碼頭工程配電系統的接地設計思考

陳玖鴻

摘 要： 作為碼頭工程中重要的電氣設計模塊，配電工程設計中的接地設計極為重要，能夠有效地提升碼頭工程的安全性、經濟性與可靠性，為工作人員的人身安全與相關設備的穩定運行提供支撐。由于接地設計是一個較為復雜的系統，在設計中存在多種安全隱患，這就需要對接地設計進行分析思考，根據10 kV電網不接地與低電壓接地的方式進行分析，深化對碼頭工程接地系統的理解，從而為其接地設計提供有效的參考。

關鍵詞： 電氣設計 碼頭工程 配電系統 接地設計

中圖分類號： TU856文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2023）12-0035-03在配電系統中，接地設計關乎人民群眾的生命財產安全，并對電氣電子設備安全運行產生影響。碼頭工程中，配電系統主要由配電控制保護設備、配電變電所、高壓線路、變壓器等組成。我國配電系統的主要接地方式為TT、TN等系統，在我國10 kV的電網系統中，通常以不接地的形式設計，也就是電源端帶電導體一側不接地、高電阻接地或者諧振接地，近年來個別城市10 kV電網以低電阻進行接地，提升配電系統的可靠性與安全性成為業界所關注的重點設計問題。

1 碼頭工程供配電系統特性與工藝設備供電

1.1 碼頭工程配電系統特性

碼頭工程電氣系統中具有供電范圍較大的特點，通常情況下，碼頭工程配電系統中存在多種負載，種類相對較多，在供電范圍上，其配電系統范圍通常為數平方千米，碼頭工程中的貨物移動、設備運轉都需要由碼頭的供配電系統進行電力支撐，碼頭工程配電系統面臨著較大的用電負荷，上萬伏安的情況較為普遍，且碼頭配電電壓包含全面，通常情況下包含了220 V、380 V低壓與10 kV高壓。碼頭的配電系統中，多采用10 kV高壓，將電源傳輸到碼頭變電所，碼頭工程中包含多個變配電所。變配電所不僅是高壓負荷端，還是低壓電源端，其接地方式需要根據上級變電站的實際情況決定[1]。

1.2 碼頭工程設備供電

碼頭工程中，其主要的用電設備為卸船機等裝卸設備，有著用電功率大的特性，為了實現高效率的裝卸，通常將此類設備設置在碼頭前端軌道之上，在其運行范圍的中間點設置接電箱。一般情況下，接電箱通常位于碼頭前沿接電井內，而個別較為專業的碼頭工程中，會設有皮帶機，在高架橋鋼結構上安裝高壓接電箱，同時，為了更加方便地開展維修作業，還會在皮帶機沿線中配備維修電源。

碼頭中的貨物通過皮帶機進行運輸傳送，皮帶機驅動通常采用單臺高壓電動機或者低壓電機，電動機通過變配電內高壓柜與低壓柜進行供電，由于皮帶機沿線存在風機，故而電動機還需要進行風機供電，其電源供給來自變電所的低壓配電柜，此時電機功率較大，需要采用軟啟動器的電動機配電回路。

裝車樓是碼頭運輸的重要環節，配有除塵設備、皮帶機等。裝車樓與變電所相近，則可通過變電所配電柜進行直接供電，如相距較遠，則可設置內有配電柜與控制柜的電氣室。為了提升電氣室的穩定性與安全性，使用0.4 kV的供電回路，根據就近原則，通過變電所配電柜進行供電。

我國碼頭工程中，通常采用共同接地的方式，這是由于工程中變配電所、碼頭難以分割，或由于接地成本過高，需要對暫時工頻過電壓進行重視。根據碼頭工程實際情況與上級電網系統接地形式，進行綜合考量，確定電阻值，實現碼頭工程配電系統經濟性、安全性、穩定性的提升[2]。

2 碼頭配電系統容量計算與供電方式

2.1 碼頭配電系統容量計算

根據碼頭實際運行情況，各位置?？看皵盗颗c船型的差距，用電情況存在較大差距，船舶用電負荷（kW）通過Pex表示，碼頭供電系統容量需要根據其泊位、船舶及其設備用電需求來確定。在多艘船舶用電容量計算中，將碼頭泊位?？康拇皵盗砍蔀橄禂?，例如：單個泊位碼頭供電系統系數為0.8～1，多個泊位情況下，碼頭供電系統系數為0.45～0.8，系數通過KP表示，碼頭工程供電系統容量可通過以下公式表示。

