三峽壩區并靠船舶岸基供電技術及其應用研究

南瑞集團（國網電力科學研究院）有限公司/國電南瑞科技股份有限公司 何勝利 鄧任任 溫殿國 遲福海 王 磐

國家出臺相應的法律法規對船舶停靠時減少污染物排放做了嚴格要求，海事局發布了污染物排放控制區的政策文件，對船舶使用岸電有了明確的規定。為推動長江經濟帶生態文明建設，2018年6月國家相關部委組織召開專題會議，推動三峽壩區岸電試驗區建設工作。三峽壩區的錨地或碼頭已建設了部分岸電樁，只有在壩上豐水期時方便接岸電，當水位下降到低位時船舶距離岸電設備遠、連接非常困難，導致使用率極低。在錨地靠船墩系泊、躉船系泊以及拋錨自泊的狀態下缺乏技術方案[1-2]，無法為船舶提供電能。

本文設計了不同場景下船舶停靠的岸電技術方案，提出了船舶并靠岸基供電、計量計費以及標準化接口方案，并通過錨地現場應用案例進行驗證，解決了并靠船舶供電難的問題。

1 技術方案研究

1.1 供電方案

三峽庫區的水位正常運行期按175m、145m、155m三個水位調度[3]，最高水位和最低水位的垂直落差30m，岸邊斜坡距離可達150m，水位變化對岸電影響大。三峽壩區通航的船舶主要采用三相三線上船，所以岸電電源以三相三線IT電制模式供電。船舶停泊時主要有丁靠系泊、靠船墩系泊、躉船系泊以及拋錨自泊四種模式[4]，本文主要考慮靠船墩系泊、躉船系泊情況下多船T接供電方案。

躉船系泊供電。躉船系泊是指船舶并靠靠泊在躉船側，依次并靠系泊。躉船至岸側距離有十幾米至上百米不等，要給船舶供電須先把岸電電源送到躉船上，然后通過躉船再把電源上送到并靠的船舶；靠船墩系泊供電。靠船墩是在水中固定的直立方形柱狀建筑，一般5個一組，兩個靠船墩為靠泊的船舶提供系纜柱。低壓電纜由岸坡到水底，由水底到靠船墩的頂部。在靠船墩的頂部配置岸電樁及電纜卷盤，供電接口需根據水位變化可自動調節垂直升降，高度要匹配第一艘靠泊的船舶接電位置。

上述兩種并靠方法，船舶并靠后如分別為船舶提供供電接口，根據相關規定，一千噸以上六千噸以下的船舶，船寬為13m至17.2m之間，噸位越大、船體越寬，外側靠泊的船舶接岸電所備的電纜越長，給船員的用電帶來不便。為解決外側船舶用電困難的問題，采用了T接供電的方案，即每艘船舶上配置一個T型接口箱（簡稱T接箱），T接箱由供電輸入接口接電源輸入，本船用電接口為本船提供電源，下級供電接口為下一級船舶提供電源。船船之間的連接電纜長度為25米。圖1用三艘船舶并靠用電方式，后續的船舶用電依次并靠即可。T接的所有供電負荷不能超過岸電樁接口額定輸出功率。調研散貨船停靠時的用電最大負荷如表1。通過這種T接供電，解決了船舶并靠時供電電纜長、接電不方便的問題。

圖1 船舶并靠供電示意圖

表1 散貨船靠泊功率

1.2 內部通訊方案

為解決運營收費的問題，須解決岸電樁和T型接口箱間的通信，以及岸電設備和運營平臺間的通信。調研其它通信方式及現場應用情況如下：CAN。抗干擾強、通信距離長，但需增加雙絞屏蔽電纜，用于變電站內部通訊管理機與分散的保護測控裝置；LORA。無需單獨布線，但開機后建立連接時間長；GPRS/4G/NB-IOT。無需單獨布線，但有運營費且受運營商基站信號影響，用于電動汽車充電樁和運營平臺之間；載波。無需單獨布線，但通訊時效性低、建立連接時間長，且三相三線的載波模塊市場沒有批量應用產品，用于用采終端、數據采集器和集中器通訊。通過分析綜合對比，樁與T接箱采用CAN通信方式。

岸電樁和運營平臺間的通信根據現場的實際情況分兩種情況，一是岸電樁較多的區域，可通過以太網把岸電樁信息匯集到通信集中器控制，然后通過4G/5G的無線通信模塊和云平臺通信；二是岸電樁分散安裝的區域，每個岸電樁內部配置4G/5G無線通信模塊，然后直接和云平臺通信。

1.3 運營管理方案

1.3.1 注冊

為操作的便捷性，采用掃描二維碼方式啟停供電。每個岸電樁的輸出供電接口和每一個T接箱有對應的信息二維碼，包含設備信息及接口信息。用戶注冊時，用手機下載專用APP向國網岸電云平臺注冊，獲得一個賬號，如果船上有T接箱時注冊信息中要包含T型接口箱信息。

