岸电系统多回路馈电的安全性和兼容性研究

韩 杰，宋 丽， 袁正炜，夏 进

(1．江苏省镇江船厂集团有限公司，江苏 镇江 212000；2.国家电网镇江供电公司，江苏 镇江 212000)

0 引言

我国交通运输部发布的《港口和船舶岸电管理办法》自2020年2月1日正式实施以来，港航系统正在大力推进船舶靠港使用岸电工作。船舶在靠泊港口期间对低压岸电容量有较大需求时应采用多回路馈电。多回路馈电与容量的匹配关系，以及如何满足其安全性和兼容性，是业内关注的问题。

为确保船舶靠泊港口期间能顺利连接岸电，本文首先从交流低压岸电系统的额定值、多回路馈电的数量及安全保护的要求等方面进行研究，提出了不同容量应采用不同电压等级和每回不同电流时的馈电回路数量的观点；其次研究认为：岸电系统中的供电方和受电方均需按照国际标准IEC 80005-3：2016出版物对多回路馈电的要求，采用统一的安全控制回路原理和实行船—岸联锁的有关规定，以确保低压岸电连接的安全性和兼容性，否则，会出现IEC 80005系列标准中强调的情况：“Ships that do not apply this standard may find it impossible to connect to compliant shore supplies(不符合本标准的船舶可能会发现无法连接到符合要求的岸上供电设施)，Where deviations from the requirements and recommendations in this standard may be considered for certain designs，the potential effects on compatibility are highlighted(如果某些设计违背本标准中的要求和建议，则应强调会对兼容性产生潜在的影响)。

1 低压岸电系统的额定值

国际、国内规范对低压岸电系统划定了范围。

IEC 80005-3：2016出版物把电压等于或大于交流400 V和电压高达交流1 000 V、容量高达1 MVA的岸电系统称为低压岸电系统。我国交通运输部发布的JTS 155—2019规范规定：交流岸电系统在电压为400 V和450 V时，供电容量小于630 kVA可采用低压供电方式；供电容量为630～1 600 kVA宜采用高压供电方式。

中国船级社(CCS)发布的《钢质海船入级规范》(2021)要求船用插头和插座应符合国际和/或国内标准，并注明交流低压岸电系统的插接件参见IEC 60309-1出版物系列标准。IEC 60309-5：2017出版物说明要求60309的本部分适用于单一类型的插头、插座-船用连接器和船舶入口(以下称为附件)，其目的是将船舶连接到IEC 80005-3中所述的船舶岸电供给系统；这些附件的最大额定电流为350 A，最大额定工作电压不超过690 V，频率为50/60 Hz，并给出了350 A附件的触点布置图。在GB/T 11918.5—2020标准中，与IEC 60309-5：2017出版物触点布置相同的有额定值为1 000 V及以下的电流为350 A和250 A两种规格。IEC 80005-3：2016出版物规定：如果在岸侧使用插座，则连接电缆的岸侧端部应配备插头;如果在船侧使用船用入口，则连接电缆的船侧端部应安装船舶连接器。因船—岸两侧至少有一侧需配置附件，由此说明船舶在连接低压岸电时，每回馈电线路的额定电流最大为350 A或250 A。

船舶三相交流低压电源的标准额定电压值为400 V、450 V(440 V)、690 V，频率为50 Hz/60 Hz。由此可计算出三相交流低压岸电系统在1 MVA时的最大工作电流为：400 V/1 443 A，450 V(440 V)/1 283 A(1 312 A)，690 V/837 A；在1.6 MVA时的最大工作电流为：400 V/2 309 A，450 V(440 V)/2 053 A(2 100 A)，690 V/1 339 A。根据低压岸电系统的最大工作电流，可计算出在不同电压时所需要的馈电回路数量。

2 岸电馈电线的回路数量

船舶连接低压岸电时，只要单回路馈电的电流超过350 A或250 A，就需要采用多回路馈电。IEC 80005-3：2016出版物规定：低压岸电系统最多为5回路馈电;多回路馈电时，所有类型的船舶应使用同一类型的插头、插座、船用连接器和船用入口。

岸电馈电回路数量与电力容量要求及电压的关系见表1。

表1 岸电馈电回数量与电力容量需求及电压的关系[1]

表1给出的馈电回路数量是基于每回路额定电流350 A的。按照每回路额定电流分别为250 A和350 A，在不同额定电压时连接岸电，当容量不超过1 600 kVA时，计算出的馈电回路数量见表2。

按照表2的馈电回路数量，可根据船舶对岸电的最大需求功率在船载低压岸电箱中设置必要的回路数量；如果港口码头也根据船舶不同的功率需求设置相应容量的低压接电箱，则投资额将加大，利用率却很低，而且安全保护要求也无法满足。因此，岸侧只能设置350 A或250 A这2种规格的低压接电箱，而且应做到各不同回路数量(1～5回)的低压岸电箱都能连接岸电。

