淺析船舶高壓岸電系統

摘 要：現在越來越多的港口可以使得船舶停靠期間關閉自身的柴油發動機，提供可靠清潔的高壓岸電系統進行連接。隨著歐美各國有關船舶在靠港期間廢氣排放的法規日趨嚴格，靠港船舶使用高壓岸電系統將成為航運業的一大發展趨勢。本文主要介紹了高壓岸電系統的組成、方式、類型，ABS、BV、NK等船級社針對該系統的相關規范要求，同時以某貨船進行系統應用舉例說明，并介紹了系統相關設計使用注意事項。

關鍵詞：HVSC高壓岸電；APMS船級附加符號；船舶

引言

絕大多數船舶的排放都在距離陸地400公里的地方，貿易比較繁忙航線的沿海地區，如英吉利海峽和馬六甲海峽受到不良影響的幾率更大。尤其是港口區域更容易暴露于這些排放物之中，這些排放物是由停靠在港口內的船只使用柴油輔機供電造成的。這些來自船舶輔機的主要排放包括氮氧化物（NOx），硫氧化物（SOx），揮發性有機化合物（VOC）和柴油微粒物質（PM）。除了空氣排放對環境的影響，在港口使用船舶輔機還制造了大量的噪音和振動，這些噪音和振動顯著地影響著港口地區的環境。接用岸電系統后，可消除靠港船舶自身輔機運行的噪音和振動污染。同時，隨著船齡的老化，船舶的自身輔機發電效率普遍不高，伴隨著油價的上漲，發電成本顯著提高，以岸電供電代替船舶自身柴油發電機供電，起到了降低成本、節省能耗的作用。為了更好的改善港口環境質量和節省能源，隨著相關強制規范的生效，越來越多的船舶和港口業主都開始應用高壓岸電系統。

1 系統介紹

1.1 船舶高壓岸電系統名稱

船舶高壓岸電系統是指船舶在靠泊期間停止使用船舶上的發電機，改用陸地電源供電，從而減少廢氣的排放量的船舶供電方式。

本系統應用范圍為額定電壓交流1kv以上、15kv及以下，在船舶靠港期間向船舶供電的高壓岸電系統的船載部分。船舶高壓岸電在不同的國家，包括不同的產品有不同的名稱，例如SAM 的 （SAMCon）OPS SYSTEM（Onshore Power Supply），CAVOTEC的AMP SYSTEM（Alternative Maritime Power），ABB的HVSC SYSTEM （High Voltage Shore Connection），MARINE GLOBAL GROUP的Cold ironing等，都是指采用岸電對靠港船舶供電的技術。

1.2 船舶高壓岸電系統組成

雖然各廠家岸電方案的組件各有不同，但是國內外的設計基本上都可以分為三個部分：岸基供電裝置，電纜連接設備和岸電接入裝置，詳見圖1：

（1）岸基供電裝置：岸上供電系統使電力從高壓變電站供應到靠近船舶的連接點（A-B）。

（2）電纜連接設備：連接岸上連接點及船上受電裝置間的電纜和設備。電纜連接設備必須滿足快速連接和儲存的要求，不使用的時候儲存在船上、岸上或者駁船上（B-C）。

（3）岸電接入裝置：在船上固定安裝受電系統，可能包括電纜絞車、船上變壓器和相關電氣管理系統等（C）。

1.3 船舶高壓岸電系統解決方案

1.3.1 岸基方案，主要包括固定式、可移動式、駁船式三種。

固定式：主要包括高壓電纜滾筒、特種高壓軟電纜、電控箱、電纜連接單元、可伸縮臂裝置等主要設備，其在岸邊提供了高壓岸電的連接點，高壓岸電接入船舶后經船用變壓器變壓降到船舶所用電壓，詳見圖2。

可移動式：主要包括可移動滑移裝置、高壓電纜滾筒、特種高壓軟電纜、電控箱、電纜連接單元、可伸縮臂裝置等主要設備，其在岸邊同樣提供高壓岸電的連接點，高壓岸電接入船舶后經船用變壓器變壓降到船舶所用電壓，主要區別為增加了高壓電纜滾筒的可移動滑移裝置，詳見圖3。

