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淺談船舶岸電技術設計方案及應用

日期：2024-09-20 05:45

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摘要：張娟安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801 摘要：通過連云港海碼頭項目的岸電實例，從船舶岸電推行的背景、岸電系統(tǒng)、岸電方案、岸電系統(tǒng)優(yōu)點等來闡述船舶岸電技術在港口工程中的實際應用。關鍵詞：岸電技術；岸電系統(tǒng)；岸電方案中圖分類號：U665.12 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2019）08-0109-02 1 背景近年來，國家經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，港口建設步伐加快，碼頭?？看暗臄?shù)量大幅增加。船舶靠港期間，依靠船舶燃油輔機發(fā)電滿足船舶機動、通訊、照明等用...

張娟

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：通過連云港海碼頭項目的岸電實例，從船舶岸電推行的背景、岸電系統(tǒng)、岸電方案、岸電系統(tǒng)優(yōu)點等來闡述船舶岸電技術在港口工程中的實際應用。

關鍵詞：岸電技術；岸電系統(tǒng)；岸電方案

中圖分類號：U665.12 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2019）08-0109-02

1 背景

近年來，國家經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，港口建設步伐加快，碼頭停靠船舶的數(shù)量大幅增加。船舶靠港期間，依靠船舶燃油輔機發(fā)電滿足船舶機動、通訊、照明等用電需求，能耗較高且排放大量硫氧化物等廢氣，對港區(qū)周邊環(huán)境造成嚴重污染。如果在船舶靠港期間，使用由碼頭提供的岸電系統(tǒng)替代船上的燃油發(fā)電機，便可有效解決這一污染難題，岸電技術是適應港口繁忙營運、建設綠色港口和提高碼頭競爭力的重要措施，具有極好的社會和環(huán)境效益。

2 船舶岸電系統(tǒng)

船舶岸電技術是指船舶靠港期間，停止使用船舶上的發(fā)電機電源供電，改用港區(qū)碼頭上的岸電通過電纜對船舶上的設備進行供電。船舶岸電系統(tǒng)包括三個部分：岸上供電系統(tǒng)、船岸連接設備、船舶受電系統(tǒng) 。

1.）岸上供電系統(tǒng)：由前沿港區(qū)變電所供電，經(jīng)過變壓器、變頻將輸入電源轉化為滿足船舶要求的電源，供應到靠近船舶的連接點。

2.）船岸連接設備：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存儲的要求，不使用的時候存儲在船上、岸上或者駁船上。

3.）船舶受電系統(tǒng)：在船上固定安裝受電系統(tǒng)，可能包括電纜絞車、船上變壓器和相關電氣管理系統(tǒng)。

3 項目概況

本文利用連云港燕尾作業(yè)區(qū)碼頭工程分析碼頭岸電技術的應用。

本工程位于江蘇省連云港市灌云縣燕尾港鎮(zhèn)，灌河口西岸，港區(qū)西南側緊鄰燕尾作業(yè)區(qū)碼頭二期工程。該項目建設規(guī)模為：2 個 5 萬 t 級通用泊位，其中 1#通用泊位主要用于植物油、散糧的裝卸，2#通用泊位主要用于件雜貨、散貨的裝卸。碼頭泊位總長 550m，寬度 35m，共布置 3 座引橋與陸域相連，碼頭設計年吞吐量 465 萬 t。

4 岸電方案

4.1岸電模式選擇

船舶岸電的供電模式可以分為以下三類：高壓岸電模式、低壓岸電模式、低壓小容量岸電模式。

高壓岸電模式的供電方式是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉換為 6.6kV/（6）kV、60Hz/50Hz 高壓電源，接入船上配備的船載變電設備變壓后供船舶受電設備使用。

低壓岸電模式的供電方式是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉換為 450V/（400）V、60Hz/50Hz 低壓電源，直接接入船上供受電設備使用。

低壓小容量岸電模式的供電方式是將碼頭配變 380V三相低壓電源，經(jīng)過低壓一體化岸電樁輸出 380V 或 220V電源，接入船上供受電設備使用。

根據(jù)《碼頭船舶岸電設施建設技術規(guī)范》，本工程在碼頭前沿變電所設置一套岸電電源系統(tǒng)，1#通用泊位設置一套高壓岸電電源接線箱、2#通用泊位設置一套高壓和一套低壓接線箱，單臺容量為 800kW，供電電壓等級為6.6kV/450V，60/50Hz。

4.2岸電主回路設計說明

圖 1 VFPS 系列岸電電源系統(tǒng)圖

輸入限流柜：考慮到船舶靠港的時候，岸電電源系統(tǒng)才工作，船舶離港時，岸電電源系統(tǒng)停止運行，因此，岸電電源系統(tǒng)會經(jīng)常進行停電、送電工作，在送電過程中，由于岸電變頻電源為電壓源型設備，并且變頻器前端有一個移相變壓器，因此，送電過程中會產(chǎn)生沖擊電流。輸入限流柜能夠有效控制送電過程中產(chǎn)生的勵磁電流和瞬時沖擊電流。延長設備使用壽命，減少對電網(wǎng)的沖擊。岸電變頻電源實現(xiàn)將50HZ 交流電轉換為 60HZ 交流電。

輸出并網(wǎng)電抗器可以有效減少并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的沖擊電流，起到緩沖作用。

