泉州湾港区锦尚作业区2#泊位集装箱堆场供电设计

■欧林森

（福建省港航勘察设计院有限公司，福州 350002）

随着全球化进程的快速发展， 带来了国际经济贸易的蓬勃发展， 随之迎来了港口的建设高峰期。 根据港口的货种和功能，常见的港口可分为运输矿石、煤炭、粮食等散货的港口，运输钢材、石材、各种杂货的码头，另外还有集装箱码头以及专门供旅客使用的客运码头[1]。本工程针对泉州湾港区锦尚作业区2# 泊位所辖的集装箱码头的堆场进行电气设计。

1 项目概况

泉州湾港区锦尚作业区2# 泊位新建3.5 万吨级通用泊位一个及相应的配套设施，运输的货种有集装箱、钢材、石板材等，设计货运量为每年160 万t。其中集装箱装卸完成后主要布置在2# 泊位后方陆域堆场内，布置如图1 所示。

图1 集装箱堆场平面布置图

2 集装箱堆场装卸工艺

港口集装箱装卸工艺通常根据堆场上所选用的主要拆码垛机械来命名，在常用集装箱码头的实践运用中，主要包括：集装箱底盘车（或半挂车）系统、集装箱正面吊运车系统、集装箱跨运车系统、轮胎式集装箱龙门吊起重机（RTG/E-RTG）系统、轨道式集装箱龙门起重机（RMG/ARMG）系统[2]。

为响应国家节能减排政策以及降低港口运营成本，港口码头积极实施了“油改电”的技术措施。本工程集装箱堆场采用电力驱动轮胎式集装箱龙门吊起重机（E-RTG）系统。 轮胎式集装箱龙门吊起重机（E-RTG）系统是用于集装箱堆场上拆码垛和装卸集装箱半挂车的大型行走装卸专用机械[3]。主体结构由大梁龙门架、腿柱、底梁等组成。 龙门架由两片箱型结构的“U”型门框，通过两根大梁连接而成， 支撑在以橡胶充气轮胎为行走轮的4 组车架上， 以柴油发动机驱动发电机为动力或者采用市电直接上机驱动，具有大车行走、起升、小车运行等主要机构，吊具具有伸缩、倾斜、水平回转等功能， 起重机可带载起升、 小车单独或联合动作，也可带载行走、小车单独或联合动作，如图2所示。

图2 轮胎式集装箱龙门吊起重机（E-RTG）立面图

3 集装箱堆场供电设计

3.1 供电负荷等级

本工程作为省内大型进出口贸易港口， 对供电要求较高， 如果电力中断将对港口及生产企业造成较大经济损失和影响正常的进出口贸易工作，属于重要负荷。 因此本工程集装箱堆场负荷等级定为二级。

3.2 供电电源及电压的选取

根据堆场用电负荷及装卸设备分布情况，本工程电源引自港区已建的1#中心变电所供电。 1# 中心变电所位于码头后方生活辅助区内， 双回路10 kV 电源进线，两路电源互为热备用，每路供电电源容量为中心变电所计算负荷的100%。 电源10 kV 主接线采用单母线分段， 在本工程集装箱堆场内设置1 座集装箱专用变电所为集装箱内装卸设备供电。

集装箱堆场电气设计中主要包括电气设备及电力电缆的敷设，考虑到近年来电力工程中电缆价格急剧上涨，从经济性和实用性出发，本工程选用配电电压为0.96 kV，电源由1# 中心变电所不同母线引2 路10 kV 电源至集装箱堆场内的3# 变电所， 变电所内设置2 台ZSCB10-10/0.96kV 型变压器。 采用0.96 kV 配电，小于1 kV。 电缆采用ZRYJV22-1kV 阻燃交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆， 在采用常规电力电缆情况下可有效降低同等容量负荷下电缆截面， 降低电力电缆投资。

3.3 负荷计算

本工程堆场装卸设备采用（E-RTG），单台ERTG 设备容量为350 kW， 通过需要系数法对设备负荷进行计算，根据计算负荷来对选择电器和导体[4]。本工程E-RTG 设备容量为： 起升装置160 kW；小车行走装置30 kW；大车行走装置4×30 kW；其他（包括E-RTG 照明、空调检修等）40 kW。

按需要系数计算， 根据E-RTG 负荷分组将设备统一折算到负载持续率为25%下的有功功率，如下式所示。

计算单台轮胎式集装箱龙门吊起重机 （ERTG）各设备容量总合，如下式所示：

堆场布置轮胎式集装箱龙门吊起重机 （ERTG）总共12 台：

按需要系数法， 根据 《海港工程设计手册》表6.2.2-1 参照港口装卸岸桥，E-RTG 起重机需要系数取0.65，功率因数取0.6，tanφ=1.33，考虑本工程港口经营情况，根据现场轮胎式集装箱龙门吊起重机（E-RTG）工作情况，需要系数Kx取0.45。 则（ERTG）在集装箱堆场的用电负荷如下式所示。

10 kV 侧高压计算电流：

0.96 kV 侧低压计算电流：

本工程选择2 台ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA变压器，补偿前负荷率

3.4 电能计量及无功补偿

本工程采用高压计费的方式， 现有1# 已建设中心变电所专用计量柜进行计费。 在3# 变电所低压侧设置无功补偿柜来提高功率因数，按照规范应补偿至0.90 以上[5]。