駁船式：與固定式岸基方案配置基本相同，主要采用了一艘配備纜繩絞車和變壓器的駁船連接岸上和船舶系統，駁船上的變壓器使岸上高壓降為船用低壓。該方式優點是具有機動性，但缺點是駁船投資大成本高，船岸連接電纜數量多，電纜連接操作時間長。

1.3.2 船基方案，主要包括半固定式和固定式兩種。

半固定式：由于部分船舶空間有限，另外老舊船舶改造成本較高，通常可采用半固定式船基方案。此方案將岸電降壓供電裝置放置在一個或兩個集裝箱內，并吊裝到船上。集裝箱內配置有：變壓器，高壓岸電連接屏，岸電配電柜，控制箱，高壓電纜管理系統，電纜及插頭等。高壓岸電連接屏，變壓器，岸電配電柜，控制箱等電源裝置置于主體電源移動艙內，高壓電纜管理系統等置于電纜卷放移動艙內。這種方式在集裝箱船上應用比較廣泛，只需要船上預留出對應集裝箱箱位即可，詳見圖4。

固定式：該方案主要是將高壓電纜管理系統（高壓電纜滾筒）、岸電接入裝置、變壓器均固定安裝在船上。在船舶靠港作業時，只需直接通過電纜連接裝置將電纜放至岸側并連接至岸基供電裝置，使用船載變電站，省去了每次船舶靠港后電站吊裝和多根低壓電纜的對接工作，使得船舶使用岸電更方便快捷，降低勞動強度、降低了岸電使用成本。此方案更加適用于新制船舶，可考慮在艉部上層建筑設置岸電設備間安裝岸電接入裝置和變壓器，作為電纜連接裝置的專用高壓電纜滾筒可就近安裝在舷側，詳見圖5。

2 系統規范要求

IEC（國際電工委員會）、ISO（國際標準化組織）、IEEE（美國電氣和電子工程師協會）經過多次討論，于2012年7月13日發布了有關高壓岸電連接系統標準的第一版（IEC/ISO/IEEE 80005-1），該標準明確規定了高壓岸電連接系統船載部分及岸基部分的技術要求，對有關高壓岸電連接系統的標準“IEC/PAS 60092-510：2009 Electrical installations in ships-Special features-High Voltage Shore Connection Systems （HVSC-Systems）”進行了修訂升級。同時，各大船級社也針對船舶高壓岸電系統指定了相關設計及檢驗指南。

ABS 船級社 Guideline-High Voltage Shore Connection

BV 船級社 Guideline-High-Voltage Shore Connection System

NK 船級社 Guideline-Guidelines for High-Voltage Shore Connection System

CCS船級社也編制了《船舶高壓岸電系統檢驗指南》適用于額定電壓1kv 以上、15kv 以下的交流高壓岸電系統。明確規定了高壓岸電連接系統船載部分及岸基部分的技術要求，并對電纜滾筒、高壓連接電纜等關鍵船載設備都提出了明確的要求，規定了設備能力測試要求及檢驗指南。如果船舶配備滿足指南要求的岸電系統船載裝置，經審圖、安裝檢驗和試驗后，CCS 可授予AMPS 附加標志（Alternative Maritime Power Supply）。

3 系統應用

本文以船廠某投標項目為例，系統要求如下：本船將在A甲板配一套高壓岸電系統，且系統應滿足IEC_ISO_IEEE80005-1和CCS 相應指南（AMPS）的要求。僅在載荷轉移的過程中，才能允許高壓岸電系統與一臺主發電機之間進行短時的并聯運行。值得注意的是，AMPS 船級附加標志的授予是基于包括岸電電纜和電纜絞車在內的船載裝置均由船方提供。如果岸電電纜和電纜絞車為非船方提供（由港口部門提供），則不能授予該附加標志。所以，本船設計選擇固定式船基方案，在A 甲板（左舷）布置帶電纜及插頭的電纜管理系統，在A 甲板的高壓岸電室布置岸電連接配電柜（AC6600V，60Hz）布置，變壓器（2000kvA，AC6600/440V），岸電接入屏組合在集控室主配電板內，詳見圖6。

