淺談船舶岸電技術(shù)設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用

趙娜

安科瑞電氣股份有限公司 

摘 要：通過(guò)連云港海碼頭項(xiàng)目的岸電實(shí)例，從船舶岸電推行的背景、岸電系統(tǒng)、岸電方案、岸電系統(tǒng)點(diǎn)等來(lái)闡述船舶岸電技術(shù)在港口工程中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：岸電技術(shù)；岸電系統(tǒng)；岸電方案

中圖分類號(hào)：U665.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2019）08-0109-02

1 背景

       近年來(lái)，家經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，港口建設(shè)步伐加快，碼頭停靠船舶的數(shù)量大幅增加 。船舶靠港期間，依靠船舶燃油輔機(jī)發(fā)電滿足船舶機(jī)動(dòng)、通訊、照明等用電需求，能耗較高且排放大量硫氧化物等廢氣，對(duì)港區(qū)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染 。如果在船舶靠港期間，使用由碼頭提供的岸電系統(tǒng)替代船上的燃油發(fā)電機(jī)，便可有效解決這污染難題，岸電技術(shù)是適應(yīng)港口繁忙營(yíng)運(yùn)、建設(shè)綠色港口和提高碼頭競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施，具有*的社會(huì)和環(huán)境效益。

2 船舶岸電系統(tǒng)

       船舶岸電技術(shù)是指船舶靠港期間，停止使用船舶上的發(fā)電機(jī)電源供電，改用港區(qū)碼頭上的岸電通過(guò)電纜對(duì)船舶上的設(shè)備進(jìn)行供電。船舶岸電系統(tǒng)包括三個(gè)部分：岸上供電系統(tǒng)、船岸連接設(shè)備、船舶受電系統(tǒng) 。

       1.）岸上供電系統(tǒng)：由沿港區(qū)變電所供電，經(jīng)過(guò)變壓器、變頻將輸入電源轉(zhuǎn)化為滿足船舶要求的電源，供應(yīng)到靠近船舶的連接點(diǎn)。

       2.）船岸連接設(shè)備：連接岸上連接點(diǎn)及船上受電裝置間的電纜和設(shè)備。電纜連接設(shè)備必須滿足快速連接和存儲(chǔ)的要求，不使用的時(shí)候存儲(chǔ)在船上、岸上或者駁船上。

       3.）船舶受電系統(tǒng)：在船上固定安裝受電系統(tǒng)，可能包括電纜絞車、船上變壓器和相關(guān)電氣管理系統(tǒng)。

3 項(xiàng)目概況

       本文利用連云港燕尾作業(yè)區(qū)碼頭工程分析碼頭岸電技術(shù)的應(yīng)用。

       本工程位于江蘇省連云港市灌云縣燕尾港鎮(zhèn)，灌河口西岸，港區(qū)西南側(cè)緊鄰燕尾作業(yè)區(qū)碼頭二期工程。該項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為：2 個(gè) 5 萬(wàn) t 級(jí)通用泊位，其中 1#通用泊位主要用于植物油、散糧的裝卸，2#通用泊位主要用于件雜貨、散貨的裝卸。碼頭泊位總長(zhǎng) 550m，寬度 35m，共布置 3 座引橋與陸域相連，碼頭設(shè)計(jì)年吞吐量 465 萬(wàn) t。

4 岸電方案

4.1岸電模式選擇

       船舶岸電的供電模式可以分為以下三類：高壓岸電模式、低壓岸電模式、低壓小容量岸電模式 。

       高壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉(zhuǎn)換為 6.6kV/（6）kV、60Hz/50Hz 高壓電源，接入船上配備的船載變電設(shè)備變壓后供船舶受電設(shè)備使用。

低壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉(zhuǎn)換為 450V/（400）V、60Hz/50Hz 低壓電源，直接接入船上供受電設(shè)備使用。

