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航港新知
臺灣港群10月號 2018-10-05
規劃佈設

港區智慧電網與電力光纖管溝的規劃佈設

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  • 撰稿:花分工程處鄭璟生、處長鍾權宏

智慧電網即透過各碼頭建置獨立電力箱體,透過港區共同管溝,佈建起港區電力光纖主幹,以整合照明與監視系統等各種用電需求,並透過光纖網路與後端資訊儲存系統,讓監控畫面透過實體網路作穩定傳輸,滿足碼頭作業或客運服務區域所需之網路需求,並使港區照明同監控系統採透過中央控制,提高港口設施管理作業效率。

港口公共基礎設施與營運設施的建構,除防波堤、碼頭、道路、排水、場站建築等土建工程外,尚有碼頭裝卸設備、碼頭作業照明與道路照明,強化港口管理所佈設的監視系統,碼頭作業或客運服務區域所需之網路服務,與實踐綠色港口所興起之碼頭岸電設備等硬體設備需求,故相關衍生的管理作業如何透過智能設備導入,以提高管理作業效率,並透過適當型態之共同管溝整合相關硬體設備之電力光纖傳輸路徑,建構一個可持續擴充的智慧電網,成為現代港口所需要規劃投入的一項基礎建設。

為提升港口的效率與服務

圖說:一個初步雛型的智慧電網即透過各碼頭建置一獨立電力箱體,佈建一港區電力光纖主幹系統,以整合碼頭作業照明、道路照明、公用建物與監視系統等用電需求,並透過光纖網路與後端資訊儲存系統,讓監控畫面透過實體網路作高穩定度的傳輸,滿足碼頭作業或客運服務區域所需之網路需求,並使港區照明同監控系統採透過中央控制,大大提高管理作業效率。
港區電力蜘蛛網,建構穩定可擴充管理的電力主幹
透過各碼頭建置一獨立電力箱體,並於碼頭之間增設適當的中繼箱(RP),以佈建一港區完整的電力主幹系統,而每座座電力箱體就如同該座碼頭的主電盤,碼頭相關設施之電力都從此延伸。此箱體內部需容納有無熔絲開關(NFB)、可程式邏輯控制器(PLC)、控制相關元件、網路電話及設備、光纖收容箱、不斷電系統(UPS) ,並需配置足夠容量的電力以供應碼頭電氣負載需求,所使用電纜至少為XLPE交連電力電纜600V(CNS 2655),並符合電工法規施作於各碼頭設置適當備用迴路,可預留給臨時貨櫃屋或租用業者使用,此迴路裝設一組多功能數位電表,與中控室連線即能每月計算電費且產生報表,以利管理單位向租用業者收費。

透過碼頭電力箱體串起港區電力蜘蛛網來提供電源控室

圖說:透過碼頭電力箱體串起港區電力蜘蛛網,提供優質穩定且足夠容量的電力,以滿足碼頭電氣負載需求,並可提供臨時租用業者接用,以所設數位電表連線中控室即能每月計算電費產生報表,以利管理單位計費。
讓網路遍及全港區,透過光纖骨幹網路,滿足各種營運管理需求
光纖網路所需之網路設備,包含建置L3核心骨幹交換器、機房端的Core (OLT)設備及遠端的RU (ONT)設備,機房端的Core設備與遠端的RU設備由光分配網(ODN)組成,採用點到多點的網路結構。ODN由單模光纖和光分歧器、光連接器等被動式光元件組成,中間不須經過任何需要電源的交換器,提供Core設備與RU設備間的實體連接光傳輸媒介共2個10G Port。為求最大應用彈性,Core設備亦需提供額外網路介面埠,支援點對點的乙太網路。另為提供旅客及工作人員方便無線上網,各碼頭增設一組高增益WiFi網路基地台。
在此網路系統架構下,實體網路工程共佈放4條24芯多管束室外型零水峰光纜,於每個碼頭(站)各預留6芯光纖,每一條光纖另預留6蕊做為臨時備用或後續擴充應用。此外,地下管路佈放光纜時,需多佈放一條尼龍繩(3mm以上),預留以後需再增加線路,所有管路上每3公尺以明顯的貼紙標示清楚。

網路設備

                                                              圖說:花蓮港智慧電網-光纖網路架構圖
讓碼頭照明、公共基礎照明或道路照明,通通納入中控設定切換
港區的碼頭作業照明或道路照明,因用途不同而有不同管理單位,尤其碼頭作業照明因需配合指泊排程作適當切換以節約能源,此等管理工作在夜間時段即衍生相關加班與人力調度問題。透過智慧電網的導入後,由於各碼頭電力箱控制系統具備手動或自動管控路燈及工作燈相關迴路,遇有LED燈源故障即能自動偵測及回報,並可在指定之管制室執行WiFi熱點管理、燈控控制管理、電力參數記錄、資料數據儲存,此燈控中央控制系統可同步現場碼頭區各電力箱控制系統時間,設定歸屬不同單位權管的工作燈、路燈或基礎照明等開啟及關閉時間,在港區的工作人員更可透過手機等移動設備,即時遠端管理控制各碼頭區電力箱控制系統。

