三峽壩區(qū)并靠船舶岸基供電技術(shù)及其應(yīng)用研究

南瑞集團(tuán)（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司/國(guó)電南瑞科技股份有限公司 何勝利 鄧任任 溫殿國(guó) 遲福海 王 磐

國(guó)家出臺(tái)相應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)船舶?？繒r(shí)減少污染物排放做了嚴(yán)格要求，海事局發(fā)布了污染物排放控制區(qū)的政策文件，對(duì)船舶使用岸電有了明確的規(guī)定。為推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)文明建設(shè)，2018年6月國(guó)家相關(guān)部委組織召開(kāi)專題會(huì)議，推動(dòng)三峽壩區(qū)岸電試驗(yàn)區(qū)建設(shè)工作。三峽壩區(qū)的錨地或碼頭已建設(shè)了部分岸電樁，只有在壩上豐水期時(shí)方便接岸電，當(dāng)水位下降到低位時(shí)船舶距離岸電設(shè)備遠(yuǎn)、連接非常困難，導(dǎo)致使用率極低。在錨地靠船墩系泊、躉船系泊以及拋錨自泊的狀態(tài)下缺乏技術(shù)方案[1-2]，無(wú)法為船舶提供電能。

本文設(shè)計(jì)了不同場(chǎng)景下船舶停靠的岸電技術(shù)方案，提出了船舶并靠岸基供電、計(jì)量計(jì)費(fèi)以及標(biāo)準(zhǔn)化接口方案，并通過(guò)錨地現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例進(jìn)行驗(yàn)證，解決了并靠船舶供電難的問(wèn)題。

1 技術(shù)方案研究

1.1 供電方案

三峽庫(kù)區(qū)的水位正常運(yùn)行期按175m、145m、155m三個(gè)水位調(diào)度[3]，最高水位和最低水位的垂直落差30m，岸邊斜坡距離可達(dá)150m，水位變化對(duì)岸電影響大。三峽壩區(qū)通航的船舶主要采用三相三線上船，所以岸電電源以三相三線IT電制模式供電。船舶停泊時(shí)主要有丁靠系泊、靠船墩系泊、躉船系泊以及拋錨自泊四種模式[4]，本文主要考慮靠船墩系泊、躉船系泊情況下多船T接供電方案。

躉船系泊供電。躉船系泊是指船舶并靠靠泊在躉船側(cè)，依次并靠系泊。躉船至岸側(cè)距離有十幾米至上百米不等，要給船舶供電須先把岸電電源送到躉船上，然后通過(guò)躉船再把電源上送到并靠的船舶；靠船墩系泊供電?？看帐窃谒泄潭ǖ闹绷⒎叫沃鶢罱ㄖ?，一般5個(gè)一組，兩個(gè)靠船墩為靠泊的船舶提供系纜柱。低壓電纜由岸坡到水底，由水底到靠船墩的頂部。在靠船墩的頂部配置岸電樁及電纜卷盤，供電接口需根據(jù)水位變化可自動(dòng)調(diào)節(jié)垂直升降，高度要匹配第一艘靠泊的船舶接電位置。

上述兩種并靠方法，船舶并靠后如分別為船舶提供供電接口，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，一千噸以上六千噸以下的船舶，船寬為13m至17.2m之間，噸位越大、船體越寬，外側(cè)靠泊的船舶接岸電所備的電纜越長(zhǎng)，給船員的用電帶來(lái)不便。為解決外側(cè)船舶用電困難的問(wèn)題，采用了T接供電的方案，即每艘船舶上配置一個(gè)T型接口箱（簡(jiǎn)稱T接箱），T接箱由供電輸入接口接電源輸入，本船用電接口為本船提供電源，下級(jí)供電接口為下一級(jí)船舶提供電源。船船之間的連接電纜長(zhǎng)度為25米。圖1用三艘船舶并靠用電方式，后續(xù)的船舶用電依次并靠即可。T接的所有供電負(fù)荷不能超過(guò)岸電樁接口額定輸出功率。調(diào)研散貨船?？繒r(shí)的用電最大負(fù)荷如表1。通過(guò)這種T接供電，解決了船舶并靠時(shí)供電電纜長(zhǎng)、接電不方便的問(wèn)題。

