岸電技術(shù)簡(jiǎn)介

1、岸電技術(shù)簡(jiǎn)介港口以往?？看a頭的船舶必須一天 24 小時(shí)采用船舶輔機(jī)發(fā)電，以滿 足船舶用電的需求， 輔機(jī)在工作中燃燒大量的油料， 排出大量的廢氣， 同時(shí) 24 小時(shí)不間斷地產(chǎn)生噪聲污染。為了解決這一問(wèn)題，經(jīng)過(guò)調(diào)研 和實(shí)地考察， 采用船舶接岸電系統(tǒng)能夠解決存在的問(wèn)題， 此項(xiàng)目可以 使船舶在?？看a頭期間不再依靠輔機(jī)， 而是采用碼頭岸電系統(tǒng)來(lái)提供 能源。一、概述對(duì)到港船舶實(shí)施岸電技術(shù)防治污染的可行性， 已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外的專家學(xué) 者所論證，甚至已經(jīng)被一些國(guó)家和地區(qū)先行使用。推廣岸電技術(shù)，對(duì) 節(jié)能減排、綠色經(jīng)濟(jì)和環(huán)境治理，有著重大社會(huì)效益和環(huán)境效益。作為港口、 航運(yùn)交通運(yùn)輸行業(yè)中的大型企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)， 有著高度的社

2、會(huì)責(zé) 任感和使命感， 對(duì)環(huán)境保護(hù)等重大問(wèn)題高度關(guān)注。 連云港港口集團(tuán)有 限公司總裁白力群， 早在今年年初就開(kāi)始組織部署， 啟動(dòng)了船舶接用 岸電技術(shù)課題研究工作。 河北遠(yuǎn)洋集團(tuán)董事局主席高彥明， 在今年四 月份向交通運(yùn)輸部提出了“關(guān)于在我國(guó)港口靠泊船舶使用岸電的建 議”。理解岸電技術(shù)的基本概念， 解決岸電技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題， 設(shè)計(jì)和規(guī)劃岸 電技術(shù)的實(shí)施方案，尋求實(shí)施岸電技術(shù)試點(diǎn)，繼而在全國(guó)港口、航運(yùn) 交通運(yùn)輸行業(yè)中推廣岸電技術(shù)是目前加快實(shí)現(xiàn)低碳交通、 深化治理港 口環(huán)境的重要工作。通過(guò)岸電技術(shù)的探索、運(yùn)用和推廣，進(jìn)而促進(jìn)國(guó) 家相關(guān)法律法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定， 不僅具有可行性， 同時(shí)具有緊迫 性，對(duì)我國(guó)

3、低碳交通的發(fā)展具有重大意義。二、船舶接用岸電技術(shù)船舶接用岸電技術(shù)，是指船舶靠港期間，停止使用船舶上的發(fā)電機(jī)， 而改用陸地電源供電。港口提供岸電的功率應(yīng)能保證滿足船舶停泊后所必需的全部電力設(shè) 施用電需求，包括：生產(chǎn)設(shè)備（如：艙口蓋驅(qū)動(dòng)裝置、壓載水泵等） 以及生活設(shè)施、安全設(shè)備和其它設(shè)備。港口 （提供岸電 ）和靠港船舶 （接受岸電 ）各自都專門(mén)帶有一套岸電系 統(tǒng)。我們的項(xiàng)目船舶接用岸電系統(tǒng)工程技術(shù)， 就是從港口岸電系 統(tǒng)和船舶岸電系統(tǒng)這兩項(xiàng)工作開(kāi)始的。三、港口岸電系統(tǒng)1、港口實(shí)施岸電所需的技術(shù)改造港口實(shí)施岸電需要的技術(shù)改造集中在以下三個(gè)方面：（1）增容擴(kuò)建港區(qū)能夠提供岸電的功率對(duì)新建碼頭、 待建碼

