延時2 min后，壓縮機連續高壓運行，冷凝風扇高速運行;當箱內溫度下降到設定值-18 ℃時，壓縮機低壓低速運行，冷凝風扇停止，處于保溫狀態;當溫度升高2 ℃左右時，壓縮機和冷凝風扇又高速運轉[2]。根據上述特點，并結合當地氣溫及冷藏貨種，將單臺冷藏箱的使用率定為0.65[3]。此外，還需結合堆場的堆高系數（定為0.8）、實箱系數（一般場地的空箱率為30%，故該系數定為0.7）。綜合上述三個系數，確定負荷計算的需要系數為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。根據海港設計手冊，結合冷藏箱的實際技術參數，確定單個40ft冷藏箱的最大負荷為10.3 kW、單個20ft冷藏箱的最大負荷為5.8 kW，功率因數為0.77。因此總裝機容量為17 206 kW，計算有功功率為6 264 kW，計算視在功率為8 135 kVA，考慮無功補償后為6 857 kVA。

此外，考慮到1 716個Unit冷藏箱的實際規模較大，并結合現場實際運行數據資料，在計算負荷上乘以0.9（暫稱為同時系數）的系數。加上變電所內空調、照明等用電后，最終計算容量確定為6 269 kVA，選擇4臺2 000 kVA變壓器，每臺變壓器的負載率控制在75%～80%。

2.3 ?變電所型式

港區內變電所有鋼筋混凝土變電所、預裝式變電站兩種型式。集裝箱港區主要用電設備為大型裝卸機械、冷藏箱等，單座變電所的開關柜數量及出線回路較多，一般多采用鋼筋混凝土變電所。預裝式變電站具有結構緊湊、安裝方便、建造周期短、組合方式靈活等優勢，但不太適合海邊潮濕、高鹽霧的惡劣環境。

結合本項目的特點，也可選擇如下供電方式，即：每個箱區設置一座預裝式變電站，各預裝式變電站之間采用環網供電方式。但是考慮到變電所日常維護的便利性以及海邊潮濕、高鹽霧的惡劣環境，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——預裝式電氣間。預裝式電氣間（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品，將高低壓開關柜、中低壓變頻器、控制系統等主電氣設備合理地布置在定制的鋼結構房間內。同時，配置空調系統、照明系統、火警及聲光報警系統等，使電氣間可以滿足人員日常維護及安防的需要。整個電氣間按需進行設計、建造、設備安裝，接線、整體檢驗調試等工作，整體運輸至客戶現場[4]。但本項目由于經費問題并未采納。

2.4 ?冷藏箱供電方式

常規項目中，一般設置有專用的冷藏箱電源插座支架，如圖4所示，供作業人員上、下進行電源插拔操作。但本項目如果建設專用支架，存在建設周期長、堆場改造投資大、影響生產作業、日后如變更為重箱堆場時支架占用箱位等諸多不利因素，因此本項目采用“固定式接電箱+冷藏箱移動式插座箱”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，本次設計應建設單位的要求盡可能地減少接電箱內元器件的數量。故接電箱內未設置斷路器，這對現場管理提出了更高的要求，總體原則是“冷藏箱固定式接電箱、冷藏箱移動式插座箱處的插座均不允許帶電插拔”，使用時的具體操作步驟為：

接電時：（1）確認變電所內相應饋線開關、冷藏箱移動式插座箱的進線開關均處于分閘狀態;（2）將移動電纜插頭插至冷藏箱固定式接電箱外的插座上;（3）將變電所內相應饋線開關合閘;（4）將冷藏箱移動式插座箱的進線開關合閘;（5）接入負載。

斷電時：（1）切除負載;（2）將冷藏箱移動式插座箱的進線開關分閘;（3）將變電所內相應饋線開關分閘;（4）將移動電纜插頭拔出。

2.5 ?供電線路敷設

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，可減少堆場的開挖，直接將支架固定在堆場地坪上，工期短，電纜敷設便利，但缺點是可能會對現場車輛的通行造成影響，管理不當時存有一定的安全隱患。而埋地暗敷可避免影響現場的生產作業，主要有沿電纜溝敷設和穿管敷設兩種方式，受堆場內現有箱角基礎及RTG跑道基礎的限制，最后采用電纜穿管敷設的方式，即：電纜主要沿箱角基礎及RTG跑道基礎之間的區域敷設，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，電纜溝井的排水問題需引起關注。常規設計中，一般將電纜井之間用排水管聯通后，匯至變電所外較深的電纜井處，用液位控制自動啟停的潛水泵排出。但建設單位提出，現場大部分潛水泵經常處于運行狀態且啟停比較頻繁，容易導致潛水泵故障，增加了運營成本及難度。故本次結合建設單位的日常管理經驗與需求，對排水措施加以改進，采用電纜井排水采用重力流自排+壓力流強排相結合的方式。下雨時，當電纜井內積水深度達到附近排水溝深度時，井內積水先通過重力流的方式自流到排水溝進入排水系統;降雨過后，管理人員手動控制潛水泵將剩余積水排出。改進后的方案同時保留潛水泵液位自動控制的功能，操作更為靈活，更符合港區現有的運營管理習慣。

2.6 ?防雷與接地

為避免雷電災害對變電所內部電氣設備及人員安全造成威脅，保障冷藏箱供電設施運行的安全性與穩定性，設計對變電所自身及其內部的供電設施、戶外電氣設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防雷設施，采用共同接地系統，即防雷接地、保護接地、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置的避雷帶作為接閃器，并在整個屋面組成不大于24 m×16 m的網格[5];利用混凝土立柱內的主筋作為防雷、接地引下線;利用變電所筏板基礎內的鋼筋作接地極，四周基礎梁內的底層鋼筋作為環形接地連接線;變電所內配電箱的金屬外殼、進戶金屬管道、建筑物金屬構件、基礎接地極之間做好等電位聯結。電纜井利用自身結構鋼筋做接地極，與井內電纜支架、金屬管道、鎧裝電纜金屬外皮等可靠連接，并通過熱鍍鋅扁鋼-40×4與港區現有接地系統連通。冷藏箱固定式接電箱處單獨設置一組接地極，并與電纜井內接地干線可靠連接。

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

3 ?結 ?論

本文從系統運行方式、供電容量、變電所型式、冷藏箱供電方式、供電線路敷設等多個方面，對臨時冷藏箱堆場的供電設計進行了介紹，并提出了相應的設計要點與解決方案，為此后同類型項目提供了借鑒。該項目已順利投產運行半年多，較大幅度地緩解了冠東公司冷藏箱積壓的問題，同時也能在日后冷藏箱箱量大幅減少時，及時變更為重箱堆場使用，靈活可靠，受到了業主的好評。

參考文獻：

[1] 李宏利.港口供電設計及安全策略 [J].自動化應用，2015（1）：97-98.

[2] 胡山元.對集裝箱堆場冷藏箱箱位和相應供電設施配置的探討 [J].港口科技動態，2000（6）：5-7.

[3] 中交第一航務工程勘察設計院有限公司.海港工程設計手冊：第2版 [M].北京：人民交通出版社，2018.

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

[5] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑物防雷設計規范：GB 50057-2010 [S].北京：中國計劃出版社，2010.

作者簡介：朱挺松（1989—），男，漢族，上海人，工程師，本科，研究方向：港口水運工程的供配電設計。