內河船舶低壓岸電系統的設計和分析

摘要：當前使用的內河船舶岸電系統安全性不高，且系統較為落后。文章針對內河典型貨船設計出一套全新的船舶岸電系統，并用Copass Ser02軟件進行安全性驗證，對船舶岸電的推廣具有一定的指導意義。

關鍵詞：船舶岸電系統;保護;自動轉換;短路分析

中圖分類號：U665文獻標識碼：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 051

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0193 - 04

0 引言

船舶岸基供電技術是一項替代性解決靠港船舶大氣污染的控制技術，是國家“十三五”期間重點推廣的措施，也是港口行業踐行生態文明建設的具體舉措。近年來，隨著清潔能源受到大力推廣，我國岸基供電技術應用也獲得積極推進。本文以一種內河典型貨船為例，設計一套完整的岸電系統，并作出安全性分析。

1 船舶參數

選取的內河貨船主尺度為：73.8 m（船長）×15.8 m（船寬）×5.7 m（型深），總噸數為2 437 t，該船型在當前內河特別是西江流域較為流行。岸電供電電壓為380 V，屬于低壓岸電。

2 總體系統設計

根據國家岸電相關政策的要求以及船舶使用岸電的初衷，船舶在靠岸狀態下，應停止使用船舶柴油發電機組，而使用岸電作為船舶主電源以減少污染，因此，上述用電設備清單中除了在進出港狀態使用的艏錨機和艉錨機外，其他設備均應納入岸電供電范圍（見表1）。由此，可以計算得出岸電用電設備總功率為34 kW、總電流為97.9 A。國家海事局頒布的《內河船舶法定檢驗技術規則>（ 2018修改通過）的相關條款規定，船電和岸電之間的連接插座必須在“63 A、125 A、250 A”三種規格中選其一。根據該船的岸電用電設備總電流，應選擇125 A規格的連接插座，為了與連接插座保持匹配，岸電箱的額定電流也應選擇125 A。

上述用電設備中除了照明、分電箱、充電機要求220 V供電外，其余設備均要求380 V供電，因此岸電箱的額定電壓應選擇380 V。而220 V的用電設備可通過主配電板的配電功能以滿足供電需要（岸電系統一樣是通過主配電板來分配電能，380 V主配電板可提供380 V、220 V兩種電壓）。岸電箱的容量可通過下列計算式粗略估算：

P≈1. 732UI≈1.732×380 x125≈82 kW

岸電箱的容量滿足要求。岸電箱的配電系統方面選擇三相四線制系統，理由是該配電系統既可接受岸基三線四線制岸電輸入，又可以接受岸基三相三線制岸電輸入（只要把中性線接線端空置即可），同時又滿足用電設備的供電需要。

3 岸電箱設計

岸電箱作為船舶岸電系統的核心，既承擔了接受岸基岸電輸入并向船舶用電設備輸出電力的作用，又承擔了在使用岸電時對整個船舶電網的控制和保護作用，因此岸電箱的設計至關重要。本文選擇德力西CDM3 - 125S/4300 125 A空氣開關作為岸電箱主開關，通過HDD-10型相序繼電器來實現相序指示功能，同時加入相序自動轉換功能，該功能通過CDQ1S - 125A雙電源自動轉換裝置來實現。設計出的岸電箱原理圖如圖1所示。

該岸電箱具有岸電指示功能，即岸電箱內三相ABC接線端接線與岸基岸電輸入不一致時，發出錯相指示。更為重要的是，該岸電箱可通過電源轉換裝置實現自動糾錯，使得岸電箱最終輸出電力時的相序與岸基輸入岸電的相序時保持一致，避免出現燒壞岸電箱和燒壞用電設備的情況出現。同時，選用的岸電箱主開關既能滿足供電的需要，又可對岸電供電時的船舶電網起到通斷和保護的作用。該岸電箱比目前內河船舶普遍使用的岸電箱更為安全和先進。

4 岸電供電系統總設計

根據上述設計選型，設計出船舶岸電供電系統圖，如圖2所示。

該岸電供電系統由岸電箱作為主電源，由主配電板對電力進行分配，供電范圍涵蓋了船舶靠岸停泊狀態下所需用電的所有用電設備。該系統擁有三級保護：初級保護是各用電設備在主配電板上對應的斷路器;二級保護是主配電板上的岸電開關（選用德力西CDM3 - 125S/4300型空氣開關）;三級保護是岸電箱內的主開關（具體型號見上文）。

5 對船舶岸電系統的安全驗證

在船舶岸電系統發生短路情況下，是否會對岸基岸電供電系統產生沖擊，這是船東和岸基岸電供電方普遍關心的問題，也是關系到岸電用電安全的關鍵問題。以下通過Copass Ser02 （Ver 2018）計算軟件的短路電流計算功能來對該船舶岸電系統進行安全驗證。

5.1 系統建模

系統模型見圖3。

5.2 計算結果

按照系統模型里的參數輸入數據，經過計算（計算過程復雜冗長，本文不詳細列出）可得到計算結果（見表2～3）。

以SCP-消防泵短路點為例，該點發生短路時，其峰值短路電流為1058 A，大于保護開關的瞬時脫扣電流140 A，能立即引起保護動作，不會引起上一級斷路器的保護動作。同理，如SCP- HSB短路點發生短路時，其峰值短路電流為1 155 A，大于保護開關的瞬時脫扣電流875 A，能立即引起保護動作，不會對岸上供電系統造成影響，其他各短路點可以此類推。

通過分析可以得出結論：該岸電供電系統任一點發生短路，均會引起保護開關的保護動作，不會對岸基供電系統造成沖擊和影響。

6 結語

本文中設計的岸電供電系統的特點是：（1）既具有多級保護，又具有錯相指示功能，自身安全性高;（2）實用性好，滿足船舶在靠岸狀態下的所有用電需求;（3）靈活方便，即可接受三相四線制岸電輸入，又可接受三相三線制岸電輸入;（4）具備一定的自動化功能，錯相狀態下不用人工干預，可實現自動糾錯。通過計算軟件的驗證證實該岸電供電系統對岸基供電系的安全性是滿足要求的，因此，在內河船舶推廣此系統，將有利于岸電使用的普及，對內河航運產生有益的推動作用。

參考文獻

[1]黃建章.船舶設計使用手冊（電氣分冊）[M].北京：國防工業出版社，2013.

[2]中華人民其和國海事局，內河船舶法定檢驗技術規則[Z].2018.

作者簡介：鐘偉強（1985-），驗船師，從事內河船舶、船用產品的法定檢驗以及船舶設計圖紙的審查工作。