碼頭高壓岸電系統(tǒng)的設計與應用

李凝霜 曹亮 彭勇

中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司 ? ?湖北省武漢市430071

摘要：現(xiàn)如今環(huán)境污染成為大家越來越關注的問題，城市霧霾、溫室效應等愈演愈烈，為了減少污染，建設綠色高效的港口碼頭，岸電技術被廣泛的應用在沿海、內(nèi)河等各種港口。針對高壓碼頭提出一種切實可用的技術方案，并對難點問題提出解決對策，對未來的岸電發(fā)展提出建議。

關鍵詞：碼頭高壓岸電系統(tǒng) ?高-高變頻方式 ?岸電監(jiān)控系統(tǒng)

引言

港口的污染物排放，除了來自起重機外，靠港船舶也是重要源頭之一。在通常情況下，船舶在?？看a頭裝卸貨物時，為維持正常運轉和船員基本生活，船舶輔助柴油發(fā)電機組必須持續(xù)工作。船用岸電技術是指靠泊船舶利用岸上的電源為船舶用電終端供電，而不采用船上自帶的柴油輔助發(fā)電機進行發(fā)電的一種供電方式。這種方式在船舶節(jié)能、環(huán)保、降噪等方面都有出色表現(xiàn)，特別是船舶在港期間，使用船用岸電技術，可實現(xiàn)船舶零排放。

1發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

港口岸電技術最早在歐美發(fā)達國家的港口應用。1985年，瑞典的斯德哥爾摩港首次建立岸電，給油輪供電;2000年，瑞典在哥德堡港實施岸電給滾裝船供電;2001年，美國朱諾港首次將岸電技術應用在豪華郵輪碼頭;2004年，美國洛杉磯港建立岸電給集裝箱船供電;2020年，美國又在長灘港實施岸電技術給油運輸船供電。

2高-高變頻方式

高—高變頻方式即高壓降壓—高壓變頻變換—高壓輸出的工作方式。該方式采用每相多個交直交PWM（脈沖寬度調(diào)制）變頻功率單元串聯(lián)的方式，實現(xiàn)直接高壓輸出，有效的抑制了輸出諧波。由于每個功率單元模塊中除了含有逆變輸出結構外，同時含有整流功能，從而相應的實現(xiàn)了整流部分的多重化，使得變頻器輸入、輸出諧波抑制同步完成。利用移相技術，使每個功率模塊的某些次輸出諧波相互錯開一定的角度而被消除，輸出波形質(zhì)量好，無需濾波措施即可滿足國家標準和國際標準規(guī)定的諧波指標的要求。

3岸電系統(tǒng)總體設計

整個港口岸電系統(tǒng)分為 2 個部分：岸基供電系統(tǒng)和船岸連接設備，其中包括配套的二次設備。（1）岸基供電系統(tǒng)：由岸邊向船舶供電的電源系統(tǒng)。岸基供電系統(tǒng)通過變壓變頻電源將高壓變電站輸入的高壓電源轉換為與船舶受電系統(tǒng)接口一致的電源，并輸送到碼頭船舶的接入點。岸基供電電源的各裝置放置于碼頭變電站內(nèi)。（2）船岸連接設備：連接岸上供電電源和船舶受電設備之間的電纜和設備，主要包括電纜卷筒、連接電纜、接插頭、接電箱等。電纜連接時必須滿足快速連接和存儲的要求。岸基供電系統(tǒng)單線圖見圖 1。2000 kVA 岸電系統(tǒng)可以輸出 3 路高壓岸電，為 3 個碼頭泊位供電。岸電系統(tǒng)變壓變頻裝置放置于港區(qū)變電所內(nèi)。變電所給岸電系統(tǒng)提供 6 kV/50 Hz的進線電源，岸電系統(tǒng)通過變壓變頻輸出 6.6 kV/60 Hz 或 6 kV/50 Hz高壓電源，電纜由地下管路敷設至碼頭前沿，最終接至高壓接電箱。高壓接電箱放置于碼頭前沿，箱內(nèi)設置快速接插件，為船舶提供電源。船舶停靠碼頭時，船上的電纜管理系統(tǒng)將電纜和快速插頭放下，船岸間通過船側的快速插頭和岸側的快速插座實現(xiàn)連接，完成船上與岸上的供電回路、通信回路和安全回路的連接。

4 快速電纜連接設備

目前應用較多的岸船電纜連接設備的形式為：碼頭設置高壓接電箱，船舶上安裝電纜管理系統(tǒng)，隨船隨用。船舶靠港后，將船上的高壓電纜下放至碼頭，與碼頭高壓接電箱相接，實現(xiàn)對船上設備供電。高壓電纜卷車采用無滑環(huán)、對稱伸縮機構，具有可移動和電纜收放便捷的特點，同時可以保證電纜維持在最佳長度，能有效避免其過于松弛或過緊。若電纜過度拉伸，要立刻切除岸電連接，以保證岸電系統(tǒng)的正常運行。不同船舶的電纜管理系統(tǒng)在船上存放的位置也不相同，有左舷下纜和右舷下纜。因此在碼頭設置高壓接電箱時，應考慮船舶上電纜管理系統(tǒng)的安裝位置。碼頭高壓接電箱、船載受電設備和岸船高壓電纜之間設有快速安全接線裝置，其與岸電系統(tǒng)間存在電氣聯(lián)鎖，在船舶高壓電纜接線完成之前和接線過程中，高壓供電柜不能合閘;若高壓柜在供電狀態(tài)，則高壓接電箱無法進行接線操作。

