淺談船舶岸電技術(shù)設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用

時(shí)間：2022-04-25作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：210

摘 要：通過連云港海碼頭項(xiàng)目的岸電實(shí)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(diǎn)等來闡述船舶岸電技術(shù)在港口工程中的實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：岸電技術(shù)；岸電系統(tǒng)；岸電方案
中圖分類號：U665.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-7973（2019）08-0109-02
1 背景
近年來，國家經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，港口建設(shè)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(jī)發(fā)電滿足船舶機(jī)動(dòng)、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(yán)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(jī)，便可有效解決這一污染難題，岸電技術(shù)是適應(yīng)港口繁忙營運(yùn)、建設(shè)綠色港口和提高碼頭競爭力的重要措施，具有較好的社會(huì)和環(huán)境效益。
2 船舶岸電系統(tǒng)
船舶岸電技術(shù)是指船舶靠港期間，停止使用船舶上的發(fā)電機(jī)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(shè)備進(jìn)行供電。船舶岸電系統(tǒng)包括三個(gè)部分：岸上供電系統(tǒng)、船岸連接設(shè)備、船舶受電系統(tǒng) 。
1.）岸上供電系統(tǒng)：由*港區(qū)變電所供電，經(jīng)過變壓器、變頻將輸入電源轉(zhuǎn)化為滿足船舶要求的電源，供應(yīng)到靠近船舶的連接點(diǎn)。
2.）船岸連接設(shè)備：連接岸上連接點(diǎn)及船上受電裝置間的電纜和設(shè)備。電纜連接設(shè)備必須滿足快速連接和存儲(chǔ)的要求，不使用的時(shí)候存儲(chǔ)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(guān)電氣管理系統(tǒng)。
3 項(xiàng)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(shù)的應(yīng)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(cè)緊鄰燕尾作業(yè)區(qū)碼頭二期工程。該項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為：2 個(gè) 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(shè)計(jì)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(zhuǎn)換為 6.6kV/（6）kV、60Hz/50Hz 高壓電源，接入船上配備的船載變電設(shè)備變壓后供船舶受電設(shè)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(zhuǎn)換為 450V/（400）V、60Hz/50Hz 低壓電源，直接接入船上供受電設(shè)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(shè)備使用。
根據(jù)《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，本工程在碼頭*變電所設(shè)置一套岸電電源系統(tǒng)，1#通用泊位設(shè)置一套高壓岸電電源接線箱、2#通用泊位設(shè)置一套高壓和一套低壓 接 線 箱 ， 單 臺(tái) 容 量 為 800kW， 供 電 電 壓 等 級 為6.6kV/450V，60/50Hz。
4.2岸電主回路設(shè)計(jì)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(shí)候，岸電電源系統(tǒng)才工作，船舶離港時(shí)，岸電電源系統(tǒng)停止運(yùn)行，因此，岸電電源系統(tǒng)會(huì)經(jīng)常進(jìn)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(shè)備，并且變頻器**有一個(gè)移相變壓器，因此，送電過程中會(huì)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(lì)磁電流和瞬時(shí)沖擊電流。延長設(shè)備使用壽命，減少對電網(wǎng)的沖擊。岸電變頻電源實(shí)現(xiàn)將50HZ 交流電轉(zhuǎn)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(shí)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
圖 2 岸電電源系統(tǒng)圖
（1）計(jì)量柜為輸入計(jì)量用，可不安裝，精度滿足供電局計(jì)量或內(nèi)部計(jì)量要求。
（2）岸電電源進(jìn)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(shí)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(guān)，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(gè)繞組為6.6KV 和 450V。輸入側(cè)采用星型接線，輸出側(cè)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(shè)備及操作設(shè)備人員的保護(hù)。
（7）高壓岸電出線柜作為饋電柜向船舶供電，并帶計(jì)量功能，計(jì)量船舶用電量，通過電纜接至碼頭*岸電接線箱，1#通用泊位設(shè)置一臺(tái)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(shè)置一臺(tái)高壓一臺(tái)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(cè)操作或者岸側(cè)操作兩種方式，控制對象為：船舶上開關(guān)柜的分合控制、岸側(cè)開關(guān)柜的分合控制、岸電電源的啟動(dòng)和停止控制。
5 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）一鍵啟動(dòng)設(shè)計(jì)，參數(shù)設(shè)置完畢，點(diǎn)擊一鍵啟動(dòng)按鈕，則岸電電源可以自動(dòng)啟動(dòng)，將需要的高壓電送到碼頭。
