码头高压岸电系统的设计与应用

李凝霜 曹亮 彭勇

中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司    湖北省武汉市430071

摘要：现如今环境污染成为大家越来越关注的问题，城市雾霾、温室效应等愈演愈烈，为了减少污染，建设绿色高效的港口码头，岸电技术被广泛的应用在沿海、内河等各种港口。针对高压码头提出一种切实可用的技术方案，并对难点问题提出解决对策，对未来的岸电发展提出建议。

关键词：码头高压岸电系统  高-高变频方式  岸电监控系统

引言

港口的污染物排放，除了来自起重机外，靠港船舶也是重要源头之一。在通常情况下，船舶在停靠码头装卸货物时，为维持正常运转和船员基本生活，船舶辅助柴油发电机组必须持续工作。船用岸电技术是指靠泊船舶利用岸上的电源为船舶用电终端供电，而不采用船上自带的柴油辅助发电机进行发电的一种供电方式。这种方式在船舶节能、环保、降噪等方面都有出色表现，特别是船舶在港期间，使用船用岸电技术，可实现船舶零排放。

1发展历程及现状

港口岸电技术最早在欧美发达国家的港口应用。1985年，瑞典的斯德哥尔摩港首次建立岸电，给油轮供电;2000年，瑞典在哥德堡港实施岸电给滚装船供电;2001年，美国朱诺港首次将岸电技术应用在豪华邮轮码头;2004年，美国洛杉矶港建立岸电给集装箱船供电;2020年，美国又在长滩港实施岸电技术给油运输船供电。

2高-高变频方式

高—高变频方式即高压降压—高压变频变换—高压输出的工作方式。该方式采用每相多个交直交PWM（脉冲宽度调制）变频功率单元串联的方式，实现直接高压输出，有效的抑制了输出谐波。由于每个功率单元模块中除了含有逆变输出结构外，同时含有整流功能，从而相应的实现了整流部分的多重化，使得变频器输入、输出谐波抑制同步完成。利用移相技术，使每个功率模块的某些次输出谐波相互错开一定的角度而被消除，输出波形质量好，无需滤波措施即可满足国家标准和国际标准规定的谐波指标的要求。

3岸电系统总体设计

整个港口岸电系统分为 2 个部分：岸基供电系统和船岸连接设备，其中包括配套的二次设备。（1）岸基供电系统：由岸边向船舶供电的电源系统。岸基供电系统通过变压变频电源将高压变电站输入的高压电源转换为与船舶受电系统接口一致的电源，并输送到码头船舶的接入点。岸基供电电源的各装置放置于码头变电站内。（2）船岸连接设备：连接岸上供电电源和船舶受电设备之间的电缆和设备，主要包括电缆卷筒、连接电缆、接插头、接电箱等。电缆连接时必须满足快速连接和存储的要求。岸基供电系统单线图见图 1。2000 kVA 岸电系统可以输出 3 路高压岸电，为 3 个码头泊位供电。岸电系统变压变频装置放置于港区变电所内。变电所给岸电系统提供 6 kV/50 Hz的进线电源，岸电系统通过变压变频输出 6.6 kV/60 Hz 或 6 kV/50 Hz高压电源，电缆由地下管路敷设至码头前沿，最终接至高压接电箱。高压接电箱放置于码头前沿，箱内设置快速接插件，为船舶提供电源。船舶停靠码头时，船上的电缆管理系统将电缆和快速插头放下，船岸间通过船侧的快速插头和岸侧的快速插座实现连接，完成船上与岸上的供电回路、通信回路和安全回路的连接。

4 快速电缆连接设备

目前应用较多的岸船电缆连接设备的形式为：码头设置高压接电箱，船舶上安装电缆管理系统，随船随用。船舶靠港后，将船上的高压电缆下放至码头，与码头高压接电箱相接，实现对船上设备供电。高压电缆卷车采用无滑环、对称伸缩机构，具有可移动和电缆收放便捷的特点，同时可以保证电缆维持在最佳长度，能有效避免其过于松弛或过紧。若电缆过度拉伸，要立刻切除岸电连接，以保证岸电系统的正常运行。不同船舶的电缆管理系统在船上存放的位置也不相同，有左舷下缆和右舷下缆。因此在码头设置高压接电箱时，应考虑船舶上电缆管理系统的安装位置。码头高压接电箱、船载受电设备和岸船高压电缆之间设有快速安全接线装置，其与岸电系统间存在电气联锁，在船舶高压电缆接线完成之前和接线过程中，高压供电柜不能合闸;若高压柜在供电状态，则高压接电箱无法进行接线操作。