圖1 船舶并靠供電示意圖

表1 散貨船靠泊功率

1.2 內(nèi)部通訊方案

為解決運(yùn)營(yíng)收費(fèi)的問(wèn)題，須解決岸電樁和T型接口箱間的通信，以及岸電設(shè)備和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)間的通信。調(diào)研其它通信方式及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況如下：CAN?？垢蓴_強(qiáng)、通信距離長(zhǎng)，但需增加雙絞屏蔽電纜，用于變電站內(nèi)部通訊管理機(jī)與分散的保護(hù)測(cè)控裝置；LORA。無(wú)需單獨(dú)布線，但開(kāi)機(jī)后建立連接時(shí)間長(zhǎng)；GPRS/4G/NB-IOT。無(wú)需單獨(dú)布線，但有運(yùn)營(yíng)費(fèi)且受運(yùn)營(yíng)商基站信號(hào)影響，用于電動(dòng)汽車充電樁和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)之間；載波。無(wú)需單獨(dú)布線，但通訊時(shí)效性低、建立連接時(shí)間長(zhǎng)，且三相三線的載波模塊市場(chǎng)沒(méi)有批量應(yīng)用產(chǎn)品，用于用采終端、數(shù)據(jù)采集器和集中器通訊。通過(guò)分析綜合對(duì)比，樁與T接箱采用CAN通信方式。

岸電樁和運(yùn)營(yíng)平臺(tái)間的通信根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況分兩種情況，一是岸電樁較多的區(qū)域，可通過(guò)以太網(wǎng)把岸電樁信息匯集到通信集中器控制，然后通過(guò)4G/5G的無(wú)線通信模塊和云平臺(tái)通信；二是岸電樁分散安裝的區(qū)域，每個(gè)岸電樁內(nèi)部配置4G/5G無(wú)線通信模塊，然后直接和云平臺(tái)通信。

1.3 運(yùn)營(yíng)管理方案

1.3.1 注冊(cè)

為操作的便捷性，采用掃描二維碼方式啟停供電。每個(gè)岸電樁的輸出供電接口和每一個(gè)T接箱有對(duì)應(yīng)的信息二維碼，包含設(shè)備信息及接口信息。用戶注冊(cè)時(shí)，用手機(jī)下載專用APP向國(guó)網(wǎng)岸電云平臺(tái)注冊(cè)，獲得一個(gè)賬號(hào)，如果船上有T接箱時(shí)注冊(cè)信息中要包含T型接口箱信息。

1.3.2 供電模式選擇根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，岸電樁存在兩種供電模式。模式一：直接供電方式。即岸電樁直接給船舶供電，船舶不用T型接口箱。

模式二：岸電樁使用T接方式給并靠船舶供電。在第一艘船舶T接箱供電電纜和本船用電纜連接好后，船員通過(guò)專用APP掃描岸電樁對(duì)應(yīng)接口的二維碼，選擇T接方式供電，運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)遠(yuǎn)程啟停對(duì)應(yīng)的岸電樁供電接口。第一臺(tái)T接箱帶電后，通過(guò)CAN通信把設(shè)備信息上送給岸電樁，岸電樁再把T接箱信息上送至運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)平臺(tái)檢測(cè)到合法信息后遠(yuǎn)程啟動(dòng)第一臺(tái)T接箱的本船用電供電接口，完成第一艘船舶供電。

第二艘船舶的T接箱進(jìn)線電纜和本船用電纜連接好后，用手機(jī)APP軟件掃描第一艘船舶T接箱的二維碼，運(yùn)營(yíng)平臺(tái)再啟動(dòng)第一臺(tái)T接箱的下級(jí)供電接口，第二臺(tái)T接箱帶電，T接箱信息上送后，運(yùn)營(yíng)平臺(tái)再啟動(dòng)第二臺(tái)T接箱本船供電接口完成本船供電。后面船舶用電參考第二艘船舶供電過(guò)程。所有T接船舶的關(guān)系鏈表在云平臺(tái)保持維護(hù)。當(dāng)本船供電結(jié)束，直接通過(guò)手機(jī)APP結(jié)束T接箱的本船供電，扣費(fèi)等信息通過(guò)APP顯示，如果船主是最后一艘船舶，則再停止上一艘船舶T接箱的下級(jí)供電接口。

1.4 安全回路設(shè)計(jì)

