低压大容量船舶岸电系统设计

牛高远 刘苗苗 孟凡提 贾甜 于越

（许继电源有限公司 河南省许昌市 461000）

长期以来，我国港口或码头船舶靠岸时辅机多采用船用柴油发电机自行发电，而柴油机工作时向大气中排放大量的有害气体，船体明显振动，并产生大量的噪音，对周围生态环境、游客、工作人员都会产生不良影响。此外使用柴油发电机，发电效率较低，造成极大的能源资源消耗。

近年来，随着国家对环保指标的要求逐步提高，基于电能替代的智能化港口岸电系统的建设已成为必然趋势。国家相关部门相继出台了一系列法规政策，对开展港口岸电设施建设作出重要部署。尤其是在长江三峡坝区具备条件的港口，根据地理、水文等条件，因地制宜设计岸电方案，推广电能替代，构建港区绿色智能用电体系，对改善港口水域生态，提升港口综合用能效能具有重要意义。本文针对三峡坝区用于停靠游轮的客运码头，设计典型的船舶岸电系统。

1 船舶岸电供电系统分类

船舶岸电系统是指船舶在靠泊期间停止使用船上的发电机组，船上通风系统、照明系统、制冷系统等非动力设备的运转改为由码头供电，从而减少船舶废气排放的供电方式。船舶岸基电源系统作为低碳港口建设的主要环节，代表着未来港口建设发展的重要方向。

根据岸基电源、船舶类型、受电能力、电压等级等差异，岸电供电系统可分为高压岸电系统和低压岸电系统，可支持游轮、集装箱船、散货船、滚装运输船等不同应用场景下的船舶供电需求。不同类型的供电系统特点如下：

1.1 低压船舶/低压岸电供电

市电经变电站降压为6.6kV，接到码头岸电接电箱，因港口空间有限，6.6kV到0.4kV变电箱安装在趸船上，船舶经由趸船连接岸电。该方案无需对码头进行改造，但部分设备需要置于趸船上。

1.2 高压岸电/低压船舶供电

采用6～20kV岸电上船，要求对船舶进行改造，加装降压变压器，主要给船舶上的空调、照明等非动力负载供电。

1.3 高压岸电/高压船舶供电

采用6.6/11kV岸电上船，直接给高压船舶供电，此岸电系统只需要一组电缆向全船提供电能。

1.4 高压岸电变频供电方案

目前大部分岸电项目都是港口电网向船舶电网直接供电，我国供电频率为50Hz，若要满足国外大型船舶的需要，需要采用50Hz转换为60Hz的变频供电技术。

2 码头特点及需求容量

2.1 码头特点

本文选取宜昌秭归县某客运码头作为方案的应用场景，码头位于长江三峡大坝上游南岸，主要停靠长江内游船，船只排水量为10000～15000吨。码头为趸船式结构，由于库区特性，港区趸船离岸高度根据水位在175～145m范围内涨跌变化。码头岸基具有10kV供电电源，共有3个靠泊趸船，每个靠泊趸船停靠2艘船舶，单艘船舶高峰用电负荷为450kW。如图1所示，为该码头实景。

图1：客运码头实景

2.2 需求容量

根据码头特点，本岸电系统应建设为低压大容量岸电电源系统，电源取自港口10kV/50Hz进线，经岸电电源系统将10kV高压转变为0.4kV/50Hz低压，并通过专用接电箱连接至船舶受电系统。根据船舶供电容量及泊位数量，拟建设岸电系统针对单船供电容量为500kVA，系统供电总容量为3750 kVA。

3 总体设计原则及技术要求

3.1 总体设计原则

设计方案应能为后期岸电建设提供技术指导和理论支撑，总体应遵循以下设计原则：

3.1.1 安全可靠，经济实用

严格按照港口电气设备安全规范要求进行设备选型和建设，综合考虑系统的经济性和实用性，提高岸基供电系统的服务能力。

3.1.2 统一标准，通用开放

按照国家标准建设港口岸基供电设施，同时建设岸电运营监控系统，规范岸基供电基础设施建设和运营，提高岸电服务通用性和开放性。

3.1.3 操作便捷，智能管理

设计方案实施后应能方便客户操作使用和日常维护，同时由于岸电设备较为分散，应能对每个设备进行实时监控，提高岸电系统智能化水平。

3.2 总体技术要求

设计方案除了能满足游轮的充电服务功能外，而且系统应充分考虑安全措施，人员操作接入岸电时防止触电，岸电运行时确保安全供电。系统具备完善的保护功能，符合交通部JT/T 814.2-2012《港口船舶岸基供电系统技术条件：低压上船》的要求。使用环境方面，设计方案中的设备应能适应码头高温、高湿、高腐蚀性等恶劣的环境。主要技术参数如表1所示。

表1：岸电系统主要技术参数

3.3 电气系统设计方案

如图2所示，为低压大容量岸电系统原理框图，系统主要由岸上供配电设施、电缆管理系统、趸船岸电电源箱变、船岸连接设备及岸电监控系统等组成。为满足系统整体设计要求，每部分的功能配置及技术要求具体如下。