表2 每回额定电流不同与电压不同时的馈电线回路数量[3]单位：回

3 多回馈电的安全控制回路原理

多回馈电并不是简单地将多根连接岸电的柔性电缆并联使用，而是岸侧低压接电箱与船载低压岸电箱均需采用国际标准规定的安全控制回路和统一的船—岸联锁方式。

IEC 80005-3：2016出版物给出的典型低压岸电系统硬件框图见图1。图1中：5即岸侧接电箱的馈电线断路器，其欠压脱扣器见图2中的3；10即船载低压岸电箱，其断路器的欠压脱扣器见图2中的5；通常把12的左侧称为岸电接入控制屏或主配电板中的岸电联络开关；6、7、8为电缆管理系统，包括连接岸电的柔性电缆及其卷绕与监控装置。

1—岸侧供电系统；2—岸侧变压器和中性点接地电阻或/和IT供电系统；3—未集成在岸侧断路器内的岸侧继电保护装置；4—岸侧断路器；5—岸侧馈电线断路器；6—岸侧控制器；7—岸侧—船侧连接及接口设备；8—船侧控制器；9—未集成在船侧连接岸电配电板内的继电保护装置；10—船上连接岸电配电板；11—船载变压器(如适用)；12—船舶开关板。

图2为IEC 80005-3：2016出版物给出的多回馈电的安全控制回路原理示意图，并规定：The voltage used in the pilot circuit shall be less than 60 V d.c. or 25 V a.c(安全控制回路的电压应小于直流60 V或交流25 V)；The protection systems shall be provided with battery back-up adequate for at least 30 min(保护系统应配备至少30 min的备用电池)。按照上述规定，对岸侧低压接电箱可考虑采用变流装置和电池，以取得一主供、一备用的DC24 V安全控制回路电源向图2中的1(岸侧控制电源)供电。对船载低压岸电箱可由船舶充放电板提供2路DC24 V电源向安全保护回路供电，一主供、一备用，自动切换，向图2中的2(船侧控制电源)供电。

1—岸侧控制电源；2—船侧控制电源；3—馈电线断路器欠压线圈(岸侧)；4—岸侧安全电路线圈；5—断路器欠压线圈(船侧)；6—船侧安全电路线圈；7—岸侧紧急切断(紧急切断包括岸侧断路器和馈线断路器电气跳闸)；8—船侧紧急切断(紧急切断包括船载断路器电气跳闸)；9—船侧手动紧急切断(显示2个)；10—岸侧手动紧急切断(显示2个)；11—船舶安全回路跳闸；12—岸侧馈线安全回路跳闸电路；13—岸侧断路器欠压线圈；14—船载受电配电板断路器欠压线圈；P1～P4—辅助触点。

图1的5即岸侧接电箱中的5只馈电线断路器，其各具有欠压脱扣线圈(图2的3)，以实现每回馈电线路都具有独立的控制和保护；图1的10即船载岸电箱中5回馈电线路共用的1只连接岸电的断路器，其欠压脱扣线圈为图2中的5，但图2中船载岸电箱的安全控制电路与岸侧接电箱中对应的各回安全控制电路均进行联锁。

IEC 80005-3：2016出版物规定：在连接期间，任一个安全回路的断开应使岸侧和船侧安全回路同时跳闸；岸侧断路器的跳闸应断开所有的馈线断路器；在连接过程中当一个插头断开时，所有岸侧和船侧安全控制回路应按以下方式跳闸：

(1)船舶岸电回路应跳闸。

(2)岸侧所有馈电线回路应通过触点11跳闸。

(3)当任一根电缆发生电气故障时，所有岸上和船舶安全控制回路应跳闸，如下所述：

①故障电缆的馈电断路器应跳闸；

②所有岸上和船舶安全控制回路应通过紧急切断触点7和8跳闸；

③若岸侧接电箱馈电断路器跳闸失败时，安全后备保护装置应断开岸侧断路器，即图2中的4应动作于图1中的4跳闸；

④当船载岸电箱主断路器跳闸失败，安全后备保护应包括打开船上主配电板接入岸电的断路器，即图2中的6应动作于图1中12的左侧开关跳闸；

⑤连接岸电所需的各回电缆应进行联锁，多回馈电的任一回、任一侧未连接妥当，安全控制回路处于失效状态，岸侧低压接电箱馈电断路器和船载低压岸电箱主断路器均应无法合闸。

多回馈电的安全回路原理能防止船侧或岸侧的附件发生带电插拔，并做到只有当各回馈电线在船侧和岸侧全部完成连接后才具有接通岸电的条件，确保人身安全。

4 岸电系统的兼容性与技术改进研究

港口的供电设施和船载受电设施的兼容性，关系到能否让有限的资源发挥最大的作用，关系到船舶在不同的港口停泊时能否顺利连接岸电。如果国际港口的低压接电箱不符合国际标准，国外船舶或我国远洋船舶符合国际标准的低压岸电箱，在港口停泊时将无法连接到岸电。反之也一样。