4、頭而言，功率裕量較大， 完全能滿足船舶對(duì)岸電的需求， 可以不考慮功率增容問(wèn)題； 但對(duì)于老 碼頭，功率裕量較小，必須對(duì)港區(qū)碼頭的降壓變電站進(jìn)行增容擴(kuò)建。（2）加裝大功率變頻電源我國(guó)港區(qū)供電采用 50Hz 的交流電制，而靠港船舶可能來(lái)自不同的國(guó)家，許多國(guó)家的船舶采用60Hz的交流電制，因此，為使港口 （岸電） 和船舶 （船電）電制相一致，港口需要加裝船用大功率變頻 （岸電）電源。（3）合理規(guī)劃布局港區(qū)變電站和碼頭配電站之間的連接電纜通常是敷設(shè)在地下的電纜 溝里，港區(qū)可占用的地域也非常有限。因此，需要合理的選擇 （碼頭） 岸電連接點(diǎn)， 合理設(shè)置變頻系統(tǒng)和降壓系統(tǒng)的位置， 使港區(qū)變電站到 碼頭配電站的

5、距離最短、低壓接線最短，有利于節(jié)約投資，增強(qiáng)可操 作性。2、港口提供岸電的技術(shù)障礙(1) 港區(qū)和船舶采用電制的差異我國(guó)港區(qū)陸地電力大都采用三相四線 380V/50HZ的交流電；而靠港船 舶由于來(lái)自不同的國(guó)家， 船舶電制存在差異，多以三相三線 440V/60Hz 交流電制為主，這勢(shì)必會(huì)造成港區(qū)的電制和船舶的電制不一致。(2) 低壓電力輸送存在的缺陷目前，岸電多采用低壓440V供電。而對(duì)大型船舶來(lái)說(shuō)，由于船上各種電氣設(shè)備負(fù)荷很大，若采用低壓供電，在輸送功率一定的情況下， 流過(guò)電纜的電流較大，要求碼頭提供多根電纜對(duì)大型船舶輸送岸電。 電纜拖接困難、工作強(qiáng)度大，且過(guò)長(zhǎng)的低壓電纜導(dǎo)致電力損失大。(3)

6、船電與岸電連接的安全問(wèn)題如果在船電向岸電切換的過(guò)程中， 船舶岸電開(kāi)關(guān)沒(méi)有斷開(kāi)， 就會(huì)出現(xiàn) 岸電電源和船舶發(fā)電機(jī)短時(shí)并列運(yùn)行； 此時(shí)若船舶發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行條 件不滿足， 就會(huì)造成船電向岸電切換過(guò)程中的非同期合閘， 易產(chǎn)生事 故。(4) 船電與岸電連接的接口問(wèn)題不同的船舶和不同的港口可能配備不同的連接接口， 如果沒(méi)有統(tǒng)一的 接口標(biāo)準(zhǔn)， 勢(shì)必給靠港船舶使用岸電的連接工作造成困難， 降低工作 效率。(5)其它問(wèn)題實(shí)際上，船舶在接用岸電的過(guò)程中，除了上述主要技術(shù)問(wèn)題外，還存 在其它的技術(shù)問(wèn)題： 諸如相序、岸電連接點(diǎn)的選擇、 設(shè)備的擺放位置、 船電對(duì)岸電網(wǎng)絡(luò)的干擾、安全用電等。這些技術(shù)問(wèn)題都可能影響到船舶和

7、碼頭的技術(shù)改造。3、解決方案隨著研究深入， 我們已經(jīng)確定了港口電源系統(tǒng)的基本方案， 大多數(shù)系 統(tǒng)模塊已經(jīng)通過(guò)試驗(yàn)并得到完善， 已經(jīng)完全具備進(jìn)一步整合并投入實(shí) 際運(yùn)營(yíng)的條件。方案中我們采用了高壓變頻、高壓電力傳輸為主、多種變壓輸出、多 重取樣閉環(huán)控制穩(wěn)壓穩(wěn)頻技術(shù)、自動(dòng)相序判斷技術(shù)、快裝接頭技術(shù)、 安全聯(lián)鎖和安全接地技術(shù)等等。關(guān)于船舶電羅經(jīng)的設(shè)備不能斷電問(wèn) 題，新建船在設(shè)計(jì)及制造時(shí)已解決，但對(duì)于老船只須增裝一套 24V 直流電源即可解決；船舶接用岸電的技術(shù)障礙得到了徹底解決。經(jīng)過(guò)對(duì)連云港、秦皇島、青島等港口碼頭現(xiàn)場(chǎng)勘察，結(jié)合目前世界各國(guó)船舶狀況，以及未來(lái)船舶發(fā)展趨勢(shì)，我們提出了“多電制、分立式 港

