某码头配电工程电气设计

赵斌

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

1 工程现状及供电负荷

    该工程码头平面布置形式为突堤式布置，码头泊位长350m，宽54m，突堤南侧布置7万吨级专业泊位1个，设计年吞吐量500万吨。港区主要工艺设备有：机械式连续卸船机1台，16吨带斗式门机2台，托辊皮带机4条，气垫皮带机22条，埋刮板机7条，斗提机2台，电子灌包设备16套，计量称2台，散装骑车设备2套，工艺流程达208个。码头工程筒仓作业区共建设12座钢板筒仓，陆域部分生产、生产辅助建筑物有码头转运站、计量楼、灌包楼、转接楼、廊道、泵房、空压站、带包仓库、前方侯工楼等。供电部分为：改扩建西港区中心变配电所1座、新建西港2#变电所、3#变电所2座。

    码头港区原有西港区中心变电所1座，内有10kV电缆进线一路，设1000kVA的变压器1台。码头工程总负荷见表1。

      表1  码头工程总负荷

变配电所

电力、照明总用电设备/kW

总计算负荷/kVA

西港区中心变电所

656

459

西港区2#变电所

10765

7084

西港区3#变电所

4780

3723

2 供配电系统设计

    该港区码头供电系统工程是根据总平面布置、装卸工艺系统、除尘系统、通风系统、消防系统等对供电可靠性的要求及以中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度指定的；该电力系统负荷性质为二级；以供电的安全可靠、电能损耗低、节省投资、便于运行维护管理为原则；结合西港区远期规划，土建及电气工程设计中均考虑在满足使用要求的前提下适度改造，充分利用原有变电所中的数量。

2.1中压配电设计方案

    各变电所中压进线电源均为双电源；港区各变配电所的中压配电系统以放射、环网相结合的方式。本系统中所有变电所中的中压及低压母线均采用单母线分段的接线。 变电所的进线及馈出线均采用断路器，确保上下级保护装置动作相互配合，使保护装置具有可选择性。

    配电所主接线图如图1所示。中压配电柜采用SF6绝缘紧凑型开关柜，进线及母联采用真空开关，配置AM5-F进线保护装置，配有三段式定时限过流保护、两段式零序定时限保护；母联柜设电流速断、过电流保护；进线及母联开关采取防并联措施，即三个开关最多只能有两个开关同时处于合闸位置。操作机信号电源为直流110V，65Ah。变压器出线柜配AM5-T变压器保护装置，设有三段式定时限过流保护、变压器高温告警、超温跳闸、门误开跳闸；10kV电机出线柜配AM5-M电动机保护装置，设有过电流、过负荷、接地故障、低电压保护等。普通馈线柜配AM4-I微机保护装置，设有定时限过流、反时限过流保护。

    为实时、有效的计量线路的电能和考核管理，监测回路电能质量，在每个出线回路上配设了APMD系列电能质量分析仪表。中压配电设计中配置的各设备清单见表1。

图1 10kV配电图

表1 中压配电二次方案

适用场所

产品名称

产品型号

具备功能

10kV进线柜

线路保护装置

AM5-F

三段式定时限过流保护、两段式零序定时限保护

变压器出线柜

变压器保护装置

AM5-T

三段式过流保护、高温报警、超温跳闸、FC闭锁功能

电机出线柜

电动机保护装置

AM5-M

过电流、过负荷、接地故障、低电压保护、堵转保护

母联柜

备自投保护装置

AM5-B

电流速断、过电流保护

10kV馈线柜

馈线保护装置

AM4-I

定时限过流、反时限过流保护

各开关柜

APMD系列仪表

APMD710

三相电流、电压、功率、电能、电网频率、零序电流、2-31次谐波、总谐波含量、复费电能统计、最大需量

2.2低压配电设计方案

    本系统的低压配电系统采用树干式配电方式，对于筒仓的通风、清仓、除尘、电动闸阀门等用电设备进行分类组合至现场配电柜、分线箱、再经柜、箱以放射式配电方式到各用电设备，以减少变电所的出现回路数，节省电缆，便于维护和故障查询。

    低压系统的配电按图2设计，变电所设在钢筒仓的西南侧，灌包站西侧，内设2台2500kVA的变压器，为转运站、转接楼、空压楼、灌包楼、钢筒仓等建筑物和构筑物内的所需供配电设备进行供电。

         

  图2 低压配电图

    由于非线性负载的存在会产生谐波，导致微机保护装置误动作，，造成不必要的供电中断；谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，因为须有效的抑制谐波干扰。

    本方案的低压配电系统设计时，在10kV/0.4kV进线柜上装设ACR330系列谐波监测仪表，用于监测2-31次谐波；进线柜之后配置无功补偿柜，其上装设ARC系列无功补偿投切装置；在配电前端设置安科瑞公司的ANAPF有源滤波器，采用集中方式抑制谐波；在各出线柜上配置ACR330系列谐波监测仪表，用于监测2-31次谐波。APF滤波器以并联方式接入电网，通过实时监测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对于的反响分量并注入电力系统，实现谐波治理和无功补偿。具体抑制方案如图3设计。低压配电系统中的谐波抑制方案设备清单如表2。

 图3 低压配电系统谐波抑制方案

 表2  低压配电二次方案

适用场所

产品名称

产品型号

具备功能

0.4kV进线柜

多功能

谐波表

ACR330ELH

三相电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、2-31次谐波分量，最大需量，电压波峰系数，电话波形因子，电流K系数，电网电压电流正、负、零序分量测量，485通讯

