低壓岸電連接系統(tǒng)的接口兼容性研究

常冀凡

(鎮(zhèn)江市節(jié)能監(jiān)察中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212008)

0 引言

我國頒布的《大氣污染防治法》第六十三條規(guī)定：新建碼頭應(yīng)當規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)岸基供電設(shè)施；已建成的碼頭應(yīng)當逐步實施岸基供電設(shè)施改造。船舶靠港后應(yīng)當優(yōu)先使用岸電。

船舶靠港期間使用岸電，與使用燃油發(fā)電相比，可大幅減少船舶靠港期間的硫化物、氮氧化物、顆粒物等污染物排放。因此，推廣靠港船舶使用岸電是建設(shè)綠色港航、實現(xiàn)節(jié)能減排的一項重要措施。

近年來，我國有關(guān)部門相繼發(fā)布了一系列關(guān)于船舶靠港使用岸電的文件，強調(diào)環(huán)境保護，大力推進船舶靠港期間使用岸電。交通運輸部印發(fā)的《船舶與港口污染防治專項行動實施方案(2015—2020年)》，明確了船舶與港口污染防治專項行動工作目標。為推進靠港船舶使用岸電，交通運輸部還對靠港船舶使用岸電(2016—2018年度項目)進行獎勵。在全國第一批獲得獎勵資金的57個單位中，鎮(zhèn)江市有2家企業(yè)獲得獎勵。2019年12月，交通運輸部以第45號令發(fā)布《港口和船舶岸電管理辦法》，要求碼頭工程項目單位應(yīng)當按照法律法規(guī)和強制性標準，對新建、改建、擴建碼頭工程(油氣化工碼頭除外)同步設(shè)計、建設(shè)岸電設(shè)施；在船舶大氣污染排放控制區(qū)靠泊的中國籍船舶，需要滿足大氣污染排放要求加裝船舶受電設(shè)施，相應(yīng)水路運輸經(jīng)營者應(yīng)當制定船舶受電設(shè)施安裝計劃并組織實施。

經(jīng)對多座港口碼頭與鎮(zhèn)江市獲得岸電獎勵的單位進行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，所訪港口碼頭都已不同程度地安裝或改造了岸電供電設(shè)施，大多數(shù)船舶備有岸電受電裝置。鎮(zhèn)江市2家獲得交通運輸部岸電獎勵的企業(yè)，由于岸基接電箱和船載岸電箱不存在接口不兼容的問題，岸電使用率都很高。但是，目前港口岸電實際發(fā)展并不理想，存在接口不一、使用麻煩、安全性差等問題。為此，本文按照國內(nèi)外有關(guān)岸電系統(tǒng)的標準所提出岸電的連接方式，研究低壓岸電系統(tǒng)接口的分類及其應(yīng)用范圍。

1 岸電接口兼容的必要性

船舶岸電系統(tǒng)包括岸基供電設(shè)施(接電箱)、船載受電裝置(岸電箱)、連接岸電的柔性電纜和接插件，岸電接口的兼容性主要體現(xiàn)在接插件上。若接電箱和岸電箱的接口不一致，則無法連接岸電。

國家海事局發(fā)布的《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則》把船舶分為國際航行海船、國內(nèi)航行海船及內(nèi)河船舶。而不同類型的船舶有其專用靠泊的港口，對岸電系統(tǒng)的需求量和技術(shù)要求也不完全相同。目前，岸電接口兼容主要存在以下情況：

(1)如果不同地區(qū)的港口碼頭供電設(shè)施采用不同標準的接口，將不利于船舶靠港期間連接岸電。

(2)要求不同類型的港口碼頭岸電供電設(shè)施采用統(tǒng)一的接口，又不符合客觀需要。

(3) 船載岸電箱的接口多樣化，則岸基接電箱很難滿足各種接口連接。

(4)在同一座港口碼頭的接電箱配置多種接口，會降低岸基供電設(shè)施的利用率。

上述現(xiàn)象都會影響岸電系統(tǒng)的兼容性，阻礙船舶靠港期間使用岸電，甚至?xí)斐砂峨娰Y源的浪費。

船舶岸電系統(tǒng)接口的兼容性是推進靠港船舶使用岸電的基本條件。除了油氣化工等港口碼頭對岸電設(shè)施有專門要求外，國際港口、國內(nèi)海船港口、內(nèi)河船舶港口碼頭的接電箱，應(yīng)和?？看暗陌峨娤浣涌诩嫒?，避免接口類型多樣化和接口技術(shù)復(fù)雜化，切實做到船舶連接岸電時安全可靠和方便使用。

