一種新型岸電電纜纏繞收放系統

陳仲盛 雷 鵬

中交第二航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

岸電設施是指船舶在碼頭停靠期間，由岸上供電系統向船舶提供電力，用以替代船舶燃油發電的設施[1-2]。隨著國內航運的快速發展，船舶排放溫室氣體量日益增多，岸電設施作為船舶油改電的重要手段，能夠降低船舶污染物的排放量，因此得到了快速的發展和應用[3]。

近年來，國內外對于岸電設施的研究與應用較多，但主要以海港為主，這是因為海港用電需求大，建設難度小，能夠取得較好的經濟效益；對于水位變化幅度較大的內河區域，面臨建設成本高、難度大等問題[4]，如何方便地收放供電電纜，一直沒有較好的解決辦法。

目前，內河碼頭的岸電多采用人力拖纜上岸的方式，這種方式效率低、安全隱患大。徐元潮等設計的多級伸縮裝置的輸纜設備，能夠向上提升10 m，但不適合水位變化較大的內河區域[5]。

2 工程概述

本工程處于三峽庫區長江右岸的舊州河河口附近，每個錨泊點由2座系靠船墩組成，可供船舶單艘或者多艘并列停靠。為解決船舶停靠時的供電，擬設置配套的岸電設施，根據《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》(JTS155-2012)要求以及現場調研，船舶受電采用400 V/50 Hz等級，功率按照400 kW設計。受三峽庫區調度，錨泊點所在區域水位變化曲線見圖1。

圖1 三峽庫區水位變化示意圖

錨地區域水位每年6月初到9月底維持在145 m，10月初水庫開始蓄水，11月初水位升至175 m，并維持至翌年12月底，1月初水位開始下降，5月底降落至145 m，最高水位與最低水位落差達30 m。此外，由于錨泊點處于庫區水域之中，地處偏僻，要求無人值守。

3 岸電系統總體設計

岸電設施設計的難點在于，在無人值守的條件下如何適應水位的變化，如何準確收放電纜。針對上述要求，結合系靠船墩結構，設計了一套浮箱岸電設施，具體布置見圖2。

圖2 岸電系統平面布置圖

電纜轉接箱從陸域變電站接電，輸出至電纜卷筒，電纜卷筒輸出給岸電箱，岸電箱置于浮箱上，浮箱置于導向架內，導向架固定于系靠船墩上(見圖3)。浮箱可隨水位沿導向架上下浮動，通過一套鋼絲繩纏繞系統實現電纜的自動收放。

圖3 岸電系統立面視圖

4 鋼絲繩纏繞系統

鋼絲繩纏繞系統主要由滑輪、鋼絲繩、聯軸板等組成，其原理圖見圖4。

圖4 鋼絲繩纏繞系統原理圖

鋼絲繩分為A、B、C、D、E 5段，兩端分別固定，經繞定滑輪滑輪1、2，以及動滑輪3、4形成滑輪組，動滑輪3和4通過聯軸板5相連，固定于浮箱一側；定滑輪1的轉軸與傳動裝置6的輸入軸相連，傳動裝置6的輸出軸與電纜卷筒軸相連，而電纜卷筒上電纜的輸出端與岸電箱相連。其中傳動裝置6實際為一變速器，具有一定的傳動比，使得浮箱上下的位移與同時間段內的電纜收放量保持一致。

本系統的原理為：當水面上升時，浮箱隨水位沿導向架垂直上升，帶動聯軸板5向上運動，聯軸板5驅使動滑輪4向上運動，整個裝置開始運行，動作順序依次為：浮箱上升→聯軸板5上行→動滑輪4順時針運行→定滑輪2逆時針運行→定滑輪1逆時針運行→傳動裝置6同向運行→電纜轉筒逆時針轉動→電纜被卷起收回，從而適應水位的上升，與此同時動滑輪3順時針運行。

反之，當水位下降時，浮箱隨水位沿導向架垂直下降，帶動聯軸板5向下運動，聯軸板5驅使動滑輪3向下運動，整個裝置開始運行，動作順序依次為：浮箱下降→聯軸板5下行→動滑輪3逆時針運行→定滑輪1順時針運行→傳動裝置6同向運行→電纜轉筒順時針轉動→電纜被釋放，從而適應水位的下降，與此同時定滑輪2順時針運行→動滑輪4逆時針運行。

鋼絲繩纏繞系統的直接動力源自于浮箱所受的浮力，且理論上浮箱只能上下作直線運動，故方案中設置有專門的導向架，并配合導軌，用以保證浮箱規則運動。

至此，完成了鋼絲繩纏繞系統的在岸電收放電纜的邏輯設計，設計中電纜的收放裝置為機械式，通過鋼絲繩纏繞系統的作用即可完成輸電電纜的收放。該系統能夠自適應于不同的水位，且無需人員值守。

5 結語

通過對三峽庫區錨泊點系靠船墩結構和水位的分析，設計了一種浮箱岸電設施，該設施中采用特定的鋼絲纏繞系統，利用浮箱浮力驅動其運轉，進而帶動電纜卷筒工作，從而實現了在不同水位下電纜的準確收放。本系統工作時無需人員值守，綠色安全，為工程的詳細設計從理論上提供了一種新的可行方案。