本船配置主發電機3臺，功率為1200KW；應急發電機1臺，功率為200KW；電站使用情況，航行工況使用1臺，進出港工況使用2臺，裝卸貨工況使用2臺，停泊工況使用1臺。經估算，裝卸貨工況為2臺發電機，所需功率約為1600KW，此在港工況可以使用高壓岸電系統代替船舶電站，故使用總功率為1800KW的高壓岸電系統可以滿足要求。由于，我國船舶電力系統一般采用電壓為AC400V，碼頭電壓較多采用AC6000V或AC6600V，我國港口岸電電網頻率為50Hz，但本船電網頻率為60Hz，故廠家設計增加了頻率轉化器，可以將我國港口電網交流電變換成適合于60 Hz 交流電以滿足更廣泛的使用要求，詳見圖7。

4 系統設計使用注意事項

4.1 岸基供電系統要求

岸基供電系統宜采用船舶使用岸基供電接入時進行不間斷供電的并網操作方法；容量應能保證船舶岸基供電時預期使用的設備具備正常工作的能力；系統的船舶電力系統設備的最大預期短路電流不能超過岸基供電系統的任何節點；船舶應裝備保護斷路器隔離開關和接地開關，斷路器的短路能力應高于預期的短路電流，接地開關的容量應高于短路電流的期望峰值；還要包括短路裝置的跳閘和報警、過流裝置的跳閘和報警，接地故障指示和報警等保護裝置；應裝備能同時測量船舶配電板母線和岸電系統的電壓表、頻率表，可以讀取各相電流的電流表，相序指示器以及同步裝置；當船舶電站斷開且岸基供電系統發生故障岸電供給失敗時，船舶在盡可能短的時間內，應能自動啟動和恢復主電源供電和自動按順序啟動負載。

4.2 電纜管理系統

典型的電纜管理系統是由電纜絞車，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，供電電纜收放系統應配置張力控制設備，在正常情況能保證電纜中不出現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。

4.3 電纜

電纜的選用、施工與驗收應符合在IEC/ISO/IEEE 80005 1 出版物附錄B中的要求，其要求詳細規定了該高壓電纜的材料、保護、絕緣等性能要求和具體的試驗要求；同時，電纜的選取應滿足最大載流量。

4.4 插接件

對插頭及插座的要求是快速連接，接口標準統一，并能確保不能帶電插拔；應采用帶鎖扣及保護接點的插頭；支撐布置必須確保聯結在一起的纜索的重量沒有被任何插頭、插座和接頭負擔；插頭和插座的應具備錯誤連接發生時無法使用的功能，主要作用是聯鎖控制電路，在其未接通時，岸電連接斷路器應不能閉合；插頭和插座須有機械安全裝置，此裝置在工作位置上可鎖定連接；無論插頭或插座，帶電端應為插孔形式、受電端應為插針形式。

4.5 繼電保護

該系統設置有變壓器超溫、通風系統故障、控制系統故障、過流、過載、過熱、短路、缺相、電壓不平衡、電流不平衡保護。同時，各種保護動作后，能實現故障自動記錄、事故記憶，并且失電不丟失數據。

5 結束語

隨著監管部門針對船舶在港的廢氣排放標準的設定越來越嚴格，同時，各國政府相繼出臺了對于污染源的征稅政策和船舶高壓岸電使用的稅收減免，船舶高壓岸電系統作為一項可以有效減少港口污染物排放和降低成本的技術，越來越受到重視。截止2010年底，國外有20多個港口實施了岸電技術。洛杉磯港在2011年將有15個碼頭應用船舶高壓岸電技術；長灘港計劃所有集裝箱碼頭在2014年應用船舶高壓岸電技術，2014年50%的靠港集裝箱船舶將使用高壓岸電，2020年80%的靠港集裝箱船舶使用高壓岸電。隨著全球對環境保護的要求日趨嚴格，可以預見船舶高壓岸電系統會成為以后新造船的必配系統。

參考文獻

[1]船舶高壓岸電系統及其CCS 檢驗指南介紹[M].北京：中國船級社，2011.

[2]ABS GUIDE FOR HIGH VOLTAGE SHORE CONNECTION，2011.

[3]CCS船舶高壓岸電系統檢驗原則[M].北京：中國船級社，2011.

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