關于上海明東六期碼頭船用岸電供電系統的探析

鄧箐

【摘 要】近年來環境問題越來越引起全社會的廣泛注意，全球十大港口，我國占據七席，吞吐量約占全球四分之一，船舶和港口污染嚴重影響空氣質量和居民健康，發展綠色岸電是實現我國航運和港口城市綠色發展的有效途徑。

【Abstract】In recent years， environmental problems have attracted more and more attention of the whole society， ten largest port in the world， China occupies seven seats， loading and unloading capacity accounted for about 1/4 of the world， shipping and port pollution seriously affect the air quality and the health of residents， the development of green shore power is an effective way to realize China's shipping and port city of green development.

【關鍵詞】碼頭；岸電；綠色

【Keywords】 wharf； shore power； green

【中圖分類號】TM76 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）05-0155-02

1 引言

本文以節能降耗、創建節約型企業為背景，對國內外碼頭船供電系統進行綜合分析及比較，并建設性地提出公司外六期碼頭船供電系統可行性方案。

2 船用岸電技術概況

國內和國際港航界的專業人士普遍都對船用岸電技術表現出濃厚的興趣。以往，通常停泊在碼頭上的船只會采用自帶輔助電機對其自身進行供電工作，而現在則更多地采用電源供電的模式。在操作的過程中，我們可以把船接電箱和岸電箱進行連接，從而獲得其泵組、通風、照明、通訊和其他設施所需電力。岸電的普及對于減少港口城市和周邊城市的大氣污染和噪音污染有很大的作用[1]。

我國的船舶岸電主要有低壓岸電和高壓岸電聯合組成。高壓岸電是通過從高到低再到高（或高到高）的方式進行供電的。國內使用的供電電網頻率為50Hz，而國際上普遍采用60Hz頻率的電源進行供電。所以各國在供岸電時要根據不同情況，輸出不同電源類型供相適應的船舶使用。

3 國內外船用岸電技術的區別

目前國外已有的岸電供電頻率分兩種：一種如美國，60Hz港口供電電網向60Hz船舶電網直接供電，歐洲采用的是50Hz的港口供電電網，它可以直接對船舶進行供電。但是由于國外船舶電網的頻率通常在60Hz左右，與我國電網50Hz的頻率并不一致，所以現下急切需要研發適合我國岸電發展的變頻技術。目前，國內船舶直接采用岸電供電沒有技術困難，同時國內已經有一部分港口把岸電供電頻率通過變頻裝置轉換成了60Hz，這樣也極大地方便了國外船舶的使用。這樣未來我國有望建立國內和國際的雙頻交流電系統[2]。

4 內外船用岸電技術的發展以及相關應用

上海港不僅是我國的第一大港，也是世界第一大港。作為生產業務非常忙碌的港口，面對各式各樣的船舶，由于它們使用的頻率和電壓都會有所不同，這對整個岸電供電系統工程包括施工、裝配都提出了新的要求。而很多情況下，我們既不能夠對原有供電設施進行較大的變動，又不宜采用“浮船”的供電方式進行供電[3]。

以上海港外二期碼頭岸電使用情況來分析：岸電變頻的輸入功率為10kV/50Hz，輸出的電壓在450V左右。根據國內和國外使用的慣例，輸出的電壓頻率分別為50Hz或60Hz。變頻、變壓裝置安裝在一個可以移動的集裝箱里面，然后可以根據碼頭前沿場地要求選擇性地放置在岸邊。

①輸入側：10kV高壓電箱至變壓變頻裝置用一根30米帶有快速接頭的高壓電力電纜相連接。

②變壓變頻過程：第一步：利用降壓變壓器把輸入10kV電壓降壓至720V；接著由變頻器將50Hz變頻為60Hz（可選不變）；最后電壓從660V降壓至船用電壓450V左右。

③輸出側：考慮到電流較大，準備9根低壓電纜將變壓變頻裝置集裝箱與電纜卷筒連接。電纜卷筒裝置由3個低壓卷筒帶9根電纜組成。最終輸出至船上。

5 船用岸電關鍵技術和發展趨勢

船用岸電采用變頻器作為變頻電源的核心部件，因其非線性引起的高次諧波，輸出波均需整流。消除高次諧波是岸電技術領域的關鍵環節，諧波會給電源本身的質量造成非常不好的影響，從而讓整個電源都沒有辦法很好地進行工作，長此以往會影響設備的使用壽命。因此，在操作的過程中，我們要運用相應的手段消除諧波影響，只有這樣才能夠讓整個電源輸出的過程變得更穩定和更可靠。