1.3.2 供電模式選擇根據應用場景不同，岸電樁存在兩種供電模式。模式一：直接供電方式。即岸電樁直接給船舶供電，船舶不用T型接口箱。

模式二：岸電樁使用T接方式給并靠船舶供電。在第一艘船舶T接箱供電電纜和本船用電纜連接好后，船員通過專用APP掃描岸電樁對應接口的二維碼，選擇T接方式供電，運營云平臺遠程啟停對應的岸電樁供電接口。第一臺T接箱帶電后，通過CAN通信把設備信息上送給岸電樁，岸電樁再把T接箱信息上送至運營平臺，運營平臺檢測到合法信息后遠程啟動第一臺T接箱的本船用電供電接口，完成第一艘船舶供電。

第二艘船舶的T接箱進線電纜和本船用電纜連接好后，用手機APP軟件掃描第一艘船舶T接箱的二維碼，運營平臺再啟動第一臺T接箱的下級供電接口，第二臺T接箱帶電，T接箱信息上送后，運營平臺再啟動第二臺T接箱本船供電接口完成本船供電。后面船舶用電參考第二艘船舶供電過程。所有T接船舶的關系鏈表在云平臺保持維護。當本船供電結束，直接通過手機APP結束T接箱的本船供電，扣費等信息通過APP顯示，如果船主是最后一艘船舶，則再停止上一艘船舶T接箱的下級供電接口。

1.4 安全回路設計

船舶在供電過程中電纜意外斷開，系統沒有檢測到此狀態會存在較大的安全隱患。為防止此情況的發生，在電纜中增加供電安全回路檢測功能的控制纜，岸電樁和T接箱內部增加安全檢測邏輯電路，只有當安全回路處于接通狀態電氣設備的斷路器才會閉合供電。當供電電纜斷開時岸電設備的斷路器自動跳閘。如圖2所示，P1、P2分別為安全回路連接的兩根檢測導線，連接到岸電供電電纜中，在船側內部短接。外部電纜連接正常，安全回路形成通路，此常開觸點閉合，允許合閘。

圖2 安全回路設計示意圖

1.5 關鍵設備設計

岸基供電系統主要包岸電箱、T接箱、電纜管理系統以及標準化接口等設備。T接箱內部電氣設計如圖3所示，本船用接口具備短路保護、過流保護、過欠壓保護、計量功能，下級供電接口具備短路保護、過流保護功能。核心控制器通過CAN和岸電樁通信，輸出接口由控制器遠程啟停。

圖3 T接箱內部電氣結構示意圖

岸電建設時，缺乏統一接口標準規范會嚴重制約岸電的推廣應用。目前部分標準雖然有所規定，但接口類型數量較多，不滿足通用性。充分調研國際國內相關標準及港口、船舶的需求，提出了低壓接口的功能設計，即使用額定電流為63A、125A兩種規格接口用于內河流域的船舶，采用電流為250A、350A兩種接口滿足國內船舶大容量需求，同時滿足國外海船使用國內岸電系統的需求。

2 現場應用分析

選取沙灣錨地作為岸電試驗區建設示范工程，該錨地靠泊方式包括躉船系泊、靠船墩系泊等多種方式。在每條躉船兩側的甲板上安裝岸電樁，在靠船墩頂部安裝岸電樁，對并靠的船舶放置T接箱，完成電纜插接后掃碼完成供電。在岸電的實際應用測試過程中，發現仍存在一些問題。T接箱不固定在船上，每次使用岸電需要搬運T接箱和電纜、工作量非常大，連接不方便。

為此提出了T接的升級改造方案：統一船舶的接口型號，小容量接口使用額定電流125A、大容量接口使用額定電流250A的兩種標準接口；船舶內部增加T型接口箱，既滿足T接供電又可適應直接供電。將T接箱固定安裝在船頭，減短跨船連接電纜；對于并靠郵輪T接供電（圖4），由于供電容量大，一般一套低壓接口箱無法滿足供電需求，分別設計兩路供電回路，外側停靠的船舶通過內側船舶的獨立的T接線路供電。

圖4 大容量T接改造示意圖

3 結語

面向三峽壩區的應用環境，主要對躉船系泊、靠船墩系泊的場景進行分析并給出了供電設計方案，通過沙灣錨地的項目測試了實際應用情況。最多測試了5艘船舶并靠供電，經過一個多月的試運行，使用效果較好。示范項目中首次提出并應用了T接供電方案，解決了三峽壩區多船并靠使用岸電的難題，對長江沿岸及其它內河流域的岸電后續建設起樣板示范作用。長江流域船舶類型多樣，船岸快速連接需要岸基部分與船上部分高效配合，目前船舶部分仍需進一步提升相關的技術配套、設施配套，后續將針對岸基供電系統與船舶改造整體技術方案進行深入研究。