船舶在供電過(guò)程中電纜意外斷開(kāi)，系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)到此狀態(tài)會(huì)存在較大的安全隱患。為防止此情況的發(fā)生，在電纜中增加供電安全回路檢測(cè)功能的控制纜，岸電樁和T接箱內(nèi)部增加安全檢測(cè)邏輯電路，只有當(dāng)安全回路處于接通狀態(tài)電氣設(shè)備的斷路器才會(huì)閉合供電。當(dāng)供電電纜斷開(kāi)時(shí)岸電設(shè)備的斷路器自動(dòng)跳閘。如圖2所示，P1、P2分別為安全回路連接的兩根檢測(cè)導(dǎo)線，連接到岸電供電電纜中，在船側(cè)內(nèi)部短接。外部電纜連接正常，安全回路形成通路，此常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，允許合閘。

圖2 安全回路設(shè)計(jì)示意圖

1.5 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)

岸基供電系統(tǒng)主要包岸電箱、T接箱、電纜管理系統(tǒng)以及標(biāo)準(zhǔn)化接口等設(shè)備。T接箱內(nèi)部電氣設(shè)計(jì)如圖3所示，本船用接口具備短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、計(jì)量功能，下級(jí)供電接口具備短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能。核心控制器通過(guò)CAN和岸電樁通信，輸出接口由控制器遠(yuǎn)程啟停。

圖3 T接箱內(nèi)部電氣結(jié)構(gòu)示意圖

岸電建設(shè)時(shí)，缺乏統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范會(huì)嚴(yán)重制約岸電的推廣應(yīng)用。目前部分標(biāo)準(zhǔn)雖然有所規(guī)定，但接口類型數(shù)量較多，不滿足通用性。充分調(diào)研國(guó)際國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及港口、船舶的需求，提出了低壓接口的功能設(shè)計(jì)，即使用額定電流為63A、125A兩種規(guī)格接口用于內(nèi)河流域的船舶，采用電流為250A、350A兩種接口滿足國(guó)內(nèi)船舶大容量需求，同時(shí)滿足國(guó)外海船使用國(guó)內(nèi)岸電系統(tǒng)的需求。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

選取沙灣錨地作為岸電試驗(yàn)區(qū)建設(shè)示范工程，該錨地靠泊方式包括躉船系泊、靠船墩系泊等多種方式。在每條躉船兩側(cè)的甲板上安裝岸電樁，在靠船墩頂部安裝岸電樁，對(duì)并靠的船舶放置T接箱，完成電纜插接后掃碼完成供電。在岸電的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)仍存在一些問(wèn)題。T接箱不固定在船上，每次使用岸電需要搬運(yùn)T接箱和電纜、工作量非常大，連接不方便。

為此提出了T接的升級(jí)改造方案：統(tǒng)一船舶的接口型號(hào)，小容量接口使用額定電流125A、大容量接口使用額定電流250A的兩種標(biāo)準(zhǔn)接口；船舶內(nèi)部增加T型接口箱，既滿足T接供電又可適應(yīng)直接供電。將T接箱固定安裝在船頭，減短跨船連接電纜；對(duì)于并靠郵輪T接供電（圖4），由于供電容量大，一般一套低壓接口箱無(wú)法滿足供電需求，分別設(shè)計(jì)兩路供電回路，外側(cè)?？康拇巴ㄟ^(guò)內(nèi)側(cè)船舶的獨(dú)立的T接線路供電。

圖4 大容量T接改造示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

面向三峽壩區(qū)的應(yīng)用環(huán)境，主要對(duì)躉船系泊、靠船墩系泊的場(chǎng)景進(jìn)行分析并給出了供電設(shè)計(jì)方案，通過(guò)沙灣錨地的項(xiàng)目測(cè)試了實(shí)際應(yīng)用情況。最多測(cè)試了5艘船舶并靠供電，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的試運(yùn)行，使用效果較好。示范項(xiàng)目中首次提出并應(yīng)用了T接供電方案，解決了三峽壩區(qū)多船并靠使用岸電的難題，對(duì)長(zhǎng)江沿岸及其它內(nèi)河流域的岸電后續(xù)建設(shè)起樣板示范作用。長(zhǎng)江流域船舶類型多樣，船岸快速連接需要岸基部分與船上部分高效配合，目前船舶部分仍需進(jìn)一步提升相關(guān)的技術(shù)配套、設(shè)施配套，后續(xù)將針對(duì)岸基供電系統(tǒng)與船舶改造整體技術(shù)方案進(jìn)行深入研究。