具體措施大多采用變頻器加上LC電路的方式：變頻電源—預處理電感—逆變變壓器—濾波器。

①現行的專業技術條件下，通過對變頻電源的加工來實現三相電源的操作，最終變為具有60Hz頻率的SPWM波段。接入交流限流電抗器，選用通用電抗器，目的是為了更好地對變頻器內部產生的擾動進行抑制，在這個預處理過程中要注意對波形進行校正和調試，濾去變頻器逆變過程中釋放出的高次諧波。

②再輸入到預輸出EMI濾波器，該濾波器是由電感、電容構成低通元件，該無源濾波器工作原理及作用是將輸入電源通過補償、調壓后成為幾乎純的正弦波。

③由于LC濾波器只能濾除某范圍內的諧波，通常我們采用12脈沖整流的模式，把11次及以下諧波電流整體消除掉，完成整流變頻的功能。

④ 逆變變壓器是專門為逆變技術而設計匹配的，具有變壓和電感雙重功能的一種新技術變壓器。

現實中眾多船舶上用電設備的負荷性能都非常復雜，包括內部輸出方式、輸出電壓、穩定性和諧波頻率等細節，我們都要注意。而在實際操作中，輸出電壓諧波的頻率往往不能夠很好地滿足岸電使用的標準。為了讓我們在使用的過程中能夠更好地滿足電源輸出的相關要求，可以采用另一種變頻裝置（即高壓變頻）。

高壓岸電系統是目前運用的比較廣泛的岸電系統，它表示著岸電輸出電源電壓超過6.6kV電壓等級的電源系統。與低壓電系統相比，高壓電系統有著無可比擬的優勢。第一，它可以通過使用較少數量的電纜來連接船舶。第二，高壓電系統能夠快速地實現船舶和岸電系統整體的連接過程。第三，高壓岸電系統能夠較好地滿足大功率船舶的使用要求。

6 明東外六期碼頭高/低壓船供電方案建議和存在難點

外六期碼頭全長1008m，布置有17個10kV/2000kVA高壓接電箱，設計預留有3個高壓船供電接電箱。根據設計同時結合實際情況和未來高壓船舶的增加，以及高壓岸電接入工藝相對低壓較為簡單，提出了高/低壓的供電方案供參考論證。

高/低壓方案與低壓方案比較修改的內容：

①變壓器換成抽頭變壓器，可輸出460V和6.6kV。

②輸出開關柜調整為高壓和低壓兩路輸出。

③增加兩個快速接頭的插座。

船供電實際使用中的難點和解決方案：

① 難點： 岸電電源系統還需要考慮船岸電源切換。船電與岸電進行并聯時，不停止船上的發電機，做到岸電、船電不間斷的無縫切換。

方案：為了實現無縫切換，必須裝配一個自動并車裝置。自動并車系統能夠檢測船舶電源和岸電電源的頻率、相位、電壓等信號，同時必須滿足以下4個條件：待并網船舶發電機的電力相序須與岸電電源的相序保持一致；待并網船舶發電機電壓與岸電電源的電壓幅值相等；待并網船舶發電機頻率與岸電電源的頻率相等；待并網船舶發電機相角與岸電電源的相角一致。在實際使用中，除了相序一致是絕對條件外，其他條件都是相對的，即小于某一個設定值，從而使合閘沖擊電流處于系統可以承受的范圍。

②待解決問題：為了使停靠港船舶連接岸電時滿足快速、安全、穩定的技術需求。接地方式及繼電保護配置還未形成統一的技術標準，需進一步開展此關鍵技術研究，促進實現岸電技術的國產化、規模化應用。

7 結語

綜上所述，港口船供電項目具有良好的減排效果，可以大大緩解船舶在港期間對港區、上海市區大氣環境的影響，有效改善區域環境，保護港口的碧海藍天，將上海港打造成為名副其實的世界一流國際航運中心。

【參考文獻】

【1】俞曉.到港船舶使用岸電的環境效益和經濟效益研究[D].上海：復旦大學， 2013.

【2】殷佩海.船舶防污染技術[M].大連：大連海事大學出版社，2000.

【3】周振南.船舶連接岸電系統簡介[J].船舶設計通訊， 2007（02）：25.