5岸电监控系统

岸电系统设备和操作流程比较多，需要设置专用的监控系统，不仅对各设备进行监控，而且可与码头监控系统通信，便于操作人员掌握设备运行情况。监控系统与输出开关柜电表通信，实时监控供电量变化情况;监控系统与输出开关柜保护装置通信，可根据供电船舶差异，灵活选用保护定制;监控系统与变频电源系统通信，实时监控变频系统运行参数;监控系统应记录供电期间输出电压、电流数据（含必要波形），便于供电发生异常中断时，追溯故障发生时的状态，分析故障原因。

6 电缆管理系统

典型的电缆管理系统是由电缆绞车，电缆长度或张力控制设备和相关仪表组成;通常采用固定式，安装于使用岸电船舶的艉部;船舶通过电缆管理系统收放岸电电缆，与岸上电源进行连接;除具有收放电缆功能外，供电电缆收放系统应配置张力控制设备，在正常情况能保证电缆中不出现超过允许值的机械应力，电缆绞车的定时预紧设置能够维持最佳电缆长度，避免电缆超过拉紧限制或过于松弛，保持恒张力，在出现电缆过度拉伸情况下，及时切断岸电连接， 预防潮汐过低或飓风破坏，避免带电拉断电缆或插头拔出状况。

7抵港前 AMP 效用检查

（ 1 ）责任电机员报请轮机长同意，请轮机员协同。（ 2 ）时间到港前一周左右完成， 以留有排除故障或报请公司安排修理的时间。（ 3 ）检查内容和方法准备——高压岸电连接屏， 用专用手柄抽出高压真空断路器 VCB 使其与汇流排分开 （保证断开高压），且合上接地开关放电，然后方可进行检查（检查后勿忘将高压真空断路器 VCB 复原）。 检查电缆三根供电线和一根接地线的绝缘;检查岸电插座两根分闸控制线（ PILOT ）的电阻（正常情况电阻很小，约几十欧姆），若处于开路状态，必须查出原因并排除故障，否则接岸电前无法做应急切断实验。岸电连接屏及岸电接收屏， 检查各电气设备和有关线路的绝缘。 电缆绞车室移门，检查活络情况，必要时加牛油。岸电绞车，检查确认绞车移动和电缆收放灵活、可靠，集电环完好（磨损在允许范围），卷扬马达和控制箱正常，搁架释放和电缆释放的两个限位开关正常。（ 4 ） 防护选晴好天气和良好海况实施检查。 切实遵照高压电操作规程，接地放电后检查。（ 5 ） 记录电机员负责，在电气日志上如实记录检查情况。

8对高压岸电系统及设备的要求

（1）短路电流。作为岸电连接系统容量选择和保护电器设定的依据，在高压岸电系统设计中，应计算岸电馈送的短路电流。船上电站主汇流排的最大预期短路电流，应不超过船舶电站供电时允许的最大短路电流;（2）当船舶电站断开且岸电供电发生故障時，应按规范和公约规定恢复船舶电站供电。自动起动船上柴油发电机，同时向应急发电机触发一个起动信号;当主发电机失败时，应在 45 s 内起动应急发电机;（3）船舶和岸电连接要求 ： 高压软电缆上承受的机械应力不超过允许的设计值;应有恒张力装置，当超过时应有报警和断电;（4）高压供电屏。打开屏门均需执行安全接地放电程序，否则均无法打开;（5）中压变压器高温报警和高温跳闸保护。

结语

以上从几个方面对高压岸电系统进行了简要的设计，高-高变频方式和岸电监控的应用使系统更加可靠和稳定，这也将是码头岸电系统的发展趋势。

参考文献

[1]袁庆林，黄细霞，张海龙.港口船舶岸电供电技术的研究与应用[J].上海造船，2010（2）：35-37.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTS155-2012码头船舶岸电设施建设技术规范[S].北京：人民交通出版社，2012.