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摘要：文章分析了传统港口码头的一些供电特点，阐述了在大型港口码头通过采取多项节能措施，进而有效的降低电力消耗和提高供电照明质量，减少能耗，提高经济和社会效益。
关键词： 港口码头 ，电气设计，配电系统，节能措施 ， 无功补偿 ， 照明节能
Abstract: this paper analyzes the traditional ports of some of the power supply characteristics, this paper describes the large port through the taken many measures of energy saving and effectively reduce power consumption and improve the power supply lighting quality, reduce the energy consumption and enhance the economic and social benefits.
Key words: port wharf, the electrical design, power distribution systems, energy saving measures, the reactive power compensation, the illumination energy conservation
中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：
随着世界经济的快速发展和居民生活水平的显著提高，能源紧缺已成为当前世界各国共同面临的重大难题。在生产和生活中，降低能耗，推行节能设备，实现经济的可持续和健康发展，在全球范围已形成共识并逐渐成为潮流。
改革开放以来，我国经济取得了举世瞩目的成就，随着我国国民经济的迅猛发展，能源紧缺日益严重，尤其是电力供应不堪重负，不但影响了我国经济的发展，而且消耗了大量宝贵的不可再生能源。在这个问题上，我国政府把降低能耗和节能减排放在了极其重要的位置。
近十年，随着我国经济的快速发展，我国港口码头建设迎来最快的发展时期。港口码头规模和吞吐量成倍增加，相应的电力能源供应也大幅增加。本文结合华南某大型码头供电照明设计中，通过采用多种节能措施，降低电力消耗和提高供电照明质量，进而减少能耗，提高经济和社会效益方面，进行了一些探讨。
该项目为一个大型的集装箱码头，主要包括前沿4个万吨级泊位、后方堆场及生产和生活辅建区。港区主要用电设备包括码头前沿集装箱装卸桥、堆场冷藏箱、ERTG及后方辅建区综合办公楼、食堂、侯工楼、机修车间等生产生活辅助建筑物及港区室外照明。
在供电照明设计中，主要采取以下节能措施：
(1) 根据总平面布置和用电负荷分布，合理布置港区变电所，各变电所设在各自的负荷中心，减少线路铜材损耗和降低线路电能损耗，同时推行节能设备，减少能源消耗，达到节能目的。
早期的集装箱码头因规模较小，用电设备较少，设置变电所数量少，这就导致供电距离远，电力损耗很大，浪费严重。根据总平面布置的特点和用电负荷分布情况，本工程在港区内设置1座中心变电所和3座分变电所，分别给港区内各种用电设备和设施供电。合理的增加变电所的数量，使港区各变电所尽可能的设在各自的负荷中心，能很好的降低线路铜材损耗，缩短供电半径，减少电压损失，提高供电质量，达到节能效果。具体设置如下：
中心变电所MSS设在靠近码头前沿的重箱堆场中央，该变电所主要向码头前沿的集装箱装卸桥和岸电设备，堆场照明和维修设施供电。本区域车辆来往频繁，在项目设计之初，为了提高中心变电所MSS给各主要用电设备供电的质量，缩短供电距离。对变电所位置作了提前规划布置，以便变电所能深入负荷中心，到主要用电设备供电距离最合理，从而降低输电损耗，减少电缆长度和截面，到达节能增效的目的。
分变电所SS1设在冷藏箱堆场附近，该变电所主要向冷藏箱、维修车间、候工楼及附近照明高杆灯等用电设备供电。该区域主要用电设备为冷藏箱，冷藏箱用电量大，供电要求高，但附近位置紧张，车辆活动频繁。变电所的布置充分考虑实际情况，通过调整尺寸以便置于冷藏箱堆场中心区域。极大的缩短了供电距离，减少了电力电缆截面，降低输电损耗，提高了供电质量。
