码头工程配电系统的接地设计思考

陈玖鸿

摘 要： 作为码头工程中重要的电气设计模块，配电工程设计中的接地设计极为重要，能够有效地提升码头工程的安全性、经济性与可靠性，为工作人员的人身安全与相关设备的稳定运行提供支撑。由于接地设计是一个较为复杂的系统，在设计中存在多种安全隐患，这就需要对接地设计进行分析思考，根据10 kV电网不接地与低电压接地的方式进行分析，深化对码头工程接地系统的理解，从而为其接地设计提供有效的参考。

关键词： 电气设计 码头工程 配电系统 接地设计

中图分类号： TU856文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2023）12-0035-03在配电系统中，接地设计关乎人民群众的生命财产安全，并对电气电子设备安全运行产生影响。码头工程中，配电系统主要由配电控制保护设备、配电变电所、高压线路、变压器等组成。我国配电系统的主要接地方式为TT、TN等系统，在我国10 kV的电网系统中，通常以不接地的形式设计，也就是电源端带电导体一侧不接地、高電阻接地或者谐振接地，近年来个别城市10 kV电网以低电阻进行接地，提升配电系统的可靠性与安全性成为业界所关注的重点设计问题。

1 码头工程供配电系统特性与工艺设备供电

1.1 码头工程配电系统特性

码头工程电气系统中具有供电范围较大的特点，通常情况下，码头工程配电系统中存在多种负载，种类相对较多，在供电范围上，其配电系统范围通常为数平方千米，码头工程中的货物移动、设备运转都需要由码头的供配电系统进行电力支撑，码头工程配电系统面临着较大的用电负荷，上万伏安的情况较为普遍，且码头配电电压包含全面，通常情况下包含了220 V、380 V低压与10 kV高压。码头的配电系统中，多采用10 kV高压，将电源传输到码头变电所，码头工程中包含多个变配电所。变配电所不仅是高压负荷端，还是低压电源端，其接地方式需要根据上级变电站的实际情况决定[1]。

1.2 码头工程设备供电

码头工程中，其主要的用电设备为卸船机等装卸设备，有着用电功率大的特性，为了实现高效率的装卸，通常将此类设备设置在码头前端轨道之上，在其运行范围的中间点设置接电箱。一般情况下，接电箱通常位于码头前沿接电井内，而个别较为专业的码头工程中，会设有皮带机，在高架桥钢结构上安装高压接电箱，同时，为了更加方便地开展维修作业，还会在皮带机沿线中配备维修电源。

码头中的货物通过皮带机进行运输传送，皮带机驱动通常采用单台高压电动机或者低压电机，电动机通过变配电内高压柜与低压柜进行供电，由于皮带机沿线存在风机，故而电动机还需要进行风机供电，其电源供给来自变电所的低压配电柜，此时电机功率较大，需要采用软启动器的电动机配电回路。

装车楼是码头运输的重要环节，配有除尘设备、皮带机等。装车楼与变电所相近，则可通过变电所配电柜进行直接供电，如相距较远，则可设置内有配电柜与控制柜的电气室。为了提升电气室的稳定性与安全性，使用0.4 kV的供电回路，根据就近原则，通过变电所配电柜进行供电。

我国码头工程中，通常采用共同接地的方式，这是由于工程中变配电所、码头难以分割，或由于接地成本过高，需要对暂时工频过电压进行重视。根据码头工程实际情况与上级电网系统接地形式，进行综合考量，确定电阻值，实现码头工程配电系统经济性、安全性、稳定性的提升[2]。

2 码头配电系统容量计算与供电方式

2.1 码头配电系统容量计算

根据码头实际运行情况，各位置停靠船舶数量与船型的差距，用电情况存在较大差距，船舶用电负荷（kW）通过Pex表示，码头供电系统容量需要根据其泊位、船舶及其设备用电需求来确定。在多艘船舶用电容量计算中，将码头泊位停靠的船舶数量成为系数，例如：单个泊位码头供电系统系数为0.8～1，多个泊位情况下，码头供电系统系数为0.45～0.8，系数通过KP表示，码头工程供电系统容量可通过以下公式表示。