8、口船舶接用岸電系統(tǒng)”的方案。電源系統(tǒng)可選擇輸出為 400V、（ 415V、）440V、（690V、）6.6kV，50/60Hz 等多種制式的電制。由于碼頭現(xiàn)場(chǎng)海側(cè)位置很小， 擺放岸電系統(tǒng)設(shè)備受到限制， 同時(shí)散貨 船上安放大型岸電設(shè)備的條件也非常有限， 所以我們確定了分立式設(shè) 計(jì)方案。分立設(shè)計(jì)分為 4 個(gè)組成部分：a）咼壓變頻電源系統(tǒng) b）高壓接線箱c）高壓電纜卷車 d）移動(dòng)變電站將高壓變頻電源系統(tǒng)（高壓變頻電源、高壓正弦波濾波器）安裝在碼頭配電房?jī)?nèi)，防護(hù)等級(jí)IP20;在碼頭海側(cè)安裝高壓接線箱，防護(hù)等級(jí)IP56;小型移動(dòng)變電站直接吊裝在船舶上使用，防護(hù)等級(jí) IP56;高壓 接線箱與移動(dòng)變電站之間

9、， 通過(guò)高壓電纜卷車上的高壓電纜連接。 隨 船攜帶的岸電電纜， 直接接入到移動(dòng)變電站相應(yīng)的電源輸出端， 即可 將設(shè)置為符合船舶電站要求的電源提供給船舶使用。高壓接線箱、移動(dòng)變電站和高壓電纜卷車上的高壓電纜均采用快裝安 全接線裝置， 以減少接線工作強(qiáng)度和船舶靠港的接線時(shí)間， 提高工作 效率。高壓電纜卷車采用無(wú)滑環(huán)、對(duì)稱伸縮機(jī)構(gòu)，可移動(dòng)使用，安全 可靠，收放電纜快捷、方便。快裝安全接線裝置與供電系統(tǒng)之間設(shè)計(jì) 成電氣聯(lián)鎖，接線完成之前和接線過(guò)程中， 供電系統(tǒng)將無(wú)法合閘供電; 如果供電系統(tǒng)已經(jīng)處于供電狀態(tài)，將無(wú)法打開(kāi)接線箱進(jìn)行接線操作; 所有電源輸出側(cè)，均采用斷路器保護(hù)，確保使用安全性。為保證港口船舶

10、岸電系統(tǒng)向船舶提供的電源相序與船舶電站的相序 一致，港口船舶岸電系統(tǒng)上裝有相序指示器及相序轉(zhuǎn)換裝置， 用于檢 測(cè)、指示和設(shè)置電源相序，保證船舶電氣正常運(yùn)行。高壓變頻數(shù)字化船用岸電系統(tǒng)示意圖本方案采用了高壓上船的方法。高壓方案接入簡(jiǎn)單。ISO/IEC已經(jīng)發(fā)布了高壓岸電標(biāo)準(zhǔn)， 高壓接入的安全問(wèn)題可以徹底解決。 方案中高壓 側(cè)設(shè)置零序保護(hù)、 整個(gè)供電系統(tǒng)設(shè)置接地保護(hù)， 降壓變壓器同時(shí)充當(dāng) 隔離變壓器， 可以確保使用安全。 對(duì)上船設(shè)備和連接電纜采取必要的 安全固定和保護(hù)措施。為克服市電電網(wǎng)供電波動(dòng)， 克服濾波器、 變壓器以及供電線路造成的 電力壓降，克服大負(fù)載使用狀況造成的電力壓降， 保證供電電壓的穩(wěn)

