船载高压岸电箱的选择

陈 猛，张 林，帅网兰，夏 进

(1.新大洋造船有限公司， 江苏 扬州 225107；2.陆军装备部驻沈阳地区军事代表局驻哈尔滨地区第二军事代表室，黑龙江 哈尔滨 150000；3.江苏省镇江船厂集团公司，江苏 镇江 212000)

0 引言

船舶靠泊港口期间停止船载发电机运行，由港口向船舶提供岸电，是有利于保护环境的一项重要措施。但是，当船舶对岸电容量需求较大时，如果由低压岸电供电，则需要提供相当大的电流才能满足容量需求，而连接岸电的柔性电缆在传输大电流时需要有相应的导电能力。

例如，某船所需岸电容量为2 000 kVA，当采用三相0.4 kV的电压供电时，电流约为2 886 A，至少需要由10根主线芯为3×120 mm的柔性电缆连接岸电。按照IEC 80005-3出版物《港口公用连接设施 第3部分：低压岸电连接(LVSC)系统—一般要求》规定：在LVSC系统中采用多回路连接岸电时，最大容量为1 000 kVA，使用的柔性电缆数量电压400 V时为5根，电压690 V时为3根，因此该船在符合岸电国际标准的港口将无法连接岸电。

如果将上例改为由三相10.5 kV的电压供电，电流约为110 A，连接岸电只需要1根主线芯3×70 mm的柔性电缆就已足够，其线路功率损耗和铜材用量均可降低95%以上，且操作方便。

从应用实例可见，船舶对岸电容量需求较大时，采用高压岸电有明显的优点。

我国交通运输部发布的JTS155—2019《码头岸电设施建设技术规范》提出：港口码头岸电设施向船舶供电容量小于630 kVA时，可采用低压供电方式；供电容量为630～1 600 kVA时，宜采用高压供电方式；供电容量大于1 600 kVA时，应采用高压供电方式。IEC/ISO/IEEE 80005-1:2022《港口公用连接设施 第1部分：高压岸电连接(HVSC)系统—一般要求》把HVSC系统的范围定为标称电压交流1 kV以上、小于等于15 kV，容量为1 000 kVA以上。上述规范标准对船舶连接高压岸电划定了合理的容量与电压等级的范围。

船舶靠港连接低压岸电，只要求船载低压岸电箱的额定电压()、额定频率()与港口供电设施的额定值匹配，额定连续电流()能满足船舶电力负载的需要且容量和连接岸电的柔性电缆根数不超过规定，低压岸电箱就具备一定的通用性。而船舶靠港连接高压岸电时，除了要符合上述要求外，船载高压岸电箱的基本特性、不同类型船舶的岸电接入方式与主电路的绝缘水平和电流强度等技术要素应满足相关规范标准对HVSC系统的有关要求。在HVSC系统中，船载高压岸电箱既是船舶连接岸电的受电设施，又是向船舶提供外来电源的供电设施，因此必须重视高压岸电箱设计和选用的研究。

随着船舶对岸电容量需求不断增加，港口采用高压岸电向船舶供电的方式将逐渐普遍。为此，本文在设计和选用高压岸电箱时，首先研究其基本特性、不同类型船舶的岸电入口配置、系统标称电压的等级以及额定绝缘水平和额定短路强度等技术要素符合相关规范标准的规定；其次，根据船舶主电站的电压等级决定船载高压岸电箱的用途及电缆管理系统的位置及船舶连接岸电的方式，选择适合的安装方案，使港口高压岸电顺利向船舶供电。

1 基本特性与岸电接入方式

中国船级社(CCS)在《钢质海船入级规范(2021)》(下文简称《海规》)第8篇第19章中，把船上连接高压岸电的受电设施称为“岸电连接配电柜(板)”，这和IEC80005-1出版物的术语“On-board shore connection switchboard”相一致，在业内通常将其称为船载高压岸电箱。

(1)船载高压岸电箱应为金属铠装封闭结构，箱壳内装有固定式或可移开式(抽出式)的部件,但不包括充油或充气的部件。箱体设有4个隔室，其结构应能限制内部电弧的影响。各隔室功能如下，但不限于此:

①母线室：设置在箱体上后部，安装电流互感器和出线电缆或汇流排；

②主开关室(手车室)：设置在箱体中部，安装主断路器(手车);

③电缆室：设置在箱体下部，安装隔离开关(接地开关)、避雷器、电压互感器、进线电缆；

④仪表室：设置在箱体前上部，安装继电器、操作开关、仪表、信号装置等。

(2)船载高压岸电箱的基本特性应满足以下有关规定:

