港口供电系统改进

闫利伟, 宋东升, 刘冀

（海军工程大学天津校区，天津300450）

0 引言

目前，ZB系列箱变已在港口中广泛采用，该箱式变电站与固定式变配电站相比具有深入负荷中心，结构紧凑、体积小，安装方便，节约土建投资等优点。随着港口的不断发展，大量新型船舶下水服役，单船用电负荷增加，ZB系列箱变日益不适合港口发展，出现了多起变压器烧坏的事故，因此港口供电系统改造成为急需解决的问题。

1 现箱变存在的问题

目前ZB系列箱变已在港口中广泛应用，港口供电系统一般构成为港口中心变电站→ZB系列箱变→岸电箱→船舶供电形式。这种供电方式相比土建式港口变配电站相比具有深入负荷中心、安装方便、节约土建灯优点，但随着港口的发展，大量的新型船舶下水服役，单船用电量增加，ZB系列箱变日益不适合港口发展，主要表现在以下方面：

1) 体积大，高压不能充分深入到码头泊位。

ZB系列箱变外形尺寸约为（以800 kVA为例）3680×2300×2650 mm3，由于其体积大，因而不能在码头上安装，只能在离码头泊位较远处安装，引出低压电缆输电到码头岸电箱，再供应船舶，因此电缆投资较大，电能损耗、电压损耗较高。

2) 箱变电气部分设计形式与港口现有供电系统模式不太适应，存在设备、功能的设置重复。整装造价高，可靠性低，维护工作量大。

ZB系列箱变框架常为“目”或“品”字形结构，港口普遍采用“目”字形结构，分别为高压室(H)、变压器室(T)、低压室(L)，三室用档板分隔开,其重复设置表现在三个方面：

a) 高压室设备设置重复。

ZB系列箱变高压室由进线柜、PT柜和总开关柜组成，具有对高压进线计量、保护和控制的功能。其高压进线来自于港口中心变电站，如图1所示，港口中心变电站对ZB系列箱变的高压进线进行计量、保护和控制，由此可见ZB系列箱变的高压进线的计量、保护和控制重复设置，从而造成其高压室占据空间大，设备造价高。

b) 箱变低压室与岸电箱设备及功能设置重复。

低压室安装的低压配电设备（包括配电开关、保护设备、互感器、计量监视仪表等）已包括岸电箱的设备及功能，而且是必不可少的，由于箱变不能深入负荷中心，只能通过低压电缆引至码头泊位，再重复设置岸电箱才能供给船舶，造成低压电缆以及岸电箱设备重复设置，增加了投资。并且低压供电多了一个供电环节：箱变→码头岸电箱，这样加大了低压线路发生故障的概率，并且在日常维护中多了一个维护环节，如图1所示。

c) 目前ZB系列箱变低压系统均为TN系统，引出有中性线，而船舶大部分为IT系统，两者不匹配，供电安全性、可靠性相对较差。

3) 不适应港口“三高”环境要求，设备安全性差，使用寿命偏低

a) 不适应高温环境使用要求

现役箱变大都采用干式变压器，过载能力较差。变压器、低压室配电装置在封闭的室内（箱变的变压单元、低压单元），用自然和强迫通风来解决散热问题。在南方夏季高温天气中，由于太阳直照在箱体上，使箱变室内温度过高，箱变负载能力严重下降。而夏季正是用电高峰，为了保证港口正常用电需求，箱变只能过负荷运行，这样造成变压器及高低压电气设备长期在高温下运行，加快了绝缘老化的速度，降低设备使用寿命，使箱变的服役期缩短。在港口实际使用中已经有多台箱变因为这种原因被烧坏。

b) 不适应码头高盐雾的环境要求

现役箱变及设备选择上对抗腐蚀要求没有统一标准，部分设备不适应码头高盐雾环境，腐蚀较为严重，大大缩短设备的使用寿命，经济损失严重。

c) 不适应码头高湿度的环境要求

因港口供电系统负荷变化较大，空载、闲置周期较长。在港口码头高湿环境下，电气设备易遭受潮气侵蚀或受昼夜温差变化而产生凝露，使电气设备绝缘下降，影响电气设备的运行安全，给日常电气设备运行带来隐患，同时增加了设备的维护工作量。

2 新研预装紧凑型港口专用箱变主要解决的几个问题及对策

通过对现役箱变存在问题进行剖析，结合船舶岸电保障现状及发展的趋势，课题组认为新研预装紧凑型港口专用箱变主要从减小体积、优化系统及设备配置、提高安全性和环境适应性四方面进行考虑。

