淺談船舶岸電技術(shù)設計方案及應用

摘 要：通過(guò)連云港海碼頭項目的岸電實(shí)例，從船舶岸電推行的背景、岸電系統、岸電方案、岸電系統點(diǎn)等來(lái)闡述船舶岸電技術(shù)在港口工程中的實(shí)際應用。

關(guān)鍵詞：岸電技術(shù)；岸電系統；岸電方案
中圖分類(lèi)號：U665.12 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2019）08-0109-02
 
1 背景
近年來(lái)，國家經(jīng)濟持續快速發(fā)展，港口建設步伐加快，碼頭?？看暗臄盗看蠓黾?。船舶靠港期間，依靠船舶燃油輔機發(fā)電滿(mǎn)足船舶機動(dòng)、通訊、照明等用電需求，能耗較高且排放大量硫氧化物等廢氣，對港區周邊環(huán)境造成嚴重污染 。如果在船舶靠港期間，使用由碼頭提供的岸電系統替代船上的燃油發(fā)電機，便可有效解決這一污染難題，岸電技術(shù)是適應港口繁忙營(yíng)運、建設綠色港口和提高碼頭競爭力的重要措施，具有*的社會(huì )和環(huán)境效益。
 
2 船舶岸電系統
船舶岸電技術(shù)是指船舶靠港期間，停止使用船舶上的發(fā)電機電源供電，改用港區碼頭上的岸電通過(guò)電纜對船舶上的設備進(jìn)行供電。船舶岸電系統包括三個(gè)部分：岸上供電系統、船岸連接設備、船舶受電系統 。
1.）岸上供電系統：由沿港區變電所供電，經(jīng)過(guò)變壓器、變頻將輸入電源轉化為滿(mǎn)足船舶要求的電源，供應到靠近船舶的連接點(diǎn)。
2.）船岸連接設備：連接岸上連接點(diǎn)及船上受電裝置間的電纜和設備。電纜連接設備必須滿(mǎn)足快速連接和存儲的要求，不使用的時(shí)候存儲在船上、岸上或者駁船上。
3.）船舶受電系統：在船上固定安裝受電系統，可能包括電纜絞車(chē)、船上變壓器和相關(guān)電氣管理系統。
 
3 項目概況
本文利用連云港燕尾作業(yè)區碼頭工程分析碼頭岸電技術(shù)的應用。
本工程位于江蘇省連云港市灌云縣燕尾港鎮，灌河口西岸，港區西南側緊鄰燕尾作業(yè)區碼頭二期工程。該項目建設規模為：2 個(gè) 5 萬(wàn) t 級通用泊位，其中 1#通用泊位主要用于植物油、散糧的裝卸，2#通用泊位主要用于件雜貨、散貨的裝卸。碼頭泊位總長(cháng) 550m，寬度 35m，共布置 3 座引橋與陸域相連，碼頭設計年吞吐量 465 萬(wàn) t。
 
4 岸電方案
4.1岸電模式選擇
船舶岸電的供電模式可以分為以下三類(lèi)：高壓岸電模式、低壓岸電模式、低壓小容量岸電模式 。
高壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉換為 6.6kV/（6）kV、60Hz/50Hz 高壓電源，接入船上配備的船載變電設備變壓后供船舶受電設備使用。
低壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉換為 450V/（400）V、60Hz/50Hz 低壓電源，直接接入船上供受電設備使用。
低壓小容量岸電模式的供電方式是將碼頭配變 380V三相低壓電源，經(jīng)過(guò)低壓一體化岸電樁輸出 380V 或 220V電源，接入船上供受電設備使用。
根據《碼頭船舶岸電設施建設技術(shù)規范》，本工程在碼頭沿變電所設置一套岸電電源系統，1#通用泊位設置一套高壓岸電電源接線(xiàn)箱、2#通用泊位設置一套高壓和一套低壓 接 線(xiàn) 箱 ， 單 臺 容 量 為 800kW， 供 電 電 壓 等 級 為6.6kV/450V，60/50Hz。
4.2岸電主回路設計說(shuō)明
 
圖 1 VFPS 系列岸電電源系統圖
輸入限流柜：考慮到船舶靠港的時(shí)候，岸電電源系統才工作，船舶離港時(shí)，岸電電源系統停止運行，因此，岸電電源系統會(huì )經(jīng)常進(jìn)行停電、送電工作，在送電過(guò)程中，由于岸電變頻電源為電壓源型設備，并且變頻器端有一個(gè)移相變壓器，因此，送電過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生沖擊電流。輸入限流柜能夠有效控制送電過(guò)程中產(chǎn)生的勵磁電流和瞬時(shí)沖擊電流。延長(cháng)設備使用壽命，減少對電網(wǎng)的沖擊。岸電變頻電源實(shí)現將50HZ 交流電轉換為 60HZ 交流電。
輸出并網(wǎng)電抗器可以有效減少并網(wǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊電流，起到緩沖作用。
輸出隔離變壓器實(shí)現岸上電源系統與船上電源系統之間的隔離。
4.3系統介紹
 
