预装式箱式岸电站设计技术要点及探讨

2018-04-12孙存新陈磊

电动工具 2018年6期

孙存新，陈磊

（江苏新航电气有限公司，江苏连云港 222042 ）

0 引言

随着我国节能环保事业的发展，越来越多的船舶岸基供电设备在港口码头成功运用。在供电过程中，为了减少船舶岸电船岸电缆线路路端损失，提高岸电设备利用率，同时保证供电电能的综合质量，供电系统设计将供配电终端设置于电力负荷中心。通常，岸电供电系统设置在码头前沿，采取高压进户线路(10 kV为主)直接引入泊位岸电接入点供电的负荷中心电站，集中向码头泊位供电。岸电电站的形式一般为固定建筑物及箱式，在码头特殊工况下，采用预装式箱式电站技术具有很强的环境适应性。本文主要介绍预装式箱式岸电站在整体设计中呈现的诸多特点及设备选型。

1 概述

在船舶岸基供电工程应用中，码头前沿需要建设岸电电站，尤其针对占地面积较小的场所，需构筑集高压受电设备、变频变压设备以及低压配电设备为一体的岸电供配电设施。按照集中式一体化供配电设施安装地点，可为户内和户外两种方式，成品安装后通称为组合岸电站。为便于日常检修维护及提高设施综合使用寿命，又将组合岸电站装设在“目”字形或“品”字形的箱体内，即为箱式岸电站。预装式箱式岸电站是一种将高压受电开关设备、变频变压设备以及低压配电设备按照一定的接线方式，组成一体化工厂预制型户内外紧凑式变配电装置，可将高压引入、变频变压以及低压配电等功能有机结合起来，在港口码头岸电供电工程中发挥重要作用。

2 技术优点

1）技术先进安全可靠

箱式岸电站其箱体采用国内较为领先的技术和生产工艺，外壳采用镀铝锌钢板，内部框架采用标准集装箱材料及制作工艺，具有较好的防腐蚀性能，可保证设备20年不锈蚀；内封板采用防火内装，夹层封填材料其防火保温性能优越；箱体内部安装自动空调及除湿装置，电气设备在正常运行过程中不受自然气候环境和外界污染影响，可在-40℃～+40℃范围内保持安全稳定、节能经济的运行性能。

岸电站箱体内的岸电电气一次设备产品采用全绝缘结构设计，无裸露带电部分，达到零触电事故运行需要，可实现无油化自动运行，且二次设备集成自动化水平高，减少运行维护工作量。

2）集成自动化水平高

箱式岸电站采用全站集成化、智能一体化设计方案，其继电保护系统采用微机综合自动化保护装置，分散安装，实现岸电站无人值守“四遥”功能，即：遥测、遥信、遥控、遥调。内部各控制系统单元均具有独立运行功能，通过微机保护系统实现的运行参数远方设置，对箱体内部湿度、温度等参变量远程调节控制，满足无人值班值守的功能需求。

3）工厂预制化

箱式岸电站按照组合式结构进行设计，设计人员只需根据工程实际需要，设计电气一次主接线图及箱外设备，即可按照相关企业所提供的箱式岸电站规格、型号、组合方式等设计出完整的方案。真正实现了岸电站制造工厂预制化，简化设计思路、方案的同时缩短工程施工周期。现场安装调试施工时仅需将已组装完好的箱体进行定位，将箱体间隔的电缆联接，进行保护定值校验、传动试验以及其它相关调试工作，可迅速投入实际工程应用。

4）组合方式灵活

由于箱式岸电站内部结构较为紧凑，且每个间隔均按独立集成系统设计方案，在实际选用中根据需要组合灵活，可全部采用箱式结构，即将高压侧和低压侧电气设备全部设置在箱体内，组成全箱密封式岸电站，也可按照设计要求将高压侧电气设备置于箱体外部，低压侧电气设备及控制保护系统装备置于箱体内部安装。

5)综合投资经济效益高

通过大量岸电工程实际应用经验可知，箱式岸电站与同规模容量的综合自动化岸电站相比，约可减少40%～50%的综合投资。选用箱式岸电站可最大限度避免房建工程量，将高压、变压器、低压电气设备进行集中一体化布置，符合我国节约土地的基本政策要求。