分变电所SS2设在重箱堆场中间区域，该变电所主要为ERTG供电。传统的堆场运输设备为油驱动的轮胎吊，能耗大，同时污染和噪音严重。电力驱动轮胎式集装箱门式起重机（ERTG）可以显著节约能源、减少污染排放、改善工作环境、提高劳动效率和降低运营成本。经过工程规模化应用验证，ERTG实现能耗下降30%以上，基本无废气排放，运行成本下降65%，噪声下降50%以上。采用电力驱动方式替代传统的柴油发电机组驱动方式，提高了能源的使用效率，极大的降低了能源消耗。
分变电所SS3设在综合办公楼附近，该变电所主要向综合办公楼、食堂、侯工楼，加压泵站等建筑物及附近照明铁塔供电。当前的辅建区生产生活建筑功能多，用电集中且电力负荷大。在综合办公楼附近设置变电所，靠近负荷中心，有效地缩短了供电距离，降低了线路铜材损耗，减少了输电过程的电能损失，提高了供电质量，很好的取得了节能增效的效果。
(2) 要求高压门机变频启动，并进行机上就地补偿，使功率因数达到要求；在各变电所设置TSC晶闸管切换动态无功功率自动补偿装置和高次谐波消除装置，提高供电系统的功率因数，消除高次谐波，改善电压质量，减少供电线路线材损耗和无功功率损耗。
供配电系统未投入无功补偿装置时的有功功率与现在功率的比值称为自然功率因数。提高功率因数就可以在负荷的有功功率保持不变的条件下，减少负荷的无功功率和负荷电流从而达到降低线损耗的目的。
对于高压供电的集装箱装卸桥，动态无功补偿装置就地安装，实行就地补偿，高压动态无功功率补偿装置利用可控硅投切并联电容器组，能够根据负荷变化动态调整补偿容量，实现对电压、无功功率的自动综合补偿与调节，避免老式传统静态电容柜死投造成的过补和无功倒送现象，高压动态无功补偿装置能降低网损、节约电能，很好的提高供电质量。
在变电所低压侧，集中设置TSC晶闸管切换动态无功功率自动补偿和高次谐波消除装置。传统静态无功功率补偿，以电磁型交流接触器为投切开关，由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级，以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，补偿是有级的，定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，使用场合受到负荷变化快的限制，不能进行有效合理的无功功率补偿，减少能源损耗达到节能增效的效果。TSC晶闸管切换无功功率动态补偿装置集微机-电子-机电一体化，以动态补偿原理进行快速无功补偿，显著提高电网功率因数（最高可达0.99），进一步优化电网电能质量、提高变压器增容利用率，从而有效地减少无功损耗，达到高效节能的目的。
(3) 选用技术经济指标先进，高效率，低损耗，节能型的SCB10系列干式变压器。
配電变压器作为使用最为广泛的电力设施，数量种类繁多，对节能减排有着重要意义。变压器有功损耗分空载损耗和负载损耗，空载损耗主要由铁芯中的磁滞损失和涡流损失造成，这两种损耗皆由变压器的铁芯产生，因此空载损耗也称铁损。负载损耗指一二次绕组都运行于额定电流状态下，一二次绕组产生的损耗，因一二次绕组都是铜绕组，因此也称为铜损。
针对变压器的损耗特点，本工程选用性能优越、低噪声及节能的SCB10树脂绝缘干式变压器。SCB10树脂绝缘干式变压器采用新的优质低耗硅钢片，箔式绕组结构，阶梯铁芯接缝，可有效降低变压器的空载损耗，本工程用电量大，变压器数量众多，通过选择低损耗，节能型的SCB10系列干式变压器，可很好的取得降低损耗，达到节能的效果。对于变压器负载损耗来说，直流电阻损耗为主要部分，且与导线材质有关，因此使用优质铜导线是关键，这样可控制电阻损耗在允许范围之内。导线的涡流损耗与环流损耗及油箱等金属件的杂散损耗均由变压器的漏磁通引起的。低损耗，节能型的SCB10系列干式变压器优化了变压器的结构，将绕组的安匝分布调整至最佳，同时采取适当的工艺措施，减少绕组端部幅向漏磁；并采取先进的干燥设备和方法，降低了漏磁损耗；有效地减少了变压器的负载损耗。
(4) 供电系统力求简单、灵活和可靠。供配电电压级数和供配电线路的长度尽量减少，以减少电能在传输过程的损耗。