2.2 码头系统供电方式

码头工程中，主要通过船舶吨位、船舶类型、供电容量、电缆情况等因素，综合分析后确定岸电的连接方式，总体来说，可分为高压供电与低压供电。导线载流量需要根据供电系统的容量与电缆匹配情况、敷设方式、环境等因素进行计算，公式如下。

码头供电系统容量需要通过单台最大发电机组额定容量、泊位使用情况与船舶用电情况进行综合考量。根据我国的标准与技术要求，码头系统容量小于360 kVA时，可采用低压供电，容量在630 kVA～ 1 600 kVA时，建议采用高压供电，当容量大于1 600 kVA时，则需要采用高压供电。在高压供电方式下，由于电缆长度与相关管理系统体系小，空间占用率小，方便码头设备的操作与船舶停靠[3]。

3 码头工程变电所配电系统

在变电所高低压主接线上，为了保证系统整体的稳定性，变电所主接线为双回路的10 kV电源线，通过分段的接线形式，设置开关，某一回路如若发生故障，则另一回路能够承担所有负荷，并通过计算机监控管理，对各变电所信息数据进行收集整理，汇总传输至中心变电所与上级变电站，实现上级变电站的统一管理[4]。

变压器选取中，码头工程供电系统需要可全部选取干式变压器，根据相关规定要求，变压器能效需要达标，相较传统的变压器，干式变压器有着体积小，无变压器油等优势，但是其过载能力不足。故而，在选择上，需要从整体、长远的角度开率，保证变压器负载率小于90%[5]。

电缆选择与敷设方式上，敷设电缆主要是在皮带机沿线电缆桥内，为了防止货物的堆积，需要在桥架上加装盖板，并通过多层桥架进行共同敷设。在码头工程中个别狭小空间处，为了避免出现影响干涉的情况，需要进行各模块仔细设计协商，桥架至用电设备间电缆一般采用穿镀锌钢管保护的敷设方式。

4 码头工程配电系统接地分析

在码头项目工程中，前端传播装卸设备、照明等设备有着短路、雷击等风险，对设备设施产生影响，甚至会出现断电、火灾等危害，故而，需要做好码头工程的接地设计，为码头日常运转提供有效支撑。根据码头的自然环境与相关设备接地情况，设置接闪杆，进行接地连接，在防雷处理中，可通过码头建筑接闪带或其他防雷举措实现。码头工程通常采用TN-S接地系统，在系统之中，保护接地、防雷接地、电气设备接地采用共同装置，接地电阻不得大于1 Ω。正常情况下，外漏导体需要同PE线进行连接，并且装卸设备需要在接地的情况下做好电气连接，管线与设备需要进行防静电接地处理。在防静电接地处理中，需要在码头前端装设人体静电消除装置，码头与船舶间需要采取电气绝缘措施[6]。

根据相关国家标准，通过对1 kV及其以下的设备进行供电，電阻为RB≤50 kV/Id，并且RB不可大于4 Ω。在码头工程中，变配电所如果发生接地故障，接地电流Id则≤20 A，故障电压Uf≤80 V，整个供电系统中，在故障状态下，供电回路依然能够运行一段时间，如图1所示，Uf为暂时过电压，接地故障电流为Id。

5 码头配电系统接地设计

5.1 码头接地设计

在码头工程配电系统中，接地设计是极为重要的设计工作，如何对配电系统进行敷设，也是码头工程施工的重要内容。在实际施工过程中，配电系统设计水平较低与施工质量不足，都会造成严重的后果，影响人们的生命财产安全。这就需要通过科学合理的设计与施工，为码头工程配电系统高效运行提供基础支撑，由于码头工程较为特殊，在电气设计与施工中，难度较高，对此应该提升对其重视程度。

在现代化的码头工程中，用电设备逐渐增多，由于用电安全与供电标准的提升，对电气设备要求也在逐渐严格。码头工程中，船舶、设备、建筑物都面临着暴雨与累积故障的风险，加之配电系统运行中的其他故障，更加体现了配电系统接地的重要性。配电系统接地设计可分为系统性接地与保护性接地，系统性接地主要是将配电系统电源点进行接地保护，帮助系统抵御运行中的过电压与雷击影响，降低绝缘击穿概率。保护性接地是将负荷侧金属电气设备与技术外壳裸露部分进行保护性接地，能够保证线路在过电压或者雷击后依旧畅通，预防火灾等事故的发生。

