港区临时冷藏箱堆场的供电设计与研究

摘  要：近年来，因国内消费升级以及进博会的溢出效应，进口冷藏货物量急剧增加，致使上海洋山港区的冷藏箱供电设施无法满足船运公司的需求，因此，急需建设一套临时冷藏箱供电设施。文章从系统运行方式、供电容量、变电所型式、冷藏箱供电方式、供电线路敷设、防雷与接地等多个方面，对临时冷藏箱堆场的供电设计进行了介绍，并提出了相应的设计要点与解决方案，为此后同类型项目提供了借鉴。

关键词：临时冷藏箱;供电容量;变电所型式;冷藏箱供电方式;供电线路敷设;防雷与接地

中图分类号：U653      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）23-0038-03

Power Supply Design and Research of Temporary Refrigerated Container Yard in Port Area

ZHU Tingsong

（CCCC Third Harbor Consultants Co.，Ltd.，Shanghai  200032，China）

Abstract：Recent years，due to the upgrade of domestic consumption and the spillover effect of the CIIE，the import of refrigerated goods increased sharply. As a result，the power supply facilities for refrigerated containers in Shanghai Yangshan port can not meet the needs of shipping companies. Therefore，it is urgent to build a set of temporary power supply facilities for refrigerated containers. The article introduces the power supply design of the temporary refrigerated container yard from the aspects of system operation mode，power supply capacity，type of substation，power supply mode of refrigerator，laying of power supply line and lightning protection and grounding，and puts forward corresponding design points and solutions，which provides reference for similar projects.

Keywords：temporary refrigerated container;power supply capacity;type of substation;power supply mode of refrigerator;laying of power supply line;lightning protection and grounding

0  引  言

隨着连续两届进口博览会的召开，生鲜的需求量不断增大，而进口生鲜产品具有易变质的特点，其物流配送全程都离不开冷藏设备，因此作为航运运输保鲜的冷藏箱箱量近年来持续走高。特别是疫情发生以来，冷藏货物需严格检测，导致港区堆场货物周转率降低，大量冷藏箱滞留在港区待检。因此，港区急需建设一套临时冷藏箱供电设施，以应对疫情导致的冷藏箱量激增的突发状况，同时也能满足位于洋山港区的冠东公司（本项目建设单位）日益提升的冷藏箱接卸要求，本文就临时冷藏箱堆场的供电设计问题进行研究。

1  工程概况

考虑到本项目的建设紧迫性，利用港区内某片重箱堆场，可大大节省场地改造的时间，并针对疫情的突发性与不可持续性，临时改造的冷藏箱堆场又可以根据需要调整为重箱堆场使用，重箱堆场以及改造后的临时冷藏箱堆场如图1、图2所示。本次新增的临时供电设施主要包括10 kV变电所、固定式接电箱、冷藏箱移动式插座箱、供电线路及相应的防雷、接地等配套设施。

2  供电设计

2.1  系统运行方式

在重箱堆场东侧新建一座10 kV变电所，该变电所由上级变两段10 kV母线分别引接一路电源，两路电源同时供电，互为备用。10 kV侧为单母线分段接线，当一路10 kV电源故障或检修时，另一路电源可以带两段10 kV母线运行，提高了10 kV侧供电的可靠性与灵活性。在变电所内配置4台2 000 kVA 10/0.4 kV变压器，每两台变压器组成一个0.4 kV配电系统，每个系统均采用单母线分段接线，当一台变压器故障或检修时，可由另一台变压器带两段0.4 kV母线上的70%左右负荷运行，提高了0.4 kV侧供电的可靠性与灵活性[1]。供电系统的单线图如图3所示。

2.2  供电容量

冷藏箱在接上电源延时2 min后，压缩机连续高压运行，冷凝风扇高速运行;当箱内温度下降到设定值-18 ℃时，压缩机低压低速运行，冷凝风扇停止，处于保温状态;当温度升高2 ℃左右时，压缩机和冷凝风扇又高速运转[2]。根据上述特点，并结合当地气温及冷藏货种，将单台冷藏箱的使用率定为0.65[3]。此外，还需结合堆场的堆高系数（定为0.8）、实箱系数（一般场地的空箱率为30%，故该系数定为0.7）。综合上述三个系数，确定负荷计算的需要系数为0.65×0.8×0.7=0.364。