11、 定，港口船舶岸電系統(tǒng)采取了多重穩(wěn)壓和補(bǔ)償措施。 從濾波器輸出端 進(jìn)行電壓取樣， 反饋到變頻電源控制端進(jìn)行閉環(huán)電壓穩(wěn)定控制； 在變 頻電源內(nèi)部，通過(guò)軟件設(shè)置，建立負(fù)載電壓補(bǔ)償曲線模型，確保 到達(dá)船舶用電電器的電源符合規(guī)范要求。本方案對(duì)輸入電源有完善的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、缺相、逆變器 和變壓器過(guò)熱等保護(hù)功能（保護(hù)閾值可以設(shè)定） ，考慮對(duì)不同船舶的 用電負(fù)荷的控制， 當(dāng)輸出負(fù)荷容量達(dá)到一任意設(shè)定值時(shí)發(fā)出預(yù)報(bào)警信 號(hào)，以便控制用電負(fù)荷。具有綜合故障報(bào)警及故障應(yīng)急停止。采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控， 通過(guò)軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化， 自動(dòng)報(bào)警、 自動(dòng)保護(hù)、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)化用電管理、自動(dòng)化用電歷史

12、紀(jì)錄、用電智能核算。四、船舶岸電系統(tǒng)1、船舶接用岸電的技術(shù)障礙僅僅考慮港口電源系統(tǒng)的建設(shè)， 但沒(méi)有可以接用岸電電源的船舶， 岸 電供電將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為適應(yīng)港口電源系統(tǒng)的建設(shè)， 船舶的岸電設(shè)備改造工作必須與港口電 源系統(tǒng)的建設(shè)同步進(jìn)行。以往在船舶建造設(shè)計(jì)時(shí)， 岸電箱的容量一般只考慮生活設(shè)施等設(shè)備的 電力負(fù)荷， 沒(méi)有考慮生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備的負(fù)荷。 船舶?？扛劭诟挠冒峨姽?電時(shí)，只能滿足一般生活用電， 如果進(jìn)行裝卸貨物作業(yè)時(shí)需要啟用起 吊設(shè)備、壓載水泵設(shè)備等大功率負(fù)荷， 岸電箱的容量就不能滿足需要， 仍需使用船舶輔機(jī)發(fā)電。因此，以往船舶?？看a頭，一般都不使用岸 電，只有在船舶修造廠內(nèi)進(jìn)行保養(yǎng)維修時(shí)才能發(fā)揮岸

13、電箱的作用。為保證船舶靠港后能夠連接和使用岸電并完全替代船舶電站， 就必須 對(duì)正在使用的船舶電力系統(tǒng)的岸電設(shè)備進(jìn)行改造；對(duì)今后制造的船 舶，應(yīng)當(dāng)考慮采用新的設(shè)計(jì)方案制造船舶電力系統(tǒng)和岸電設(shè)備。 要保 證改造后的船舶岸電設(shè)備或者新建船舶的岸電設(shè)備， 與港口岸電電力 供應(yīng)系統(tǒng)能夠配套使用， 還應(yīng)當(dāng)通過(guò)研究和論證， 制定統(tǒng)一的船舶接 用岸電連接標(biāo)準(zhǔn)，以符合在全行業(yè)內(nèi)推廣使用岸電技術(shù)的要求。2、對(duì)船舶岸電設(shè)備改造的方案我們?cè)趯?duì)CCSi岡質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范、BV、ABS LR等船舶規(guī)范的進(jìn)一步 研究基礎(chǔ)上， 對(duì)船舶岸電設(shè)備提出了改造方案， 并力求改造方案與現(xiàn) 行船舶規(guī)范中關(guān)于岸電設(shè)備的要求保持一致：已在營(yíng)運(yùn)

14、的船舶可以通過(guò)增加岸電箱容量或者制造新的岸電接入屏， 來(lái)滿足停泊作業(yè)時(shí)岸電供電的需要。岸電箱（屏）放置在船尾原岸電 箱位置。岸電箱（屏）通過(guò)固定電纜直接與船舶電站主匯流排相連接。岸電箱（屏）至岸電電源設(shè)備之間應(yīng)備有足夠定量的連接軟電纜。航 行時(shí)軟電纜儲(chǔ)存在船舶上， 為了儲(chǔ)存和使用方便， 可在船舶上設(shè)置一 臺(tái)或多臺(tái)岸電電纜絞車。當(dāng)然，也可以考慮該電纜由港口統(tǒng)一提供， 減小船舶配備和保管成本。為減少接線工作強(qiáng)度和船舶靠港的接線時(shí)間， 提高工作效率， 軟電纜 均應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的快裝接線裝置。電纜接線裝置應(yīng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)規(guī)格，以保 證任意船舶?？吭谌我飧劭诰赏ㄓ眠B接。改造的船舶岸電設(shè)備有將船體與岸地相連接的設(shè)

