泉州灣港區錦尚作業區2#泊位集裝箱堆場供電設計

■歐林森

（福建省港航勘察設計院有限公司，福州 350002）

隨著全球化進程的快速發展， 帶來了國際經濟貿易的蓬勃發展， 隨之迎來了港口的建設高峰期。 根據港口的貨種和功能，常見的港口可分為運輸礦石、煤炭、糧食等散貨的港口，運輸鋼材、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碼頭[1]。本工程針對泉州灣港區錦尚作業區2# 泊位所轄的集裝箱碼頭的堆場進行電氣設計。

1 項目概況

泉州灣港區錦尚作業區2# 泊位新建3.5 萬噸級通用泊位一個及相應的配套設施，運輸的貨種有集裝箱、鋼材、石板材等，設計貨運量為每年160 萬t。其中集裝箱裝卸完成后主要布置在2# 泊位后方陸域堆場內，布置如圖1 所示。

圖1 集裝箱堆場平面布置圖

2 集裝箱堆場裝卸工藝

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

為響應國家節能減排政策以及降低港口運營成本，港口碼頭積極實施了“油改電”的技術措施。本工程集裝箱堆場采用電力驅動輪胎式集裝箱龍門吊起重機（E-RTG）系統。 輪胎式集裝箱龍門吊起重機（E-RTG）系統是用于集裝箱堆場上拆碼垛和裝卸集裝箱半掛車的大型行走裝卸專用機械[3]。主體結構由大梁龍門架、腿柱、底梁等組成。 龍門架由兩片箱型結構的“U”型門框，通過兩根大梁連接而成， 支撐在以橡膠充氣輪胎為行走輪的4 組車架上， 以柴油發動機驅動發電機為動力或者采用市電直接上機驅動，具有大車行走、起升、小車運行等主要機構，吊具具有伸縮、傾斜、水平回轉等功能， 起重機可帶載起升、 小車單獨或聯合動作，也可帶載行走、小車單獨或聯合動作，如圖2所示。

圖2 輪胎式集裝箱龍門吊起重機（E-RTG）立面圖

3 集裝箱堆場供電設計

3.1 供電負荷等級

本工程作為省內大型進出口貿易港口， 對供電要求較高， 如果電力中斷將對港口及生產企業造成較大經濟損失和影響正常的進出口貿易工作，屬于重要負荷。 因此本工程集裝箱堆場負荷等級定為二級。

3.2 供電電源及電壓的選取

根據堆場用電負荷及裝卸設備分布情況，本工程電源引自港區已建的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內， 雙回路10 kV 電源進線，兩路電源互為熱備用，每路供電電源容量為中心變電所計算負荷的100%。 電源10 kV 主接線采用單母線分段， 在本工程集裝箱堆場內設置1 座集裝箱專用變電所為集裝箱內裝卸設備供電。

集裝箱堆場電氣設計中主要包括電氣設備及電力電纜的敷設，考慮到近年來電力工程中電纜價格急劇上漲，從經濟性和實用性出發，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 電源至集裝箱堆場內的3# 變電所， 變電所內設置2 臺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 阻燃交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套鋼帶鎧裝電力電纜， 在采用常規電力電纜情況下可有效降低同等容量負荷下電纜截面， 降低電力電纜投資。

3.3 負荷計算

本工程堆場裝卸設備采用（E-RTG），單臺ERTG 設備容量為350 kW， 通過需要系數法對設備負荷進行計算，根據計算負荷來對選擇電器和導體[4]。本工程E-RTG 設備容量為： 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、空調檢修等）40 kW。

按需要系數計算， 根據E-RTG 負荷分組將設備統一折算到負載持續率為25%下的有功功率，如下式所示。

計算單臺輪胎式集裝箱龍門吊起重機 （ERTG）各設備容量總合，如下式所示：

堆場布置輪胎式集裝箱龍門吊起重機 （ERTG）總共12 臺：

按需要系數法， 根據 《海港工程設計手冊》表6.2.2-1 參照港口裝卸岸橋，E-RTG 起重機需要系數取0.65，功率因數取0.6，tanφ=1.33，考慮本工程港口經營情況，根據現場輪胎式集裝箱龍門吊起重機（E-RTG）工作情況，需要系數Kx取0.45。 則（ERTG）在集裝箱堆場的用電負荷如下式所示。

