生產(chǎn)性碼頭泊位船舶岸電連接設(shè)備的設(shè)計(jì)研究

王飛

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司船機(jī)與基建設(shè)備管理部，上海 200125）

當(dāng)前，靠港船舶通常利用船舶上的輔機(jī)發(fā)電，以滿足船上正常運(yùn)行的電力需求。但是，船舶輔機(jī)為燃油發(fā)電機(jī)，在消耗燃油的過(guò)程中，會(huì)排放出氮氧化物、硫氧化物等空氣污染物，影響港口及所在城市的環(huán)境質(zhì)量?！堕L(zhǎng)江保護(hù)法》作為國(guó)家第一部?jī)?nèi)河保護(hù)法，于2021年3月1日起正式實(shí)施，該法指出，船舶燃油機(jī)排放引起的大氣污染防治是其中一項(xiàng)重點(diǎn)工作，各港口企業(yè)須積極推進(jìn)船舶靠港后接岸電。目前，一些公共/公用碼頭，包含客運(yùn)、集裝箱碼頭等（以下簡(jiǎn)稱常規(guī)碼頭），已經(jīng)有一套成熟的解決方案，但是，針對(duì)生產(chǎn)性碼頭泊位，以本公司為例，還不能實(shí)現(xiàn)船舶即靠即用岸電的功能。而針對(duì)生產(chǎn)性駁岸碼頭，碼頭泊位不僅需?？看?，其更重要的功能是滿足大型起重設(shè)備的總裝、調(diào)試和發(fā)運(yùn)工作，所以給船舶供電的岸電電源和插座箱位置不能干涉碼頭原有設(shè)施，需考慮更靈活并可靠的供電方式。

1 碼頭船舶岸電設(shè)備的改造設(shè)計(jì)原則

常規(guī)碼頭泊位的岸電技術(shù)通常是對(duì)原有的廠區(qū)電力系統(tǒng)增容擴(kuò)容、增加中壓開關(guān)柜、變頻岸電電源及碼頭岸邊插座電源箱等設(shè)備，包括新增一些供電線路及通信線路等，在船舶靠港時(shí)能夠“即插即用”，此技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

而針對(duì)生產(chǎn)性碼頭泊位，其船舶岸電設(shè)備改造除了應(yīng)滿足供電連續(xù)性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的要求外，還應(yīng)滿足如下要求：

（1）船舶靠港時(shí)“即插即用”。

（2）岸電電源的容量達(dá)到1000kVA及以上，頻率50/60Hz±0.2Hz，電壓10kV/6.6kV或380V/440V等。

（3）岸電插座箱配備兩個(gè)插座口，并有相關(guān)聯(lián)鎖保護(hù)或急停功能。

（4）船舶岸電和原有起重設(shè)備調(diào)試供電電源的兼容性。

2 常規(guī)碼頭泊位的岸電系統(tǒng)

2.1 高壓上船

高壓上船模式是將碼頭電網(wǎng)10kV/50Hz高壓電源通過(guò)高壓變頻裝置，轉(zhuǎn)換為6.kV/11kV或者以上的岸電電源系統(tǒng)，接入船載系統(tǒng)供船上設(shè)備使用。高壓大容量岸電系統(tǒng)適用于沿海大型港口碼頭以及沿海沿江中心港口碼頭。對(duì)于大型船舶來(lái)說(shuō)，船上各種類用電設(shè)備負(fù)荷很大，往往采用中高壓供電。

2.2 低壓上船

低壓上船模式主要是指碼頭電網(wǎng)10kV/50Hz高壓電源轉(zhuǎn)換為輸出電壓為440/400V的岸電電源系統(tǒng)，接入船載系統(tǒng)供船上設(shè)備使用。通常為用電負(fù)荷較小的船舶所采用。

3 生產(chǎn)性碼頭泊位的特點(diǎn)及船舶岸電設(shè)備的設(shè)計(jì)及配置

3.1 生產(chǎn)性碼頭泊位的特點(diǎn)