       低壓小容量岸電模式的供電方式是將碼頭配變 380V三相低壓電源，經(jīng)過(guò)低壓體化岸電樁輸出 380V 或 220V電源，接入船上供受電設(shè)備使用。

       根據(jù)《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，本工程在碼頭沿變電所設(shè)置套岸電電源系統(tǒng)，1#通用泊位設(shè)置套高壓岸電電源接線箱、2#通用泊位設(shè)置套高壓和套低壓 接 線 箱 ， 單 臺(tái) 容 量 為 800kW， 供 電 電 壓 等 級(jí) 為6.6kV/450V，60/50Hz。

4.2岸電主回路設(shè)計(jì)說(shuō)明

圖 1 VFPS 系列岸電電源系統(tǒng)圖

        輸入限流柜：考慮到船舶靠港的時(shí)候，岸電電源系統(tǒng)才工作，船舶離港時(shí)，岸電電源系統(tǒng)停止運(yùn)行，因此，岸電電源系統(tǒng)會(huì)經(jīng)常進(jìn)行停電、送電工作，在送電過(guò)程中，由于岸電變頻電源為電壓源型設(shè)備，并且變頻器端有個(gè)移相變壓器，因此，送電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。輸入限流柜能夠有效控制送電過(guò)程中產(chǎn)生的勵(lì)磁電流和瞬時(shí)沖擊電流。延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。岸電變頻電源實(shí)現(xiàn)將50HZ 交流電轉(zhuǎn)換為 60HZ 交流電。

       輸出并網(wǎng)電抗器可以有效減少并網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊電流，起到緩沖作用。

       輸出隔離變壓器實(shí)現(xiàn)岸上電源系統(tǒng)與船上電源系統(tǒng)之間的隔離。

4.3系統(tǒng)介紹

圖 2 岸電電源系統(tǒng)圖

      （1）計(jì)量柜為輸入計(jì)量用，可不安裝，精度滿足*計(jì)量或內(nèi)部計(jì)量要求。

      （2）岸電電源進(jìn)線柜引自變電所 10kV 高壓出線柜，采用抽出式斷路器柜。

      （3）PT 柜為輸入電壓互感器柜，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入母線電壓檢測(cè)，采用抽出式小車。

      （4）岸電電源限流旁路開(kāi)關(guān)，采用固定式斷路器。

      （5）移相變壓器/功率單元：變壓器為三繞組變壓器，容量為 24,000KVA，輸入電壓為 10KV，輸出兩個(gè)繞組為6.6KV 和 450V。輸入側(cè)采用星型接線，輸出側(cè)采用三角型接線方式。

      （6）岸電電源出線柜采用抽出式斷路器柜，出線柜之增加隔離變壓器，以起到對(duì)設(shè)備及操作設(shè)備人員的保護(hù)。

      （7）高壓岸電出線柜作為饋電柜向船舶供電，并帶計(jì)量功能，計(jì)量船舶用電量，通過(guò)電纜接至碼頭沿岸電接線箱，1#通用泊位設(shè)置臺(tái)高壓接線箱，接線箱帶有與船舶匹配的插座，便于連接船舶岸電電纜。2#通用泊位設(shè)置臺(tái)高壓臺(tái)低壓接線箱，以便于不同船型靠泊。

4.4岸船控制

       本岸電系統(tǒng)的控制為船側(cè)操作或者岸側(cè)操作兩種方式，控制對(duì)象為：船舶上開(kāi)關(guān)柜的分合控制、岸側(cè)開(kāi)關(guān)柜的分合控制、岸電電源的啟動(dòng)和停止控制。

5 系統(tǒng)點(diǎn)

       本系統(tǒng)設(shè)計(jì)點(diǎn)如下：

    （1）鍵啟動(dòng)設(shè)計(jì)，參數(shù)設(shè)置完畢，點(diǎn)擊鍵啟動(dòng)按鈕，則岸電電源可以自動(dòng)啟動(dòng)，將需要的高壓電送到碼頭。