无功补偿柜

无功补偿

投切装置

ARC-12/J-T

低压配电系统进行无功功率补偿、输出路数有6、8、10、12四种规格；可选配开关量输入与温度控制

谐波治理柜

有源滤波器

ANAPF100-400/A

过电流、过负荷、接地故障、低电压保护、堵转保护

0.4kV馈线柜

多功能网络仪表

ACR220EL

三相电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能，最大需量，485通讯

2.3对变电所的要求

    功能上的要求：码头在港区中属较复杂的工艺系统，工程又分为码头工程、筒仓续建工程、并分步实施。而对于新建变电所中土建要求一次性完成，新、老变电所、近期、远期供电系统容量的预留、配电间的预留等内容均应在供电系统工程中一次完成。

    对建筑物综合利用的要求：根据负荷的分步，本次工程新建2座变电所，同时改扩建一个变电所。为减少港区建筑单体的数量、节省土地、设备、人力等资源，2#变电所是集变电、配电、控制、监控、管理、指挥、办公的中心。

    变电所的要求：港区各变电所内电气设备均采用室内布置，按无人值班设计。采用分区域、多变电所配有1套电气值班人员方式，定期巡查。并借助于各变电所中设有Acrel-2000监控系统级网络仪表，确保供电系统的安全运行。

2.4电量监测系统

    为实现对港内变配电所的中、低压系统进行远距离的遥测、遥信、遥控。在变配电站内设置了Acrel-2000用户端智能配电系统。该系统由中、低压配电系统里配置的ACR系列网络电力仪表，微机保护装置、工作站组成。

    1）系统结构

    系统采用分层分布式设计，分站控管理层、网络通讯层和现场设备层。系统配有Acrel-2000监控软件，能够模拟码头变电所的供配电全网络，提供遥测、遥信、遥控、遥调、告警、跳闸、报表、事件记录等功能。

    2）系统主要功能

    电站系统具有自动记录电力参数变异的功能，当事故发生时可以迅速了解故障原因，减少查询时间，加速恢复正常供电，为各部门的用电提供安全可靠保障。通过该系统网络可将卸船机、带式输送机、斗提机、埋刮板机等工艺设备的运行电量送至中控室内的监控操作站，并将所监测到的数据记录到数据库中，供管理系统使用。

图4 10kV码头工程ACREL2000监测系统拓扑图

3 线缆的选择及敷设

    1）电缆的选择：对中压配电线路的选择按电缆额定电压、额定电流及所在环境条件下确定截面，还应对短路电流校验其热稳定性是否满足要求。

    2）港区线路敷设：以变配电所为中心，供电、自控、工业电视、生产广播调度系统的布线均分步至各建筑单体内的用电点及被控点。户外以电缆沟为主要路由，户内主要沿各皮带机、钢栈桥、廊道内的电缆桥架敷设，局部穿钢管敷设。强电、弱点电缆主要敷设特点：电缆共路由，分层敷设，尽量减少工程费用。

4 港区照明

   采用高效节能光源和与之相配套的高效灯具，及节能型电器附件及控制装置，为港区提供一个安全、舒适的照片环境。

   1）在港区仓顶、仓底均采用安科瑞公司的LED工矿灯，纯铝鳍片式的散热结构，使得热量更更好的散出，增加灯具寿命。

   2）码头道路及皮带机沿线采用安科瑞公司的LED路灯，外形采用三翼式设计，光亮更加均匀，光源采用的是45mil的大芯片设计，光源本身的亮度达100lm/w以上。

   3）在港区40m高以上的建筑物上设置安科瑞公司的LED泛光灯，增加了防雷器，使得LED等不惧怕雷击，全密封式设计，灯具不惧怕雨雪。

   4）对皮带机沿线，仓顶及仓底照明，采用变电所或中控室集中控制方式。

   5）港区内办公室采用安科瑞公司的LED直管灯，一般办公室以格栅灯为主，内部搭配2-3根日光灯。

   港区内照明灯具一览表见表3。

                                                    表3  港区照片灯具选型方案

场所

名称

型号

外观

尺寸

功能特点

港区仓顶、仓底

LED工矿灯

JTDGK

500*300mm

    纯吕鳍片式散热结构，热量能更好的散出，增加灯具寿命；采用自有COB灯头封装技术，高亮度；使用台达变压器。

码头道路及皮带机沿线

LED路灯

JTDLD

880*330mm

    采用三翼式设计，使得在180°平面内，光亮更加均匀；使用安科瑞自行封装的防流光源，该光源采用45mil的大芯片设计，亮度达100lm/w以上；增加防雷器，且灯具全密封设计，不惧怕雨雪。

港区40m高以上的建筑物

LED泛光灯

JTDFG

86*114*88mm

185*225*126mm

236*290*183mm

港区内办公室

LED直管灯

JTDZG

60/90/120/150cm

与传统灯具外形相似，可完美替换，比传统灯具节能50-70%；无频闪，无红外线、紫外线辐射；启动迅捷，即开即亮无延时

港区仓库

LED球泡灯

JTDQP

45*71mm

60*98mm

65*109mm

与传统节能灯相比节能40-90%

5 结语

    建设节约型港口，应从源头开始，从设计开始，充分利用现有资源，这在本港口码头项目实施中尤为突出，体现了节约型电气设计理念。项目在系统设计、设备选型、布置、电缆敷设、运行管理、维护等方面，均达到协调统一。通过优化设计，增强了系统的可靠性、灵活性、减少了投资，加快了进度，为码头的正常生产奠定了坚实基础。

参考文献

[1] 水运工程.日照港散粮码头工程电气设计特点.邬晓红,孟凌峰.No.8 Serial No.391,2006.8.

[2] JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范[S].

[3] GB 50052-1995 供配电系统设计规范[S].

[4]安科瑞电气股份有效公司.能效管理系统设计安装图册.2013.11.1合订本.

作者简介：

赵斌，男，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能配电系统设计，Email: 2880157852@qq.com手机：13917437076  QQ: 2880157852