3 内部设备选型

1）高压侧受电设备

对于10 kV输入0.4 kV/0.45 kV输出的中小型规模容量船舶岸基供电用户而言，因额定电流较小，出于经济考虑，通常采用高压负荷开关用于开断正常负荷电流，用户开断短路电流的情况较少。因此，在设计10 kV预装式箱式岸电站时，采用高压负荷开关加熔断器组合电器替代高压断路器，可较大程度提高设备综合投资经济效益。高压断路器与高压负荷开关加熔断器组合电器相比，不仅造价较高，同时其外形尺寸较大，不适合于内部空间较为狭窄紧凑的箱变结构。因此，箱式岸电站其高压受电设备采用高压负荷开关加熔断器组合电器是小容量箱式岸电站设计的首选。

2）岸电变压器

箱式岸电站岸电电源的变压器通常选用节能型干式变压器。干式变压器无需检查油位、油温、油质以及油压等特性参数，也称为免维护式配电变压器，具有阻燃、防爆等优点，在箱式岸电站设计中成为优选的变压器类型。

3）低压配电部分

建筑物形式的岸电房中所用低压配电柜(如：GGD、GCS、MNS等)均按照低压配电功能单元进行单独组合布置，具体分为进线柜、联络柜、馈线柜、补偿柜等。箱式岸电站其内部集成程度较高，一次电路较为简单，通常只包括进线、出线、补偿功能，为减少低压柜在箱变内部的占地面积，应优化低压电器的布置结构。主回路中应选用多功能万能式断路器，即可满足手动和电动操作的自动低压馈电开关，并配有过载长延时、短路短延时以及短路瞬间保护、失压和分励等多种自动脱扣器和辅助结构，构成完善系统的综合保护系统。对于低压小容量分支馈电线路而言，宜选用塑料外壳式断路器，利用其自身所带的短路保护热脱扣装置，有效提高馈线回路运行安全可靠性。

4）附加功能

根据箱式岸电站的使用环境条件要求，设计时应考虑加装防凝露、路灯照明时光控制等自动控制系统装置，以满足环境适应性。壳体结构应具有良好的耐久性、抗腐性，具有抵抗内部故障电弧等特性。

4 设计要点

1）容量设计

选择箱式岸电站容量时，应以现有船舶接用岸电的负荷特性和运行方式作为主要依据，适当考虑电力负荷未来发展，即：根据待接船舶的负荷计算书，如接用岸电船舶电力负荷在未来一定时间段内进行岸电电力规划时，其负荷容量及接用船型变动不大，则在预装式箱式岸电站变压器容量选型时，可将近期接用船型负荷容量及负荷波动情况考虑在内。为提高岸电站运行经济效益，设计时岸电站当年运行负荷不宜低于岸电站容量的30%。

2）温升设计

温升效应主要取决于箱式岸电站自身壳体结构、材料、岸电设备的运行形式，设备的效率以及电气开关设备结构形式，三者在选型设计时均应充分考虑温升设计富裕度。高压电器设备和控制设备允许温升应按照GB/T11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》实施；岸电电源设备选型应按照GB/T51305-2018《码头船舶岸电设施工程技术标准》实施；低压电器设备和控制设备应按照GB14048-2008《低压开关设备和控制设备新标准》实施。

3）组合电器

选用组合电器时必须考虑产品的额定电流及连接电流数值。转移电流一般大于负荷开关额定电流，是负荷开关分断的最大电流。交接电流为熔断器不承担分断，均由负荷开关开断的三相对称电流值。低于这一电流时，熔断器将分断电流的任务交至带脱扣器触发的负荷开关承担。

4）抗干扰措施

按照技术特性及功能要求，应采取硬件抗干扰和软件抗干扰的综合抗干扰措施。其中，硬件抗干扰是岸电站自动控制系统最主要、最基本的抗干扰措施手段，具体包括：隔离、接地、屏蔽、滤波、鉴幅、提高信噪比等技术方法；软件抗干扰主要通过岸电自动控制系统软件中设置相应的抗干扰措施程序，及时发现、拦截和纠正对控制系统带来的危害，具体包括：自诊断，程序容错、信息冗余和数字滤波等。

5）凝露和腐蚀

为防止箱式岸电站出现凝露、盐雾、腐蚀等不利现象，设计时应预先考虑箱式岸电站的内外部温差，通过在内部安装加热器和通风装置，确保岸电站内部温度、湿度始终保持在最优环境条件下，确保箱体内的高低压电气设备不会产生的凝露、盐雾等不良现象。另外，需准确判断凝露、盐雾的产生原因，在岸电站箱体材料的选用中加以预防。目前，我国已研发出部分抗凝露防腐蚀的高性能材料，在实际应用中取得较好效果。