輸出隔離變壓器實現(xiàn)岸上電源系統(tǒng)與船上電源系統(tǒng)之間的隔離。

4.3系統(tǒng)介紹

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圖 2 岸電電源系統(tǒng)圖

（1）計量柜為輸入計量用，可不安裝，精度滿足供電局計量或內部計量要求。

（2）岸電電源進線柜引自變電所 10kV 高壓出線柜，采用抽出式斷路器柜。

（3）PT 柜為輸入電壓互感器柜，實現(xiàn)對輸入母線電壓檢測，采用抽出式小車。

（4）岸電電源限流旁路開關，采用固定式斷路器。

（5）移相變壓器/功率單元：變壓器為三繞組變壓器，容量為 24,000KVA，輸入電壓為 10KV，輸出兩個繞組為6.6KV 和 450V。輸入側采用星型接線，輸出側采用三角型接線方式。

（6）岸電電源出線柜采用抽出式斷路器柜，出線柜之前增加隔離變壓器，以起到對設備及操作設備人員的保護。

（7）高壓岸電出線柜作為饋電柜向船舶供電，并帶計量功能，計量船舶用電量，通過電纜接至碼頭前沿岸電接線箱，1#通用泊位設置一臺高壓接線箱，接線箱帶有與船舶匹配的插座，便于連接船舶岸電電纜。2#通用泊位設置一臺高壓一臺低壓接線箱，以便于不同船型靠泊。

4.4岸船控制

本岸電系統(tǒng)的控制為船側操作或者岸側操作兩種方式，控制對象為：船舶上開關柜的分合控制、岸側開關柜的分合控制、岸電電源的啟動和停止控制。

5 系統(tǒng)優(yōu)點

本系統(tǒng)設計優(yōu)點如下：

（1）一鍵啟動設計，參數(shù)設置完畢，點擊一鍵啟動按鈕，則岸電電源可以自動啟動，將需要的高壓電送到碼頭。

（2）散熱風機冗余設計，當岸電電源頂部風機有一個故障時，岸電電源系統(tǒng)不停機。

（3）高效率高可靠性高功率因數(shù)，由于采用單元串聯(lián)型設計方案，系統(tǒng)輸入功率因數(shù)高，整個系統(tǒng)設計采用環(huán)保高效硅鋼片，岸電電源系統(tǒng)效率達到 97%以上。

（4）防鹽霧設計，考慮到海邊的工作環(huán)境，岸電電源系統(tǒng)所有設備需要進行三防處理，能夠適應港口使用環(huán)境長時間工作需求。

（5）一鍵換相功能，當岸電電源輸出相位與船舶電源相位相反時，通過一鍵切換功能，可以實現(xiàn)快速倒相。為了保證可靠性，倒向邏輯在輸出斷路器分開的情況下進行。

（6）雙頻多種選擇電壓輸出功能，能夠輸出 50HZ，60HZ 雙頻電源，能夠輸出與 6.6KV、450V 不同電壓等級的電壓。

（7）模塊化設計，可擴展性強，只需要增加少許開關設備，即可以實現(xiàn)多個泊位公用岸電電源系統(tǒng)。

6 安科瑞船舶岸電收費系統(tǒng)選型

安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的計量儀表ADW300，監(jiān)測充電設備站點和各個充電箱的運行和充電過程，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過微信或支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制儀表對應的操控機構，對充電樁完成充電過程。

充電設備通過加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電運營的所有功能，包括財務管理、變壓器監(jiān)控和運營分析等功能。

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6.1系統(tǒng)結構

6.2平臺主要功能

1)資源管理充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測

2)用戶管理用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

3)實時監(jiān)控對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進行監(jiān)視，發(fā)生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發(fā)出報警信號，及時消除火災隱患。

4)交易管理平臺為運營方提供充電價格策略管理，訂單管理，賬戶交易記錄，營收和財務相關報表。

5)充電服務可通過軟件搜索附近充電設施，查看充電樁設施，并導航至可用充電樁?？赏ㄟ^在線自助支付實現(xiàn)充電，充電結算等

6)微信小程序支持微信或者支付寶掃碼充電，充電賬單支付。運營商和物業(yè)管理人員均可通過小程序管理，監(jiān)測充電設施狀態(tài)和充電交易情況。

7)運營分析對訂單進行數(shù)據(jù)化分析，直觀展示數(shù)據(jù)

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6.3 硬件配置

6.3.1.推薦現(xiàn)場硬件配置

1.	ADW300		三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度；電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；當月和上三月的電壓、電流、功率極值記錄;需量及實時需量、歷史需量記錄、事件記錄；支持過欠壓、過欠流、過欠功率、DI聯(lián)動等報警輸出；4時區(qū)14時段的費率設置;四象限電能，歷史電能記錄；支持Lora、NB、2G、4G通訊模式，有功電能精度0.5S、1級，無功電能精度2級。
2.	AF-GSM400-2G/4G（如需多個設備集中上傳時選配）		4G遠程無線數(shù)據(jù)采集設備，采用嵌入式設計，內嵌TCP/IP協(xié)議棧，同時采用了功能強大的微處理芯片，配合內置看門狗，性能可靠穩(wěn)定。提供標準RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機等設備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設備的數(shù)據(jù)采集，并且與安科瑞服務器進行通訊。