5.2 故障分析

（1）电流互感器高压开关柜安装过程中，安装位置存在偏差，零序电流互感器进线、馈线柜需要于入口处进行安装，但是出口电缆安装错误，难以对母线进行保护。（2）码头配电系统电流互感器备注不够完善，这种表示、型号、能力、精度标识不全面将会为未来操作埋下隐患。（3）在变压器设备选取上，需要根据实际情况，以节能、减少投入的思维选择较为节能的变压器，如个别工程中选取铝芯变压器设备，由于其能耗较高，导致码头工程实际投入增加。（4）高压母线与分子母线需要采用较好的绝缘材料，并且保证其热缩性。（5）缺少数值准确的配电设备，根据相关规定与标准，供电系统中，低压线供电半径较小，而电源容量大于500 kW时，其需要根据实际情况增设变电所与配电所。故而，码头工程中，需要注重分支变电所的设置，为各类用电设备提供电源供应。变压器选择过程中，需要从长远的角度进行发展研究，保持变压器容量的始终，实现码头工程配电系统成本投入的控制。

相关设计人员要对以上各类故障与问题加以重视，从而在设计过程中对其进行规避。如果对上述情况不够重视，码头工程配电系统中可能会出现漏电、触电事故，对人员的人身安全造成威胁。在接地连接设计中，在相线与大地间，用电设备与金属物件间，如果发生接地故障，将会导致出现短路情况，此外，接地材料如果出现受潮、电量泄漏情况，将会产生火花，甚至发生火灾。

6 接地形式直接影响着岸电系统的安全使用

6.1 中性点接地供电形式

码头配电系统三相四线系统中，对船舶绝缘监测进行关停，码头配电系统PEN线与船舶PEN线进行连接，码头配电PEN先与船舶壳进行连接，如果码头PEN线连接失败或者断掉，将会存在以下风险。

（1）船舶设备发生短路时，将会导致存在三相不平衡，船舶壳存在对地电压，供电系统中PEN线某处断裂或者连接较差，船舶外壳对码头电阻重复接地，能够实现对地电压的减小。（2）船体如果处于重复接地时，码头供电系统PEN线出现断裂，船舶处于单相接地状态时，电阻持续变化，导致无法满足保护需求。

故而，当以三相四线接地时，码头供电接地系统需要同船舶进行直接连接，保证用电设备与人员的安全。

6.2 中性点绝缘三相三线供电方式

通过对码头工程供电系统接地形式的分析，能够明确三相三线的接地方式较为可取，为了保证整个码头工程的安全性，在码头供电系统使用过程中，建议船舶壳与大地进行牢固连接，实现防患于未然。在码头配电系统中，三相中性点方式中，不可同三相三线配电系统连接，否则会对码头绝缘系统进行破坏，从而造成产生故障问题。

7 结语

码头工程配电系统接地设计极为重要，直接影响着用电人员与设备的安全，需要经过当地主管部门的检查，在确认合格后进行具体施工。本文根据我国相关规范标准分析得出：在10 kV电网不接地、高电阻与谐振接地系统，接地电阻RB≤50 kV/Id，并≤4 Ω时，码头工程变配电所可优先采用TN系统，应采用三相三线的接地方式。

参考文献

[1]田智祥.某国际会议中心供配电系统设计[J].现代建筑电气，2020，11（4）：24-28.

[2]盛龙，王志坚.核电厂低压配电系统接地故障保护的设计与研究[J].电气应用，2022，41（11）：55-61，11.

[3]周桂云.变电站的接地设计分析[J].集成电路应用， 2022，39（6）：186-187.

[4]任国华.建筑电气低压配电设计中各种接地系统的分析[J].住宅与房地产，2020（12）：79-79.

[5]刘敏毅，覃韩江，张伟.大型港口码头岸电系统供电特性及接地研究[J].中国水运（下半月），2020，20（9）： 72-73.

[6]陈怀宇.核电站低压配电系统接地故障保护设计特点剖析[J].智能建筑电气技术，2022，16（5）：17-25.