以振華重工長(zhǎng)興基地的碼頭泊位為例，其單個(gè)碼頭前沿需放置10臺(tái)左右集裝箱起重機(jī)（岸橋）。岸橋的各部件總裝、調(diào)試和最終發(fā)運(yùn)都在碼頭上進(jìn)行。

靠泊的船舶為50000t級(jí)的遠(yuǎn)洋甲板運(yùn)輸船，其靠泊時(shí)整船的用電負(fù)荷最高達(dá)800kW左右。岸橋通過(guò)滾裝上船的方式裝載至運(yùn)輸船甲板上，再經(jīng)綁扎后發(fā)往世界各地各港口碼頭。因此，碼頭前沿不允許安裝有固定式的插座箱或岸電電源等設(shè)備，否則，在岸橋滾裝上船時(shí)都將形成干涉，無(wú)法給船舶供電使用。

此外，岸橋在碼頭上需使用10kV/50Hz的電源進(jìn)行調(diào)試使用，從陸域變電所至每個(gè)碼頭有4～5路10kV供電電纜，無(wú)“緊停”功能的通訊線路。

3.2 具體設(shè)計(jì)及配置

（1）為不影響岸橋調(diào)試，需在原有10kV變電所增加一根10kV電纜至碼頭前沿高壓電纜坑，電纜型號(hào)為：YJV22-8.7/10kV-3×95mm2，長(zhǎng)度要求200～400m。

（2）在10kV變電所旁增加一套10kV/6.6kV的50Hz轉(zhuǎn)化為60Hz的變頻岸電電源，容量1MVA。變頻岸電電源底部設(shè)轉(zhuǎn)運(yùn)平車，可移動(dòng)至其他碼頭泊位使用。

（3）在10kV變電所內(nèi)增加一套KYN28A型中置式10kV開關(guān)柜，給變頻岸電電源提供電力。

（4）變頻岸電電源經(jīng)轉(zhuǎn)換頻率和電壓后，輸出6.6kV電源經(jīng)原有10kV電纜（包括新增的一路）選擇其一供至碼頭高壓電纜坑（接近船舶電纜卷筒處）。

（5）需在碼頭前沿增設(shè)可移動(dòng)式的岸電插座箱，船舶側(cè)電纜直接插入岸電接線箱后即可為船舶供電使用。

（6）變頻岸電電源的輸入和輸出及岸電接線箱的輸入輸出都采用即插即用專用插座，帶有連鎖保護(hù)功能，防止帶電插拔。插頭插座型號(hào)規(guī)格滿足IEC80005-1、IEC62613-1等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

4 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及其應(yīng)用

4.1 大容量高壓岸電變頻電源

4.1.1 項(xiàng)目概況

岸電系統(tǒng)容量為1000kVA，用于振華重工長(zhǎng)興基地船舶靠泊供電，變頻電源為可移動(dòng)式，當(dāng)確定船舶?？坎次缓?，移動(dòng)變頻電源至相應(yīng)泊位為船舶供電。整個(gè)岸電系統(tǒng)要求具備6.6kV60Hz三相三線制船舶用電輸出，輸入輸出電源滿足IEEE519-1992和GBT14549-93標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)電能質(zhì)量要求。

4.1.2 設(shè)備技術(shù)要求

（1）系統(tǒng)容量要求≥1000kVA，數(shù)量為一套。

（2）岸基電源要求為IGBT整流，四象限結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，且具有全容量能量回饋功能。

（3）整套岸電系統(tǒng)輸出能夠符合IEEE519-1992及中國(guó)供電部門對(duì)電壓失真和電流失真最嚴(yán)格的要求；輸出電壓波形總諧波失真度：輸入電流畸變THDi＜5%，輸出電壓諧波THDu＜5%。

（4）岸電電源功率模塊 IGBT選用英飛凌或富士。

（5）過(guò)載能力：120%的額定輸出電流時(shí)可正常運(yùn)行1分鐘；150%額定輸出電流時(shí)可運(yùn)行3s；200%及以上輸出電流時(shí)速斷保護(hù)。

