碼頭高壓岸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李凝霜 曹亮 彭勇

中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司 ? ?湖北省武漢市430071

摘要：現(xiàn)如今環(huán)境污染成為大家越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題，城市霧霾、溫室效應(yīng)等愈演愈烈，為了減少污染，建設(shè)綠色高效的港口碼頭，岸電技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在沿海、內(nèi)河等各種港口。針對(duì)高壓碼頭提出一種切實(shí)可用的技術(shù)方案，并對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題提出解決對(duì)策，對(duì)未來(lái)的岸電發(fā)展提出建議。

關(guān)鍵詞：碼頭高壓岸電系統(tǒng) ?高-高變頻方式 ?岸電監(jiān)控系統(tǒng)

引言

港口的污染物排放，除了來(lái)自起重機(jī)外，靠港船舶也是重要源頭之一。在通常情況下，船舶在停靠碼頭裝卸貨物時(shí)，為維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)和船員基本生活，船舶輔助柴油發(fā)電機(jī)組必須持續(xù)工作。船用岸電技術(shù)是指靠泊船舶利用岸上的電源為船舶用電終端供電，而不采用船上自帶的柴油輔助發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的一種供電方式。這種方式在船舶節(jié)能、環(huán)保、降噪等方面都有出色表現(xiàn)，特別是船舶在港期間，使用船用岸電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)船舶零排放。

1發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

港口岸電技術(shù)最早在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的港口應(yīng)用。1985年，瑞典的斯德哥爾摩港首次建立岸電，給油輪供電;2000年，瑞典在哥德堡港實(shí)施岸電給滾裝船供電;2001年，美國(guó)朱諾港首次將岸電技術(shù)應(yīng)用在豪華郵輪碼頭;2004年，美國(guó)洛杉磯港建立岸電給集裝箱船供電;2020年，美國(guó)又在長(zhǎng)灘港實(shí)施岸電技術(shù)給油運(yùn)輸船供電。

2高-高變頻方式

高—高變頻方式即高壓降壓—高壓變頻變換—高壓輸出的工作方式。該方式采用每相多個(gè)交直交PWM（脈沖寬度調(diào)制）變頻功率單元串聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出，有效的抑制了輸出諧波。由于每個(gè)功率單元模塊中除了含有逆變輸出結(jié)構(gòu)外，同時(shí)含有整流功能，從而相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)了整流部分的多重化，使得變頻器輸入、輸出諧波抑制同步完成。利用移相技術(shù)，使每個(gè)功率模塊的某些次輸出諧波相互錯(cuò)開(kāi)一定的角度而被消除，輸出波形質(zhì)量好，無(wú)需濾波措施即可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波指標(biāo)的要求。

3岸電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

整個(gè)港口岸電系統(tǒng)分為 2 個(gè)部分：岸基供電系統(tǒng)和船岸連接設(shè)備，其中包括配套的二次設(shè)備。（1）岸基供電系統(tǒng)：由岸邊向船舶供電的電源系統(tǒng)。岸基供電系統(tǒng)通過(guò)變壓變頻電源將高壓變電站輸入的高壓電源轉(zhuǎn)換為與船舶受電系統(tǒng)接口一致的電源，并輸送到碼頭船舶的接入點(diǎn)。岸基供電電源的各裝置放置于碼頭變電站內(nèi)。（2）船岸連接設(shè)備：連接岸上供電電源和船舶受電設(shè)備之間的電纜和設(shè)備，主要包括電纜卷筒、連接電纜、接插頭、接電箱等。電纜連接時(shí)必須滿足快速連接和存儲(chǔ)的要求。岸基供電系統(tǒng)單線圖見(jiàn)圖 1。2000 kVA 岸電系統(tǒng)可以輸出 3 路高壓岸電，為 3 個(gè)碼頭泊位供電。岸電系統(tǒng)變壓變頻裝置放置于港區(qū)變電所內(nèi)。變電所給岸電系統(tǒng)提供 6 kV/50 Hz的進(jìn)線電源，岸電系統(tǒng)通過(guò)變壓變頻輸出 6.6 kV/60 Hz 或 6 kV/50 Hz高壓電源，電纜由地下管路敷設(shè)至碼頭前沿，最終接至高壓接電箱。高壓接電箱放置于碼頭前沿，箱內(nèi)設(shè)置快速接插件，為船舶提供電源。船舶?？看a頭時(shí)，船上的電纜管理系統(tǒng)將電纜和快速插頭放下，船岸間通過(guò)船側(cè)的快速插頭和岸側(cè)的快速插座實(shí)現(xiàn)連接，完成船上與岸上的供電回路、通信回路和安全回路的連接。

