岸基輸變電系統技術問題探討

金敏

摘 要：岸電是指由岸上電源代替船舶輔機為船舶提供在港停泊期間所有用電的一種港區大氣污染控制方式。岸電使用期間，船舶應關閉所有主輔機，使用岸電對船上照明設備、通信設備、控制設備及必須的生產作業設備供電，可防止船舶輔助發電機組將燃燒廢氣及顆粒排放至當地空氣，改善港口環境質量。本文分析了岸基輸變電系統的相關技術應用問題。

關鍵詞：岸基供電系統;輸變電系統;港口船舶

1 概述

根據相關要求及技術標準，岸基輸變電系統由采用符合國家標準的變頻電源系統和具有一定防護等級的戶外集裝箱變電站或電氣間組成。為適應碼頭的惡劣環境，變頻電源需有防潮、防鹽霧、防振、防凝露、防油污、防鐵屑、防濺射、防靜電等一系列措施，以滿足岸電電源的性能需求，岸電系統主要由岸上供電系統、船岸交互部分和船舶受電系統三部分組成，岸電技術方案主要從以下3方面展開研究。（1）岸上供電系統：使電力從高壓變電站供應到靠近船舶的連接點，即碼頭接電箱，完成電壓等級變換、變頻、與船舶受電系統等功能。設備包括變壓設備、變頻設備和電源輸出開關設備等;（2）船岸交互部分：連接岸上連接點及船上受電裝置間的電纜和設備，電纜連接設備必須滿足快速連接和儲存的要求，其不使用時儲存在船上、岸上或者駁船上。（3）船舶受電系統：在船上原有配電系統的基礎上固定安裝，用于受電、自動并網等，設備包括岸電進線設備、同步屏等。

2 岸電技術方案研究

變頻方式的選擇。由于國內岸上供電系統的輸入電源參數為50Hz，而船舶受電參數為60Hz或50Hz，因此，在岸側岸電系統的核心設備為變頻器。現階段，變頻設備主要有兩種技術手段：低壓變頻和高壓變頻。

供電參數的選擇。目前，國內外船舶配電電壓主要有低壓（380～450V）和高壓（6.6～10kV）兩種。對于高壓船舶，岸基供電參數主要為高壓供電;對于低壓船舶，岸基供電參數主要有兩種，既可以380/450V的低壓供電上船，也可以6.6kV/10kV的高壓上船，再經過變壓器降至船舶使用電壓。供電參數的選擇需要考慮停靠船舶的用電參數需求及系統容量、接電安全性等多方面因素。根據相關技術規范，每單個泊位至少應布置1套岸電接電裝置;容量小于630kVA時，可采用低壓上船方式;碼頭船舶岸電系統容量在630kVA至1600kVA時，宜采用高壓上船方式;碼頭船舶岸電系統容量大于1600kVA時，應采用高壓上船方式。

電纜管理系統的選擇。在船舶進港后，需要通過電纜管理系統快速的將碼頭邊的岸電箱與船舶岸電箱連接起來。電纜管理系統主要包括卷筒、電纜及附屬接插件等設備。船舶和岸電的快速連接技術是船舶岸電電源的一種重要應用技術，快速、便捷的電纜管理系統能保證港口岸電電源的正常使用。

供電旁路的選擇。岸基供電系統輸入端電源頻率為50Hz，輸出端電源頻率根據船型的不同，分為50Hz、60Hz。當船舶用電需求為60Hz時，需加裝變頻器變頻后輸出上船;當船舶用電需求為50Hz時，則存在兩種方案：一種是旁路方案，設置旁路柜達到隔離變頻器的目的，避免了通過變頻器造成的電能損耗，直接通過隔離變壓器輸出;另一種是無旁路方案，即還是通過原來變頻器和隔離變壓器后輸出。供電旁路的設置，可盡量減少電能在通過變頻器時的損耗，提高供電效率，但同時增加兩個旁路開關和一個隔離變壓器，使得投資額增加，因此供電旁路的選擇，需參考碼頭的實際用電需求。若靠港船舶以50Hz為大多數，旁路使用率較高，則適合采用供電旁路系統;反之，則無需設置旁路系統。

