孔德鵬，武冰潔

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，集裝箱碼頭開始向節(jié)能、環(huán)保、安全、快捷與低成本方向發(fā)展。近年來，在世界多個國家的重要港口新建了多座自動化集裝箱碼頭。自動化集裝箱碼頭與傳統(tǒng)集裝箱碼頭存在很多不同，主要體現(xiàn)在碼頭至堆場間的水平運輸環(huán)節(jié)、堆場作業(yè)環(huán)節(jié)以及車輛進出閘口環(huán)節(jié)等。

自動化碼頭主要通過自動導向小車AGV 將集裝箱從集裝箱裝卸橋運至自動化軌道吊 ARMG，再通過自動化軌道吊ARMG 傳感器完成行走和定位，并將集裝箱運送至后方堆場。在進行集裝箱裝卸過程中，自動導向小車AGV 還需完成充電過程。全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)過程需要各控制系統(tǒng)相互配合才可以實現(xiàn)集裝箱高效的轉運和存儲[1]。

由于自動化本身特殊的工藝要求，自動化碼頭與傳統(tǒng)碼頭相比呈現(xiàn)出供電點多，供電連續(xù)性要求高的特點。并且為了保障供電可靠性、碼頭運行效率以及維護人員便捷性等方面，自動化碼頭的供電系統(tǒng)設計顯得尤為重要。因此，本文結合北方某自動化碼頭項目，提出供電系統(tǒng)設計方案，并將其運用到工程設計與生產(chǎn)中。

1 供電負荷種類

碼頭為4 個10 萬t 級集裝箱泊位，后方有39條集裝箱堆場。為滿足供電需要，在各泊位后方輔建區(qū)內(nèi)，共設置4 個10 kV 變電所。總平面布置圖如圖1 所示。

圖1 自動化碼頭總平面布置示意圖

表1 自動化碼頭負荷種類

與傳統(tǒng)集裝箱碼頭不同，自動導向小車供電裝置是自動化項目新增供電設備，船舶岸電設備也是近年全國開始推廣的船舶節(jié)能設備。本文將對以上兩點進行重點分析與總結。

1.1 海側交換區(qū)

本工程共布置了39 個堆場，每個堆場在海側均設置了海側交換區(qū)，海側交換區(qū)主要用于將集裝箱從自動導向小車上轉運至軌道吊。每個海側交換區(qū)由兩部分組成：四個自動導向小車充電位和轉運平臺，并在每個充電區(qū)內(nèi)各設置一條滑觸線用于自動導向小車充電。海側交換區(qū)布置如圖2 所示。

圖2 海側交換區(qū)平面圖

自動導向小車充電流程是：在自動導向小車駛入充電位過程中，當自動導向小車充電刷與滑觸線接觸后便開始充電，同時將集裝箱運至平臺等待軌道吊吊運。待軌道吊運走集裝箱后，自動導向小車駛離海側交換區(qū)，電刷與滑觸線分離，完成一側充電過程。整個充電過程大約兩分鐘。

1.2 船舶岸電系統(tǒng)

當今世界主要港口碼頭已開始廣泛使用岸電系統(tǒng)。以往船舶靠港停泊后，燃油發(fā)電機繼續(xù)運轉，通過燃油發(fā)電的方式為船舶負荷供電。燃油在燃燒過程中產(chǎn)生大量有害氣體，對港口城市造成了巨大的環(huán)境污染。目前國際上許多港口管理部門要求船舶靠港期間必須使用岸電系統(tǒng)。主要目的是降低硫化物、氮氧化合物以及噪聲等污染，同時岸上用電成本低于燃油發(fā)電成本，可降低船舶的運行費用。

目前，船舶供電系統(tǒng)主要有三相交流 400 V/ 50 Hz、440 V/60 Hz 和 6.6 k V/60 Hz 三種電壓等級。國際上主要大型港口供電系統(tǒng)如表 2 所示[3]。

表2 國際大型港口船舶供電系統(tǒng)

我國的船舶電壓一般采用的是 440 V/50 Hz 或者380 V/50 Hz，而國際上的船舶用電頻率以 60 Hz 居多，電壓為 440 V 或者6.6 kV 等。

2 供電方案

2.1 AGV 充電系統(tǒng)

本工程采用的AGV 單臺設備功率為250 kW，充電電壓為380 V/50 Hz。充電電流最大值為400 A，功率因數(shù)約0.95。充電時采用滑觸線供電。

每個海側交換區(qū)設置4 個充電位，根據(jù)計算機模擬結果，4 個充電位需滿足3 臺AGV 最大電流同時充電。相鄰4 個交換區(qū)，16 個充電位，AGV 同時充電率為50 %。

根據(jù)公式

口腔正畸技術現(xiàn)已不斷改善，但仍可發(fā)生牙痛、牙周病、咀嚼功能障礙等情況[1]。牙周膜內(nèi)血管、神經(jīng)豐富，口腔正畸導致牙周膜內(nèi)形成缺血區(qū)，引起無菌性壞死，導致炎癥及疼痛，從而降低患者的治療接受程度，影響療效[2]?？谇徽鳛橐环N有創(chuàng)治療方式，可能引起一定程度的應激反應，可加以抗菌藥物治療[3]。酚咖片有良好的鎮(zhèn)痛效果，甲硝唑通過抑制細菌脫氧核糖核酸合成，影響細菌的生長及繁殖，導致細菌凋亡[4-5]。本研究旨在分析酚咖片聯(lián)合甲硝唑治療口腔正畸牙痛的臨床效果?，F(xiàn)報道如下。