2.2 碼頭系統供電方式

碼頭工程中，主要通過船舶噸位、船舶類型、供電容量、電纜情況等因素，綜合分析后確定岸電的連接方式，總體來說，可分為高壓供電與低壓供電。導線載流量需要根據供電系統的容量與電纜匹配情況、敷設方式、環境等因素進行計算，公式如下。

碼頭供電系統容量需要通過單臺最大發電機組額定容量、泊位使用情況與船舶用電情況進行綜合考量。根據我國的標準與技術要求，碼頭系統容量小于360 kVA時，可采用低壓供電，容量在630 kVA～ 1 600 kVA時，建議采用高壓供電，當容量大于1 600 kVA時，則需要采用高壓供電。在高壓供電方式下，由于電纜長度與相關管理系統體系小，空間占用率小，方便碼頭設備的操作與船舶?？縖3]。

3 碼頭工程變電所配電系統

在變電所高低壓主接線上，為了保證系統整體的穩定性，變電所主接線為雙回路的10 kV電源線，通過分段的接線形式，設置開關，某一回路如若發生故障，則另一回路能夠承擔所有負荷，并通過計算機監控管理，對各變電所信息數據進行收集整理，匯總傳輸至中心變電所與上級變電站，實現上級變電站的統一管理[4]。

變壓器選取中，碼頭工程供電系統需要可全部選取干式變壓器，根據相關規定要求，變壓器能效需要達標，相較傳統的變壓器，干式變壓器有著體積小，無變壓器油等優勢，但是其過載能力不足。故而，在選擇上，需要從整體、長遠的角度開率，保證變壓器負載率小于90%[5]。

電纜選擇與敷設方式上，敷設電纜主要是在皮帶機沿線電纜橋內，為了防止貨物的堆積，需要在橋架上加裝蓋板，并通過多層橋架進行共同敷設。在碼頭工程中個別狹小空間處，為了避免出現影響干涉的情況，需要進行各模塊仔細設計協商，橋架至用電設備間電纜一般采用穿鍍鋅鋼管保護的敷設方式。

4 碼頭工程配電系統接地分析

在碼頭項目工程中，前端傳播裝卸設備、照明等設備有著短路、雷擊等風險，對設備設施產生影響，甚至會出現斷電、火災等危害，故而，需要做好碼頭工程的接地設計，為碼頭日常運轉提供有效支撐。根據碼頭的自然環境與相關設備接地情況，設置接閃桿，進行接地連接，在防雷處理中，可通過碼頭建筑接閃帶或其他防雷舉措實現。碼頭工程通常采用TN-S接地系統，在系統之中，保護接地、防雷接地、電氣設備接地采用共同裝置，接地電阻不得大于1 Ω。正常情況下，外漏導體需要同PE線進行連接，并且裝卸設備需要在接地的情況下做好電氣連接，管線與設備需要進行防靜電接地處理。在防靜電接地處理中，需要在碼頭前端裝設人體靜電消除裝置，碼頭與船舶間需要采取電氣絕緣措施[6]。

根據相關國家標準，通過對1 kV及其以下的設備進行供電，電阻為RB≤50 kV/Id，并且RB不可大于4 Ω。在碼頭工程中，變配電所如果發生接地故障，接地電流Id則≤20 A，故障電壓Uf≤80 V，整個供電系統中，在故障狀態下，供電回路依然能夠運行一段時間，如圖1所示，Uf為暫時過電壓，接地故障電流為Id。

5 碼頭配電系統接地設計

5.1 碼頭接地設計

在碼頭工程配電系統中，接地設計是極為重要的設計工作，如何對配電系統進行敷設，也是碼頭工程施工的重要內容。在實際施工過程中，配電系統設計水平較低與施工質量不足，都會造成嚴重的后果，影響人們的生命財產安全。這就需要通過科學合理的設計與施工，為碼頭工程配電系統高效運行提供基礎支撐，由于碼頭工程較為特殊，在電氣設計與施工中，難度較高，對此應該提升對其重視程度。