4 快速電纜連接設(shè)備

目前應(yīng)用較多的岸船電纜連接設(shè)備的形式為：碼頭設(shè)置高壓接電箱，船舶上安裝電纜管理系統(tǒng)，隨船隨用。船舶靠港后，將船上的高壓電纜下放至碼頭，與碼頭高壓接電箱相接，實(shí)現(xiàn)對(duì)船上設(shè)備供電。高壓電纜卷車采用無(wú)滑環(huán)、對(duì)稱伸縮機(jī)構(gòu)，具有可移動(dòng)和電纜收放便捷的特點(diǎn)，同時(shí)可以保證電纜維持在最佳長(zhǎng)度，能有效避免其過(guò)于松弛或過(guò)緊。若電纜過(guò)度拉伸，要立刻切除岸電連接，以保證岸電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。不同船舶的電纜管理系統(tǒng)在船上存放的位置也不相同，有左舷下纜和右舷下纜。因此在碼頭設(shè)置高壓接電箱時(shí)，應(yīng)考慮船舶上電纜管理系統(tǒng)的安裝位置。碼頭高壓接電箱、船載受電設(shè)備和岸船高壓電纜之間設(shè)有快速安全接線裝置，其與岸電系統(tǒng)間存在電氣聯(lián)鎖，在船舶高壓電纜接線完成之前和接線過(guò)程中，高壓供電柜不能合閘;若高壓柜在供電狀態(tài)，則高壓接電箱無(wú)法進(jìn)行接線操作。

5岸電監(jiān)控系統(tǒng)

岸電系統(tǒng)設(shè)備和操作流程比較多，需要設(shè)置專用的監(jiān)控系統(tǒng)，不僅對(duì)各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，而且可與碼頭監(jiān)控系統(tǒng)通信，便于操作人員掌握設(shè)備運(yùn)行情況。監(jiān)控系統(tǒng)與輸出開(kāi)關(guān)柜電表通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控供電量變化情況;監(jiān)控系統(tǒng)與輸出開(kāi)關(guān)柜保護(hù)裝置通信，可根據(jù)供電船舶差異，靈活選用保護(hù)定制;監(jiān)控系統(tǒng)與變頻電源系統(tǒng)通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù);監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)記錄供電期間輸出電壓、電流數(shù)據(jù)（含必要波形），便于供電發(fā)生異常中斷時(shí)，追溯故障發(fā)生時(shí)的狀態(tài)，分析故障原因。

6 電纜管理系統(tǒng)

典型的電纜管理系統(tǒng)是由電纜絞車，電纜長(zhǎng)度或張力控制設(shè)備和相關(guān)儀表組成;通常采用固定式，安裝于使用岸電船舶的艉部;船舶通過(guò)電纜管理系統(tǒng)收放岸電電纜，與岸上電源進(jìn)行連接;除具有收放電纜功能外，供電電纜收放系統(tǒng)應(yīng)配置張力控制設(shè)備，在正常情況能保證電纜中不出現(xiàn)超過(guò)允許值的機(jī)械應(yīng)力，電纜絞車的定時(shí)預(yù)緊設(shè)置能夠維持最佳電纜長(zhǎng)度，避免電纜超過(guò)拉緊限制或過(guò)于松弛，保持恒張力，在出現(xiàn)電纜過(guò)度拉伸情況下，及時(shí)切斷岸電連接， 預(yù)防潮汐過(guò)低或颶風(fēng)破壞，避免帶電拉斷電纜或插頭拔出狀況。

