1 前言

在輪胎式龍門(mén)吊進(jìn)行 “油改電 ”的供電設(shè)計(jì)方案中有大家熟悉的電纜卷盤(pán)交流供電、低架安全滑觸線交流供電和高空架空接觸線交流供電?；|線的供電電壓有 1ｋＶ、0．69ｋＶ?以及 0．46ｋＶ等。無(wú)論是電纜卷盤(pán)或滑觸線?均可以稱(chēng)為干線。筆者發(fā)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)碼頭實(shí)施的上述電壓等級(jí)的供電干線網(wǎng)絡(luò)中無(wú)一例外的均為三相四線制的 ＴＮ－Ｃ系統(tǒng)。如圖 1所示。在圖 1中的變壓器 Ｔ1為主供電變壓器?將市電電壓 10ｋＶ變?yōu)樗枰牡碗妷骸Ｆ淅@組接線為 Ｄｙｎ11?其低壓側(cè)中性點(diǎn)直接接大地 Ｒ。其中性線和接地線共用一根導(dǎo)體為 ＰＥＮ線?從而構(gòu)成三相四線制供電干線網(wǎng)絡(luò)給所有輪胎式龍門(mén)吊供電。干線的 ＰＥＮ線與輪胎式龍門(mén)吊的鋼結(jié)構(gòu)作電氣連接。其中 Ｑ1斷路器為干線主保護(hù)開(kāi)關(guān)?Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ和 Ｑｄ斷路器為輪胎式龍門(mén)吊上電源保護(hù)開(kāi)關(guān)。Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ和 Ｔｄ為輪胎式龍門(mén)吊上的受電變壓器?將干線網(wǎng)絡(luò)電壓降為輪胎式龍門(mén)吊原系統(tǒng)所需的電壓。此干線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)?將原輪胎式龍門(mén)吊的主體通過(guò) ＰＥＮａ與ＰＥＮ干線連接?并與大地 Ｒ直接連接在一起了。并且所有輪胎式龍門(mén)吊主體均通過(guò) ＰＥＮ干線連接在了一起。徹底改變了輪胎式龍門(mén)吊因輪胎絕緣與大地絕緣的形態(tài)。

2 存在的問(wèn)題

2．1 因新、老輪胎式龍門(mén)吊、不同制造商的輪胎式龍門(mén)吊均存在單相負(fù)載?如照明、空調(diào)等?故每臺(tái)輪胎式龍門(mén)吊均有三相不平衡負(fù)載存在?并且所有輪胎式龍門(mén)吊在交流電源側(cè)均本質(zhì)性地存在諧波電流。所以在 ＰＥＮ干線上將不可避免地長(zhǎng)久性存在電流。因碼頭的此干線網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度可達(dá)1ｋｍ?而有些碼頭達(dá)到 2ｋｍ多長(zhǎng)?干線網(wǎng)絡(luò)上不同點(diǎn)接有若干臺(tái)輪胎式龍門(mén)吊在工作?如此長(zhǎng)的ＰＥＮ干線上存在電位差。該電位差也即改點(diǎn)對(duì)地 Ｒ的電位差。此電位差沿 ＰＥＮ干線傳至所有連接在 ＰＥＮ干線上的輪胎式龍門(mén)吊主體。此電位差將對(duì)設(shè)備、人員均產(chǎn)生安全隱患。

主要隱患為：

1）如果某臺(tái)輪胎式龍門(mén)吊距主供電變壓器的中性點(diǎn)直接接大地 Ｒ足夠遠(yuǎn)?達(dá)到的電位差在輪胎式龍門(mén)吊吊具在此點(diǎn)位置著箱時(shí)將對(duì)集裝箱箱體產(chǎn)生放電火花?或地面金屬物體產(chǎn)生放電。

2）如果此時(shí)有人員在未穿戴絕緣靴等電氣安全服的情況下接觸到輪胎式龍門(mén)吊主體?此人員有被電擊的危險(xiǎn)。

2．2 在圖 1干線網(wǎng)絡(luò)中?如有一臺(tái)輪胎式龍門(mén)吊上發(fā)生非帶電金屬外殼因絕緣損壞而產(chǎn)生非全金屬性短路故障?也即漏電故障?但此漏電電流很小?不足以使輪胎式龍門(mén)吊上保護(hù)開(kāi)關(guān)脫扣?致使該漏電故障存在時(shí)間很長(zhǎng)。帶電金屬外殼的電位將升高?并沿 ＰＥＮａ線傳至 ＰＥＮ干線?使 ＰＥＮ干線的對(duì)

地 Ｒ的電位升高?加重 2．1所述的安全隱患。

3 接地網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

對(duì)于單體輪胎式龍門(mén)吊?因其輪胎絕緣性?故輪胎式龍門(mén)吊本身對(duì)大地是絕緣的。輪胎式龍門(mén)吊主體本身可視為一小大地 ｒ?其上的電氣系統(tǒng)為典型的 ＴＮ－Ｓ系統(tǒng)?其發(fā)電機(jī)中性點(diǎn) Ｎ接其“小地 ”ｒ?并且保護(hù)接地線 ＰＥ與 Ｎ線在其后嚴(yán)格分開(kāi)?可以達(dá)到*安全的保護(hù)。

但 “油改電 ”后的干線網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)將此結(jié)構(gòu)完全改變。 “小地 ”ｒ與大地 Ｒ不再絕緣?而是通過(guò) ＰＥＮａ和 ＰＥＮ干線連接在一起。所有輪胎式龍門(mén)吊與干線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了一個(gè)典型的 ＴＮ－Ｃ系統(tǒng)。故此網(wǎng)絡(luò)包含了所有 ＴＮ－Ｃ系統(tǒng)的缺點(diǎn)。在如此長(zhǎng)的干線上存在上述安全隱患。