15、施。 主配電板上設(shè)岸 電指示器，指示岸電電纜是否已經(jīng)通電。岸電箱（屏）上設(shè)置電壓表、 電流表指示端電壓和工作電流。岸電箱（屏）上設(shè)置相序指示，檢查 岸電電源與船電系統(tǒng)的相序是否相符。岸電箱（屏）設(shè)置保護(hù)和控制斷路器。岸電箱（屏）設(shè)有與所有主發(fā) 電機(jī)和應(yīng)急發(fā)電機(jī)之間的聯(lián)鎖裝置，以避免同時(shí)供電。岸電箱（屏） 上應(yīng)設(shè)置防止接線端承受過(guò)大機(jī)械外力的設(shè)施。岸電箱（屏）上設(shè)置標(biāo)明船電的配電系統(tǒng)電制形式、額定電壓、頻率 和電流的銘牌。簡(jiǎn)而言之，對(duì)于船舶岸電設(shè)備的改造，就是在船舶規(guī)范基礎(chǔ)上，加大岸電設(shè)備的容量，與原船舶設(shè)計(jì)方案沒(méi)有其它任何沖突。另外，對(duì)于暫時(shí)沒(méi)有條件改造的船舶，港口岸電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)置臨 時(shí)接

16、口，便于未改造的船舶也可以使用岸電， 用于靠港船舶生活設(shè)施 以及不超過(guò)岸電箱容量的其他設(shè)備。這對(duì)推廣應(yīng)用岸電大有益處。五、本方案優(yōu)點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外已有的方案相比，本方案具有很多優(yōu)點(diǎn)：1、本方案采用高壓整流、正弦波逆變輸出、微處理器總線控制的專 用變頻電源技術(shù)。 輸出的是船舶負(fù)載需要的理想正弦波電源， 對(duì)電網(wǎng) 干擾非常小。 以往方案均采用低壓調(diào)速通用變頻器。 通用變頻器不是 電源專用產(chǎn)品，正弦鋸齒波輸出，波形差，濾波效果差，輸出的不是 船舶負(fù)載需要的理想正弦波，且對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載干擾大。2、本方案采用高壓上船，1根95mm2以下的高壓電纜就可以把電力 傳輸?shù)酱吧?。工人工作量很小，?yīng)用很方便，僅需 1 0

17、分鐘。線路 壓降小、負(fù)載能力大，有利于設(shè)計(jì)較大功率輸出的電源。省略了從港 口到船舶的大量低壓電纜， 停泊安裝時(shí)間短， 大幅度降低了設(shè)備造價(jià) 和使用成本。以往方案均采用低壓上船，需要9根120mm2較粗的低 壓電纜。工人工作量太大，光接線就需要近 1 小時(shí)，應(yīng)用極不方便，。 線路壓降大、負(fù)載能力差， 不適合大功率負(fù)載的船舶使用。由于低壓 電纜太長(zhǎng)太重，停泊安裝非常困難，且設(shè)備造價(jià)和使用成本都很高。3、本方案采用高壓變頻技術(shù)，適用于包括大型集裝箱船在內(nèi)的，世 界各地各種電制的高、 低壓電站系統(tǒng)的船舶， 與美國(guó)洛杉磯港口供電 標(biāo)準(zhǔn)一致。 以往方案沒(méi)有高壓變頻系統(tǒng)， 不適用于使用高壓電站系統(tǒng)的船舶（如超大型集裝箱船） ，僅適用于使用 400V 和 440V 的低壓電 制的船舶。4、本方案設(shè)備體積小（只有上海港的 1/8 左右）、重量輕，上船設(shè)備 移動(dòng)方便，低壓電纜連接距離短，操作簡(jiǎn)單、快捷。以往方案必須采 用集成安裝，以通過(guò)使用低壓母排的方式解決低壓線纜龐大的問(wèn)題。 集成安裝體積過(guò)于龐大。通過(guò)對(duì)連云港、青島、秦皇島等大多數(shù)港口 碼頭的實(shí)地勘測(cè)得出結(jié)論， 一般碼頭都沒(méi)有安裝位置， 集成安裝的巨 大