5萬(wàn)噸級(jí)散雜貨碼頭岸電設(shè)計(jì)方案

■　李瑩（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州　350004）

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5萬(wàn)噸級(jí)散雜貨碼頭岸電設(shè)計(jì)方案

■李瑩
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州350004）

摘要近年來(lái)國(guó)內(nèi)外港航界提出了綠色港口的發(fā)展理念，是指在環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)利益之間獲得良好平衡的可持續(xù)發(fā)展的港口。港航界提出的打造綠色碼頭以及綠色船舶已成為一個(gè)熱點(diǎn)，為減少靠港船舶的排放對(duì)其供應(yīng)陸地電能便是重要舉措之一。本項(xiàng)目為散雜貨碼頭建設(shè)一套供4個(gè)泊位的岸基變電站式船用電源岸電系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞散雜貨碼頭岸電變頻

1　項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求

本項(xiàng)目在港區(qū)變電所設(shè)置一套岸電電源裝置，滿足向四個(gè)泊位的船舶同時(shí)供電的要求（船舶船型為：5萬(wàn)噸干散貨船）。岸電電源裝置（以下簡(jiǎn)稱：岸電設(shè)備）的供電容量按照《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（JTS155-2012）要求，每個(gè)泊位供電容量為：800KVA，岸電電源總?cè)萘繛椋?00kVA×4=3200kVA，陸域電源取自碼頭變電所10kV/50Hz電源。

岸電設(shè)備配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，能對(duì)岸電系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、供電計(jì)量、安全保護(hù)，并滿足與船舶光纖通訊、自動(dòng)并網(wǎng)的要求。

2　岸電主回路系統(tǒng)說(shuō)明

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

本岸電主回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案由以下幾個(gè)部分組成，詳見(jiàn)圖1。

2.2設(shè)計(jì)說(shuō)明

圖1　岸電主回路系統(tǒng)構(gòu)成

電源側(cè)采用兩套10kV高壓進(jìn)線柜（AH1、AH2）向兩組整流進(jìn)線變壓器（T1、T2）供電，構(gòu)成24脈波整流，以保證進(jìn)線側(cè)諧波THD值低于4％的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)線變壓器（T1、T2）將10kV電壓降至與變頻電源匹配的690V電壓，分別向變頻電源整流模塊（D1、D2）供電。

圖中D1、D2、Q1、Q2、U1、U2、U3、U4構(gòu)成變頻電源，直流回路并聯(lián)并通過(guò)Q1、Q2開(kāi)關(guān)控制通斷，由此提供了整流單元及進(jìn)線高壓開(kāi)關(guān)柜、進(jìn)線變壓器等設(shè)備的互為冗余。逆變部分采用4套并聯(lián)的逆變單元分別向4個(gè)泊位供電，輸出頻率可以是50Hz或60Hz，4個(gè)泊位輸出電制可以一樣也可以不一樣，滿足不同電制船舶同時(shí)靠港的要求。

變頻電源輸出側(cè)設(shè)置出線變壓器（T3、T4、T5、 T6），將變頻電源輸出電壓0.63kV/0.69kV調(diào)整為6.0kV/ 6.6kV，在出線變壓器（T3、T4、T5、T6）和逆變單元（U1、U2、U3、U4）之間設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)（Q3、Q4、Q5、Q6）進(jìn)行隔離保護(hù)。

出線變壓器出線側(cè)設(shè)置高壓出線柜（AH3、AH4、AH5、AH6）作為饋電柜向船舶供電，高壓出線柜設(shè)置計(jì)量功能，計(jì)量船舶用電量。通過(guò)地面電纜將岸電送至碼頭前沿，碼頭前沿設(shè)置岸電接電箱（S1A、S1B、S2A、S2B、S3A、S3B、S4A、S4B），接電箱帶有與船舶岸電電纜插頭匹配的插座，便于連接船舶岸電電纜，每個(gè)部位設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)接電箱，保證船舶船頭任何方向靠港均可近距離接電。

3　岸電監(jiān)控系統(tǒng)說(shuō)明

3.1系統(tǒng)構(gòu)成（見(jiàn)圖2）

圖2　岸電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

3.2監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成：

3.2.1監(jiān)控計(jì)算機(jī)及服務(wù)器

在岸電變電站內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)作為操作員站和服務(wù)器，兩機(jī)相互冗余。監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)置監(jiān)控組態(tài)軟件，編制各種組態(tài)畫面，對(duì)岸電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，運(yùn)行人員通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)可完成對(duì)整個(gè)岸電系統(tǒng)的設(shè)備操作、狀態(tài)監(jiān)視、信息查詢。服務(wù)器計(jì)算機(jī)用于記錄岸電系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)方式將控制信息、設(shè)備狀態(tài)等信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

3.2.2計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

與船舶通訊實(shí)行岸電雙向操作功能；設(shè)置岸電輸出保護(hù)功能；故障報(bào)警功能；冗余控制功能；自動(dòng)/手動(dòng)控制功能；遠(yuǎn)程/就地控制功能；邏輯聯(lián)鎖控制、保護(hù)功能；通訊功能；顯示功能；記錄、打印輸出功能；四遙功能；空調(diào)、新風(fēng)、消防系統(tǒng)連鎖功能；船舶用電記錄功能，形成能耗曲線；數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能；事故追憶并提供事故曲線；電源數(shù)據(jù)功能；信息查詢；網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

