生產性碼頭泊位船舶岸電連接設備的設計研究

王飛

（上海振華重工（集團）股份有限公司船機與基建設備管理部，上海 200125）

當前，靠港船舶通常利用船舶上的輔機發電，以滿足船上正常運行的電力需求。但是，船舶輔機為燃油發電機，在消耗燃油的過程中，會排放出氮氧化物、硫氧化物等空氣污染物，影響港口及所在城市的環境質量。《長江保護法》作為國家第一部內河保護法，于2021年3月1日起正式實施，該法指出，船舶燃油機排放引起的大氣污染防治是其中一項重點工作，各港口企業須積極推進船舶靠港后接岸電。目前，一些公共/公用碼頭，包含客運、集裝箱碼頭等（以下簡稱常規碼頭），已經有一套成熟的解決方案，但是，針對生產性碼頭泊位，以本公司為例，還不能實現船舶即靠即用岸電的功能。而針對生產性駁岸碼頭，碼頭泊位不僅需停靠船舶，其更重要的功能是滿足大型起重設備的總裝、調試和發運工作，所以給船舶供電的岸電電源和插座箱位置不能干涉碼頭原有設施，需考慮更靈活并可靠的供電方式。

1 碼頭船舶岸電設備的改造設計原則

常規碼頭泊位的岸電技術通常是對原有的廠區電力系統增容擴容、增加中壓開關柜、變頻岸電電源及碼頭岸邊插座電源箱等設備，包括新增一些供電線路及通信線路等，在船舶靠港時能夠“即插即用”，此技術得到廣泛應用。

而針對生產性碼頭泊位，其船舶岸電設備改造除了應滿足供電連續性、可靠性、安全性和經濟性的要求外，還應滿足如下要求：

（1）船舶靠港時“即插即用”。

（2）岸電電源的容量達到1000kVA及以上，頻率50/60Hz±0.2Hz，電壓10kV/6.6kV或380V/440V等。

（3）岸電插座箱配備兩個插座口，并有相關聯鎖保護或急停功能。

（4）船舶岸電和原有起重設備調試供電電源的兼容性。

2 常規碼頭泊位的岸電系統

2.1 高壓上船

高壓上船模式是將碼頭電網10kV/50Hz高壓電源通過高壓變頻裝置，轉換為6.kV/11kV或者以上的岸電電源系統，接入船載系統供船上設備使用。高壓大容量岸電系統適用于沿海大型港口碼頭以及沿海沿江中心港口碼頭。對于大型船舶來說，船上各種類用電設備負荷很大，往往采用中高壓供電。

2.2 低壓上船

低壓上船模式主要是指碼頭電網10kV/50Hz高壓電源轉換為輸出電壓為440/400V的岸電電源系統，接入船載系統供船上設備使用。通常為用電負荷較小的船舶所采用。

3 生產性碼頭泊位的特點及船舶岸電設備的設計及配置

3.1 生產性碼頭泊位的特點

以振華重工長興基地的碼頭泊位為例，其單個碼頭前沿需放置10臺左右集裝箱起重機（岸橋）。岸橋的各部件總裝、調試和最終發運都在碼頭上進行。

靠泊的船舶為50000t級的遠洋甲板運輸船，其靠泊時整船的用電負荷最高達800kW左右。岸橋通過滾裝上船的方式裝載至運輸船甲板上，再經綁扎后發往世界各地各港口碼頭。因此，碼頭前沿不允許安裝有固定式的插座箱或岸電電源等設備，否則，在岸橋滾裝上船時都將形成干涉，無法給船舶供電使用。

此外，岸橋在碼頭上需使用10kV/50Hz的電源進行調試使用，從陸域變電所至每個碼頭有4～5路10kV供電電纜，無“緊停”功能的通訊線路。

3.2 具體設計及配置

（1）為不影響岸橋調試，需在原有10kV變電所增加一根10kV電纜至碼頭前沿高壓電纜坑，電纜型號為：YJV22-8.7/10kV-3×95mm2，長度要求200～400m。

（2）在10kV變電所旁增加一套10kV/6.6kV的50Hz轉化為60Hz的變頻岸電電源，容量1MVA。變頻岸電電源底部設轉運平車，可移動至其他碼頭泊位使用。

（3）在10kV變電所內增加一套KYN28A型中置式10kV開關柜，給變頻岸電電源提供電力。

（4）變頻岸電電源經轉換頻率和電壓后，輸出6.6kV電源經原有10kV電纜（包括新增的一路）選擇其一供至碼頭高壓電纜坑（接近船舶電纜卷筒處）。

（5）需在碼頭前沿增設可移動式的岸電插座箱，船舶側電纜直接插入岸電接線箱后即可為船舶供電使用。

（6）變頻岸電電源的輸入和輸出及岸電接線箱的輸入輸出都采用即插即用專用插座，帶有連鎖保護功能，防止帶電插拔。插頭插座型號規格滿足IEC80005-1、IEC62613-1等國際標準。