2 岸電連接方式與容量

國內(nèi)有關(guān)岸電系統(tǒng)的標準、規(guī)范提出的岸電連接方式與國際標準接軌，且都要求岸電系統(tǒng)的接插件不能帶電插拔。

IEC 60309-5:2017提出的岸電連接方式見圖1。圖中，岸基供電輸出端的插頭插座(A)和船載受電端的船用耦合器(D)統(tǒng)稱為附件。

A—(岸)插頭插座；B—(岸)插座；C—(岸)插頭；

低壓岸電系統(tǒng)的電壓等級為:三相400、440、690 V；單相230 V，50/60 Hz。國際海船和國內(nèi)海船對低壓岸電的容量需求通常為250～1 000 kVA，折合成電流約為350～1 450 A，屬于低壓大容量岸電系統(tǒng);內(nèi)河小型船舶對岸電的容量需求一般小于80 kVA，折合成電流為125 A及以下，屬于低壓小容量岸電系統(tǒng)。

3 低壓岸電連接系統(tǒng)的接口

按船舶對岸電容量的需求，岸電系統(tǒng)的接口可分為2類：一類是低壓大容量岸電接口，適用于國際和國內(nèi)航行的海船(統(tǒng)稱為大型船舶)及其靠泊的國際和國內(nèi)港口；另一類是低壓小容量岸電接口，適用于內(nèi)河航行的船舶及其靠泊的內(nèi)河港口。

3.1 大容量岸電接口

IEC/IEEE/CDV 80005-3：2016《港口公用連接設(shè)施—第3部分：低壓岸電連接(LVSC)系統(tǒng)—一般要求》給出了常規(guī)船舶岸電系統(tǒng)的接插件標準布置圖(見圖2)，并規(guī)定應(yīng)適用于預(yù)期的最大短路故障電流為：插頭、插座、連接器和入口的額定值應(yīng)至少為16 kA均方根值，持續(xù)1 s，峰值為40 kA。

1—插頭/船舶入口面；2—插座/船舶連接器面；E—接地；P1—控制1；P2—控制2；P3—控制3；P4—控制4；L1—L1相1-A-R；L2—L2相 2-B-S ； L3—L3相 3-C-T。

國家電網(wǎng)公司為規(guī)范港口岸電設(shè)施的建設(shè)，發(fā)布了Q/GDW 11468.2—2016《港口岸電設(shè)備技術(shù)規(guī)范 第2部分：低壓大容量電源》、Q/GDW 11468.3—2016《港口岸電設(shè)備技術(shù)規(guī)范 第3部分：低壓小容量電源》、Q/GDW 11468.4—2016《港口岸電設(shè)備技術(shù)規(guī)范 第4部分：船岸連接和接口設(shè)備》，將低壓大容量電源接插件額定值中的最大電壓和電流值規(guī)定為:500 V/250 A、1 100 V/420 A，要求岸基接電箱接插件的電氣參數(shù)和功能，應(yīng)符合IEC/PAS 80005-3—2014中電氣參數(shù)及功能要求，其控制觸頭、接地觸頭和相極觸頭的布置方式參照IEC/PAS 80005-3—2014的規(guī)定。

交通運輸部為規(guī)范岸電設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)標準，提高我國碼頭岸電設(shè)施建設(shè)質(zhì)量，發(fā)布了JTS 155—2019《碼頭岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定低壓岸電供電設(shè)施的接插件的額定值為:230 V/(63、125 A)，400 V/(63、125、250 A)，450 V/(63、125、250 A);中國船級社發(fā)布的《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范(2018)》及2020修改通報，把低壓岸電受電裝置的接插件額定值規(guī)定為:400 V/(63、125、250 A)。