在現代化的碼頭工程中，用電設備逐漸增多，由于用電安全與供電標準的提升，對電氣設備要求也在逐漸嚴格。碼頭工程中，船舶、設備、建筑物都面臨著暴雨與累積故障的風險，加之配電系統運行中的其他故障，更加體現了配電系統接地的重要性。配電系統接地設計可分為系統性接地與保護性接地，系統性接地主要是將配電系統電源點進行接地保護，幫助系統抵御運行中的過電壓與雷擊影響，降低絕緣擊穿概率。保護性接地是將負荷側金屬電氣設備與技術外殼裸露部分進行保護性接地，能夠保證線路在過電壓或者雷擊后依舊暢通，預防火災等事故的發生。

5.2 故障分析

（1）電流互感器高壓開關柜安裝過程中，安裝位置存在偏差，零序電流互感器進線、饋線柜需要于入口處進行安裝，但是出口電纜安裝錯誤，難以對母線進行保護。（2）碼頭配電系統電流互感器備注不夠完善，這種表示、型號、能力、精度標識不全面將會為未來操作埋下隱患。（3）在變壓器設備選取上，需要根據實際情況，以節能、減少投入的思維選擇較為節能的變壓器，如個別工程中選取鋁芯變壓器設備，由于其能耗較高，導致碼頭工程實際投入增加。（4）高壓母線與分子母線需要采用較好的絕緣材料，并且保證其熱縮性。（5）缺少數值準確的配電設備，根據相關規定與標準，供電系統中，低壓線供電半徑較小，而電源容量大于500 kW時，其需要根據實際情況增設變電所與配電所。故而，碼頭工程中，需要注重分支變電所的設置，為各類用電設備提供電源供應。變壓器選擇過程中，需要從長遠的角度進行發展研究，保持變壓器容量的始終，實現碼頭工程配電系統成本投入的控制。

相關設計人員要對以上各類故障與問題加以重視，從而在設計過程中對其進行規避。如果對上述情況不夠重視，碼頭工程配電系統中可能會出現漏電、觸電事故，對人員的人身安全造成威脅。在接地連接設計中，在相線與大地間，用電設備與金屬物件間，如果發生接地故障，將會導致出現短路情況，此外，接地材料如果出現受潮、電量泄漏情況，將會產生火花，甚至發生火災。

6 接地形式直接影響著岸電系統的安全使用

6.1 中性點接地供電形式

碼頭配電系統三相四線系統中，對船舶絕緣監測進行關停，碼頭配電系統PEN線與船舶PEN線進行連接，碼頭配電PEN先與船舶殼進行連接，如果碼頭PEN線連接失敗或者斷掉，將會存在以下風險。

（1）船舶設備發生短路時，將會導致存在三相不平衡，船舶殼存在對地電壓，供電系統中PEN線某處斷裂或者連接較差，船舶外殼對碼頭電阻重復接地，能夠實現對地電壓的減小。（2）船體如果處于重復接地時，碼頭供電系統PEN線出現斷裂，船舶處于單相接地狀態時，電阻持續變化，導致無法滿足保護需求。

故而，當以三相四線接地時，碼頭供電接地系統需要同船舶進行直接連接，保證用電設備與人員的安全。

6.2 中性點絕緣三相三線供電方式

通過對碼頭工程供電系統接地形式的分析，能夠明確三相三線的接地方式較為可取，為了保證整個碼頭工程的安全性，在碼頭供電系統使用過程中，建議船舶殼與大地進行牢固連接，實現防患于未然。在碼頭配電系統中，三相中性點方式中，不可同三相三線配電系統連接，否則會對碼頭絕緣系統進行破壞，從而造成產生故障問題。

7 結語

碼頭工程配電系統接地設計極為重要，直接影響著用電人員與設備的安全，需要經過當地主管部門的檢查，在確認合格后進行具體施工。本文根據我國相關規范標準分析得出：在10 kV電網不接地、高電阻與諧振接地系統，接地電阻RB≤50 kV/Id，并≤4 Ω時，碼頭工程變配電所可優先采用TN系統，應采用三相三線的接地方式。

參考文獻

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