冷藏箱堆高5层，其中40ft箱与20ft箱分别为1 612只、104只。根据海港设计手册，结合冷藏箱的实际技术参数，确定单个40ft冷藏箱的最大負荷为10.3 kW、单个20ft冷藏箱的最大负荷为5.8 kW，功率因数为0.77。因此总装机容量为17 206 kW，计算有功功率为6 264 kW，计算视在功率为8 135 kVA，考虑无功补偿后为6 857 kVA。

此外，考虑到1 716个Unit冷藏箱的实际规模较大，并结合现场实际运行数据资料，在计算负荷上乘以0.9（暂称为同时系数）的系数。加上变电所内空调、照明等用电后，最终计算容量确定为6 269 kVA，选择4台2 000 kVA变压器，每台变压器的负载率控制在75%～80%。

2.3  变电所型式

港区内变电所有钢筋混凝土变电所、预装式变电站两种型式。集装箱港区主要用电设备为大型装卸机械、冷藏箱等，单座变电所的开关柜数量及出线回路较多，一般多采用钢筋混凝土变电所。预装式变电站具有结构紧凑、安装方便、建造周期短、组合方式灵活等优势，但不太适合海边潮湿、高盐雾的恶劣环境。

结合本项目的特点，也可选择如下供电方式，即：每个箱区设置一座预装式变电站，各预装式变电站之间采用环网供电方式。但是考虑到变电所日常维护的便利性以及海边潮湿、高盐雾的恶劣环境，最终还是决定建造一座10 kV钢筋混凝土变电所。

此外，另有一种变电所型式——预装式电气间。预装式电气间（E-House），又称为Power House、Power Distribution Center，是一种安装在户外的变配电集成产品，将高低压开关柜、中低压变频器、控制系统等主电气设备合理地布置在定制的钢结构房间内。同时，配置空调系统、照明系统、火警及声光报警系统等，使电气间可以满足人员日常维护及安防的需要。整个电气间按需进行设计、建造、设备安装，接线、整体检验调试等工作，整体运输至客户现场[4]。但本项目由于经费问题并未采纳。

2.4  冷藏箱供电方式

常规项目中，一般设置有专用的冷藏箱电源插座支架，如图4所示，供作业人员上、下进行电源插拔操作。但本项目如果建设专用支架，存在建设周期长、堆场改造投资大、影响生产作业、日后如变更为重箱堆场时支架占用箱位等诸多不利因素，因此本项目采用“固定式接电箱+冷藏箱移动式插座箱”的供电方式，如图5所示。

此外，为减少冷藏箱固定式接电箱的高度，避免被RTG支腿碰撞，本次设计应建设单位的要求尽可能地减少接电箱内元器件的数量。故接电箱内未设置断路器，这对现场管理提出了更高的要求，总体原则是“冷藏箱固定式接电箱、冷藏箱移动式插座箱处的插座均不允许带电插拔”，使用时的具体操作步骤为：

接电时：（1）确认变电所内相应馈线开关、冷藏箱移动式插座箱的进线开关均处于分闸状态;（2）将移动电缆插头插至冷藏箱固定式接电箱外的插座上;（3）将变电所内相应馈线开关合闸;（4）将冷藏箱移动式插座箱的进线开关合闸;（5）接入负载。