①运行连续性损失类别(LSC):当打开可接近的高压隔室时，保持其他高压隔室和/或功能单元通电的可能性；独立式安装时按《海规》第8篇第 19.3.2.1规定，LSC为 LSC1类;组合式安装时按IEC60092-503:2021《船舶电气装置—第503部分：特殊特性—电压范围为1 kV以上至36 kV及以下》出版物第7.2.1的规定，LSC为LSC2B类; LSC可根据系统的具体情况，按船级社允许的其他类别；

②隔板的等级: PM；

③内部电弧分类等级(IAC)：按IEC 60092-503:2021出版物第7.2.5的规定，高压开关设备和控制设备应符合IEC 62271-200:2021《高压开关设备和控制设备 第200部分 交流额定电压 1 kV 以上至 52 kV 金属封闭开关设备和控制设备》出版物的内部电弧分类等级(IAC)AFLR级，仅限于授权人员可触及前部、后部和侧面; 在母线室、主开关室(手车室)、电缆室设有泄压装置，当内部电弧故障造成箱内气压上升达到一定压力时，能自动打开泄压通道在箱体顶部泄放压力;IAC可按船级社允许的其他分类等级；

④外壳防护等级: 满足在舱室内安装使用的要求为IP4X;隔室之间的防护等级(箱门打开后)为IP2X; 隔板和活门的防护等级至少能达到IP2X；

⑤相序: 按IEC/ISO/IEEE 80005-1:2022出版物第5.1的规定，输入与输出三相电压的相序均应为正相序L1-L2-L3或A-B-C或R-S-T。

在HVSC系统中，安装在港口码头岸电供电点的供电设施是港口高压接电箱，安装在船舶岸电受电点的受电设施是船载高压岸电箱，两者之间由电缆管理系统进行连接，见图1。

图1 高压岸电连接(HVSC)系统示意图

不同类型船舶连接高压岸电时对岸电标称电压和频率有不同的要求，船上的岸电接入方式由电缆管理系统的位置所决定。根据国际标准的具体要求，归纳见表1。

表1 各类型船舶连接高压岸电的系统标称电压与岸电接入方式

实践证明，连接岸电的柔性电缆与端子固定连接比插接安全可靠性高，成本约低90%。当交流高压岸电系统需要配置附件时，应按《海规》第19.3.6.1的规定，选用符合IEC 62613-1 出版物《船舶高压岸电系统用插头、插座和耦合器第 1 部分—通用要求》和IEC 62613-2 出版物《船舶高压岸电系统用插头、插座和耦合器第 2 部分—不同类型船舶的附件的尺寸互换性要求》的附件，其规格为7.2 kV，350 A；12 kV，350 A/500 A。

2 绝缘水平和短路强度

船载高压岸电箱的应按设备的最高电压()确定，即等于系统的最高电压()。设备主电路的额定绝缘电压()应等于或大于，其绝缘水平主要由额定短时工频耐受电压()和额定雷电冲击耐受电压()来表示。船载高压岸电箱的额定连续电流()需按大于或等于船舶使用岸电的负载额定电流()进行选择。主电路应能承受预期的短路电流产生的热应力及电动应力，其短路强度主要由额定短时耐受电流()和额定峰值耐受电流 ()来表示。因高压断路器是主电路中的控制与限流设备，要求其额定开断能力()等于或大于的有效值，在设备铭牌中，和两者一般只标示其中之一。通常高压断路器的额定值(、、或、)即为船载高压岸电箱铭牌上标注的额定值。

在船载高压岸电箱设计和选用时，应按系统(设备)和船舶使用岸电时的来确定高压断路器的额定值和，同时应确定绝缘水平和短路强度的额定值、、或、。根据IEC/ISO/IEEE 80005-1:2022出版物对不同类型船舶连接岸电的电气参数要求和IEC 60092-503:2021出版物的有关规定，将上述额定值归纳为表2与表3。

表2 船载高压岸电箱主电路的额定绝缘水平

表3 各类型船舶连接高压岸电时主电路的短路强度限值

3 用途与安装方案

船载高压岸电箱在HVSC系统中是连接岸电电源的受电设施，又是向船舶提供外来电源的供电设施，在船上有2种安装方案:独立式或组合式。

当船舶主电站为高压电力系统时，且额定电压、额定频率与港口码头高压岸电的额定值相一致，船载高压岸电箱的安装方案可以采用独立式或组合式，其用途是向高压主配电板馈电。当船舶主电站为低压电力系统时，船载高压岸电箱的安装方案只可以采用独立式，其用途是控制降压变压器。

3.1 独立式安装

船载高压岸电箱独立式安装时，通常设置在船上便于连接岸电的舱室内。由于外形尺寸不受特别限制，可采用固定式或移开式(抽出式)。电缆可下进下出，下进上出或上进下出。安装时，可将一次系统的高压断路器、隔离开关(接地开关)、限流熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、船用入口(如果有)等设备都安装在箱壳内。