本工程按照国家现行相关规范的要求，主要用电负荷为二级负荷，部分负荷为一级负荷。变电所内10kV双重电源同时工作，互为备用。10kV侧为单母线分段，两台变压器分列运行，正常时双重电源同时工作，当一个电源发生故障或检修时，另一个电源带两段母线运行。供电系统采取分区供电方式，各个变电所负责为本区域的供电照明设施提供电源。中心变电所进线电源为港外10KV市电，各分变电所高压进线来自中心变电所高压馈线柜；380/220V 用电设备由各变电所低压柜直接以單母线分段，放射式方式供电。这样整个港区的供电系统不仅简单、灵活，而且安全可靠。供配电系统电压级数清晰，并且级数少，从高低压开关柜到各个用电设备的供配电线路长度也能尽量减少。能在为港口提供安全可靠的电力供应的同时，也能有效的减少电能在传输过程中的损耗，达到降低损耗，提供电能质量的节能目的。
(5) 照明节能：
合理选择照度和照明方式。选用光效率高的节能型光源和照明灯具；充分利用自然光，合理布置灯具，使照明灯具布置既满足视觉要求，又达到节能效果；照明分组布置和控制，根据实际需要分别控制各灯具的开和关，节省电能。
照明负荷均为单相负荷，本工程照明设计令单相负荷在三相回路中尽量均匀分配，能显著减少中性线中的不平衡电流，相当于缩短电流传输的电气距离，降低系统电阻，从而减少电能损耗。
在照明中应用智能照明调控装置，该装置集智能化电源管理、稳压、软启动、保护灯具和节能环保等多功能于一体，能稳定照明电路系统、具有节能和软启动性能，对线网起到保护、改善和节能的作用。
传统照明主要采取以下方式到达节能目的：
双电抗整流器：为达到简单节能目的，直接在每一光源与主控回路之间安装一个双电抗整流器。
电子整流器：为保护灯具，直接在每一光源与主控回路之间安装一个电子整流器。此方法可稳压10-15%，并有一定软启动功能。
传统调光器：为达到调光和稳压作用，在电源前端安装调光器，其调光原理有两种：一种是基于伺服马达稳压器，一种是基于可控硅直接型抽头变压器。
传统的道路照明节能设备都有节能效果不佳，无软启动和稳压功能或功能不全，且对灯具保护不够，改装工程量大。不是港口码头照明理想的节能方案。
电压涌动是降低照明灯具寿命不可忽视的原因，在照明线路中加装智能照明调控装置能提高输出电压的稳定性。智能照明调控装置让负载(灯具)的工作电压波动范围在± 2％以内，使得照明灯及其附件在额定条件下运行，保证良好的照明质量和照明级别，并能以可控和平缓的方式调节输出电压以便更好的达到所需的照度要求。
智能照明调控装置安装于线路前端，可通过内置的智能天文控制器(或可编程控制器、光敏控制器、时间继电器等)对工作曲线进行自动控制，从而实现对整条线路上的负载的轻松集中调控。在夜间港口装卸高峰期，车流和人流量多时用220V额定电压，在晚上港口非装卸期，用190V节能电压。稳压装置对电网无任何干扰(谐波畸变率为零)。可以提高特定负载的功率因数，减少灯具的无功损耗。
结语：
在能源日益紧缺和经济快速发展的今天，为有效地解决二者的矛盾，让电力更好的为我国的社会主义建设服务。降低损耗，推行节能措施是港口码头供电照明设计中不可忽略的重要组成部分，全面系统地推行节能措施比单一设备节能更有效。这就需要从事港口电气的设计人员在整个的设计过程中认真学习当前的各项节能新理念、新技术，努力提高在电气节能设计上的认识和知识，结合实际情况进行设计，做好港口电气节能设计，更好的营造出港口电力供应低耗节能的新环境。
参考文献
[1] 张彦，李惠强。“变电所总平面布置中的优化原则” <<船电技术>> 2002年第05期。
[2] 唐勤华。“集装箱重箱堆场ERTG工艺方案的选择” <<水运工程>> 2008年第10期。
[3]“变压器节能” <<电气制造>> 2012年第02期。
关键词： 港口码头 ，电气设计，配电系统，节能措施 ， 无功补偿 ， 照明节能
Abstract: this paper analyzes the traditional ports of some of the power supply characteristics, this paper describes the large port through the taken many measures of energy saving and effectively reduce power consumption and improve the power supply lighting quality, reduce the energy consumption and enhance the economic and social benefits.
