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浅谈船舶岸电技术设计方案及应用

2020-07-10 09:46:53 来源：安科瑞电子商务

关键词：岸电技术；岸电系统；岸电方案

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）08-0109-02

1 背景

近年来，国家经济持续快速发展，港口建设步伐加快，码头停靠船舶的数量大幅增加。船舶靠港期间，依靠船舶燃油辅机发电满足船舶机动、通讯、照明等用电需求，能耗较高且排放大量硫氧化物等废气，对港区周边环境造成严重污染。如果在船舶靠港期间，使用由码头提供的岸电系统替代船上的燃油发电机，便可有效解决这一污染难题，岸电技术是适应港口繁忙营运、建设绿色港口和提高码头竞争力的重要措施，具有极好的社会和环境效益。

2 船舶岸电系统

船舶岸电技术是指船舶靠港期间，停止使用船舶上的发电机电源供电，改用港区码头上的岸电通过电缆对船舶上的设备进行供电。船舶岸电系统包括三个部分：岸上供电系统、船岸连接设备、船舶受电系统。

1.）岸上供电系统：由前沿港区变电所供电，经过变压器、变频将输入电源转化为满足船舶要求的电源，供应到靠近船舶的连接点。

2.）船岸连接设备：连接岸上连接点及船上受电装置间的电缆和设备。电缆连接设备必须满足快速连接和存储的要求，不使用的时候存储在船上、岸上或者驳船上。

3.）船舶受电系统：在船上固定安装受电系统，可能包括电缆绞车、船上变压器和相关电气管理系统。

3 项目概况

本文利用连云港燕尾作业区码头工程分析码头岸电技术的应用。

本工程位于江苏省连云港市灌云县燕尾港镇，灌河口西岸，港区西南侧紧邻燕尾作业区码头二期工程。该项目建设规模为：2 个 5 万 t 级通用泊位，其中 1#通用泊位主要用于植物油、散粮的装卸，2#通用泊位主要用于件杂货、散货的装卸。码头泊位总长 550m，宽度 35m，共布置 3 座引桥与陆域相连，码头设计年吞吐量 465 万 t。

4 岸电方案

4.1岸电模式选择

船舶岸电的供电模式可以分为以下三类：高压岸电模式、低压岸电模式、低压小容量岸电模式。

高压岸电模式的供电方式是将码头电网 10kV、50Hz高压变频、变压转换为 6.6kV/（6）kV、60Hz/50Hz 高压电源，接入船上配备的船载变电设备变压后供船舶受电设备使用。

低压岸电模式的供电方式是将码头电网 10kV、50Hz高压变频、变压转换为 450V/（400）V、60Hz/50Hz 低压电源，直接接入船上供受电设备使用。

低压小容量岸电模式的供电方式是将码头配变 380V三相低压电源，经过低压一体化岸电桩输出 380V 或 220V电源，接入船上供受电设备使用。

根据《码头船舶岸电设施建设技术规范》，本工程在码头前沿变电所设置一套岸电电源系统，1#通用泊位设置一套高压岸电电源接线箱、2#通用泊位设置一套高压和一套低压接线箱，单台容量为 800kW，供电电压等级为6.6kV/450V，60/50Hz。

4.2岸电主回路设计说明

图 1 VFPS 系列岸电电源系统图

输入限流柜：考虑到船舶靠港的时候，岸电电源系统才工作，船舶离港时，岸电电源系统停止运行，因此，岸电电源系统会经常进行停电、送电工作，在送电过程中，由于岸电变频电源为电压源型设备，并且变频器前端有一个移相变压器，因此，送电过程中会产生冲击电流。输入限流柜能够有效控制送电过程中产生的励磁电流和瞬时冲击电流。延长设备使用寿命，减少对电网的冲击。岸电变频电源实现将50HZ 交流电转换为 60HZ 交流电。

输出并网电抗器可以有效减少并网过程中产生的冲击电流，起到缓冲作用。

输出隔离变压器实现岸上电源系统与船上电源系统之间的隔离。

4.3系统介绍

图 2 岸电电源系统图

（1）计量柜为输入计量用，可不安装，精度满足供电局计量或内部计量要求。

（2）岸电电源进线柜引自变电所 10kV 高压出线柜，采用抽出式断路器柜。

（3）PT 柜为输入电压互感器柜，实现对输入母线电压检测，采用抽出式小车。

（4）岸电电源限流旁路开关，采用固定式断路器。

（5）移相变压器/功率单元：变压器为三绕组变压器，容量为 24,000KVA，输入电压为 10KV，输出两个绕组为6.6KV 和 450V。输入侧采用星型接线，输出侧采用三角型接线方式。