本工程单台变压器低压侧补偿容量为900 kW，补偿后功率因数为：

由式（13）可知，补偿后功率因数大于0.9。

补偿后负荷率为：

由式（14）可知，补偿后负荷率小于85%，满足变压器经济运行要求。

3.5 变电所的布置

根据集装箱堆场用电负荷及装卸设备分布情况， 本工程于集装箱堆场中央位置设置1 座3# 变电所，双回路10 kV 电源进线，每路供电电源容量为3# 变电所单台变压器2000 kVA。 配电电压为0.96 kV。 在3# 变电所内现有2 台ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA 变压器满足集装箱堆场设备供电需求，0.4 kV 低压网络接线采用2 台变压器以互锁的单母线接线，2 台变压器互为备用，保证在1 路电源检修或故障时，堆场作业设备能正常工作。 变电所布置图3 所示。

图3 变电所平面布置图

3.6 电气设备选择

10/0.96 kV 变压器选择ZSCB10-10/0.96 kV-2000 kVA 型铜绕组干式整流电力变压器，共配置2 台变压器。 高、低压开关柜选择性能好、工作可靠及维护方便的产品，10 kV 开关柜选用金属铠装中置式开关柜，共配置4 台开关柜；低压开关柜选用抽屉式结构，3# 变电所总共设置8 面开关柜。0.4 kV 电容补偿柜选用动态无功功率发生电源式成套补偿设备， 共配置2 套补偿装置。 3# 变电所10 kV 进线采用负荷开关+熔断器组合；10 kV 侧继电保护装置选用集监控和保护为一体的微机综合数字式监控继电保护装置；0.4 kV 框架断路器选用Emax 2 型，额定电压690～1150 V，塑壳断路器选用Tmax XT 型号，额定电压1000 V。 满足使用要求。

3.7 电缆及敷设

港区变电所内高、低压回路较多，为避免电缆火灾引起对整个供电系统的影响，选择电缆及敷设条件如下：10 kV 电缆： 供电回路采用ZR-YJV22-10kV 系列电力电缆；1 kV 电缆：供电回路采用ZRYJV22-1kV 系列电力电缆；堆场电缆截面根据按温升要求选择，按电压损失、机械强度校核截面；集装箱线路敷设主要采用混凝土封装电缆排管敷设；电缆牵引张力限制的间距处和电缆分支、接头处等处设置电缆井。

3.8 港口照度与室外照明

集装箱堆场的照明主要采用高杆灯，由于集装箱堆场的堆放高度较高，为避免阴影，选用35 m 高杆灯，高杆灯间距采用3.5 倍高度即122.5 m。 电源由已建设完成的1# 中心变电所0.4 kV 低压侧供电。 每支高杆灯上安装12 套600 W LED 泛光灯，光源均采用高效节能LED 光源，照明范围内的平均照度根据规范要求不能小于20 lx，眩光值小于55，显色指数Ra 大于20， 照明均匀度不能小于0.25，单灯功率因素补偿至0.95 以上。要求高杆灯灯具的端电压偏差不超过±5%。

3.9 防雷与接地

本工程10 kV 高压系统接地采用与上级接地相同的形式，即中性点不接地；本工程0.96 kV 采用低压中性点直接接地。

变电所、高杆灯、轮胎式集装箱龙门吊起重机（E-RTG）设防直击雷设施。 场区接地网接地电阻不大于4 Ω。 接地装置除利用单体建筑物自然接地体外，在变电所等重要场所设置人工接地体。

4 经济性比较

与传统660 V 或380 V 供电电压相比，本工程采用960 V 供电，虽然在变压器投资上有一定程度的增加，但是为港区节省了大量电力电缆投资。

按照常规380 V 供电，单台E-RTG 计算电流，如下式所示：

按照常规690 V 供电，单台E-RTG 计算电流

按照常规960 V 供电，单台E-RTG 计算电流

根据规范选择本工程电力电缆导体截面。 在不考虑修正系数的情况，采用380 V 供电需选择电缆型号为2 根ZR-YJV22-1kV 3×300+1×150 电缆双拼敷设以满足设备正常运行的载流量要求。 采用660 V 供电需选择电缆型号为2 根ZR-YJV22-1 kV 3×150+1×75 电缆双拼敷设以满足设备正常运行的载流量要求。 采用960 V 供电需选择电缆型号为1 根ZR-YJV22-1 kV 3×185+1×95 电缆双拼敷设以满足设备正常运行的载流量要求。 通过对比可以看出单台设备供电电缆在不同电压电力电缆截面相差很大，整个堆场设备电力电缆投资占比较大，采用960 V 配电电压可有效降低电力电缆投资。

5 小结

本工程采用与常规低压系统供配电压0.69 kV或0.4 kV 不同的供电电压， 供电电压选择960 V，在电气设备选型和电力电缆选择时，采用常规电气设备和电力电缆， 供电电气设备投资同比0.69 kV或0.4 kV 电气设备未增加，在电力电缆投资减少的同时，也增大了大范围场地供电的范围，可满足类似大面积堆场和大容量装卸设备的供电需求，对类似项目起到了积极的参考意义。