5萬噸級散雜貨碼頭岸電設計方案

■　李瑩（福建省交通規劃設計院，福州　350004）

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5萬噸級散雜貨碼頭岸電設計方案

■李瑩
（福建省交通規劃設計院，福州350004）

摘要近年來國內外港航界提出了綠色港口的發展理念，是指在環境保護和經濟利益之間獲得良好平衡的可持續發展的港口。港航界提出的打造綠色碼頭以及綠色船舶已成為一個熱點，為減少靠港船舶的排放對其供應陸地電能便是重要舉措之一。本項目為散雜貨碼頭建設一套供4個泊位的岸基變電站式船用電源岸電系統。

關鍵詞散雜貨碼頭岸電變頻

1　項目設計要求

本項目在港區變電所設置一套岸電電源裝置，滿足向四個泊位的船舶同時供電的要求（船舶船型為：5萬噸干散貨船）。岸電電源裝置（以下簡稱：岸電設備）的供電容量按照《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》（JTS155-2012）要求，每個泊位供電容量為：800KVA，岸電電源總容量為：800kVA×4=3200kVA，陸域電源取自碼頭變電所10kV/50Hz電源。

岸電設備配置相應的監控系統，能對岸電系統進行在線監測、供電計量、安全保護，并滿足與船舶光纖通訊、自動并網的要求。

2　岸電主回路系統說明

2.1系統構成

本岸電主回路系統設計方案由以下幾個部分組成，詳見圖1。

2.2設計說明

圖1　岸電主回路系統構成

電源側采用兩套10kV高壓進線柜（AH1、AH2）向兩組整流進線變壓器（T1、T2）供電，構成24脈波整流，以保證進線側諧波THD值低于4％的國家標準，進線變壓器（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構成變頻電源，直流回路并聯并通過Q1、Q2開關控制通斷，由此提供了整流單元及進線高壓開關柜、進線變壓器等設備的互為冗余。逆變部分采用4套并聯的逆變單元分別向4個泊位供電，輸出頻率可以是50Hz或60Hz，4個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靠港的要求。

變頻電源輸出側設置出線變壓器（T3、T4、T5、 T6），將變頻電源輸出電壓0.63kV/0.69kV調整為6.0kV/ 6.6kV，在出線變壓器（T3、T4、T5、T6）和逆變單元（U1、U2、U3、U4）之間設置隔離開關（Q3、Q4、Q5、Q6）進行隔離保護。

出線變壓器出線側設置高壓出線柜（AH3、AH4、AH5、AH6）作為饋電柜向船舶供電，高壓出線柜設置計量功能，計量船舶用電量。通過地面電纜將岸電送至碼頭前沿，碼頭前沿設置岸電接電箱（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，每個部位設置兩個并聯接電箱，保證船舶船頭任何方向靠港均可近距離接電。

3　岸電監控系統說明

3.1系統構成（見圖2）

圖2　岸電監控系統構成

3.2監控系統

監控系統由以下部分構成：

3.2.1監控計算機及服務器

在岸電變電站內設置兩臺監控計算機作為操作員站和服務器，兩機相互冗余。監控計算機內置監控組態軟件，編制各種組態畫面，對岸電系統實時監視和控制，運行人員通過監控計算機可完成對整個岸電系統的設備操作、狀態監視、信息查詢。服務器計算機用于記錄岸電系統的各種歷史數據并經過以太網方式將控制信息、設備狀態等信號進行遠傳。

3.2.2計算機監控系統

與船舶通訊實行岸電雙向操作功能；設置岸電輸出保護功能；故障報警功能；冗余控制功能；自動/手動控制功能；遠程/就地控制功能；邏輯聯鎖控制、保護功能；通訊功能；顯示功能；記錄、打印輸出功能；四遙功能；空調、新風、消防系統連鎖功能；船舶用電記錄功能，形成能耗曲線；數據庫管理功能；事故追憶并提供事故曲線；電源數據功能；信息查詢；網絡發布。

3.2.3PLC柜

本系統設置一臺冗余的PLC柜，由它來完成各種類型的電信號采集、各種網絡接口的數據交換、岸電設備操作的連鎖控制、岸船之間信號的交換及控制，并以OPC方式為服務器提供所有岸電設備的基本數據，執行監控計算機的命令對岸電設備進行操作、控制。

3.2.4通訊網絡

3.2.4.1工業以太網

岸電系統監控通訊網絡采用冗余以太網方式。2臺冗余PLC控制器之間通過以太網連接，并連接至冗余的計算機、服務器。系統預留工廠級管理網絡的以太網通訊接口，以便遠程傳輸岸電供電系統參數。岸船之間的以太網絡通過光纖和無線兩種方式進行，保證數據的可靠傳輸。

3.2.4.2現場總線

PLC控制系統采用分散控制、集中管理的DCS概念，本項目PLC至現場設備之間采用PROFIBUS現場總線連接。連接設備包括：高、低壓開關柜、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，無線通訊方式作為備用。同時設有岸側與船側的控制線聯絡，以便信號連鎖、出現緊急情況時能夠斷掉供電電源。光纖、控制信號線通過前沿插電箱連接。

岸側岸電控制系統與船側岸電控制系統建立通訊后，相互傳送船舶電制信號、岸側設備信號。PLC可以雙向控制，實現雙向岸電操作。岸側PLC根據船舶電制信號控制電源設備輸出相匹配的電制和容量。

4.2岸船的控制

本岸電系統的控制可以選擇船側操作或岸側操作兩種方式，控制對象為：

船上岸電中壓柜開關的分合；船上岸電中壓柜開關的接地開關分合；船側并網控制。

岸上出線柜開關的合分；岸上電源設備啟動、停止控制；岸側并網控制。

5　岸電系統的保護

包括欠壓保護，過壓保護，缺相保護，過溫保護，過流保護，接地保護，過載保護，電纜保護，通訊故障，船側設備故障，誤操作保護。

6　冗余措施

為了確保控制系統的可靠性，本岸電控制系統采取了相應的冗余措施，包括：

6.1PLC冗余

為確保岸電控制系統的可靠性，控制系統PLC配置了冗余CPU單元、正常工作時冗余CPU處于熱備狀態，當主CPU故障時自動切換至冗余CPU，系統不受影響，不會造成供電中斷。

6.2控制及信息管理計算機冗余

控制及信息管理系統配置了兩臺相互冗余的計算機和服務器，正常情況下，歷史數據同時存儲在兩計算機內，任何一臺故障時都不會影響系統的正常使用，歷史數據不會丟失。

6.3岸側、船側通訊的冗余

本岸電系統配置有與船舶進行無線通訊的裝置，當光纖故障時，可以通過該無線設備與船舶岸電無線接收設備進行通訊實現對岸電系統的控制和操作使用。

6.4變頻電源的冗余

變頻電源設備具有故障降容使用的功能，當某個單元故障時，可以切除故障單元，不會造成斷電。也可以備用冗余單元，故障時投入運行就可以不必降容。

6.5以太網冗余

本岸電系統通訊網絡采用冗余以太網，可確保信息網絡的正常通訊。

7　結束語

本岸電系統具有以下特點：

（1）一套電源設備可同時向4個泊位供電，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）直流回路設置隔離開關，提供了進線高壓開關（AH1、AH2）、進線變壓器（T1、T2）、整流單元（D1、D2）的互為冗余。

（3）逆變單元（U1、U2、U3、U4）采用并聯結構，當任一單元故障時可以降容使用。

（4）逆變單元采用IGBT技術，可以對船舶負載進行無功補償。