    （2）散熱風(fēng)機(jī)冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)岸電電源頂部風(fēng)機(jī)有個(gè)故障時(shí)，岸電電源系統(tǒng)不停機(jī)。

    （3）高效率高可靠性高功率因數(shù)，由于采用單元串聯(lián)型設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)輸入功率因數(shù)高，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用環(huán)保高效硅鋼片，岸電電源系統(tǒng)效率達(dá)到 97%以上。

    （4）防鹽霧設(shè)計(jì)，考慮到海邊的工作環(huán)境，岸電電源系統(tǒng)所有設(shè)備需要進(jìn)行三防處理，能夠適應(yīng)港口使用環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間工作需求。

    （5）鍵換相功能，當(dāng)岸電電源輸出相位與船舶電源相位相反時(shí)，通過(guò)鍵切換功能，可以實(shí)現(xiàn)快速倒相。為了保證可靠性，倒向邏輯在輸出斷路器分開(kāi)的情況下進(jìn)行。

    （6）雙頻多種選擇電壓輸出功能，能夠輸出 50HZ，60HZ 雙頻電源，能夠輸出與 6.6KV、450V 不同電壓等級(jí)的電壓。

    （7）模塊化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，只需要增加少許開(kāi)關(guān)設(shè)備，即可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)泊位公用岸電電源系統(tǒng)。

6 安科瑞船舶岸電收費(fèi)系統(tǒng)選型

       安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的計(jì)量?jī)x表ADW300，監(jiān)測(cè)充電設(shè)備站點(diǎn)和各個(gè)充電箱的運(yùn)行和充電過(guò)程，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過(guò)微xin或支付bao小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制儀表對(duì)應(yīng)的操控機(jī)構(gòu)，對(duì)充電樁完成充電過(guò)程。

       充電設(shè)備通過(guò)加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電運(yùn)營(yíng)的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)分析等功能。

6.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2平臺(tái)主要功能 

        1)資源管理 充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)

        2)用戶管理 用戶注冊(cè)，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

        3)實(shí)時(shí)監(jiān)控 對(duì)平臺(tái)連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)生異常情況時(shí)可通過(guò)APP、短信及時(shí)向運(yùn)營(yíng)人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。

        4)交易管理 平臺(tái)為運(yùn)營(yíng)方提供充電價(jià)格策略管理，訂單管理，賬戶交易記錄，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

        5)充電服務(wù) 可通過(guò)軟件搜索附近充電設(shè)施，查看充電樁設(shè)施，并導(dǎo)航至可用充電樁。可通過(guò)在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電，充電結(jié)算等

        6)微xijn小程序 支持微xin或者支付bao掃碼充電，充電賬單支付。運(yùn)營(yíng)商和物業(yè)管理人員均可通過(guò)小程序管理，監(jiān)測(cè)充電設(shè)施狀態(tài)和充電交易情況。

        7)運(yùn)營(yíng)分析 對(duì)訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，直觀展示數(shù)據(jù)

6.3 硬件配置

6.3.1.現(xiàn)場(chǎng)硬件配置

6.3.2計(jì)量?jī)x表ADW300產(chǎn)品介紹

6.3.2.1型號(hào)說(shuō)明

6.3.2.2技術(shù)參數(shù)

7結(jié)論

      船舶岸電替代船舶輔機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)靠港船只排放，節(jié)能減排*，有效的提升港口建設(shè)水平，帶來(lái)社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)多方面的效益，為綠色港口建設(shè)添磚加瓦，推動(dòng)水運(yùn)工程供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和綠色交通發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張偉明．淺談煤碼頭岸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018，（3）：90-91．

[2]楊文浩，邵 琪，王立鋒.淺談船舶岸電技術(shù)的應(yīng)用[J]

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版

作者簡(jiǎn)介：趙娜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電