10 kV 側高壓計算電流：

0.96 kV 側低壓計算電流：

本工程選擇2 臺ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA變壓器，補償前負荷率

3.4 電能計量及無功補償

本工程采用高壓計費的方式， 現有1# 已建設中心變電所專用計量柜進行計費。 在3# 變電所低壓側設置無功補償柜來提高功率因數，按照規范應補償至0.90 以上[5]。

本工程單臺變壓器低壓側補償容量為900 kW，補償后功率因數為：

由式（13）可知，補償后功率因數大于0.9。

補償后負荷率為：

由式（14）可知，補償后負荷率小于85%，滿足變壓器經濟運行要求。

3.5 變電所的布置

根據集裝箱堆場用電負荷及裝卸設備分布情況， 本工程于集裝箱堆場中央位置設置1 座3# 變電所，雙回路10 kV 電源進線，每路供電電源容量為3# 變電所單臺變壓器2000 kVA。 配電電壓為0.96 kV。 在3# 變電所內現有2 臺ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA 變壓器滿足集裝箱堆場設備供電需求，0.4 kV 低壓網絡接線采用2 臺變壓器以互鎖的單母線接線，2 臺變壓器互為備用，保證在1 路電源檢修或故障時，堆場作業設備能正常工作。 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 臺變壓器。 高、低壓開關柜選擇性能好、工作可靠及維護方便的產品，10 kV 開關柜選用金屬鎧裝中置式開關柜，共配置4 臺開關柜；低壓開關柜選用抽屜式結構，3# 變電所總共設置8 面開關柜。0.4 kV 電容補償柜選用動態無功功率發生電源式成套補償設備， 共配置2 套補償裝置。 3# 變電所10 kV 進線采用負荷開關+熔斷器組合；10 kV 側繼電保護裝置選用集監控和保護為一體的微機綜合數字式監控繼電保護裝置；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，額定電壓1000 V。 滿足使用要求。

3.7 電纜及敷設

港區變電所內高、低壓回路較多，為避免電纜火災引起對整個供電系統的影響，選擇電纜及敷設條件如下：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；堆場電纜截面根據按溫升要求選擇，按電壓損失、機械強度校核截面；集裝箱線路敷設主要采用混凝土封裝電纜排管敷設；電纜牽引張力限制的間距處和電纜分支、接頭處等處設置電纜井。

3.8 港口照度與室外照明

集裝箱堆場的照明主要采用高桿燈，由于集裝箱堆場的堆放高度較高，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。 電源由已建設完成的1# 中心變電所0.4 kV 低壓側供電。 每支高桿燈上安裝12 套600 W LED 泛光燈，光源均采用高效節能LED 光源，照明范圍內的平均照度根據規范要求不能小于20 lx，眩光值小于55，顯色指數Ra 大于20， 照明均勻度不能小于0.25，單燈功率因素補償至0.95 以上。要求高桿燈燈具的端電壓偏差不超過±5%。

3.9 防雷與接地

本工程10 kV 高壓系統接地采用與上級接地相同的形式，即中性點不接地；本工程0.96 kV 采用低壓中性點直接接地。

變電所、高桿燈、輪胎式集裝箱龍門吊起重機（E-RTG）設防直擊雷設施。 場區接地網接地電阻不大于4 Ω。 接地裝置除利用單體建筑物自然接地體外，在變電所等重要場所設置人工接地體。

4 經濟性比較

與傳統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，但是為港區節省了大量電力電纜投資。

按照常規380 V 供電，單臺E-RTG 計算電流，如下式所示：

按照常規690 V 供電，單臺E-RTG 計算電流

按照常規960 V 供電，單臺E-RTG 計算電流

根據規范選擇本工程電力電纜導體截面。 在不考慮修正系數的情況，采用380 V 供電需選擇電纜型號為2 根ZR-YJV22-1kV 3×300+1×150 電纜雙拼敷設以滿足設備正常運行的載流量要求。 采用660 V 供電需選擇電纜型號為2 根ZR-YJV22-1 kV 3×150+1×75 電纜雙拼敷設以滿足設備正常運行的載流量要求。 采用960 V 供電需選擇電纜型號為1 根ZR-YJV22-1 kV 3×185+1×95 電纜雙拼敷設以滿足設備正常運行的載流量要求。 通過對比可以看出單臺設備供電電纜在不同電壓電力電纜截面相差很大，整個堆場設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

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