為了避免此類(lèi)安全問(wèn)題的存在?建議采用以下干線網(wǎng)絡(luò)的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3．1 整個(gè)干線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成更好的 ＴＮ－Ｓ系統(tǒng)。

在主供電變壓器 Ｔ1的二次側(cè)中性點(diǎn)接地 Ｒ后?中性線 Ｎ與保護(hù)接地線 ＰＥ嚴(yán)格分開(kāi)?將干線網(wǎng)絡(luò)配置成三相五線制。Ｎ線和 ＰＥ線的截面與相線相等。只有 ＰＥ線與輪胎式龍門(mén)吊的 “小地 ”ｒ連接。其 Ｎ線只接到輪胎式龍門(mén)吊上受電變壓器 Ｔａ的中性點(diǎn)上?此中性點(diǎn)與 “小地 ”ｒ嚴(yán)格絕緣。并且干線網(wǎng)絡(luò)的 ＰＥ線必須在端頭增加重復(fù)接地?如條件允許也可在中間段再增加重復(fù)接地。

并將 Ｑａ受電開(kāi)關(guān)改為四極保護(hù)開(kāi)關(guān)。在輪胎式龍門(mén)吊本身發(fā)生故障時(shí)將中性線 Ｎ也切斷?以保證故障電位不會(huì)因 Ｎ線傳至干線網(wǎng)絡(luò)。以及本輪胎式龍門(mén)吊在斷電維修時(shí)?不會(huì)因?yàn)槲疵撾x干線網(wǎng)絡(luò)而受影響。該方案如圖 2所示。

Ｑ1斷路器的脫口器電流應(yīng)按干線網(wǎng)絡(luò)*末端發(fā)生單相短路故障時(shí)的電流能可靠使其脫口斷開(kāi)。并且輪胎式龍門(mén)吊上有受電變壓器 Ｔａ二次側(cè)的切換接觸器 Ｋａ應(yīng)該為四極接觸器。在發(fā)電機(jī)供電時(shí)?應(yīng)將此 ＰＥ線也切斷?以防止干線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)的反擊電壓對(duì)低壓側(cè)的影響而對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生安全隱患。

3．2 因輪胎式龍門(mén)吊為對(duì)地絕緣的主體?又加上輪胎式龍門(mén)吊上有受電變壓器 Ｔａ?其絕緣等級(jí)一般為 ＩＩ類(lèi)增強(qiáng)絕緣電氣設(shè)備。所以可以將干線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成 ＩＴ系統(tǒng)。如圖 3所示。主供電變壓器 Ｔ1的中性點(diǎn)不接地。干線網(wǎng)絡(luò)為三相三線制。保證輪胎式龍門(mén)吊 “小地 ”ｒ與大地 Ｒ絕緣?彼此輪胎式龍門(mén)吊之間無(wú)任何 “地 ”連接和 Ｎ線連接。

因?yàn)?ＩＴ系統(tǒng)?干線網(wǎng)絡(luò)上 （注：不是輪胎式龍門(mén)吊上有受電變壓器 Ｔａ二次側(cè) ）發(fā)生單相短路故障后?主供電變壓器 Ｔ1的中性點(diǎn)對(duì)地電壓升高為相電壓?而非故障相對(duì)地電壓變?yōu)榫€電壓。故如果干線網(wǎng)絡(luò)電壓為 1ｋＶ時(shí)?要注意選擇變壓器、滑觸線和電纜的絕緣電壓等級(jí)要求。建議此時(shí)干線網(wǎng)絡(luò)電壓設(shè)計(jì)為 690Ｖ以下為好。

輪胎式龍門(mén)吊上的受電變壓器 Ｔａ中心點(diǎn)一定要接至原發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地處。因輪胎式龍門(mén)吊上在此點(diǎn)處作 ＰＥ和 Ｎ線的隔離。圖 1、2、3中的 “小地 ”ｒ均是指此點(diǎn)。

輪胎式龍門(mén)吊上的 Ｑａ受電開(kāi)關(guān)應(yīng)加裝漏電保護(hù)元件。在龍門(mén)吊上受電變壓器 Ｔａ電源側(cè)以內(nèi)發(fā)生單相短路故障等能可靠切斷總受電電源。輪胎式龍門(mén)吊上有受電變壓器 Ｔａ二次側(cè)的切換接觸器 Ｋａ應(yīng)該為四極接觸器。在發(fā)電機(jī)供電時(shí)?應(yīng)將此 Ｎ線也切斷?以防止 ＩＴ干線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)的反擊電壓對(duì)低壓側(cè)的影響而對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生安全隱患。

因此 ＩＴ干線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要安裝接地故障報(bào)警裝置以及故障回路檢測(cè)設(shè)備?故投資可能比三相五線制方案貴。如圖 3所示。

4 低壓電纜卷盤(pán)供電問(wèn)題

經(jīng)過(guò)上述接地分析?如果采用 1ｋＶ以下的電纜卷盤(pán)供電?在使用 ＴＮ－Ｓ三相五線制系統(tǒng)時(shí)?很難在制造商的電纜目錄中找到恰當(dāng)?shù)囊?guī)格?并且成本很高。

5 結(jié)論

從接地的要求對(duì)輪胎式龍門(mén)吊這一特殊設(shè)備作了技術(shù)分析。筆者將在后續(xù)文章中再討論電壓降和諧波處理問(wèn)題?并在*后推薦一個(gè)綜合接地、電壓降和諧波處理因素后比較合理的交流干線網(wǎng)絡(luò)用于 “油改電 ”項(xiàng)目以及 “Ｅ－ＲＴＧ”的供電方案。直流干線網(wǎng)絡(luò)將另外討論。