5万吨级散杂货码头岸电设计方案

■　李莹（福建省交通规划设计院，福州　350004）



5万吨级散杂货码头岸电设计方案

■李莹
（福建省交通规划设计院，福州350004）

摘要近年来国内外港航界提出了绿色港口的发展理念，是指在环境保护和经济利益之间获得良好平衡的可持续发展的港口。港航界提出的打造绿色码头以及绿色船舶已成为一个热点，为减少靠港船舶的排放对其供应陆地电能便是重要举措之一。本项目为散杂货码头建设一套供4个泊位的岸基变电站式船用电源岸电系统。

关键词散杂货码头岸电变频

1　项目设计要求

本项目在港区变电所设置一套岸电电源装置，满足向四个泊位的船舶同时供电的要求（船舶船型为：5万吨干散货船）。岸电电源装置（以下简称：岸电设备）的供电容量按照《码头船舶岸电设施建设技术规范》（JTS155-2012）要求，每个泊位供电容量为：800KVA，岸电电源总容量为：800kVA×4=3200kVA，陆域电源取自码头变电所10kV/50Hz电源。

岸电设备配置相应的监控系统，能对岸电系统进行在线监测、供电计量、安全保护，并满足与船舶光纤通讯、自动并网的要求。

2　岸电主回路系统说明

2.1系统构成

本岸电主回路系统设计方案由以下几个部分组成，详见图1。

2.2设计说明

图1　岸电主回路系统构成

电源侧采用两套10kV高压进线柜（AH1、AH2）向两组整流进线变压器（T1、T2）供电，构成24脉波整流，以保证进线侧谐波THD值低于4％的国家标准，进线变压器（T1、T2）将10kV电压降至与变频电源匹配的690V电压，分别向变频电源整流模块（D1、D2）供电。

图中D1、D2、Q1、Q2、U1、U2、U3、U4构成变频电源，直流回路并联并通过Q1、Q2开关控制通断，由此提供了整流单元及进线高压开关柜、进线变压器等设备的互为冗余。逆变部分采用4套并联的逆变单元分别向4个泊位供电，输出频率可以是50Hz或60Hz，4个泊位输出电制可以一样也可以不一样，满足不同电制船舶同时靠港的要求。

变频电源输出侧设置出线变压器（T3、T4、T5、 T6），将变频电源输出电压0.63kV/0.69kV调整为6.0kV/ 6.6kV，在出线变压器（T3、T4、T5、T6）和逆变单元（U1、U2、U3、U4）之间设置隔离开关（Q3、Q4、Q5、Q6）进行隔离保护。

出线变压器出线侧设置高压出线柜（AH3、AH4、AH5、AH6）作为馈电柜向船舶供电，高压出线柜设置计量功能，计量船舶用电量。通过地面电缆将岸电送至码头前沿，码头前沿设置岸电接电箱（S1A、S1B、S2A、S2B、S3A、S3B、S4A、S4B），接电箱带有与船舶岸电电缆插头匹配的插座，便于连接船舶岸电电缆，每个部位设置两个并联接电箱，保证船舶船头任何方向靠港均可近距离接电。

3　岸电监控系统说明

3.1系统构成（见图2）

图2　岸电监控系统构成

3.2监控系统

监控系统由以下部分构成：

3.2.1监控计算机及服务器

在岸电变电站内设置两台监控计算机作为操作员站和服务器，两机相互冗余。监控计算机内置监控组态软件，编制各种组态画面，对岸电系统实时监视和控制，运行人员通过监控计算机可完成对整个岸电系统的设备操作、状态监视、信息查询。服务器计算机用于记录岸电系统的各种历史数据并经过以太网方式将控制信息、设备状态等信号进行远传。

3.2.2计算机监控系统

与船舶通讯实行岸电双向操作功能；设置岸电输出保护功能；故障报警功能；冗余控制功能；自动/手动控制功能；远程/就地控制功能；逻辑联锁控制、保护功能；通讯功能；显示功能；记录、打印输出功能；四遥功能；空调、新风、消防系统连锁功能；船舶用电记录功能，形成能耗曲线；数据库管理功能；事故追忆并提供事故曲线；电源数据功能；信息查询；网络发布。