（2）散熱風(fēng)機(jī)冗余設(shè)計(jì)，當(dāng)岸電電源**部風(fēng)機(jī)有一個(gè)故障時(shí)，岸電電源系統(tǒng)不停機(jī)。
（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(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)輸入功率因數(shù)高，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用環(huán)保高效硅鋼片，岸電電源系統(tǒng)效率達(dá)到 97%以上。
（4）防鹽霧設(shè)計(jì)，考慮到海邊的工作環(huán)境，岸電電源系統(tǒng)所有設(shè)備需要進(jìn)行三防處理，能夠適應(yīng)港口使用環(huán)境長時(shí)間工作需求。
（5）一鍵換相功能，當(dāng)岸電電源輸出相位與船舶電源相位相反時(shí)，通過一鍵切換功能，可以實(shí)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(jìn)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(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，只需要增加少許開關(guān)設(shè)備，即可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)泊位公用岸電電源系統(tǒng)。
6 安科瑞船舶岸電收費(fèi)系統(tǒng)選型
安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費(fèi)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的計(jì)量儀表ADW300，監(jiān)測充電設(shè)備站點(diǎn)和各個(gè)充電箱的運(yùn)行和充電過程，同時(shí)對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過微信或支付寶小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制儀表對應(yīng)的操控機(jī)構(gòu)，對充電樁完成充電過程。
充電設(shè)備通過加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電運(yùn)營的所有功能，包括財(cái)務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運(yùn)營分析等功能。
6.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2平臺(tái)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(yùn)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(shí)時(shí)監(jiān)控 對平臺(tái)連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)生異常情況時(shí)可通過APP、短信及時(shí)向運(yùn)營人員發(fā)出報(bào)警信號，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。
4)交易管理 平臺(tái)為運(yùn)營方提供充電價(jià)格策略管理，訂單管理，賬戶交易記錄，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。
5)充電服務(wù) 可通過軟件搜索附近充電設(shè)施，查看充電樁設(shè)施，并導(dǎo)航至可用充電樁?？赏ㄟ^在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電，充電結(jié)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(yùn)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(shè)施狀態(tài)和充電交易情況。
7)運(yùn)營分析 對訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析，直觀展示數(shù)據(jù)
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(dāng)月和上三月的電壓、電流、功率較值記錄;需量及實(shí)時(shí)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(dòng)等報(bào)警輸出；4時(shí)區(qū)14時(shí)段的費(fèi)率設(shè)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(gè)設(shè)備集中上傳時(shí)選配）		4G遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采用嵌入式設(shè)計(jì)，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的微處理芯片，配合內(nèi)置看門狗，性能可靠穩(wěn)定。提供標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口，可以方便的連接RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備，僅需一次性完成初始化配置，就可以完成對MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，并且與安科瑞服務(wù)器進(jìn)行通訊。

6.3.2計(jì)量儀表ADW300產(chǎn)品介紹
6.3.2.1型號說明

6.3.2.2技術(shù)參數(shù)

7結(jié)論
船舶岸電替代船舶輔機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)靠港船只零排放，節(jié)能減排效果顯著，有效的提升港口建設(shè)水平，帶來社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)多方面的效益，為綠色港口建設(shè)添磚加瓦，推動(dòng)水運(yùn)工程供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和綠色交通發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[2]楊文浩，邵 琪，王立鋒.淺談船舶岸電技術(shù)的應(yīng)用[J]
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2019.11版

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