Key words: port wharf, the electrical design, power distribution systems, energy saving measures, the reactive power compensation, the illumination energy conservation
中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：
随着世界经济的快速发展和居民生活水平的显著提高，能源紧缺已成为当前世界各国共同面临的重大难题。在生产和生活中，降低能耗，推行节能设备，实现经济的可持续和健康发展，在全球范围已形成共识并逐渐成为潮流。
改革开放以来，我国经济取得了举世瞩目的成就，随着我国国民经济的迅猛发展，能源紧缺日益严重，尤其是电力供应不堪重负，不但影响了我国经济的发展，而且消耗了大量宝贵的不可再生能源。在这个问题上，我国政府把降低能耗和节能减排放在了极其重要的位置。
近十年，随着我国经济的快速发展，我国港口码头建设迎来最快的发展时期。港口码头规模和吞吐量成倍增加，相应的电力能源供应也大幅增加。本文结合华南某大型码头供电照明设计中，通过采用多种节能措施，降低电力消耗和提高供电照明质量，进而减少能耗，提高经济和社会效益方面，进行了一些探讨。
该项目为一个大型的集装箱码头，主要包括前沿4个万吨级泊位、后方堆场及生产和生活辅建区。港区主要用电设备包括码头前沿集装箱装卸桥、堆场冷藏箱、ERTG及后方辅建区综合办公楼、食堂、侯工楼、机修车间等生产生活辅助建筑物及港区室外照明。
在供电照明设计中，主要采取以下节能措施：
(1) 根据总平面布置和用电负荷分布，合理布置港区变电所，各变电所设在各自的负荷中心，减少线路铜材损耗和降低线路电能损耗，同时推行节能设备，减少能源消耗，达到节能目的。
早期的集装箱码头因规模较小，用电设备较少，设置变电所数量少，这就导致供电距离远，电力损耗很大，浪费严重。根据总平面布置的特点和用电负荷分布情况，本工程在港区内设置1座中心变电所和3座分变电所，分别给港区内各种用电设备和设施供电。合理的增加变电所的数量，使港区各变电所尽可能的设在各自的负荷中心，能很好的降低线路铜材损耗，缩短供电半径，减少电压损失，提高供电质量，达到节能效果。具体设置如下：
中心变电所MSS设在靠近码头前沿的重箱堆场中央，该变电所主要向码头前沿的集装箱装卸桥和岸电设备，堆场照明和维修设施供电。本区域车辆来往频繁，在项目设计之初，为了提高中心变电所MSS给各主要用电设备供电的质量，缩短供电距离。对变电所位置作了提前规划布置，以便变电所能深入负荷中心，到主要用电设备供电距离最合理，从而降低输电损耗，减少电缆长度和截面，到达节能增效的目的。
分变电所SS1设在冷藏箱堆场附近，该变电所主要向冷藏箱、维修车间、候工楼及附近照明高杆灯等用电设备供电。该区域主要用电设备为冷藏箱，冷藏箱用电量大，供电要求高，但附近位置紧张，车辆活动频繁。变电所的布置充分考虑实际情况，通过调整尺寸以便置于冷藏箱堆场中心区域。极大的缩短了供电距离，减少了电力电缆截面，降低输电损耗，提高了供电质量。
分变电所SS2设在重箱堆场中间区域，该变电所主要为ERTG供电。传统的堆场运输设备为油驱动的轮胎吊，能耗大，同时污染和噪音严重。电力驱动轮胎式集装箱门式起重机（ERTG）可以显著节约能源、减少污染排放、改善工作环境、提高劳动效率和降低运营成本。经过工程规模化应用验证，ERTG实现能耗下降30%以上，基本无废气排放，运行成本下降65%，噪声下降50%以上。采用电力驱动方式替代传统的柴油发电机组驱动方式，提高了能源的使用效率，极大的降低了能源消耗。