3.2.3PLC柜

本系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)冗余的PLC柜，由它來(lái)完成各種類型的電信號(hào)采集、各種網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)交換、岸電設(shè)備操作的連鎖控制、岸船之間信號(hào)的交換及控制，并以O(shè)PC方式為服務(wù)器提供所有岸電設(shè)備的基本數(shù)據(jù)，執(zhí)行監(jiān)控計(jì)算機(jī)的命令對(duì)岸電設(shè)備進(jìn)行操作、控制。

3.2.4通訊網(wǎng)絡(luò)

3.2.4.1工業(yè)以太網(wǎng)

岸電系統(tǒng)監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余以太網(wǎng)方式。2臺(tái)冗余PLC控制器之間通過(guò)以太網(wǎng)連接，并連接至冗余的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器。系統(tǒng)預(yù)留工廠級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)通訊接口，以便遠(yuǎn)程傳輸岸電供電系統(tǒng)參數(shù)。岸船之間的以太網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纖和無(wú)線兩種方式進(jìn)行，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3.2.4.2現(xiàn)場(chǎng)總線

PLC控制系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的DCS概念，本項(xiàng)目PLC至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線連接。連接設(shè)備包括：高、低壓開(kāi)關(guān)柜、變頻電源、變壓器、前沿接電箱。

4　岸船的通訊及控制

4.1岸船的通訊

岸與船的通訊方式采用光纖方式，無(wú)線通訊方式作為備用。同時(shí)設(shè)有岸側(cè)與船側(cè)的控制線聯(lián)絡(luò)，以便信號(hào)連鎖、出現(xiàn)緊急情況時(shí)能夠斷掉供電電源。光纖、控制信號(hào)線通過(guò)前沿插電箱連接。

岸側(cè)岸電控制系統(tǒng)與船側(cè)岸電控制系統(tǒng)建立通訊后，相互傳送船舶電制信號(hào)、岸側(cè)設(shè)備信號(hào)。PLC可以雙向控制，實(shí)現(xiàn)雙向岸電操作。岸側(cè)PLC根據(jù)船舶電制信號(hào)控制電源設(shè)備輸出相匹配的電制和容量。

4.2岸船的控制

本岸電系統(tǒng)的控制可以選擇船側(cè)操作或岸側(cè)操作兩種方式，控制對(duì)象為：

船上岸電中壓柜開(kāi)關(guān)的分合；船上岸電中壓柜開(kāi)關(guān)的接地開(kāi)關(guān)分合；船側(cè)并網(wǎng)控制。

岸上出線柜開(kāi)關(guān)的合分；岸上電源設(shè)備啟動(dòng)、停止控制；岸側(cè)并網(wǎng)控制。

5　岸電系統(tǒng)的保護(hù)

包括欠壓保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)，缺相保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，接地保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，電纜保護(hù)，通訊故障，船側(cè)設(shè)備故障，誤操作保護(hù)。

6　冗余措施

為了確保控制系統(tǒng)的可靠性，本岸電控制系統(tǒng)采取了相應(yīng)的冗余措施，包括：

6.1PLC冗余

為確保岸電控制系統(tǒng)的可靠性，控制系統(tǒng)PLC配置了冗余CPU單元、正常工作時(shí)冗余CPU處于熱備狀態(tài)，當(dāng)主CPU故障時(shí)自動(dòng)切換至冗余CPU，系統(tǒng)不受影響，不會(huì)造成供電中斷。

6.2控制及信息管理計(jì)算機(jī)冗余

控制及信息管理系統(tǒng)配置了兩臺(tái)相互冗余的計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，正常情況下，歷史數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)在兩計(jì)算機(jī)內(nèi)，任何一臺(tái)故障時(shí)都不會(huì)影響系統(tǒng)的正常使用，歷史數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

6.3岸側(cè)、船側(cè)通訊的冗余

本岸電系統(tǒng)配置有與船舶進(jìn)行無(wú)線通訊的裝置，當(dāng)光纖故障時(shí)，可以通過(guò)該無(wú)線設(shè)備與船舶岸電無(wú)線接收設(shè)備進(jìn)行通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)岸電系統(tǒng)的控制和操作使用。

6.4變頻電源的冗余

變頻電源設(shè)備具有故障降容使用的功能，當(dāng)某個(gè)單元故障時(shí)，可以切除故障單元，不會(huì)造成斷電。也可以備用冗余單元，故障時(shí)投入運(yùn)行就可以不必降容。

6.5以太網(wǎng)冗余

本岸電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余以太網(wǎng)，可確保信息網(wǎng)絡(luò)的正常通訊。

7　結(jié)束語(yǔ)

本岸電系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）一套電源設(shè)備可同時(shí)向4個(gè)泊位供電，并能分別輸出6.0kV50Hz或6.6kV60Hz不同電制，能滿足不同電制船舶供電。

（2）直流回路設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)，提供了進(jìn)線高壓開(kāi)關(guān)（AH1、AH2）、進(jìn)線變壓器（T1、T2）、整流單元（D1、D2）的互為冗余。

（3）逆變單元（U1、U2、U3、U4）采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)任一單元故障時(shí)可以降容使用。

（4）逆變單元采用IGBT技術(shù)，可以對(duì)船舶負(fù)載進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。