淺談煤碼頭岸電系統的設計

張偉明

摘 要：以港口供電代替傳統的自備燃油機發電機供電，可以有效減少港口污染物排放的技術，越來越受到重視。文章針對常規煤碼頭的岸電系統，從系統設計、系統構成以及效益測算等進行了闡述，可以作為碼頭岸電系統推廣的一個借鑒。

關鍵詞：碼頭；岸電；變頻；節能

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）03-0090-02

Abstract： More and more attention has been paid to the technology of using port power supply instead of the traditional generator power supply， which can effectively reduce the emission of pollutants from the port. In this paper， the system design， system structure and benefit measurement of the conventional coal wharf are described， as can be used as a reference for the popularization of the wharf power system.

Keywords： wharf； shore power； frequency conversion； energy saving

1 概述

近年來，隨著國家經濟持續快速發展，港口建設的步伐越來越快。船舶停靠碼頭的數量和密度大幅增加，為此需要消耗大量燃油，造成大量廢氣和顆粒物排放，從而產生嚴重的環境污染。船舶接用岸電作為一項可以有效減少港口污染物排放的技術，越來越受到重視。

2 岸電系統的總體設計

碼頭船舶岸電系統建設必須貫徹安全生產、資源節約和保護環境的方針。本文以十萬噸、一個泊位煤碼頭為例。船舶主要有380V 50Hz、440V 60Hz、6kV 50Hz和6.6kV 60Hz四種電壓等級，根據調研船舶用電情況，低壓上船岸電容量按630kW容量設計，高壓上船岸電容量按1MW設計，因此，采用總容量為1MW的“1+1”船舶岸電方案：從原有碼頭6kV配電室輸出的6kV/50Hz高壓電，進入岸基供電系統經變頻變壓裝置轉變為高壓6.6kV/60Hz輸出至碼頭前沿高壓接電箱，供高壓船舶使用；同時為了保證兼顧低壓供電，變頻變壓裝置輸出另一路為低壓450V/60Hz，接至碼頭前沿低壓接電箱，供低壓船舶使用。變頻電源可雙頻供電，高壓輸出電源也可調至國內船只高壓等級6kV/50Hz，低壓輸出亦可調至國內船只低壓等級400V/50Hz。

高壓輸出6.6kV/60Hz和低壓輸出450V/60Hz兩種電制的電源都可以雙頻供電，為方便靠港船舶方便接電，將在試點泊位各布置一個高壓接電箱和一個低壓接電箱。方案系統單線圖如圖1所示。

碼頭主變電所提供6kV、50Hz出線給岸電電源設備，經變壓變頻電源裝置轉變為高壓和低壓電源，分別接入港口接電箱，供船舶使用。岸電系統布局如圖2所示。

3 岸電系統具體構成

3.1 岸電電源系統

岸電電源包含輸入開關柜、輸入變壓器、變壓變頻電源、輸出隔離變壓器、輸出開關柜等。其中，輸入開關柜對進線進行分斷控制；輸入變壓器將6kV電壓轉變為變頻器單元的工作電壓690V；690V經變頻電源進行變壓變頻后將轉變為690V/60Hz；變頻電源內部包含低壓輸入斷路器和輸出斷路器；輸出隔離變壓器1將變頻電源輸出的690V電壓轉變為6.6kV，同時進行電氣隔離。輸出隔離變壓器2將變頻電源輸出的690V電壓轉變為450V，給另一個低壓泊位供電；輸出開關柜對出線進行分斷控制。該電源系統對輸入電源有完善的欠壓、過壓、缺相、短路、過流、變壓器和逆變器過熱等保護功能。

3.2 船岸連接系統

低壓上船船舶連接：低壓船舶一般都有配備100米左右的岸電電纜，只需在電纜一端安裝與岸電接電箱匹配的快速接插頭，船舶靠港時將電纜與岸電接電箱快速連接即可。低壓接電船舶靠港負荷為600kW，一般需要三根電纜上船，采用三接口的岸電接電箱。

高壓上船連接：船舶已安裝船載岸電系統（AMPS），可直接接受6.6kV高壓電，因此，高壓接至岸邊的高壓接電箱，需要接電時，船舶上船載的電纜管理系統將電纜放至碼頭，與高壓接電箱連接，完成供電回路。

低壓船舶岸電電纜卷筒是針對港口碼頭收放岸電電纜而特別設計。該電纜卷筒不同于普通的電纜卷筒，該電纜卷筒根據收放岸電電纜的應用特點安裝了一套機械式電纜張力檢測控制裝置，當船舶裝卸貨物時或漲退潮時能隨船舶起落自動收緊或放松電纜，保證岸電電纜處于合理的張緊的狀態。

3.3 實時計量系統

為方便港口船舶用電結算，岸電系統設置了多關口處計量點。在變壓變頻電源的輸入端設置岸電總關口計量，可知道通用碼頭船舶接用岸電電量總數；在變壓變頻電源輸出端岸電接電箱里面都安裝了計量表，對每一次接用岸電進行計量。每一塊計量表都帶有載波模塊，通過電力載波通訊將數據傳輸至碼頭配電房的集中器，集中器接入港口調度室主站，實現實時計量和結算。

3.4 岸基接電箱

為了提高用電效率，簡化船岸連接的過程，項目設計了岸基插座箱。分別用于6kV 50Hz/6.6kV 60Hz與低壓400V 50Hz/450V 60Hz。

岸電箱應具有以下特點：

（1）采用高性能控制器，實現對本裝置內的監控與保護，同時實現與岸電監控系統的連接，提供刷卡等用電模式，保障了用電的可靠性。

（2）內置漏電保護裝置、結合柜內采樣計量等，實現過流、過壓、漏電等全方面的保護，提高用電的安全性。

（3）采用標準化快速接頭，方便現場電纜的連接，保障了用電的便捷性。

（4）具備插座的電氣與機械互鎖，確保在完成連接后供電，同時實現供電斷開前不能拔取插頭，保障了人身與設備安全。

4 效益測算

按全年210天停泊時間、三分之二時間使用岸電電源計算，一年碼頭船舶使用岸電約為140天。每天船舶輔機燃燒重油約3噸，則每年碼頭停靠船舶共耗油420噸，油價按4000元/噸，則節省燃油費用為168萬元。同時，岸電系統具有良好的減排效果，比照鹿特丹港靠港船舶輔機發電消耗1t燃料油產生的各種排放物重量，預計年可減少排放量CO2氣體1335096kg、NOx氣體24864kg、SOx氣體8526kg、VOC1260kg、PM2.5 1008kg。

5 結束語

碼頭船舶岸電改造項目以節能減排為主要目的，項目建成后，將有效改善港區空氣環境污染和地方生態環境污染狀況，減少港區廢氣和污染物質排放，同時還為靠港船舶節省燃油，降低運輸成本，具有重大的社會效益。

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