A New Shore Power Cable Winding and Unwinding System

摘要：针对三峡库区大水位差下的岸电电缆收放难的问题，基于滑轮组原理，设计了一套钢丝绳缠绕系统，利用浮箱的浮力驱动传动装置和电缆卷筒运行，在库区水位发生变化时，电缆卷筒可实现对电缆的自动收放，且无需人员值守，绿色安全，为工程的具体设计提供了一种新的可行方案。

1、引言

    岸电设施是指船舶在码头停靠期间，由岸上供电系统向船舶提供电力，用以替代船舶燃油发生的设施。随着国内航运的快速发展，船舶排放温室气体量日益增多，岸电设施作为船舶油改电的重要手段，能够降低船舶污染物的排放量，因此得到了快速的发展和应用。

    近日来，国内外对于于岸电设施的研究与应用较多，但主要以海港为主，这是因为海港用电需求大，建设难度小，能够取得较好的经济效益；对于水位变化幅度较大的内河区域，面临建设成本高、难度大等问题，如何方便地收放供电电缆，一直没有较好的解决办法。

    目前，内河码头的岸电多采用人力拖缆上岸的方式，这种方式效率低、安全隐患大。徐元潮等设计的多级伸缩装置的输缆设备，能够向上提升10m，但不适合水位变化较大的内河区域。

2、工程概述

    本工程处于三峡库区长江右岸的旧州河河口附近，每个锚泊点由2座系靠船墩组成，可供船舶单艘或者多艘并列停靠。为解决船舶停靠时的供电，拟设备配套的岸电设施，根据《码头船舶岸电设施建设技术规范》（JTS155-2012）要求以及现场调研，船舶受电采用400V/50Hz等级，功率按照400KW设计。受三峡库区调试，锚泊点所在区域水位变化曲线见图1。

    锚地区域水位每年6月初到9月底维持在145m，10月初水库开始蓄水，11月初水位升到175m，并维持至翌年12月底，1月初水位开始下降，5月底降落至145m，高水位与低水位落差达30m。此外，由于锚泊点处于库区水域之中，地处偏僻，要求无值守。

3、岸电系统总体设计

    岸电设施设计的难点在于，在无人值守的条件下如何适应水位的变化，如何准确收放电缆。针对上述要求，结合系靠船墩结构，设计了一套浮箱岸电设施，具体布置见图2。

    电缆转接箱从陆域变电站接电，输出至电缆卷筒，电缆卷筒输出给岸电箱，岸电箱置于浮箱上，浮箱置于导向架内，导向架固定于系靠船墩上（见图3）。浮箱可随水位沿导向架上下浮动，通过一套钢丝绳缠绕系统实现电缆的自动收放。

4、钢丝绳缠绕系统

    钢丝绳缠绕系统主要由滑轮、钢丝绳、联轴板等组成，其原理图见图4。   

    钢丝绳分为A、B、C、D、E5段，两端分别固定，经绕定滑轮滑轮1、2，以及动滑轮3、4形成滑轮组，动骨轮3和4通过联轴板5相连，固定于浮箱一侧；定滑轮1的转轴与传动装置6的输入轴相连，传动装置6的输出轴与电缆卷筒轴相连，而电缆卷筒上的电缆输出端与岸电箱相连。其中传动装置6实际为一变速器，具有一定的传动比，使得浮箱上下的位移与同时间段内的电缆收放量保持一致。

    本系统的原理为：当水面上升时，浮箱随水位沿导向架垂直上升，带动联轴板5向上运动，联轴板5驱使动滑轮4向上运动，整个装置开始运行，动作顺序依次为：浮箱上升→联轴板5上行→动滑轮4顺时针运行→定滑轮2逆时针运行→定滑轮1逆时针运行→传动装置6同向运行→电缆转筒逆时针转动→电缆被卷起收回，从而适应水位的上升，与此同时动滑轮3顺时针运行。

    反之，当水位下降时，浮箱随水位沿导向架垂直下降，带动联轴板5向下运动，联轴板5驱使动滑轮3向下运行，整个装置开始运行，动作顺序依次为：浮箱下降→联轴板5下行→动滑轮3逆时针运行→定滑轮1顺时针运行→传动装置6同向运行→电缆转筒顺时针转动→电缆被释放，从而适应水位的下降，与此同时定滑轮2顺时什运行→动滑轮4逆时针运行。

    钢丝绳缠绕系统的直接动力源自于浮箱所受的浮力，且理论上浮箱只能上下作直线运行，故方案中设置有专门的导向架，并配合导轨，用以保证浮箱规则运行。

    至此，完成了钢丝绳缠绕系统的在岸电收放电缆的逻辑设计，设计中电缆的收缆装置为机械式，通过钢丝绳缠绕系统的作用即可完成输电电缆的收放。该系统能够自适应于不同的水位，且无需人员值守。

5、结语

    通过对三峡库区锚泊系靠船墩结构和水位的分析，设计了一种浮箱岸电设施，该设施中采用特定的钢丝缠绕系统，利用浮箱浮力驱动其运转，进而带动电缆卷筒工作，从而实现了在不同水位下电缆的准确收放。本系统工作时无需人员值守，绿色安全，为工程的详细设计从理论上提供了一种新的可行方案。

摘自《港口装卸》2020年第6期