断电时：（1）切除负载;（2）将冷藏箱移动式插座箱的进线开关分闸;（3）将变电所内相应馈线开关分闸;（4）将移动电缆插头拔出。

2.5  供电线路敷设

变电所至冷藏箱固定式接电箱的电缆可采用电缆桥架明敷或埋地暗敷两种方式。电缆桥架明敷的方式，可减少堆场的开挖，直接将支架固定在堆场地坪上，工期短，电缆敷设便利，但缺点是可能会对现场车辆的通行造成影响，管理不当时存有一定的安全隐患。而埋地暗敷可避免影响现场的生产作业，主要有沿电缆沟敷设和穿管敷设两种方式，受堆场内现有箱角基础及RTG跑道基础的限制，最后采用电缆穿管敷设的方式，即：电缆主要沿箱角基础及RTG跑道基础之间的区域敷设，电缆排管采用管卡固定，排列完后用素混凝土回填。

此外，采用暗敷方式时，电缆沟井的排水问题需引起关注。常规设计中，一般将电缆井之间用排水管联通后，汇至变电所外较深的电缆井处，用液位控制自动启停的潜水泵排出。但建设单位提出，现场大部分潜水泵经常处于运行状态且启停比较频繁，容易导致潜水泵故障，增加了运营成本及难度。故本次结合建设单位的日常管理经验与需求，对排水措施加以改进，采用电缆井排水采用重力流自排+压力流强排相结合的方式。下雨时，当电缆井内积水深度达到附近排水沟深度时，井内积水先通过重力流的方式自流到排水沟进入排水系统;降雨过后，管理人员手动控制潜水泵将剩余积水排出。改进后的方案同时保留潜水泵液位自动控制的功能，操作更为灵活，更符合港区现有的运营管理习惯。

2.6  防雷与接地

为避免雷电灾害对变电所内部电气设备及人员安全造成威胁，保障冷藏箱供电设施运行的安全性与稳定性，设计对变电所自身及其内部的供电设施、户外电气设备的防雷与接地提出了一定的要求。

变电所按第三类防雷建筑物设防雷设施，采用共同接地系统，即防雷接地、保护接地、工作接地与弱电接地等共用接地装置，接地电阻不大于1 Ω。变电所利用屋面女儿墙顶设置的避雷带作为接闪器，并在整个屋面组成不大于24 m×16 m的网格[5];利用混凝土立柱内的主筋作为防雷、接地引下线;利用变电所筏板基础内的钢筋作接地极，四周基础梁内的底层钢筋作为环形接地连接线;变电所内配电箱的金属外壳、进户金属管道、建筑物金属构件、基础接地极之间做好等电位联结。电缆井利用自身结构钢筋做接地极，与井内电缆支架、金属管道、铠装电缆金属外皮等可靠连接，并通过热镀锌扁钢-40×4与港区现有接地系统连通。冷藏箱固定式接电箱处单独设置一组接地极，并与电缆井内接地干线可靠连接。

此外，作防雷与接地用的钢材敷设在空气或土壤中需做好防腐处理：接地体间的焊接点埋于土壤中的需外涂沥青防腐，暴露在空气中的需进行环氧树脂包封防腐。

3  结  论

本文从系统运行方式、供电容量、变电所型式、冷藏箱供电方式、供电线路敷设等多个方面，对临时冷藏箱堆场的供电设计进行了介绍，并提出了相应的设计要点与解决方案，为此后同类型项目提供了借鉴。该项目已顺利投产运行半年多，较大幅度地缓解了冠东公司冷藏箱积压的问题，同时也能在日后冷藏箱箱量大幅减少时，及时变更为重箱堆场使用，灵活可靠，受到了业主的好评。

参考文献：

[1] 李宏利.港口供电设计及安全策略 [J].自动化应用，2015（1）：97-98.

[2] 胡山元.对集装箱堆场冷藏箱箱位和相应供电设施配置的探讨 [J].港口科技动态，2000（6）：5-7.

[3] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司.海港工程设计手册：第2版 [M].北京：人民交通出版社，2018.

[4] 许慧萍.预装式户外电气间的成本分析及选择 [J].工程建设与设计，2013（9）：145-147.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物防雷设计规范：GB 50057-2010 [S].北京：中国计划出版社，2010.

作者简介：朱挺松（1989—），男，汉族，上海人，工程师，本科，研究方向：港口水运工程的供配电设计。