国际标准要求岸港口公共连接设施应具有兼容性，要求安全回路系统应允许不同回数馈电线的船舶在岸上连接。例如：图1中的5有5只馈电线断路器，应当无需临时变更其电路，其中任意1只或多只(5只以内)馈电线断路器均能同时对1回路或多回路(5回以内)的船载低压接电箱馈电，从而在确保安全的同时，有效地提高港口岸电连接设施的利用率。

对已在运行中但不符合国际标准的船载低压岸电箱，按图2所示的安全控制回路进行改进：除了需在主断路器欠压线圈(图2中的5)上并联1只安全继电器(图2中的6)进行后备保护外，可以按表2馈电回路数量增加安全控制与船—岸联锁接口电路，还可按需要在安全控制回路中增加其他继电保护和安全互锁功能。CCS要求船载低压岸电箱的主断路器应在下列各种情况下无法合闸或在闭合位置自动断开：

(1)等电位连接未建立。

(2)岸电连接插头/插座的控制电路未接通。

(3)应急切断设备动作。

(4)岸电系统控制和监测线路故障。

(5)电缆管理系统发出报警信号。

(6)保护接地系统故障。

(7)岸电供电电源尚未提供等；以及IEC 80005-3：2016出版物要求低压岸电连接系统应具备的下列各项:

①等电位保护；

②正相序保护；

③浪涌保护；

④逆功率保护(如需要)；

⑤过/欠电压和缺相保护；

⑥过/欠频率保护和在其他处所增加应急停止装置等。

船载低压岸电箱只要将相关保护装置的故障动断触点，串联在图2中的9和11之间，即能实现各项保护的要求。对已在运行中的岸侧低压接电箱(指馈电线每回电流为350 A或250 A者)，如尚未符合国际标准的要求，可参照上述方法进行技术改造，增加安全控制回路和船—岸互锁接口，将各继电保护的动断触点串连在图2中的7和10之间。

安全控制回路和船—岸联锁的接口必须遵守统一的规定：安全回路中的P1与P3专门用于对岸侧接电箱的馈电线断路器进行联锁，安全回路中的P2与P4专门用于对船载低压岸电箱的主断路器进行联锁。

只有岸侧低压接电箱与船载低压岸电箱的安全控制回路原理一致，船—岸联锁接口统一，才能确保低压岸电连接系统的安全性和兼容性。

5 多回路馈电应注意的问题

(1) 柔性电缆及其附件标志号应统一。为便于正确接线，要求岸侧低压接电箱与船载低压岸电箱所配置的附件或接线端子及柔性电缆的控制芯线，都应当按照国际标准统一规定的编号进行标志。如果港口低压接电箱上需采用插头插座，或者船载低压岸电箱上需采用船用耦合器(船用连接器和船用入口)，其触点布置应符合国际标准的规定，附件的主触点标志号为L1+L2+L3+E，控制触点标志号为P1+P2+P3+P4；低压柔性电缆的主芯线标志号为L1+L2+L3+N+PE，控制芯线标志号为P1+P2+P3+P4。

(2) 应尽可能减少相邻电路的热相互作用。如果在多回馈电的船载低压岸电箱上设置有多个船用入口，船用耦合器及其箱内主电路在同时运行条件下的载流容量，可能会受到相邻设备及其电路的相互热影响。为避免船用耦合器发生过热，应按IEC 61439-1:2020标准的额定分散系数(RDF)进行计算，并根据计算结果确定低压岸电箱的额定电流。如果缺乏RDF计算的资料，船用入口之间的间距应大于50 mm，建议分散系数取值为0.85。

(3)每台岸侧低压接电箱内宜设置5只馈电线断路器(见图1的5)，且规格应相同，以满足1～5回的船载低压岸电箱连接岸电。此外，还应按照JTS 155—2019和CCS的要求，在箱内设置适合柔性电缆连接的接线柱，其标志号与柔性电缆的相同。

6 结论

(1)船舶对低压岸电需求超过350 A或250 A时，应采用多回路馈电，最多5回；各回馈电线路应具备独立控制与保护，同时要满足国际标准和船舶规范对安全保护的要求。

(2)要确保低压岸电多回路馈电的安全性和兼容性。新设备制造和老设备技改都没有任何技术难度，关键在于岸侧低压接电箱和船载低压岸电箱的安全控制回路和船—岸联锁的方式，都必须符合国际标准的统一规定。

(3)如果港口码头需同时向国内外远洋船舶提供低压岸电，因国内船舶的低压岸电箱每回额定电流可能有2种，则应相应设置350 A和250 A这2种规格的岸侧低压接电箱，以确保采用不同规格附件的船载低压岸电箱能顺利连接岸电。