1) 减小港口专用箱变的体积

港口专用箱变应安装于码头泊位，直接与船舶电缆连接供电，如图2所示。这样减少低压配电环节，不仅减少了码头低压电缆、配电箱等设备，而且还降低初投资和日常维护工作量。同时由于高压充分深入负荷中心，可大大减少低压输电系统损耗，节约电能。但港口专用箱变安装于码头泊位，需解决外型尺寸小型化的问题。

现役ZB系列港口箱变体积过大的原因是由于内部结构形式所决定。新型港口专用箱变改变了室内安装箱（柜）式设备的结构型式，直接采取高压柜、变压器、低压柜开放式组合结构，取消了高压、低压和变压器三室，无论从体积、质量上，设备都大大减少。同样630 kVA箱变，新式港口专用箱变较传统箱变体积减少约1/2，质量减少约1 t，使箱变安装于码头泊位成为可能。

新式箱变低压室采用安装板式结构，改变传统低压柜组合形式，在不减少低压设备配置的情况下，最大限度缩小低压柜空间。高压室采用小型全封闭负荷开关环网柜或采用四位置“V型”负荷开关形式，有效地减少高压室空间。变压器采用油浸式，裸露安装，取消变压器室，同样也减少了箱变体积。

2) 优化系统配置

箱变安装于码头泊位，集箱变、港口岸电箱功能于一体，其系统设计及设备配置应满足功能需要，具有高压配电、变压、低压配电、对船舶直接供电以及高低压保护、计量、监视、自动化管理于一体。在系统设置及设备选择配置上，均应考虑周全。

a) 高压部分

当需要高压配电及计量时，高压配电装置可采用装配式结构，设置高压进线柜、计量柜以及馈线柜。当电源来自于港口中心电站时，可采用四位置负荷转换开关加熔断器组合，高压进线通过全绝缘型肘型电缆头与电缆连接，在10 kV电压下能带电拔插，满足了港口专用箱变高压操作的运行与安全需要。

b) 变压器

由于变压器处于半裸或全裸状态，能充分散热，最大过负荷能力达30%，负荷能力较传统箱内安装的油浸式变压器过负荷能力高10%（干式变压器则不能过负荷运行）。若解决外壳防腐问题，同负荷下，变压器使用寿命将大大延长。

c) 低压部分

低压部分兼顾低压配电、港口岸电箱双重功能，在设计上充分考虑船舶港口供电的操作、运行、安全和使用管理，为保护变压器，低压部分设主开关，为实现船舶用电计量和船舶电缆的快速连接，低压部分吸收了现役港口岸电箱中智能电表和KC16-3电力连接器，完善了码头泊位供电操作功能。

为与船舶供电系统相一致，新研港口专用箱变采用IT系统，取代传统箱变TN系统，提高了供电的安全性和可靠性，同时为方便码头维修单相用电设备需要，低压系统中采取引出中性线及加强绝缘等措施，既方便维修用电需求，又满足安全性要求。

d) 自动化系统

兼顾港口智能电能计量管理系统以及在研港口信息化系统需求，港口专用箱变采用北京双电FCK2000电力综合测控终端，对箱变高低压设备及变压器各类运行参数进行综合处理和远距离传输，同时规范了FCK2000电力综合测控终端、港口智能电度表的通讯接口，为对箱变进行远距离监视提供了条件。

3) 提高箱变安全性

新型港口专用箱变安装于码头泊位，是人员往来比较频繁的场所，其防火、防触电等安全措施尤为重要，除满足国家、行业相关规范要求外，箱变无任何裸露带电部分，所有非带电金属裸露部分均可靠接地。

低压系统采用IT系统，大大降低设备漏电时（单相接地）外壳接触电压过高可能对人带来的伤害，同时低压采用单相接地报警系统，可使运行人员及时发现和消除隐患，防止事故进一步扩大，危及设备及人身安全。

箱变采用油浸式电力变压器，为防止火灾发生，变压器油采用优质高燃点矿物油，同时对变压器散热片采用防护罩保护，防止由于外力破坏散热片而产生漏油情况。

4) 提高箱变环境适应性

防高温，防腐、防潮。

箱体基座和所有外露金属件均应进行防锈处理。箱体应有可靠的密封性能，门、箱体开孔处应设防尘、防小动物进入和防雨、防渗漏、防海浪击打措施。箱体的内部金属构件也进行防锈处理。

3 结束语

预装紧凑型港口码头专用箱变现已通过了基本性能测试，并在某港口码头进行了应用，功能完善，运行稳定，安全性高，维护工作量少，适应港口“高温、高湿、高盐雾”气候。新型箱变的使用，对提高港口供电保障质量、节约电能合优化资源具有重要意义。

:

[1]蔡心，颜长斌，林必宝. 欧式、美式、国产式箱变的特性分析. 江苏电器，2001,（1）:1-3.

[2]孙本安，周晓明. 美式箱变和国产箱变的技术分析与比较. 电气开关，2002,（1）:1-4.