并網方案的選擇。岸電系統并網方式主要包括帶電連接（無縫并網）和不帶電連接兩種方式。不帶電連接是指先斷開船舶發電機供電，后閉合碼頭船舶岸電電源斷路器，由碼頭船舶岸電電源向船舶配電系統供電;或先斷開碼頭船舶岸電電源，后閉合船舶發電機斷路器，由船舶發電機向船舶配電系統供電。不帶電連接操作較為簡單，在船舶靠岸后，船舶通過船上導軌將電纜放至岸側后，關閉船舶本身的發電系統的總開關，與岸電系統裝置連接完畢，啟動岸電系統，將岸電電源送至船側岸電配電柜，即可完成電源切換。在船舶離岸時，先關閉岸電系統，再分閘船上岸電系統的輸入開關，啟動船舶的本身發電系統，通過電纜卷筒將電纜收至船上，即可完成離岸前從岸電到船舶自身供電運行的切換。帶電接連是指保持船舶發電機向船舶配電系統供電的同時，通過調節碼頭或船舶供電系統電壓、頻率和相位參數，實現船舶岸電短時并網運行，完成負荷轉移，實現帶載切換。帶電連接需配備并網管理系統，系統操作較為復雜。在船舶靠岸后，將岸電電源與船舶電源裝置連接，隨后啟動岸電系統，將岸電電源送至船側岸電配電柜，船上岸電同期裝置自動檢測船上岸電電源的輸入開關的前端電壓頻率、幅值、相角，并進行負載的自動轉移，當船側發電機側的負載率降至30%以下時，關閉船舶本身的發電系統的總開關，完成岸電系統為船舶負載供電的過程。當船舶離岸時，先啟動船舶的發電系統，待穩定后，再開始同期切換，當頻率、幅值、相角三個參數一致時，合閘船舶本身的發電系統的總開關，再分閘船上岸電系統的輸入開關，完成離岸前從岸電到船舶自身供電運行的切換。以上兩種的方案需視船舶具體需求而定，應滿足保證船舶電網的安全運行，減少由于電網沖擊、突然失壓造成的損害，節省因失電而重啟設備、復位故障造成的勞動力成本的需要，且船舶具備相應的空間位置，可考慮采用帶電連接方式，反之，可采用不帶電連接方式。

在岸電系統工藝路線的選擇過程中首先確定碼頭電源的電壓等級和船舶的用電參數，以確定系統的外部條件;其次，根據船舶最大用電功率大小，判斷采用何種變頻方式;在考慮上船供電參數的過程中，高壓變頻建議直接采用高壓上船方式，主要原因在于高壓變頻容量大，若采用低壓上船，會造成電纜數量多，接電系統復雜，運行維護繁瑣的問題;對于電纜管理系統的設置，主要考慮船側的投資及碼頭的空間條件，應滿足岸電系統的整體要求。

3 結束語

大型船舶在港口裝卸時通常采用輔助燃油發動機發電以滿足船舶的日常需要。為控制成本，船舶靠泊后一般采用高含硫量的柴油供輔機燃燒，對周邊環境造成污染。一艘使用3.5%含硫量燃油的中大型船舶，其排放PM2.5的水平與50萬輛使用國四油品的貨車相當，空氣污染物遠高于火力發電排放強度。在港口利用岸電技術降低營運成本，減少對大氣的污染排放，達到節約能源、清潔環境的目的，已成為世界各個國家的發展方向。

參考文獻

[1]鄧箐. 關于上海明東六期碼頭船用岸電供電系統的探析[J].中小企業管理與科技（上旬刊）.2017（05）

[2]柯喆. 防爆型智能化船舶岸基供電系統的設計研究及其實際應用[J].工程技術研究.2019（07）

（作者單位：上海岸電能源科技有限公司）