花蓮港內港區電力與光纖網路監控系統

設備介紹

圖說:花蓮港智慧電網-中央控制盤具備LED燈源故障即能自動偵測及回報,並可執行WiFi熱點管理、燈控控制管理、電力參數記錄、資料數據儲存,同步現場碼頭區各電力箱控制系統時間,設定歸屬不同單位權管的工作燈、路燈或基礎照明等開啟及關閉時間。
讓CCTV系統改以光纖網路傳輸方式,將影像資料穩定傳輸至監控中心
以花蓮港104年建置之CCTV系統為例,因建置期間港區電力光纖骨幹尚未完成,故其傳輸網路為無線網路傳輸方式,考量傳輸特性及港區監控安全,自花蓮港電力光纖骨幹105年2月底建置完成後,CCTV系統改採以光纖網路傳輸方式將影像資料傳輸至港務大樓監控系統內。惟既設CCTV無線網路傳輸方式並非汰除,而是將其轉作為傳輸網路備援機制,透過熱備援架構(Hot Standby Redundant),讓每一個攝影機安裝點都具有光纖網路與無線網路的雙通道架構,影像傳輸可由任一通道回傳至監控系統主機,其中一個通道故障時,系統可自動選擇另一個通道傳輸。

新增光纖網路設備

                                                     圖說:CCTV系統改光纖網路傳輸與無線傳輸熱備援架構
岸電設備
船舶靠岸引擎熄火時,船上仍有冷凍、冷藏、空調、加熱、儀器控制、生活用電等用電需求,因而需要透過發電鍋爐或船上發電機以滿足用電需求。由於發電鍋爐或船上發電機主要使用柴油,因此船舶靠岸期間持續造成空氣污染,為港區主要污染源之一,因此晚近逐漸發展岸電設備為替代。碼頭岸電系統係由碼頭主變電站對岸電變電站供電,電壓經過變壓後,將市電轉化為船舶用電。系統架構包括主變電站、降壓設備(岸電變電站)、轉頻設備(50Hz/60Hz)、地下電纜管道,以及電力和通訊插座和插頭。其型式依設置位置與不同供電方式,主要為地上型及地下型兩種固定式岸電插座箱(Outlet Box)(如圖6),其纜線銜接系統包括插座及接電箱(陸上/船上)、接電用之電纜、提供訊號聯繫之光纖、以及電力控制系統,依電纜區分則有船上電纜及岸上電纜等2種系統。

地下型地上型

圖說:地上型岸電設備與地下型岸電設備(圖片與說明文字截自臺灣國際商港區供電供水評估與規劃, Ch5 國際商港區船舶岸電整體規劃及評估,臺灣世曦工程顧問股份有限公司)
逐步構建共同管溝網,便利岸電、照明等營運設備之擴充增設
碼頭裝卸作業機具、碼頭工作照明、道路照明、公共基礎照明、電力光纖骨幹、監控系統CCTV、碼頭岸電、港區水撲滿抽水泵與場站建築物等,相關設備之電氣線路與光纖網路應容納於完善且有助管理之管溝系統,惟各項設施分布於岸肩至後線基地或聯絡道路等不同碼頭縱深位置,如隨設備興建而陸續開挖埋管或增設管溝,將因反覆開挖埋管而直接影響港區道路或碼頭鋪面平整度,且不利於後續管線管理維護,因此港區電力光纖纜線公共管溝之興建確有必要,以應港區相關設備之後續擴充需要。
依照內政部營建署所訂共同管道分類,其中供給管共同管道係指容納供給用戶之管線為主,可直接引至用戶之共同管道,包含支管共同管道、電纜溝及纜線管路等,港區共同管溝即屬此類型。其斷面結構型式以矩形及簡便輕巧為原則,其進出係利用可掀蓋式R.C蓋版,工作時間開啟數塊蓋版使管道內空氣自然流通,或以材料搬運口兼做人員出入口;或採纜線管路將接戶用之電力、電信、有線電視等管線整齊排列集中埋設在人行道的下方,舊市區道路沒有人行道者埋設在慢車道的下方,約在20~30公尺設置一個大型引出手孔,以便管線與幹管連接,另一方面經由手孔將管線接至用戶。規劃配置時除考慮管線需求,以決定斷面大小外,另需考量每隔適當距離設置之植樹、路燈及側溝連接管等。

管路配置

                                                         圖說:內政部營建署供給管共同管道斷面類型
以花蓮港港區共同管溝為例,管溝形式主要有掀蓋型之U形管溝,以及每隔一段距留設有人孔之纜線管路斷面。掀蓋型之U形管溝之優勢在於維護管理容易,缺點在於蓋版掀蓋往往未遵循紀律,導致人員跌傷或蓋版零落缺漏,纜線管未標註分類,或未繫固於管溝岸壁;另纜線管溝斷面形式之優勢在於有利於鋪面維持平整,缺點在於需要配置足夠的引上管與足夠管數,在鋪面以下之定距離必須埋設警示帶,且各孔口宜有編號並預留引線,否則未來勢必須因接用需要而在人孔附近反覆開挖,或因斷面孔數不足而需另埋管路或新建管溝一式。
結語
在建構智慧電網基礎建設的過程中,考量確保碼頭裝卸作業機具、碼頭工作照明、道路照明、公共基礎照明、電力光纖骨幹、監控系統CCTV、岸電、港區水撲滿抽水泵與場站建築物等相關設備有其後續擴充需要,其電氣線路與光纖網路仰賴港區建有密度適當之供給型共同管溝,以求安全容納於且據以落實後續管線管理,工程單位除配政府政策推動管線圖資建置管理外,更宜預為規劃闢建密度適當之管溝系統,導入編號標註於管線實體,並充分考量人孔之可擴充性,逐步擴大港區電力光纖主幹所串起的智慧電網範圍,體現智慧電網所帶來的管理效能,更可為現代化港埠的後續設備擴充,建立明確可循的圖資及實體管理作為。

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