3.2.3PLC柜

本系统设置一台冗余的PLC柜，由它来完成各种类型的电信号采集、各种网络接口的数据交换、岸电设备操作的连锁控制、岸船之间信号的交换及控制，并以OPC方式为服务器提供所有岸电设备的基本数据，执行监控计算机的命令对岸电设备进行操作、控制。

3.2.4通讯网络

3.2.4.1工业以太网

岸电系统监控通讯网络采用冗余以太网方式。2台冗余PLC控制器之间通过以太网连接，并连接至冗余的计算机、服务器。系统预留工厂级管理网络的以太网通讯接口，以便远程传输岸电供电系统参数。岸船之间的以太网络通过光纤和无线两种方式进行，保证数据的可靠传输。

3.2.4.2现场总线

PLC控制系统采用分散控制、集中管理的DCS概念，本项目PLC至现场设备之间采用PROFIBUS现场总线连接。连接设备包括：高、低压开关柜、变频电源、变压器、前沿接电箱。

4　岸船的通讯及控制

4.1岸船的通讯

岸与船的通讯方式采用光纤方式，无线通讯方式作为备用。同时设有岸侧与船侧的控制线联络，以便信号连锁、出现紧急情况时能够断掉供电电源。光纤、控制信号线通过前沿插电箱连接。

岸侧岸电控制系统与船侧岸电控制系统建立通讯后，相互传送船舶电制信号、岸侧设备信号。PLC可以双向控制，实现双向岸电操作。岸侧PLC根据船舶电制信号控制电源设备输出相匹配的电制和容量。

4.2岸船的控制

本岸电系统的控制可以选择船侧操作或岸侧操作两种方式，控制对象为：

船上岸电中压柜开关的分合；船上岸电中压柜开关的接地开关分合；船侧并网控制。

岸上出线柜开关的合分；岸上电源设备启动、停止控制；岸侧并网控制。

5　岸电系统的保护

包括欠压保护，过压保护，缺相保护，过温保护，过流保护，接地保护，过载保护，电缆保护，通讯故障，船侧设备故障，误操作保护。

6　冗余措施

为了确保控制系统的可靠性，本岸电控制系统采取了相应的冗余措施，包括：

6.1PLC冗余

为确保岸电控制系统的可靠性，控制系统PLC配置了冗余CPU单元、正常工作时冗余CPU处于热备状态，当主CPU故障时自动切换至冗余CPU，系统不受影响，不会造成供电中断。

6.2控制及信息管理计算机冗余

控制及信息管理系统配置了两台相互冗余的计算机和服务器，正常情况下，历史数据同时存储在两计算机内，任何一台故障时都不会影响系统的正常使用，历史数据不会丢失。

6.3岸侧、船侧通讯的冗余

本岸电系统配置有与船舶进行无线通讯的装置，当光纤故障时，可以通过该无线设备与船舶岸电无线接收设备进行通讯实现对岸电系统的控制和操作使用。

6.4变频电源的冗余

变频电源设备具有故障降容使用的功能，当某个单元故障时，可以切除故障单元，不会造成断电。也可以备用冗余单元，故障时投入运行就可以不必降容。

6.5以太网冗余

本岸电系统通讯网络采用冗余以太网，可确保信息网络的正常通讯。

7　结束语

本岸电系统具有以下特点：

（1）一套电源设备可同时向4个泊位供电，并能分别输出6.0kV50Hz或6.6kV60Hz不同电制，能满足不同电制船舶供电。

（2）直流回路设置隔离开关，提供了进线高压开关（AH1、AH2）、进线变压器（T1、T2）、整流单元（D1、D2）的互为冗余。

（3）逆变单元（U1、U2、U3、U4）采用并联结构，当任一单元故障时可以降容使用。

（4）逆变单元采用IGBT技术，可以对船舶负载进行无功补偿。