摘要：本文通过对比国内外电气设计和工艺中的具体问题以及实际解决这些问题的方法，对集装箱码头的电气设计进行了有关照明设计、配电方案、负荷分析、防雷接地方案等介绍。另外，根据目前集装箱码头使用情况，以冷藏集装箱码头为例，对具有特殊设计要求的集装箱码头的电气设计进行介绍。
关键词：集装箱；码头；电气；设计
引言
当前集装箱码头的大型化、规模化及功能多元化发展趋势对集装箱码头的电气设计提出了更高的要求。码头是一个国家对外贸易的门户，是进出口商品的主要通道，在现代化国际贸易和运输系统中的战略地位正在逐步增强并发挥日益活跃的作用。随着我国在世界上重要性的不断加强，以及我国对外开放不断加深，集装箱码头的作用越来越明显。在这样一个大背景下，提高集装箱码头的电气设计的重要性就显得尤为重要，集装箱码头的顺畅运行离不开各种电气设备的良好运行，因此对集装箱码头的电气设计进行详细研究具有重要意义。
1照明设计
国内外的照明布置大致相同，但不同码头对照度要求都是不相同的。集装箱码头一般照明照度最低值取10lx，最高值取20lx。由于码头区域起重机和船舶一般上都配有相应的照明设备给各作业区域提供照明，故集装箱码头区域照度可以取最低值。向码头和布置有集装箱堆场内的通道提供照明是照明设计中的主要问题。
为此，可在堆场区域设置带有泛光灯的高杆灯，向堆存的集装箱之间的通道提供匀匀照明，但此种照明方法需占用可堆放集装箱的场地，而且设置在堆场内的各高杆灯周围需要预留间距，防止在使用大型设备时对高杆灯造成不的损坏。减少灯杆数量，可减少灯杆损坏的危险，同时节省集装箱所用的场地。但是减少灯杆数量将很难对堆场内的道路进行照明，需增加灯杆的高度才能获得均匀照度，且高灯杆比一般灯杆价格偏高，维修困难。
为了解决以上问题，可在码头四周高杆灯上设置少量的投光灯进行照明。但在码头四周使用投光灯易对码头区域造成眩光。如果码头区域的司机面对着照明设备，灯杆越高眩光也就越少。因此需要根据实际情况确定投光灯的大小及使用的灯具方位。码头内高杆灯一般高度为30米、中心距约100米或高35米、中心距约120米。此种方式可向堆场内集装箱之间的通道提供照明。25~30米高灯杆上的照明设备通常12-15盏400-600W的高压钠灯。码头四周的照明灯杆高达46米其照明设备为1000-1500W的投光灯，这种照明方法正在某些港口中采用以便获得必要的照度。码头内的高杆灯应采用重型防护结构护栏，以保护灯杆不被起重及集装箱运输车辆撞坏。护栏一般采用直径为20-30cm的钢管，钢管内填混凝土，护栏在高杆灯四周的混凝土基座上，距灯杆约为2米。护栏上面需涂上鲜明的颜色，可有助于防止车辆碰撞。
2变配电系统
我国集装箱码头大型起重设备，如高压岸桥等，供电电压为10kV，而用于场区的集装箱电源插座、照明设备、码头上的大小型建筑物、维修车间及休息室的电压均为380V。为了减少电缆和相应保护管的费用，照明及集装箱电源插座等用电设备的实际配电点应尽量靠近变电所。在布置变电所时，需对配用电点的距离及通道等与占用集装箱场地费用作出相应比较，同时需考虑到集装箱移动设备所需的间距，一旦司机操作疏忽大意，将会在移动大型设备时损坏到用电设备，从而造成不必要的损失。
3负荷分析
码头主要生产设备，按二级负荷供电，变电所、机房等应急照明、控制系统，按一级负荷供电，其余负荷一般可按三级负荷供电。计算机中的信息中心、变电站、控制室等一级负荷一般由在线式UPS和EPS电源供电；应急照明采用自带蓄电池灯具，作为备用电源。港区变电所从上级变电站引入两回路10kV进线，同时运行互为备用。设置两台10/0.4kV变压器并联运行，高低压侧设置联络开关，与进线开关设置闭锁功能。
集装箱堆场不同负荷利用系数差别较大。如冷藏箱堆场负荷，由于冷藏箱的插座数目较大，20英尺冷藏箱的功耗计算为7.5 kW，但利用系数和功率因数相对较高；而对于检修配电箱，虽然功率较大，但是利用系数较低，可采用单回路带2~3台检修电箱的供电方式。