7抵港前 AMP 效用檢查

（ 1 ）責(zé)任電機(jī)員報(bào)請(qǐng)輪機(jī)長(zhǎng)同意，請(qǐng)輪機(jī)員協(xié)同。（ 2 ）時(shí)間到港前一周左右完成， 以留有排除故障或報(bào)請(qǐng)公司安排修理的時(shí)間。（ 3 ）檢查內(nèi)容和方法準(zhǔn)備——高壓岸電連接屏， 用專用手柄抽出高壓真空斷路器 VCB 使其與匯流排分開(kāi) （保證斷開(kāi)高壓），且合上接地開(kāi)關(guān)放電，然后方可進(jìn)行檢查（檢查后勿忘將高壓真空斷路器 VCB 復(fù)原）。 檢查電纜三根供電線和一根接地線的絕緣;檢查岸電插座兩根分閘控制線（ PILOT ）的電阻（正常情況電阻很小，約幾十歐姆），若處于開(kāi)路狀態(tài)，必須查出原因并排除故障，否則接岸電前無(wú)法做應(yīng)急切斷實(shí)驗(yàn)。岸電連接屏及岸電接收屏， 檢查各電氣設(shè)備和有關(guān)線路的絕緣。 電纜絞車室移門，檢查活絡(luò)情況，必要時(shí)加牛油。岸電絞車，檢查確認(rèn)絞車移動(dòng)和電纜收放靈活、可靠，集電環(huán)完好（磨損在允許范圍），卷?yè)P(yáng)馬達(dá)和控制箱正常，擱架釋放和電纜釋放的兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)正常。（ 4 ） 防護(hù)選晴好天氣和良好海況實(shí)施檢查。 切實(shí)遵照高壓電操作規(guī)程，接地放電后檢查。（ 5 ） 記錄電機(jī)員負(fù)責(zé)，在電氣日志上如實(shí)記錄檢查情況。

8對(duì)高壓岸電系統(tǒng)及設(shè)備的要求

（1）短路電流。作為岸電連接系統(tǒng)容量選擇和保護(hù)電器設(shè)定的依據(jù)，在高壓岸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)計(jì)算岸電饋送的短路電流。船上電站主匯流排的最大預(yù)期短路電流，應(yīng)不超過(guò)船舶電站供電時(shí)允許的最大短路電流;（2）當(dāng)船舶電站斷開(kāi)且岸電供電發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)按規(guī)范和公約規(guī)定恢復(fù)船舶電站供電。自動(dòng)起動(dòng)船上柴油發(fā)電機(jī)，同時(shí)向應(yīng)急發(fā)電機(jī)觸發(fā)一個(gè)起動(dòng)信號(hào);當(dāng)主發(fā)電機(jī)失敗時(shí)，應(yīng)在 45 s 內(nèi)起動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī);（3）船舶和岸電連接要求 ： 高壓軟電纜上承受的機(jī)械應(yīng)力不超過(guò)允許的設(shè)計(jì)值;應(yīng)有恒張力裝置，當(dāng)超過(guò)時(shí)應(yīng)有報(bào)警和斷電;（4）高壓供電屏。打開(kāi)屏門均需執(zhí)行安全接地放電程序，否則均無(wú)法打開(kāi);（5）中壓變壓器高溫報(bào)警和高溫跳閘保護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

以上從幾個(gè)方面對(duì)高壓岸電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)，高-高變頻方式和岸電監(jiān)控的應(yīng)用使系統(tǒng)更加可靠和穩(wěn)定，這也將是碼頭岸電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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