4 技術關鍵點及其應用

4.1 大容量高壓岸電變頻電源

4.1.1 項目概況

岸電系統容量為1000kVA，用于振華重工長興基地船舶靠泊供電，變頻電源為可移動式，當確定船舶停靠泊位后，移動變頻電源至相應泊位為船舶供電。整個岸電系統要求具備6.6kV60Hz三相三線制船舶用電輸出，輸入輸出電源滿足IEEE519-1992和GBT14549-93標準相關電能質量要求。

4.1.2 設備技術要求

（1）系統容量要求≥1000kVA，數量為一套。

（2）岸基電源要求為IGBT整流，四象限結構結構，且具有全容量能量回饋功能。

（3）整套岸電系統輸出能夠符合IEEE519-1992及中國供電部門對電壓失真和電流失真最嚴格的要求；輸出電壓波形總諧波失真度：輸入電流畸變THDi＜5%，輸出電壓諧波THDu＜5%。

（4）岸電電源功率模塊 IGBT選用英飛凌或富士。

（5）過載能力：120%的額定輸出電流時可正常運行1分鐘；150%額定輸出電流時可運行3s；200%及以上輸出電流時速斷保護。

（6）工作穩定性：輸出電壓在穩態時，0～100%負載變化時，輸出電壓穩壓率：靜態≤2%，動態≤10%；輸出頻率60Hz，0～100%負載變化時，輸出頻率變化率≤0.1%。

4.1.3 設備技術特點

（1）岸電電源在與船舶電源連接時，可以在并網及解列過程中保證船舶不斷電，實現無縫切換，可選擇由船側或電源側實現負載轉移及同步并網。

（2）岸電電源能在各種性質的負載下輸出穩定的電壓和頻率，包括電容性、電感性、混合型負載。

（3）岸電電源具備智能逆功率控制技術，用四象限方案或軟件控制完全抑制逆功率的產生。

（4）岸電電源具備三相電壓不平衡自適應能力,容許三相不平衡運行。岸電電源的不平衡度需要滿足船用岸電相關標準。

（5）岸電電源具備黑匣子功能，當岸電電源出現故障時，能夠記錄變頻電源故障前后的數據，實現故障可追溯。

（6）岸電電源可以在運行時微調輸出電壓。

4.2 移動式岸電插座箱

4.2.1 設備概況和主要特點

該設備主要在生產性碼頭泊位上供船舶接岸電使用，滿足船舶“即插即用”的功能，并有一系列保護和連鎖功能。不固定安裝在碼頭前沿，所以可以避讓開在“橋吊”滾裝上船舶時鋪設軌道的位置，不影響生產性碼頭的正常作業。

插座箱自帶斷路器，滿足中國船級社規范《船舶岸電岸上供電設施檢驗指南》：船舶在緊急情況時，要求岸上電源緊急切斷。且不需要通過岸電變頻電源輸出斷路器做切斷動作，因此，也就不需要更換原有無通信功能的普通高壓電纜，節省整體項目的投資。

4.2.2 設備技術要求

本設備為船舶使用的岸電插座箱，底部安裝萬向腳輪和簡易平板拖車，可方便移動使用。

總體尺寸控制在2000×1000×1500mm。插座箱額定電壓6.6kV，防護等級達到IP66，選用一體化固封式真空斷路器，操作電壓AC220V，并配UPS-1000W不間斷電源一臺用于操作。開關柜進出線方式為下進線、兩只6.6kV快速插座出線。

插座箱有電情況下不允許打開柜門和插拔插頭，有相應的保護連鎖裝置。真空斷路器可手動分合閘，同時，可接收船舶側的緊急跳閘指令，船舶遇緊急情況可讓該斷路器立即分閘。

4.2.3 兩種插座箱的對比（見表1）

表1 兩種插座箱的相關特點對比表

5 結語

隨著國家對環境保護問題越來越重視，不管是常規營運碼頭還是生產性碼頭泊位，今后需做到岸電設備配備的全覆蓋。通過實踐證明，以大容量高壓變頻岸電設備+移動式岸電插座箱的組合供電方式，可解決生產性碼頭泊位為靠港船舶的供電技術難題，同時，也可引用至其他非常規碼頭對船舶的供電方式，提出了多元化的解決方案。