IEC 60309-5:2017《工業(yè)用插頭、插座和耦合器 第5部分：船舶低壓岸電系統(tǒng)(LVSC)用插座、插頭與船用連接器和船用輸入口的尺寸兼容性和互換性要求》在前言中說明：“60309的本部分所述單一類型的插頭、插座—船用連接器和船用輸入口(以下簡稱“附件”)，專門適用于將船舶連接到IEC/IEEE 80005-3標準所述的岸上低壓岸電供電系統(tǒng)”，并說明“IEC 60309的本部分適用于帶有接地觸點和4個控制觸點的三相附件”；IEC 60309-5：2017在第5章“標準額定值”規(guī)定:附件的“最大交流工作電壓為690 V、50/60 Hz,最大額定電流為350 A”;還規(guī)定“插頭、插座、船用連接器和船用輸入口的預(yù)期短路電流額定值最小為16 kA(有效值)1 s，額定峰值耐受電流最大為40 kA”。

IEC 60309-5—2017標準給出的標準額定值為690 V、350 A的插座/插頭標準結(jié)構(gòu)圖與船用連接器/船用輸入口標準結(jié)構(gòu)圖，其主觸點和控制觸點均為L1+L2+L3+E+P1+P2+P3+P4，與IEC/PAS 80005-3：2014標準及IEC/IEEE CDV 80005-3：2016標準完全一致。CCS最新發(fā)布的船舶建造規(guī)范修改通報，明確要求船載低壓岸電箱的輸入口接插件應(yīng)符合公認的IEC 60309-5:2017標準或其他等效的標準。這便是全世界統(tǒng)一岸電接口的基礎(chǔ)，是允許國際航行船舶在不同泊位和低壓岸電系統(tǒng)能夠連接到的保證。

國際標準有關(guān)低壓岸電系統(tǒng)的技術(shù)要求，以及IEC 60309-5:2017標準給出的附件標準額定值(690 V、50/60 Hz、350 A)，適用于大容量船舶低壓岸電系統(tǒng)，即Q/GDW 11468.2—2016規(guī)范所述港口岸電設(shè)備中的低壓大容量電源向大型船舶供電。

IEC/IEEE CDV 80005-3：2016標準指出：不采用本標準的船舶可能會發(fā)現(xiàn)無法連接到符合要求的岸電供應(yīng)設(shè)施。因此，國際港口和大容量低壓接電箱配置的插頭插座，以及國際航行船舶和大型船舶岸電箱配置的船舶耦合器，應(yīng)統(tǒng)一執(zhí)行IEC 60309-5:2017標準，采用AC690 V、50/60 Hz、350 A單一類型的附件，以確保低壓大容量岸電接口的兼容性，且通過4個控制觸頭實現(xiàn)安全回路的技術(shù)要求：350 A及以下采用單回路供電，350 A以上可用多回路并聯(lián)供電，使岸基供電設(shè)施利用率最大化。

低壓大容量岸電接口采用國際標準的附件，既滿足國際海船靠泊我國港口時接用岸電，也確保我國海船在境外港口靠泊時方便地接用岸電。

3.2 小容量岸電接口

Q/GDW 11468.3—2016規(guī)范第5.2條規(guī)定：小容量岸電電源的供電模式為交流單相或交流三相，額定電壓單相為220 V、三相為380 V；Q/GDW 11468.4—2016第6.4條規(guī)定：小容量岸電接插件最大電流值為125 A，同時給出了小容量岸電接插件觸頭布置方式，明確三相小容量岸電接插件應(yīng)包含5對觸頭，觸頭布置方式見圖3。該規(guī)范附錄A在“岸電供電模式”中規(guī)定：低壓小容量岸電系統(tǒng)供電模式指港口岸基供電系統(tǒng)輸出電壓為220 V或380 V，供接電船舶使用。