分变电所SS3设在综合办公楼附近，该变电所主要向综合办公楼、食堂、侯工楼，加压泵站等建筑物及附近照明铁塔供电。当前的辅建区生产生活建筑功能多，用电集中且电力负荷大。在综合办公楼附近设置变电所，靠近负荷中心，有效地缩短了供电距离，降低了线路铜材损耗，减少了输电过程的电能损失，提高了供电质量，很好的取得了节能增效的效果。
(2) 要求高压门机变频启动，并进行机上就地补偿，使功率因数达到要求；在各变电所设置TSC晶闸管切换动态无功功率自动补偿装置和高次谐波消除装置，提高供电系统的功率因数，消除高次谐波，改善电压质量，减少供电线路线材损耗和无功功率损耗。
供配电系统未投入无功补偿装置时的有功功率与现在功率的比值称为自然功率因数。提高功率因数就可以在负荷的有功功率保持不变的条件下，减少负荷的无功功率和负荷电流从而达到降低线损耗的目的。
对于高压供电的集装箱装卸桥，动态无功补偿装置就地安装，实行就地补偿，高压动态无功功率补偿装置利用可控硅投切并联电容器组，能够根据负荷变化动态调整补偿容量，实现对电压、无功功率的自动综合补偿与调节，避免老式传统静态电容柜死投造成的过补和无功倒送现象，高压动态无功补偿装置能降低网损、节约电能，很好的提高供电质量。
在变电所低压侧，集中设置TSC晶闸管切换动态无功功率自动补偿和高次谐波消除装置。传统静态无功功率补偿，以电磁型交流接触器为投切开关，由于受电容器承受涌流能力、放电时间及电容器分级，以及接触器操作频率、使用寿命等因素制约，补偿是有级的，定时的，因而补偿精度差，跟随性不强，使用场合受到负荷变化快的限制，不能进行有效合理的无功功率补偿，减少能源损耗达到节能增效的效果。TSC晶闸管切换无功功率动态补偿装置集微机-电子-机电一体化，以动态补偿原理进行快速无功补偿，显著提高电网功率因数（最高可达0.99），进一步优化电网电能质量、提高变压器增容利用率，从而有效地减少无功损耗，达到高效节能的目的。
(3) 选用技术经济指标先进，高效率，低损耗，节能型的SCB10系列干式变压器。
配電变压器作为使用最为广泛的电力设施，数量种类繁多，对节能减排有着重要意义。变压器有功损耗分空载损耗和负载损耗，空载损耗主要由铁芯中的磁滞损失和涡流损失造成，这两种损耗皆由变压器的铁芯产生，因此空载损耗也称铁损。负载损耗指一二次绕组都运行于额定电流状态下，一二次绕组产生的损耗，因一二次绕组都是铜绕组，因此也称为铜损。
针对变压器的损耗特点，本工程选用性能优越、低噪声及节能的SCB10树脂绝缘干式变压器。SCB10树脂绝缘干式变压器采用新的优质低耗硅钢片，箔式绕组结构，阶梯铁芯接缝，可有效降低变压器的空载损耗，本工程用电量大，变压器数量众多，通过选择低损耗，节能型的SCB10系列干式变压器，可很好的取得降低损耗，达到节能的效果。对于变压器负载损耗来说，直流电阻损耗为主要部分，且与导线材质有关，因此使用优质铜导线是关键，这样可控制电阻损耗在允许范围之内。导线的涡流损耗与环流损耗及油箱等金属件的杂散损耗均由变压器的漏磁通引起的。低损耗，节能型的SCB10系列干式变压器优化了变压器的结构，将绕组的安匝分布调整至最佳，同时采取适当的工艺措施，减少绕组端部幅向漏磁；并采取先进的干燥设备和方法，降低了漏磁损耗；有效地减少了变压器的负载损耗。
(4) 供电系统力求简单、灵活和可靠。供配电电压级数和供配电线路的长度尽量减少，以减少电能在传输过程的损耗。