圖 2 岸電電源系統圖
（1）計量柜為輸入計量用，可不安裝，精度滿(mǎn)足計量或內部計量要求。
（2）岸電電源進(jìn)線(xiàn)柜引自變電所 10kV 高壓出線(xiàn)柜，采用抽出式斷路器柜。
（3）PT 柜為輸入電壓互感器柜，實(shí)現對輸入母線(xiàn)電壓檢測，采用抽出式小車(chē)。
（4）岸電電源限流旁路開(kāi)關(guān)，采用固定式斷路器。
（5）移相變壓器/功率單元：變壓器為三繞組變壓器，容量為 24,000KVA，輸入電壓為 10KV，輸出兩個(gè)繞組為6.6KV 和 450V。輸入側采用星型接線(xiàn)，輸出側采用三角型接線(xiàn)方式。
（6）岸電電源出線(xiàn)柜采用抽出式斷路器柜，出線(xiàn)柜之增加隔離變壓器，以起到對設備及操作設備人員的保護。
（7）高壓岸電出線(xiàn)柜作為饋電柜向船舶供電，并帶計量功能，計量船舶用電量，通過(guò)電纜接至碼頭沿岸電接線(xiàn)箱，1#通用泊位設置一臺高壓接線(xiàn)箱，接線(xiàn)箱帶有與船舶匹配的插座，便于連接船舶岸電電纜。2#通用泊位設置一臺高壓一臺低壓接線(xiàn)箱，以便于不同船型靠泊。
4.4岸船控制
本岸電系統的控制為船側操作或者岸側操作兩種方式，控制對象為：船舶上開(kāi)關(guān)柜的分合控制、岸側開(kāi)關(guān)柜的分合控制、岸電電源的啟動(dòng)和停止控制。
 
5 系統點(diǎn)
本系統設計點(diǎn)如下：
（1）一鍵啟動(dòng)設計，參數設置完畢，點(diǎn)擊一鍵啟動(dòng)按鈕，則岸電電源可以自動(dòng)啟動(dòng)，將需要的高壓電送到碼頭。
（2）散熱風(fēng)機冗余設計，當岸電電源頂部風(fēng)機有一個(gè)故障時(shí)，岸電電源系統不停機。
（3）高效率高可靠性高功率因數，由于采用單元串聯(lián)型設計方案，系統輸入功率因數高，整個(gè)系統設計采用環(huán)保高效硅鋼片，岸電電源系統效率達到 97%以上。
（4）防鹽霧設計，考慮到海邊的工作環(huán)境，岸電電源系統所有設備需要進(jìn)行三防處理，能夠適應港口使用環(huán)境長(cháng)時(shí)間工作需求。
（5）一鍵換相功能，當岸電電源輸出相位與船舶電源相位相反時(shí)，通過(guò)一鍵切換功能，可以實(shí)現快速倒相。為了保證可靠性，倒向邏輯在輸出斷路器分開(kāi)的情況下進(jìn)行。
（6）雙頻多種選擇電壓輸出功能，能夠輸出 50HZ，60HZ 雙頻電源，能夠輸出與 6.6KV、450V 不同電壓等級的電壓。
（7）模塊化設計，可擴展性強，只需要增加少許開(kāi)關(guān)設備，即可以實(shí)現多個(gè)泊位公用岸電電源系統。
 
6 安科瑞船舶岸電收費系統選型
安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的計量?jì)x表ADW300，監測充電設備站點(diǎn)和各個(gè)充電箱的運行和充電過(guò)程，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警；用戶(hù)通過(guò)支付寶小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制儀表對應的操控機構，對充電樁完成充電過(guò)程。
充電設備通過(guò)加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數據交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電運營(yíng)的所有功能，包括財務(wù)管理、變壓器監控和運營(yíng)分析等功能。
6.1系統結構
 
6.2平臺主要功能
1) 資源管理
充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測
2) 用戶(hù)管理
用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理
3) 實(shí)時(shí)監控
對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進(jìn)行監視，發(fā)生異常情況時(shí)可通過(guò)APP、短信及時(shí)向運營(yíng)人員發(fā)出報警信號，及時(shí)消除火災隱患。
4) 交易管理
平臺為運營(yíng)方提供充電價(jià)格策略管理，訂單管理，賬戶(hù)交易記錄，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表。
5) 充電服務(wù)
可通過(guò)軟件搜索附近充電設施，查看充電樁設施，并導航至可用充電樁?？赏ㄟ^(guò)在線(xiàn)自助支付實(shí)現充電，充電結算等
6) 小程序
支持支付寶掃碼充電，充電賬單支付。運營(yíng)商和物業(yè)管理人員均可通過(guò)小程序管理，監測充電設施狀態(tài)和充電交易情況。
7) 運營(yíng)分析
對訂單進(jìn)行數據化分析，直觀(guān)展示數據   
6.3 硬件配置
6.3.1.現場(chǎng)硬件配置

 
注：儀表型號數量按實(shí)際的單相、三相和電流規格來(lái)選擇。
6.3.2計量?jì)x表ADW300產(chǎn)品介紹
6.3.2.1型號說(shuō)明
 
6.3.2.2技術(shù)參數
 
 
 
7結論
船舶岸電替代船舶輔機發(fā)電，實(shí)現靠港船只*，節能減排*，有效的提升港口建設水平，帶來(lái)社會(huì )、環(huán)境、經(jīng)濟多方面的效益，為綠色港口建設添磚加瓦，推動(dòng)水運工程供給側結構性改革和綠色交通發(fā)展。
 
參考文獻
[1] 張偉明．淺談煤碼頭岸電系統的設計[J]．科技創(chuàng )新與應用，2018，（3）：90-91．
[2]楊文浩，邵 琪，王立鋒.淺談船舶岸電技術(shù)的應用[J]
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版