5岸電監(jiān)控系統(tǒng)

岸電系統(tǒng)設備和操作流程比較多，需要設置專用的監(jiān)控系統(tǒng)，不僅對各設備進行監(jiān)控，而且可與碼頭監(jiān)控系統(tǒng)通信，便于操作人員掌握設備運行情況。監(jiān)控系統(tǒng)與輸出開關柜電表通信，實時監(jiān)控供電量變化情況;監(jiān)控系統(tǒng)與輸出開關柜保護裝置通信，可根據(jù)供電船舶差異，靈活選用保護定制;監(jiān)控系統(tǒng)與變頻電源系統(tǒng)通信，實時監(jiān)控變頻系統(tǒng)運行參數(shù);監(jiān)控系統(tǒng)應記錄供電期間輸出電壓、電流數(shù)據(jù)（含必要波形），便于供電發(fā)生異常中斷時，追溯故障發(fā)生時的狀態(tài)，分析故障原因。

6 電纜管理系統(tǒng)

典型的電纜管理系統(tǒng)是由電纜絞車，電纜長度或張力控制設備和相關儀表組成;通常采用固定式，安裝于使用岸電船舶的艉部;船舶通過電纜管理系統(tǒng)收放岸電電纜，與岸上電源進行連接;除具有收放電纜功能外，供電電纜收放系統(tǒng)應配置張力控制設備，在正常情況能保證電纜中不出現(xiàn)超過允許值的機械應力，電纜絞車的定時預緊設置能夠維持最佳電纜長度，避免電纜超過拉緊限制或過于松弛，保持恒張力，在出現(xiàn)電纜過度拉伸情況下，及時切斷岸電連接， 預防潮汐過低或颶風破壞，避免帶電拉斷電纜或插頭拔出狀況。

7抵港前 AMP 效用檢查

（ 1 ）責任電機員報請輪機長同意，請輪機員協(xié)同。（ 2 ）時間到港前一周左右完成， 以留有排除故障或報請公司安排修理的時間。（ 3 ）檢查內(nèi)容和方法準備——高壓岸電連接屏， 用專用手柄抽出高壓真空斷路器 VCB 使其與匯流排分開 （保證斷開高壓），且合上接地開關放電，然后方可進行檢查（檢查后勿忘將高壓真空斷路器 VCB 復原）。 檢查電纜三根供電線和一根接地線的絕緣;檢查岸電插座兩根分閘控制線（ PILOT ）的電阻（正常情況電阻很小，約幾十歐姆），若處于開路狀態(tài)，必須查出原因并排除故障，否則接岸電前無法做應急切斷實驗。岸電連接屏及岸電接收屏， 檢查各電氣設備和有關線路的絕緣。 電纜絞車室移門，檢查活絡情況，必要時加牛油。岸電絞車，檢查確認絞車移動和電纜收放靈活、可靠，集電環(huán)完好（磨損在允許范圍），卷揚馬達和控制箱正常，擱架釋放和電纜釋放的兩個限位開關正常。（ 4 ） 防護選晴好天氣和良好海況實施檢查。 切實遵照高壓電操作規(guī)程，接地放電后檢查。（ 5 ） 記錄電機員負責，在電氣日志上如實記錄檢查情況。

8對高壓岸電系統(tǒng)及設備的要求

（1）短路電流。作為岸電連接系統(tǒng)容量選擇和保護電器設定的依據(jù)，在高壓岸電系統(tǒng)設計中，應計算岸電饋送的短路電流。船上電站主匯流排的最大預期短路電流，應不超過船舶電站供電時允許的最大短路電流;（2）當船舶電站斷開且岸電供電發(fā)生故障時，應按規(guī)范和公約規(guī)定恢復船舶電站供電。自動起動船上柴油發(fā)電機，同時向應急發(fā)電機觸發(fā)一個起動信號;當主發(fā)電機失敗時，應在 45 s 內(nèi)起動應急發(fā)電機;（3）船舶和岸電連接要求 ： 高壓軟電纜上承受的機械應力不超過允許的設計值;應有恒張力裝置，當超過時應有報警和斷電;（4）高壓供電屏。打開屏門均需執(zhí)行安全接地放電程序，否則均無法打開;（5）中壓變壓器高溫報警和高溫跳閘保護。

結語

以上從幾個方面對高壓岸電系統(tǒng)進行了簡要的設計，高-高變頻方式和岸電監(jiān)控的應用使系統(tǒng)更加可靠和穩(wěn)定，這也將是碼頭岸電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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