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高压门机一般自带补偿，因此10kV侧，在电动机类负荷，如高压水泵、皮带机较少的情况下，可不设置补偿装置，在0.4kV侧采用集中式自动补偿方式，补偿后的功率因数大于0.95。
4防雷接地方案
10kV配电系统采用中性点不接地型式，380 / 220V低压配电系统采用TN-C-S接地系统。变压器的中性点直接接地，接地电阻不大于4欧姆。每栋建筑物电源引入线的PE线应反复接地，接地电阻不得超过4欧姆。将镀铜钢绞线放置在电缆桥架和电缆沟槽中，其横截面积为150平方毫米作为接地干线并连接到电接地网。自控专业仪表板保护工作地与电气接地网连接，共用接地装置的接地电阻不大于1欧姆。高杆灯的接地极可以连接到附近的接地网。在安装了监控设备的高杆灯中，接地电阻值要求不大于1欧姆，剩余接地电阻不大于4欧姆。门轨的接地采用在门机轨的垂直方向上手动接地杆并将两个轨与接地线连接的方法。接地电阻不大于1欧姆。每根接地线需要通过一组接地级接地，接地分为三组，每组相距5米。
5特殊电气设计要求——以冷藏集装箱码头电气设计为例
冷藏集装箱码头的使用期间，码头的操作及管理人员和对应的客户会发生相应变化，从而导致了冷藏集装箱的供电数量和类型等问题，为此，考虑到冷藏冷藏集装箱的用量可能会不断的增加，在前期的设计时，可将冷藏集装箱的业务量按照最大的需求量来规划。对于业主要求使用的超大型冷藏集装箱（45英尺），应考虑到后期的业务增加预留出足够的空间。不同的冷藏集装箱的电压及电流特性都不相同。在我国冷藏集装箱采用380V，3相50Hz电源供电，经过冷藏箱集装箱内置变压器变压，从而给冷藏集装箱供电。而在美国，冷藏集装箱通常采用的供电电压等级为240V，3相60Hz或480V，3相60Hz。由于不同设备厂家的蓄电量及需电量各不相同，所以40英尺的冷藏集装箱采用240V或480V供电电压时，其对应电流变化范围前者为28-35A，后者为14-18A。超大型冷藏集装箱电压为240V，3相60Hz时，其电流约为40A；当电压为480V，3相60Hz时，其电流约为20A。码头供电系统可采用10kV双回路同时供电，互为备用，任意一路电源能够负担全部的集装箱电源负荷用电需要。在美国，大部分冷藏集装箱堆场区采用双电压制，并在插座底座处进行变压，供电电压从480V降至240V，每四个插座为一组，并且该电压给几组插座供电。
在我国给冷藏集装箱供电，一般在相邻冷藏箱通道之间布置冷藏箱插座架，根据堆放的冷藏箱高度确定相应插座的数量和位置。而在美国，冷藏箱电源插座采用路牙或基座安装方式。其中道牙安装方式的电源插座，具有安装位置低、能避免被装载机及其它大型设备碰撞等优点。但这种安装形式费较高，且冷藏箱电源插座及其附件易被海水及灰尘污染；基座安装方式适用于装备在电源车上，考虑到安全因素，在电源插座上装有手动切断开关。
冷藏集装电源插座在美国也采用凹槽安装方式，此方式也可以避免碰撞导致电源插座损坏。它将电源插座装在一个特定的接线箱内，使接线箱预埋在地下并使上部与地面平齐，但雨水和杂物很容易进入到接线箱里面，故采用此种安装方式时，需预先考虑排水等问题，并在投入使用时采取保养维护等措施。凹槽安装式电源插座适用于变化布置冷藏集装箱堆放方式的露天冷藏集装箱码头。
6结束语
由于不利的天气条件及重大型设备昼夜不停作业等特殊原因，电气设备在集装箱码头上应进行事先详细的规划设计才能高效率的投入运行。电气设计工程师在进行集装箱码头电气设备的规划设计时，除了需关注到天气、安全和码头作业的情况外，还需注意将来进行扩建及维修等问题。集装箱码头发展方向是灵活多变的，根据国家物流业的物联网战略，集装箱码头设计必须不断优化，希望本文能够对读者有所帮助。
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论文作者:史启发,黄红波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/8/1
标签：集装箱论文; 码头论文; 集装箱码头论文; 插座论文; 冷藏箱论文; 电源论文; 电气设计论文; 《电力设备》2019年第6期论文;