1 前言

在輪胎式龍門吊進行 “油改電 ”的供電設(shè)計方案中有大家熟悉的電纜卷盤交流供電、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。無論是電纜卷盤或滑觸線?均可以稱為干線。筆者發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)碼頭實施的上述電壓等級的供電干線網(wǎng)絡(luò)中無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)給所有輪胎式龍門吊供電。干線的 ＰＥＮ線與輪胎式龍門吊的鋼結(jié)構(gòu)作電氣連接。其中 Ｑ1斷路器為干線主保護開關(guān)?Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ和 Ｑｄ斷路器為輪胎式龍門吊上電源保護開關(guān)。Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ和 Ｔｄ為輪胎式龍門吊上的受電變壓器?將干線網(wǎng)絡(luò)電壓降為輪胎式龍門吊原系統(tǒng)所需的電壓。此干線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計?將原輪胎式龍門吊的主體通過 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吊主體均通過 ＰＥＮ干線連接在了一起。徹底改變了輪胎式龍門吊因輪胎絕緣與大地絕緣的形態(tài)。

2 存在的問題

2．1 因新、老輪胎式龍門吊、不同制造商的輪胎式龍門吊均存在單相負載?如照明、空調(diào)等?故每臺輪胎式龍門吊均有三相不平衡負載存在?并且所有輪胎式龍門吊在交流電源側(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久性存在電流。因碼頭的此干線網(wǎng)絡(luò)長度可達1ｋｍ?而有些碼頭達到 2ｋｍ多長?干線網(wǎng)絡(luò)上不同點接有若干臺輪胎式龍門吊在工作?如此長的ＰＥＮ干線上存在電位差。該電位差也即改點對地 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吊主體。此電位差將對設(shè)備、人員均產(chǎn)生安全隱患。

主要隱患為：

1）如果某臺輪胎式龍門吊距主供電變壓器的中性點直接接大地 Ｒ足夠遠?達到的電位差在輪胎式龍門吊吊具在此點位置著箱時將對集裝箱箱體產(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吊主體?此人員有被電擊的危險。

2．2 在圖 1干線網(wǎng)絡(luò)中?如有一臺輪胎式龍門吊上發(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吊上保護開關(guān)脫扣?致使該漏電故障存在時間很長。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

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

對于單體輪胎式龍門吊?因其輪胎絕緣性?故輪胎式龍門吊本身對大地是絕緣的。輪胎式龍門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)電機中性點 Ｎ接其“小地 ”ｒ?并且保護接地線 ＰＥ與 Ｎ線在其后嚴格分開?可以達到*安全的保護。

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 ＰＥＮａ和 ＰＥＮ干線連接在一起。所有輪胎式龍門吊與干線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了一個典型的 ＴＮ－Ｃ系統(tǒng)。故此網(wǎng)絡(luò)包含了所有 ＴＮ－Ｃ系統(tǒng)的缺點。在如此長的干線上存在上述安全隱患。

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

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

在主供電變壓器 Ｔ1的二次側(cè)中性點接地 Ｒ后?中性線 Ｎ與保護接地線 ＰＥ嚴格分開?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線與輪胎式龍門吊的 “小地 ”ｒ連接。其 Ｎ線只接到輪胎式龍門吊上受電變壓器 Ｔａ的中性點上?此中性點與 “小地 ”ｒ嚴格絕緣。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受電開關(guān)改為四極保護開關(guān)。在輪胎式龍門吊本身發(fā)生故障時將中性線 Ｎ也切斷?以保證故障電位不會因 Ｎ線傳至干線網(wǎng)絡(luò)。以及本輪胎式龍門吊在斷電維修時?不會因為未脫離干線網(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)生單相短路故障時的電流能可靠使其脫口斷開。并且輪胎式龍門吊上有受電變壓器 Ｔａ二次側(cè)的切換接觸器 Ｋａ應(yīng)該為四極接觸器。在發(fā)電機供電時?應(yīng)將此 ＰＥ線也切斷?以防止干線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時的反擊電壓對低壓側(cè)的影響而對發(fā)電機系統(tǒng)產(chǎn)生安全隱患。

3．2 因輪胎式龍門吊為對地絕緣的主體?又加上輪胎式龍門吊上有受電變壓器 Ｔａ?其絕緣等級一般為 ＩＩ類增強絕緣電氣設(shè)備。所以可以將干線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成 ＩＴ系統(tǒng)。如圖 3所示。主供電變壓器 Ｔ1的中性點不接地。干線網(wǎng)絡(luò)為三相三線制。保證輪胎式龍門吊 “小地 ”ｒ與大地 Ｒ絕緣?彼此輪胎式龍門吊之間無任何 “地 ”連接和 Ｎ線連接。

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

輪胎式龍門吊上的受電變壓器 Ｔａ中心點一定要接至原發(fā)電機中性點的接地處。因輪胎式龍門吊上在此點處作 ＰＥ和 Ｎ線的隔離。圖 1、2、3中的 “小地 ”ｒ均是指此點。

輪胎式龍門吊上的 Ｑａ受電開關(guān)應(yīng)加裝漏電保護元件。在龍門吊上受電變壓器 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)電機供電時?應(yīng)將此 Ｎ線也切斷?以防止 ＩＴ干線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時的反擊電壓對低壓側(cè)的影響而對發(fā)電機系統(tǒng)產(chǎn)生安全隱患。

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

4 低壓電纜卷盤供電問題

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

5 結(jié)論

從接地的要求對輪胎式龍門吊這一特殊設(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題?并在*后推薦一個綜合接地、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 ”項目以及 “Ｅ－ＲＴＧ”的供電方案。直流干線網(wǎng)絡(luò)將另外討論。