可知，4 個交換區(qū)的充電功率為2 000 kW，充電總電流為3 200 A。根據(jù)以上計算，AGV 充電方案為每4 個交換區(qū)設置1 座箱式變電站。20 個海側交換區(qū)共設置5 座箱式變電站。根據(jù)目前掌握的數(shù)據(jù)，AGV 在電池電量為35 %的工況下，實測充電8 分鐘，AGV 電池可充電至80 %以上，充電2 分鐘，可充電至50 %以上?？蓾M足AGV 一次作業(yè)的用電需求。

AGV 供電接地系統(tǒng)采用了IT 接地系統(tǒng)，充電箱變中性點不接地工作制，每一段滑觸線均需單獨設置接地極，且接地電阻不大于4 歐姆。但是在充電中，通過示波器也發(fā)現(xiàn)，存在有較多諧波。這會對電池和IGBT 長期使用造成影響。所以在設計AGV 充電箱變站內(nèi)配電柜布局時，需預留濾波器設備位置。

2.2 船舶岸電系統(tǒng)

1）岸電方案

結合此自動化碼頭國際定位以及實際?？看扒闆r。確定本項目船舶的電網(wǎng)頻率為60 Hz，配電電壓為6.6 kV，項目初期設置一套岸電系統(tǒng)，負責兩個泊位的船舶用電。岸電系統(tǒng)輸入電壓為 10 kV/50 Hz，輸出電壓為6.6 kV/60 Hz 或 6 kV/ 50 Hz，岸電系統(tǒng)容量為5 MVA。岸電系統(tǒng)單線圖如圖3 所示[2]。

圖3 岸電系統(tǒng)單線圖

2）岸電設備選擇

岸電系統(tǒng)各設備放置于變電所，輸入電源為 10 kV（50 Hz），經(jīng)過降壓、逆變、濾波等環(huán)節(jié)后，輸出岸電電源三相6.6 kV（60 Hz）或6 kV（50 Hz）。

其中10 kV 側進線和6.6 kV 側進線和饋線采用真空斷路器，斷路器采用電動操作；并且為確保人員和設備安全，在10 kV 和6.6 kV 開關柜內(nèi)設置微機綜保裝置，具有過壓、過流、速斷、過載、缺相等保護功能。主要設備及要求如下[4]：

10 kV 開關設備共配置3 臺，6.6 kV 開關設備共配置5 臺，均采用手車式開關柜，并且設置過電流和速斷保護，柜體可采用KYN28 型柜體，也可采用各品牌開關柜。

輸出變壓器用于將船-岸兩側電網(wǎng)進行隔離。采用接線方式為Dy11 的隔離變壓器，并配置溫度保護。隔離變壓器在選型時需選擇在60 Hz 和50 Hz兩種模式下均可運行的產(chǎn)品。

為滿足應急需要，在岸電系統(tǒng)控制柜上還設置有應急停止按鈕，可迅速斷開系統(tǒng)配電柜斷路器。若發(fā)生帶電拔出岸電連接插頭的情況時，等電位連接將斷開；電纜的機械應力較高或者剩余的電纜長度較低時可自動觸發(fā)斷路器動作，并發(fā)出報警。

為滿足不同船舶左舷或右舷?？恳?，在船舶預計?？课恢迷O置岸電插座箱。岸電插座箱外殼由不銹鋼材料制成并進行表面噴塑，并根據(jù)使用環(huán)境將箱體設計成戶外使用工況，防護等級為IP66,能夠適應碼頭潮濕惡劣的工作環(huán)境。

插座箱上安裝有標準的岸電供電插座，插座額定電壓為7.2 kV?？膳c船舶側的岸電電纜管理系統(tǒng)的岸電插頭進行匹配連接；插座帶有把手結構，可以輕松的完成與插頭的連接與脫開。同時岸電插座箱上安裝有4 芯光纖連接盒，可提供與船舶的光纖連接，建立岸船之間的通訊。此外在箱外還設有急停按鈕，如岸側工作人員發(fā)現(xiàn)異常情況，可在岸電系統(tǒng)供電工作時，通過手動操作急停按鈕停止岸電系統(tǒng)供電。

岸電插座箱配置有帶電指示燈，在插座箱通電時指示燈能夠給予操作人員指示，從提高操作的安全性以及便利性。并且箱內(nèi)布置有加熱器，可保持插座箱內(nèi)的溫濕度處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。

3）節(jié)能減排效果

岸電系統(tǒng)節(jié)能減排效果明顯，以目前集裝箱船舶所用柴油機瓦錫蘭四沖程為例，燃油耗率約為240～350 g/kWh。根據(jù)目前市場報價，如果船舶發(fā)電機全部采用海運低硫油，油費按照7.0 元/L 計算，電費按照1 元/kWh 計算，船舶燃油耗率約為 300 g/kWh 計算。1 kWh 船舶能耗費用可減少0.3x7/0.858-1=1.4 元。如果船舶功率為2 000 kW，則一小時船舶可較少費用為2 800 元。由此可見岸電對于減少能耗費用有明顯的效果，并且由于岸電并沒有在碼頭造成大氣污染，對于港口空氣質(zhì)量的提高也起到了一定作用[6]。

3 結語

智能自動化集裝箱碼頭是大型集裝箱碼頭的發(fā)展趨勢。由于集裝箱碼頭具有設備多、位置分散、功率高等特點，所以在進行供電系統(tǒng)設計時需要進行認真分析，合理布局。在規(guī)劃設計變電所位置以及電纜路由時，要充分考慮集裝箱自動化碼頭“無人化”的運行要求，避免出現(xiàn)由于人員正常巡檢影響生產(chǎn)運行的情況。

并且由于自動化碼頭的控制設備多、對電能質(zhì)量要求也較高。設計初始階段，在變電所和箱變等位置需預留諧波治理等設備的位置，方便在運行后，增設相關設備。