（6）工作穩(wěn)定性：輸出電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)，0～100%負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓穩(wěn)壓率：靜態(tài)≤2%，動(dòng)態(tài)≤10%；輸出頻率60Hz，0～100%負(fù)載變化時(shí)，輸出頻率變化率≤0.1%。

4.1.3 設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)

（1）岸電電源在與船舶電源連接時(shí)，可以在并網(wǎng)及解列過(guò)程中保證船舶不斷電，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，可選擇由船側(cè)或電源側(cè)實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移及同步并網(wǎng)。

（2）岸電電源能在各種性質(zhì)的負(fù)載下輸出穩(wěn)定的電壓和頻率，包括電容性、電感性、混合型負(fù)載。

（3）岸電電源具備智能逆功率控制技術(shù)，用四象限方案或軟件控制完全抑制逆功率的產(chǎn)生。

（4）岸電電源具備三相電壓不平衡自適應(yīng)能力,容許三相不平衡運(yùn)行。岸電電源的不平衡度需要滿足船用岸電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）岸電電源具備黑匣子功能，當(dāng)岸電電源出現(xiàn)故障時(shí)，能夠記錄變頻電源故障前后的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障可追溯。

（6）岸電電源可以在運(yùn)行時(shí)微調(diào)輸出電壓。

4.2 移動(dòng)式岸電插座箱

4.2.1 設(shè)備概況和主要特點(diǎn)

該設(shè)備主要在生產(chǎn)性碼頭泊位上供船舶接岸電使用，滿足船舶“即插即用”的功能，并有一系列保護(hù)和連鎖功能。不固定安裝在碼頭前沿，所以可以避讓開在“橋吊”滾裝上船舶時(shí)鋪設(shè)軌道的位置，不影響生產(chǎn)性碼頭的正常作業(yè)。

插座箱自帶斷路器，滿足中國(guó)船級(jí)社規(guī)范《船舶岸電岸上供電設(shè)施檢驗(yàn)指南》：船舶在緊急情況時(shí)，要求岸上電源緊急切斷。且不需要通過(guò)岸電變頻電源輸出斷路器做切斷動(dòng)作，因此，也就不需要更換原有無(wú)通信功能的普通高壓電纜，節(jié)省整體項(xiàng)目的投資。

4.2.2 設(shè)備技術(shù)要求

本設(shè)備為船舶使用的岸電插座箱，底部安裝萬(wàn)向腳輪和簡(jiǎn)易平板拖車，可方便移動(dòng)使用。

總體尺寸控制在2000×1000×1500mm。插座箱額定電壓6.6kV，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP66，選用一體化固封式真空斷路器，操作電壓AC220V，并配UPS-1000W不間斷電源一臺(tái)用于操作。開關(guān)柜進(jìn)出線方式為下進(jìn)線、兩只6.6kV快速插座出線。

插座箱有電情況下不允許打開柜門和插拔插頭，有相應(yīng)的保護(hù)連鎖裝置。真空斷路器可手動(dòng)分合閘，同時(shí)，可接收船舶側(cè)的緊急跳閘指令，船舶遇緊急情況可讓該斷路器立即分閘。

4.2.3 兩種插座箱的對(duì)比（見表1）

表1 兩種插座箱的相關(guān)特點(diǎn)對(duì)比表

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題越來(lái)越重視，不管是常規(guī)營(yíng)運(yùn)碼頭還是生產(chǎn)性碼頭泊位，今后需做到岸電設(shè)備配備的全覆蓋。通過(guò)實(shí)踐證明，以大容量高壓變頻岸電設(shè)備+移動(dòng)式岸電插座箱的組合供電方式，可解決生產(chǎn)性碼頭泊位為靠港船舶的供電技術(shù)難題，同時(shí)，也可引用至其他非常規(guī)碼頭對(duì)船舶的供電方式，提出了多元化的解決方案。