高压岸电系统在40万t矿砂船上的应用

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

采取岸电技术对港口的环保、节能都有着积极意义，尤其的高压岸电技术，相比低压岸电来说，连接电缆数量少，操作简单，更被广泛运用[1]。本世纪初，欧美国家就开始在各种类型的码头逐步应用岸电技术。各大港口对于岸电技术的实施效果良好，船舶靠岸时的污染物的排放量平均减少95%[2]。国内岸电技术在近10年得以应用，特别是高压岸电技术在最近几年得到了飞速的发展。2017年，为了积极响应国家颁布的《大气污染防治法》，各种指南和方案的相继发布，主要的目标是到2020年，50%以上的已建的集装箱船、邮轮、客滚船及5万t级以上干货船等主要港口具备向船舶提供岸电的能力。

船舶岸电(alternative marine power,AMP)系统一般包含电缆绞车，岸电进出柜，主配电板AMP接入屏，港口需要配备电缆插座箱和配电站[4]，见图1。AMP系统分为低压AC440 V和高压AC6 600 V两种，但高压岸电系统具有连接电缆数量少，对接工作量小的优点，应用更加广泛[5]。AMP系统根据安装位置的不同可以分为岸基和船基两种型式，岸基是指电缆绞车安装在码头侧，而船基是指电缆绞车安装在船侧[6-7]。

图1 船舶岸电示意

岸基AMP系统分为固定式和可移动式两种，主要包括电缆绞车，控制箱，电缆连接单元，可伸缩臂装置等，可移动式还需要增加高压电缆滚筒的可移动滑移装置。固定式的系统相对可移动式的占用空间小，但可移动式系统机动性强，可以在码头随意移动，来适应靠岸的船舶。岸基型的AMP系统一般适用于邮轮和客滚船的码头。

船基AMP系统分为固定式和半固定式两种，主要包含电缆绞车，控制箱，高压进出柜，变压器(如需要)等。固定式的系统通常会在左右舷各布置1台电缆绞车，并配有各自对应的高压进出柜，无论船舶在码头左靠或者右靠，都能由绞车将高压电缆沿舷侧放下后接至岸电插座箱，操作简单，快捷。固定式的系统适用于新造船，特别是散货船，矿砂船等船型。半固定式的系统需要将整体系统安装在一个集装箱内，并在左右舷侧各增加1个电缆插座箱，用于连接低压配电板。当船舶靠码头时，由码头的吊车将此集装箱移至合适位置，再由绞车放下高压电缆接至岸电插座箱。相比固定式的系统，此系统操作相对复杂，但由于集装箱船舶航线相对固定，一般将装有AMP设备的集装箱放置在码头，供整个船队使用。集装箱船或者改造船一般选用半固定式的系统[8-9]。

公司承接的40万t超大型矿砂船是国内首艘安装高压岸电系统，需要取得DNV-GL的“SHORE POWER”附加船籍符号的船舶。

1 系统概述

40万吨超大型矿砂船配备的AMP系统电制为AC6 600 V,3 200 kVA，3PH,60 Hz,船岸之间能进行不断电装换。由于船舶选用的电制是AC440 V,3PH,60 Hz,故整套系统由电缆绞车、高压进出柜、高压变压器及低压配电板AMP接入屏四大部分组成，比常规系统多一个高压变压器，高压岸电系统的单线图详见图2。

其中电缆绞车布置在船舶靠近艉部上建的左舷，高压进出柜和变压器布置在主甲板机舱棚AMP专属舱室，AMP接入屏布置在集控室低压主配电板内，布置图详见图3。通过电力负荷计算，矿砂船在装卸货时需要的最大电量为2 063 kW，现AMP系统选用的容量为3 200 kVA(2 560 kW)，能满足船舶靠岸的用电量。

图2 高压岸电系统单线

图3 高压岸电系统布置

2 高压电缆选用

高压岸电是通过1根组合电缆连接岸端和船端，从而达到供电的目的，此电缆具有高柔性和高抗拉的特点，其中电缆规格和长度的选择需要通过计算来得出。首先是电缆规格的选择，此组合电缆主要包括高压动力电缆、接地电缆、控制电缆及光纤电缆。通过计算得到高压动力电缆规格，AMP系统电制为AC6 600 V,3 200 kVA，由此可以计算出电流值。

