三峡坝区并靠船舶岸基供电技术及其应用研究

南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司/国电南瑞科技股份有限公司 何胜利 邓任任 温殿国 迟福海 王 磐

国家出台相应的法律法规对船舶停靠时减少污染物排放做了严格要求，海事局发布了污染物排放控制区的政策文件，对船舶使用岸电有了明确的规定。为推动长江经济带生态文明建设，2018年6月国家相关部委组织召开专题会议，推动三峡坝区岸电试验区建设工作。三峡坝区的锚地或码头已建设了部分岸电桩，只有在坝上丰水期时方便接岸电，当水位下降到低位时船舶距离岸电设备远、连接非常困难，导致使用率极低。在锚地靠船墩系泊、趸船系泊以及抛锚自泊的状态下缺乏技术方案[1-2]，无法为船舶提供电能。

本文设计了不同场景下船舶停靠的岸电技术方案，提出了船舶并靠岸基供电、计量计费以及标准化接口方案，并通过锚地现场应用案例进行验证，解决了并靠船舶供电难的问题。

1 技术方案研究

1.1 供电方案

三峡库区的水位正常运行期按175m、145m、155m三个水位调度[3]，最高水位和最低水位的垂直落差30m，岸边斜坡距离可达150m，水位变化对岸电影响大。三峡坝区通航的船舶主要采用三相三线上船，所以岸电电源以三相三线IT电制模式供电。船舶停泊时主要有丁靠系泊、靠船墩系泊、趸船系泊以及抛锚自泊四种模式[4]，本文主要考虑靠船墩系泊、趸船系泊情况下多船T接供电方案。

趸船系泊供电。趸船系泊是指船舶并靠靠泊在趸船侧，依次并靠系泊。趸船至岸侧距离有十几米至上百米不等，要给船舶供电须先把岸电电源送到趸船上，然后通过趸船再把电源上送到并靠的船舶；靠船墩系泊供电。靠船墩是在水中固定的直立方形柱状建筑，一般5个一组，两个靠船墩为靠泊的船舶提供系缆柱。低压电缆由岸坡到水底，由水底到靠船墩的顶部。在靠船墩的顶部配置岸电桩及电缆卷盘，供电接口需根据水位变化可自动调节垂直升降，高度要匹配第一艘靠泊的船舶接电位置。

上述两种并靠方法，船舶并靠后如分别为船舶提供供电接口，根据相关规定，一千吨以上六千吨以下的船舶，船宽为13m至17.2m之间，吨位越大、船体越宽，外侧靠泊的船舶接岸电所备的电缆越长，给船员的用电带来不便。为解决外侧船舶用电困难的问题，采用了T接供电的方案，即每艘船舶上配置一个T型接口箱（简称T接箱），T接箱由供电输入接口接电源输入，本船用电接口为本船提供电源，下级供电接口为下一级船舶提供电源。船船之间的连接电缆长度为25米。图1用三艘船舶并靠用电方式，后续的船舶用电依次并靠即可。T接的所有供电负荷不能超过岸电桩接口额定输出功率。调研散货船停靠时的用电最大负荷如表1。通过这种T接供电，解决了船舶并靠时供电电缆长、接电不方便的问题。

图1 船舶并靠供电示意图

表1 散货船靠泊功率

1.2 内部通讯方案

为解决运营收费的问题，须解决岸电桩和T型接口箱间的通信，以及岸电设备和运营平台间的通信。调研其它通信方式及现场应用情况如下：CAN。抗干扰强、通信距离长，但需增加双绞屏蔽电缆，用于变电站内部通讯管理机与分散的保护测控装置；LORA。无需单独布线，但开机后建立连接时间长；GPRS/4G/NB-IOT。无需单独布线，但有运营费且受运营商基站信号影响，用于电动汽车充电桩和运营平台之间；载波。无需单独布线，但通讯时效性低、建立连接时间长，且三相三线的载波模块市场没有批量应用产品，用于用采终端、数据采集器和集中器通讯。通过分析综合对比，桩与T接箱采用CAN通信方式。

岸电桩和运营平台间的通信根据现场的实际情况分两种情况，一是岸电桩较多的区域，可通过以太网把岸电桩信息汇集到通信集中器控制，然后通过4G/5G的无线通信模块和云平台通信；二是岸电桩分散安装的区域，每个岸电桩内部配置4G/5G无线通信模块，然后直接和云平台通信。

1.3 运营管理方案

1.3.1 注册

为操作的便捷性，采用扫描二维码方式启停供电。每个岸电桩的输出供电接口和每一个T接箱有对应的信息二维码，包含设备信息及接口信息。用户注册时，用手机下载专用APP向国网岸电云平台注册，获得一个账号，如果船上有T接箱时注册信息中要包含T型接口箱信息。