图2：岸电系统设计原理框图

3.3.1 岸上供配电设施

岸上配电设施新增1座高压开闭所，由进线负荷开关柜、PT柜、计量柜、出线断路器柜、站用变柜组成。开闭所进线侧连接港区外线10kV/50Hz电源，高压出线侧通过敷设高压电缆接至高压接电箱。技术要求如表2所示。

表2：岸上供配电设施技术要求

3.3.2 岸上高压接电箱

共设计4台高压接电箱，其中1台安装于港口岸边，进线侧连接高压开闭所出线柜，输出侧连接高压电缆管理系统。另3台安装于主箱变趸船上，其中一台用于电缆管理系统至趸船10kV电缆接入，另两台用于主箱变至两台从箱变10kV电缆连接。技术要求如表3所示。

表3：高压接电箱技术要求

3.3.3 电缆管理系统

高低压电缆管理系统分别由1套电缆卷筒、滚轮式桥架及控制系统组成，用于对岸上至趸船岸电电源箱变10kV电缆，及趸船上0.4kV电缆进行收放控制管理。技术要求如表4所示。

表4：电缆管理系统技术要求

3.3.4 趸船岸电电源箱变

共设置3台岸电电源箱变，其中1台为主箱变，另2台为从箱变，均安装于新增趸船上。其中，主箱变内部包括高压环网柜、降压变压器、低压配电柜、系统控制柜、直流配电屏、无功补偿柜、环境控制系统等；从箱变内部包括降压变压器、低压配电柜、无功补偿柜、环境控制系统等。技术要求如表5所示。

表5：电源箱变技术要求

3.3.5 低压接电箱

安装在趸船上，供电容量500kVA，为靠港船舶提0.4kV/50Hz岸基电源，输出端配置标准插接设备；技术要求与表3中高压接电箱技术要求相同。

3.3.6 岸电监控系统

监控整套岸电设备的运行状态，支撑岸电系统的运营和交易结算。技术要求在2.4节做专门详述。

3.4 设备连接及布局方案

如图3所示，为低压大容量港口岸电系统各设备之间的连接及布局方案，岸上10kV高压开闭所出线经岸边高压接电箱接入高压电缆管理系统输入侧，高压电缆管理系统将岸上供配电设施输出的高压电缆传送至岸下3台箱变；每台岸电电源箱变设置两路低压出线连接至两台岸电接电箱，单台接电箱供电容量500kVA，接电箱通过岸电连接器可直接为6艘游轮提供岸电服务。

图3：岸电设备连接及布局图

3.5 监控系统设计方案

为实时掌握和控制岸电设备状态，实现对岸电系统的智能化管理，本方案配置专门的岸电监控系统。主要实现对岸电系统的信息处理、人机界面、安全操作、统计分析、电量计费等功能。设计的港口岸电监控系统结构如图4所示。

图4：岸电监控系统结构示意图

监控系统采用分布式数据库，且综合自动化系统分为两层设计，即站级控制层和间隔级控制层，其中间隔级控制层将采集和处理后的数据信号，传输到站级控制层，通过通信网在站控层融为一体。各间隔级单元相互独立，功能上不依赖于站控计算机，从而增强整个系统的可靠性和可用性。

如图5所示，为岸电监控系统组网方案示意图，监控范围包括监控范围应包括港口岸电计量装置、高低压开关柜、变压器、岸电接电箱、电缆管理系统等设备，具体技术要求如表6所示。

表6：岸电监控系统技术要求

图5：岸电监控系统组网方案示意图

4 经济和社会效益分析

4.1 经济效益

据统计，在国家规划的 “两纵一横” 岸电区域和内河港口范围内，共有六千余个泊位亟待建设低压岸电系统。若这些泊位实现岸电全覆盖，可创造岸电设施建设市场空间约18亿元，同时带动船舶受电设施改造市场规模约65亿元，年预计售电量达到30亿千瓦时。

4.2 社会效益

一方面能够显著取得节能减排效益。每年可在长江等内河水运行业减少燃油约84.82万吨，减少二氧化碳排放约202.02万吨，减少硫氧化物、氮氧化物排放约8.25万吨。

另一方面能够有效改善水域生态环境和人员生活质量。岸电的使用可大幅减少燃油船带来的噪声和气体污染，保护内河水域优质环境资源和珍稀濒危物种。同时极大提升了船舶上工作人员和游客的生活环境。

5 结语

本文首先对船舶岸电系统进行了分类，然后针对传统燃油船舶靠岸时产生大量废气和噪音污染问题，以宜昌秭归县某客运码头为例，依据码头需求特点，设计了一套低压大容量岸电系统方案，主要包括电气设计、设备连接和布局设计以及监控系统设计。最后分析论证，设计方案的推广应用可获得明显的经济和社会效益，在优化生态环境的同时，大幅改善船员和游客的生活环境。