本工程按照国家现行相关规范的要求，主要用电负荷为二级负荷，部分负荷为一级负荷。变电所内10kV双重电源同时工作，互为备用。10kV侧为单母线分段，两台变压器分列运行，正常时双重电源同时工作，当一个电源发生故障或检修时，另一个电源带两段母线运行。供电系统采取分区供电方式，各个变电所负责为本区域的供电照明设施提供电源。中心变电所进线电源为港外10KV市电，各分变电所高压进线来自中心变电所高压馈线柜；380/220V 用电设备由各变电所低压柜直接以單母线分段，放射式方式供电。这样整个港区的供电系统不仅简单、灵活，而且安全可靠。供配电系统电压级数清晰，并且级数少，从高低压开关柜到各个用电设备的供配电线路长度也能尽量减少。能在为港口提供安全可靠的电力供应的同时，也能有效的减少电能在传输过程中的损耗，达到降低损耗，提供电能质量的节能目的。
(5) 照明节能：
合理选择照度和照明方式。选用光效率高的节能型光源和照明灯具；充分利用自然光，合理布置灯具，使照明灯具布置既满足视觉要求，又达到节能效果；照明分组布置和控制，根据实际需要分别控制各灯具的开和关，节省电能。
照明负荷均为单相负荷，本工程照明设计令单相负荷在三相回路中尽量均匀分配，能显著减少中性线中的不平衡电流，相当于缩短电流传输的电气距离，降低系统电阻，从而减少电能损耗。
在照明中应用智能照明调控装置，该装置集智能化电源管理、稳压、软启动、保护灯具和节能环保等多功能于一体，能稳定照明电路系统、具有节能和软启动性能，对线网起到保护、改善和节能的作用。
传统照明主要采取以下方式到达节能目的：
双电抗整流器：为达到简单节能目的，直接在每一光源与主控回路之间安装一个双电抗整流器。
电子整流器：为保护灯具，直接在每一光源与主控回路之间安装一个电子整流器。此方法可稳压10-15%，并有一定软启动功能。
传统调光器：为达到调光和稳压作用，在电源前端安装调光器，其调光原理有两种：一种是基于伺服马达稳压器，一种是基于可控硅直接型抽头变压器。
传统的道路照明节能设备都有节能效果不佳，无软启动和稳压功能或功能不全，且对灯具保护不够，改装工程量大。不是港口码头照明理想的节能方案。
电压涌动是降低照明灯具寿命不可忽视的原因，在照明线路中加装智能照明调控装置能提高输出电压的稳定性。智能照明调控装置让负载(灯具)的工作电压波动范围在± 2％以内，使得照明灯及其附件在额定条件下运行，保证良好的照明质量和照明级别，并能以可控和平缓的方式调节输出电压以便更好的达到所需的照度要求。
智能照明调控装置安装于线路前端，可通过内置的智能天文控制器(或可编程控制器、光敏控制器、时间继电器等)对工作曲线进行自动控制，从而实现对整条线路上的负载的轻松集中调控。在夜间港口装卸高峰期，车流和人流量多时用220V额定电压，在晚上港口非装卸期，用190V节能电压。稳压装置对电网无任何干扰(谐波畸变率为零)。可以提高特定负载的功率因数，减少灯具的无功损耗。
结语：
在能源日益紧缺和经济快速发展的今天，为有效地解决二者的矛盾，让电力更好的为我国的社会主义建设服务。降低损耗，推行节能措施是港口码头供电照明设计中不可忽略的重要组成部分，全面系统地推行节能措施比单一设备节能更有效。这就需要从事港口电气的设计人员在整个的设计过程中认真学习当前的各项节能新理念、新技术，努力提高在电气节能设计上的认识和知识，结合实际情况进行设计，做好港口电气节能设计，更好的营造出港口电力供应低耗节能的新环境。
参考文献
[1] 张彦，李惠强。“变电所总平面布置中的优化原则” <<船电技术>> 2002年第05期。
[2] 唐勤华。“集装箱重箱堆场ERTG工艺方案的选择” <<水运工程>> 2008年第10期。
[3]“变压器节能” <<电气制造>> 2012年第02期。