（6）岸电电源出线柜采用抽出式断路器柜，出线柜之前增加隔离变压器，以起到对设备及操作设备人员的保护。

（7）高压岸电出线柜作为馈电柜向船舶供电，并带计量功能，计量船舶用电量，通过电缆接至码头前沿岸电接线箱，1#通用泊位设置一台高压接线箱，接线箱带有与船舶匹配的插座，便于连接船舶岸电电缆。2#通用泊位设置一台高压一台低压接线箱，以便于不同船型靠泊。

4.4岸船控制

本岸电系统的控制为船侧操作或者岸侧操作两种方式，控制对象为：船舶上开关柜的分合控制、岸侧开关柜的分合控制、岸电电源的启动和停止控制。

5 系统优点

本系统设计优点如下：

（1）一键启动设计，参数设置完毕，点击一键启动按钮，则岸电电源可以自动启动，将需要的高压电送到码头。

（2）散热风机冗余设计，当岸电电源顶部风机有一个故障时，岸电电源系统不停机。

（3）高效率高可靠性高功率因数，由于采用单元串联型设计方案，系统输入功率因数高，整个系统设计采用环保高效硅钢片，岸电电源系统效率达到 97%以上。

（4）防盐雾设计，考虑到海边的工作环境，岸电电源系统所有设备需要进行三防处理，能够适应港口使用环境长时间工作需求。

（5）一键换相功能，当岸电电源输出相位与船舶电源相位相反时，通过一键切换功能，可以实现快速倒相。为了保证可靠性，倒向逻辑在输出断路器分开的情况下进行。

（6）双频多种选择电压输出功能，能够输出 50HZ，60HZ 双频电源，能够输出与 6.6KV、450V 不同电压等级的电压。

（7）模块化设计，可扩展性强，只需要增加少许开关设备，即可以实现多个泊位公用岸电电源系统。

6 安科瑞船舶岸电收费系统选型

安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸电收费系统通过物联网技术对接入系统的计量仪表ADW300，监测充电设备站点和各个充电箱的运行和充电过程，同时对各类故障如充电机过温保护、充电输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信或支付宝小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制仪表对应的操控机构，对充电桩完成充电过程。

充电设备通过加装物联网仪表，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电运营的所有功能，包括财务管理、变压器监控和运营分析等功能。

6.1系统结构

6.2平台主要功能

1)资源管理充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测

2)用户管理用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理

3)实时监控对平台连接的所有充电站和充电箱状态进行监视，发生异常情况时可通过APP、短信及时向运营人员发出报警信号，及时消除火灾隐患。

4)交易管理平台为运营方提供充电价格策略管理，订单管理，账户交易记录，营收和财务相关报表。

5)充电服务可通过软件搜索附近充电设施，查看充电桩设施，并导航至可用充电桩。可通过在线自助支付实现充电，充电结算等

6)微信小程序支持微信或者支付宝扫码充电，充电账单支付。运营商和物业管理人员均可通过小程序管理，监测充电设施状态和充电交易情况。

7)运营分析对订单进行数据化分析，直观展示数据

6.3 硬件配置

6.3.1.推荐现场硬件配置

1.	ADW300		三相电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、相位角、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度；电压、电流总谐波及2-31分次谐波；当月和上三月的电压、电流、功率极值记录;需量及实时需量、历史需量记录、事件记录；支持过欠压、过欠流、过欠功率、DI联动等报警输出；4时区14时段的费率设置;四象限电能，历史电能记录；支持Lora、NB、2G、4G通讯模式，有功电能精度0.5S、1级，无功电能精度2级。
2.	AF-GSM400-2G/4G（如需多个设备集中上传时选配）		4G远程无线数据采集设备，采用嵌入式设计，内嵌TCP/IP协议栈，同时采用了功能强大的微处理芯片，配合内置看门狗，性能可靠稳定。提供标准RS485数据接口，可以方便的连接RTU、PLC、工控机等设备，仅需一次性完成初始化配置，就可以完成对MODBUS设备的数据采集，并且与安科瑞服务器进行通讯。