小型船舶僅在內(nèi)河航行，?？績?nèi)河港口碼頭時對岸電需求量較小，基本上屬于小容量岸電供電模式的范圍，岸電設(shè)施的接插件完全可采用圖3的觸點布置方式。如果岸電接口也采用國際標準的岸電附件，則成本較高，安全回路復(fù)雜。

L1—第1相，1-A-R；L2—第2相，2-B-S；L3—第3相，3-CT；E—地線；N—中線。

我國船舶行業(yè)標準CB/T 3897—2011《船用16A～125A插頭插座和連接器》中的觸點布置與Q/GDW 11468標準給出的小容量岸電插頭和插座觸頭布置方式相一致。

CB/T 3897—2011標準的插頭插座和連接器額定電流有4種規(guī)格：16、32、63、125 A，額定電壓為220、380 V。為確保兼容性和提高岸電供電設(shè)施的利用率，單相岸電接口的附件可選用該標準規(guī)定的觸頭2P+地、電流16 A和32 A；三相岸電接口附件可選用該標準規(guī)定的觸頭3P+N+地、電流63 A和125 A。

我國船電行業(yè)按CB/T 3897—2011標準自主開發(fā)的附件性能優(yōu)良，具備插頭插座的聯(lián)鎖裝置及插頭和連接器插頭的保持裝置。該裝置能防止插頭的插銷與插座或連接器正常插合之前帶電，同時防止插頭在其插銷帶電時被拔出，以及能在插頭或連接器正常插合時具有插頭或連接器保持正常位置并防止其被意外拔出的功能。內(nèi)河船舶的小容量岸電箱及其靠泊港口的小容量接電箱統(tǒng)一采用CB/T 3897—2011標準的插頭插座和連接器，不僅具有兼容性，且安全要求也完全符合CCS規(guī)范有關(guān)岸電連接系統(tǒng)的規(guī)定；單相岸電連接只需要常規(guī)的3芯柔性電纜，三相岸電連接只需要常規(guī)的5芯柔性電纜，無需配置除主芯線外還需具有4根控制線的專用電纜才能構(gòu)成安全回路，從而使岸電連接系統(tǒng)的投入成本大幅減少、故障率降低，對岸基低壓小容量接電箱和船載低壓小容量岸電箱的制造、改裝都比較簡便，有利于形成接口標準化和產(chǎn)品系列化，對推進面廣量大的內(nèi)河船舶靠泊港口碼頭期間使用岸電具有現(xiàn)實意義。

4 通訊接口

IEC/IEEE CDV 80005-3:2016提出：船舶和岸電設(shè)施負責人之間應(yīng)提供獨立的語音通信方式(如雙向無線電)。

一般來說，船舶靠泊港口碼頭時，與岸電接電箱的距離都較近，船、岸兩側(cè)操作人員都能相互看見，且當前雙向無線通話設(shè)備(手機、對講機等)已很普及，在進行岸電連接操作時，可以用其進行語音通信，操作簡單，溝通方便，無需在接插件內(nèi)增加有線通訊接口。

5 結(jié)語

在技術(shù)層面推進靠港船舶使用岸電，必須避免岸基供電設(shè)施和船載受電裝置的接口缺乏兼容性。國際航行船舶和其停泊港口的低壓岸電連接系統(tǒng)必須符合國際標準的要求。大型船舶的岸電箱和其停靠港口碼頭的接電箱，宜統(tǒng)一采用IEC 60309-5：2017標準規(guī)定的標準額定值為三相690 V、350 A的附件，以提高岸基供電設(shè)施的利用率，同時便于250 kVA(或350 A)及以上低壓岸電連接系統(tǒng)采用多回路并聯(lián)饋電;內(nèi)河航行的小型船舶岸電箱和其?？扛劭诖a頭的接電箱，宜統(tǒng)一采用我國船電行業(yè)按CB/T 3897—2011標準自主開發(fā)的附件，以克服船舶岸電系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜、使用麻煩、故障率高、投入費用多等負面因素。