按船舶电力系统的电压等级不同，独立式安装的高压岸电箱有2种用途：一种是对馈电线进行控制和保护，另一种是对变压器进行控制和保护。按电缆管理系统的所在位置不同，船载高压岸电箱的进线方式有2种：一种是固定连接，另一种是安装船用入口供船用连接器插接。

当船舶主电站为高压电力系统且额定值与港口岸电一致时，船载高压岸电箱的用途是对连接到船舶高压主配电板的馈电线路进行控制和保护;如果电缆管理系统设置在港口码头，系统布置见图2。

XP—高压船用入口；F—避雷器；E—高压带电显示器；FU—限流熔断器；TV—电压互感器；QS—隔离开关(带地刀)；QF—高压断路器；TA—电流互感器。

图2中柔性电缆的岸侧端部和电缆管理系统固定连接，在其船侧端部安装有船用连接器；高压岸电箱为固定式，其进线侧安装有船用入口(XP)，供船用连接器插接。

当船舶主电站为低压电力系统时，船载高压岸电箱的用途是对变压器进行控制和保护，由变压器的低压侧向船舶低压主配电板馈电。如果电缆管理系统设置在船上，系统布置见图3。

F—避雷器；E—高压带电显示器；FU—限流熔断器；TV—电压互感器；QS—隔离开关(带地刀)；QF—高压断路器；TA—电流互感器。

图3中高压岸电箱为移开式(抽出式)，其进线侧用高压电缆和电缆管理系统固定连接，柔性电缆的岸侧端部安装有高压插头，拟和岸侧高压岸电接电箱上的高压插座插接。

3.2 组合式安装

船载高压岸电箱组合式安装时，可成为船舶高压主配电板的组成部分，一般为电缆下进、母排上出，其箱体结构型式、高度与深度宜和高压主配电板相一致。为了能将系统的电气设备一次性安装在同一箱壳内，箱体宽度可适当加大尺寸。组合式安装的高压岸电箱上如需配备高压船用入口，为了便于连接岸电，可另外附带高压船用入口箱，安装在船上适合连接岸电的场所。

如果电缆管理系统设置在船上，柔性电缆的岸侧端部应安装高压插头。系统布置见图4，图中高压主配电板左侧的高压岸电箱为移开式(抽出式)，其进线侧用高压电缆和电缆管理系统固定连接。

F—避雷器；E—高压带电显示器；FU—限流熔断器；TV—电压互感器；QS—隔离开关(带地刀)；QF—高压断路器；TA—电流互感器。

如果电缆管理系统设置在港口码头，船上需设置船用入口，系统布置见图5。图中，高压主配电板右侧的高压岸电箱为固定式，隔离开关(QS)为三工位(断开、接通、接地)。为方便岸电连接，高压岸电箱附带船用入口箱安装在船上便于连接岸电的处所，供柔性电缆船侧端部的船用连接器插接，其出线侧用高压电缆和高压岸电箱的进线端子固定连接。

XP—高压船用入口；F—避雷器；E—高压带电显示器；FU—限流熔断器；TV—电压互感器；QS—隔离开关(带地刀)；QF—高压断路器；TA—电流互感器。

根据船舶靠泊码头时的实际情况需要，高压岸电箱可附带2只船用入口箱，分别安装在船舶左舷和右舷，在船用入口箱中可增加高压熔断器(FU)对连接电缆进行短路保护，系统布置见图6。图6中的高压岸电箱为移开式(抽出式)，其进线侧分别用高压电缆和2只船用入口箱固定连接。

XP—高压船用入口；F—避雷器；E—高压带电显示器；FU—限流熔断器；TV—电压互感器；QS—隔离开关(带地刀)；QF—高压断路器；TA—电流互感器。

4 结论

(1)船载高压岸电箱的基本特性和额定值是安全运行的保障，在对其进行设计和选用时，其技术要素应符合有关规范标准的规定。

(2)在HVSC系统中，标称电压与频率以及额定绝缘水平与短路强度的限值，应满足不同类型船舶的要求。船舶连接岸电的方式，由电缆管理系统的位置所决定; 船载高压岸电箱的用途，由船舶主电站的电压等级所决定;并据此选择适合的安装方案。固定式或移开式(抽出式)船载高压岸电箱各有特点，需根据安装方案和船上安装处所的具体条件进行确定。

(3)图2至图6为高压岸电箱在电缆管理系统的不同位置、用途时的布置。通常避雷器、电压互感器及其限流熔断器设置在进线侧，电流互感器设置在出线侧，可根据系统实际情况进行适当调整。