1.3.2 供电模式选择根据应用场景不同，岸电桩存在两种供电模式。模式一：直接供电方式。即岸电桩直接给船舶供电，船舶不用T型接口箱。

模式二：岸电桩使用T接方式给并靠船舶供电。在第一艘船舶T接箱供电电缆和本船用电缆连接好后，船员通过专用APP扫描岸电桩对应接口的二维码，选择T接方式供电，运营云平台远程启停对应的岸电桩供电接口。第一台T接箱带电后，通过CAN通信把设备信息上送给岸电桩，岸电桩再把T接箱信息上送至运营平台，运营平台检测到合法信息后远程启动第一台T接箱的本船用电供电接口，完成第一艘船舶供电。

第二艘船舶的T接箱进线电缆和本船用电缆连接好后，用手机APP软件扫描第一艘船舶T接箱的二维码，运营平台再启动第一台T接箱的下级供电接口，第二台T接箱带电，T接箱信息上送后，运营平台再启动第二台T接箱本船供电接口完成本船供电。后面船舶用电参考第二艘船舶供电过程。所有T接船舶的关系链表在云平台保持维护。当本船供电结束，直接通过手机APP结束T接箱的本船供电，扣费等信息通过APP显示，如果船主是最后一艘船舶，则再停止上一艘船舶T接箱的下级供电接口。

1.4 安全回路设计

船舶在供电过程中电缆意外断开，系统没有检测到此状态会存在较大的安全隐患。为防止此情况的发生，在电缆中增加供电安全回路检测功能的控制缆，岸电桩和T接箱内部增加安全检测逻辑电路，只有当安全回路处于接通状态电气设备的断路器才会闭合供电。当供电电缆断开时岸电设备的断路器自动跳闸。如图2所示，P1、P2分别为安全回路连接的两根检测导线，连接到岸电供电电缆中，在船侧内部短接。外部电缆连接正常，安全回路形成通路，此常开触点闭合，允许合闸。

图2 安全回路设计示意图

1.5 关键设备设计

岸基供电系统主要包岸电箱、T接箱、电缆管理系统以及标准化接口等设备。T接箱内部电气设计如图3所示，本船用接口具备短路保护、过流保护、过欠压保护、计量功能，下级供电接口具备短路保护、过流保护功能。核心控制器通过CAN和岸电桩通信，输出接口由控制器远程启停。

图3 T接箱内部电气结构示意图

岸电建设时，缺乏统一接口标准规范会严重制约岸电的推广应用。目前部分标准虽然有所规定，但接口类型数量较多，不满足通用性。充分调研国际国内相关标准及港口、船舶的需求，提出了低压接口的功能设计，即使用额定电流为63A、125A两种规格接口用于内河流域的船舶，采用电流为250A、350A两种接口满足国内船舶大容量需求，同时满足国外海船使用国内岸电系统的需求。

2 现场应用分析

选取沙湾锚地作为岸电试验区建设示范工程，该锚地靠泊方式包括趸船系泊、靠船墩系泊等多种方式。在每条趸船两侧的甲板上安装岸电桩，在靠船墩顶部安装岸电桩，对并靠的船舶放置T接箱，完成电缆插接后扫码完成供电。在岸电的实际应用测试过程中，发现仍存在一些问题。T接箱不固定在船上，每次使用岸电需要搬运T接箱和电缆、工作量非常大，连接不方便。

为此提出了T接的升级改造方案：统一船舶的接口型号，小容量接口使用额定电流125A、大容量接口使用额定电流250A的两种标准接口；船舶内部增加T型接口箱，既满足T接供电又可适应直接供电。将T接箱固定安装在船头，减短跨船连接电缆；对于并靠邮轮T接供电（图4），由于供电容量大，一般一套低压接口箱无法满足供电需求，分别设计两路供电回路，外侧停靠的船舶通过内侧船舶的独立的T接线路供电。

图4 大容量T接改造示意图

3 结语

面向三峡坝区的应用环境，主要对趸船系泊、靠船墩系泊的场景进行分析并给出了供电设计方案，通过沙湾锚地的项目测试了实际应用情况。最多测试了5艘船舶并靠供电，经过一个多月的试运行，使用效果较好。示范项目中首次提出并应用了T接供电方案，解决了三峡坝区多船并靠使用岸电的难题，对长江沿岸及其它内河流域的岸电后续建设起样板示范作用。长江流域船舶类型多样，船岸快速连接需要岸基部分与船上部分高效配合，目前船舶部分仍需进一步提升相关的技术配套、设施配套，后续将针对岸基供电系统与船舶改造整体技术方案进行深入研究。