3×185 mm2高压电缆在环境温度45 ℃时，电流载流量为309 A，能满足要求。最终选用的通岸电缆规格为3×185+2×50+(4×2.5)C+6FO(62.5/125)μm。为了能和岸端的插座箱匹配，高压电缆的通岸端都会安装插头，便于快速连接，插头和插座都有统一的标准，需要满足IEC62613-1和IEC62613-2的要求。

高压电缆长度的选择首先按照精确定位的方法计算电缆长度，一般是需要三维坐标上的距离相加，X轴方向为船舶停泊后前后动态调整距离，Y轴方向为船的型深减去最小吃水和码头和水面的距离Z轴方向为船舶离岸电插座箱的距离，见图4。

其中X一般为5 m左右，Y=型深-吃水-码头离水面=30-12-2=16 m，Z一般为3 m，可以得出电缆精确长度L=X+Y+Z=24 m。为了能同时满足船舶左靠或者右靠，一般1个泊位上会安装2个电缆插座箱，大概布置在对应船舶上建附近，但插座箱的位置不可能正好和绞车在同一水平面上，所以需要留有一定余量用于调节插座箱和绞车在X轴方向的距离。最终选择的电缆长度为60 m+10 m的方案，其中10 m为留在绞车上的安全长度。

图4 高压电缆计算示意

3 SHORE POWER的特殊要求

各大船级社对高压岸电都有相关的规范和对应的附加符号，例如,ABS和BV的附加符号都是“HVSC”，CCS的附加符号为“AMPS”。本公司建造的40万t超大型矿砂船是国内需要取得DNV-GL的“SHORE POWER”附加符号的首制船，AMP系统需要满足DNV-GL的Pt6 Ch29“Electrical Shore Connections”要求。船级社规范对AMP系统需要提供相关文档，基本功能，断路器，绞车，联锁，应急切断，控制监测及试验等方面都做了详细的要求。其中应急切断和高压电缆耐压试验和其他船级社相比有特殊之处[10]。

关于应急切断系统，根据Pt.6 Ch29 sec.2 C Emergency disconnection中的要求，在电缆绞车、高压柜及低压配电板三侧都需要有应急停止按钮用于同时断开高压和低压侧的断路器，并要求直接断开，不能通过信号转换在实现。也就是说在电缆绞车侧需要一个应急停止按钮，并有单独的电缆分别接至高压柜和低压配电板，用于断开断路器。在高压柜和低压配电板侧同样也需要提供应急停止按钮用于给出切断信号分别至高压和低压侧的断路器，系统组成见图5。

图5 AMP应急切断系统

相对于其他船级社，DNV-GL要求应急切断信号是点对点的输出，用独立电缆连接，不允许借用电缆或者信号来实现。

DNV-GL关于高压电缆的耐压试验要求跟其他船级社有所不同，其他船级社要求在控制屏侧将所有电缆的芯线扎在一起后接至高压测试仪，在电缆导体与电缆屏蔽间施加直流测试电压，保持15 min，见图6。

图6 高压电缆耐压试验示意(其他船级社)

但DNV-GL的要求是选择一相电缆芯线，将同一电缆的其余两相导体及屏蔽层扎在一起，在电缆单独一相导体与另外两相导体连带屏蔽间施加直流测试电压，保持15 min，见图7。这种耐压试验的方法更易测出单相导体的绝缘情况。

图7 高压电缆耐压试验示意(DNV-GL)

4 优化建议

40万t矿砂船主要用于从巴西向中国运输矿砂，在设计之初，中国和巴西还未建成可以提供高压岸电并能停泊40万t矿砂船的港口，为了降低建造成本，只在船舶左舷布置了电缆绞车，所以只能在左靠的泊位上才能连接岸电。为了弥补此缺陷，在船舶右舷预留了安装电缆绞车的空间，为后续改造提供了便利。后续用于运输矿砂的32.5万t矿砂船选用了左右舷都布置电缆绞车的方案，能灵活选择泊位。由于这家船东营运的矿砂船队船舶数量多，航线固定，可以考虑选用半固定式的方案，将岸电集装箱存放在码头，供整个船队共同使用，这样可以降低整个船队的建造成本。