高压岸电系统在集装箱船的应用与节能分析

尹旭军

浙江天地环保科技股份有限公司

0 引言

近年来全球气候变暖和环境污染问题日益严峻，我国也采取了更强有力的政策和措施，力争在2030 年前实现碳达峰、努力争取2060 年前实现碳中和，绿色航运和绿色港口相关技术得到越来越多的关注。

高压岸电系统是指船舶在靠港时停止使用船舶发电机，在不中断服务的情况下，改由岸上高压电源向船舶供电的系统。通常岸上输入的是6 kV 50 Hz或10 kV 50 Hz的交流电，经系统转换得到船舶所需的电源。

2010 年，国际海事组织（IMO）《国际防止船舶和港口设施污染公约》（MARPOL）第VI 条修订草案执行，其中规定船舶在停泊岸港期间采用岸电供电，以减少船用柴油机的排放造成大气污染和温室气体排放。

高压岸电是一种高效、环保、安全的船用电源，目前已被广泛用于客滚、油轮和集装箱船中。

1 高压岸电系统原理和特点

高压岸电系统通常分为岸上供电系统和船载受电系统两部分。岸上供电系统包括变压器和变频装置(若有)等部件，这些部件将岸上电源转换为标准所规定的电压和频率，再通过标准接插件为船舶供电；船载受电系统通过配套标准接插件的高压电缆将岸电引入船舶配电系统。

集装箱船配套的高压岸电系统包括电缆管理系统、岸电变压器(若有)、岸电连接屏、岸电接入屏及控制系统等，安装方式分为固定式安装和移动式安装两种。固定式安装所有设备都固定在甲板或舱室内部（见图1）。移动式安装主要设备如电缆管理系统、岸电变压器和岸电连接屏等固定在集装箱内，可临时吊上船舶使用（见图2）。

图1 固定式高压岸电系统示意图

图2 移动式高压岸电系统示意图

高压岸电系统具有如下特点：

1) 高效节能。高压岸电系统采用高效的变压器、电缆、插头等设备，使船舶停泊期间从岸端直接获得电力，减少了船舶发电机组的使用，提高了能源利用效率。

2)环保安全。高压岸电系统可减少船用柴油机的排放，减少了大气污染和温室气体排放，保护了海洋环境。此外，高压岸电系统使用插头式连接避免了漏电和船舶断电等安全隐患。

3)方便实用。高压岸电系统稳定、可靠的电源使通信设备和其他电器设备等得以稳定运行。

2 高压岸电系统应用案例

某4 800 TEU 集装箱，原船配电板AC440 V 60 HZ，拟采用可移动式集装箱。高压岸电系统单线图见图3。

图3 高压岸电系统单线图

系统主要包括：AMP 可移动式集装箱1 套、固定安装插座箱2 套、三屏高压岸电转接屏1 套、高压变压器、低压接入屏、同步屏、船上固定敷设电缆等。

2.1 AMP可移动式集装箱

AMP 可移动式集装箱包括连接岸侧电源的电缆绞车、高压连接屏、监控屏、UPS 和连接船上插座箱的储缆绞车（见图4、图5）。

图4 AMP 可移动式集装箱俯视图、断面图

图5 AMP 可移动式集装箱

2.2 固定安装插座箱

固定安装插座箱是为方便HVSC、HV 和AUX电缆的连接。插座箱安装在船舶PORT 或STBD 位置，可方便6.6 kV 电缆在移动式岸电集装箱中的快速连接及低压电缆的连接，确保用电的安全。

高压插头规格为350 A 7 200 V，设置了联锁装置，以防插头和插座通电时的插拔。

固定安装插座箱详图见图6、图7。

图6 三相插头插座触点分配图

图7 固定安装插座箱

2.3 高压岸电转接屏

码头岸电可从船舷左侧或右侧的插座箱连接到高压岸电转接屏，汇总后输出一路到变压器高压侧。

高压岸电转接屏接线图见图8，转接屏视图见图9。

图8 高压岸电转接屏接线图

图9 高压岸电转接屏视图

2.4 低压接入屏和同步屏

在原船AC440 V 60 HZ 配电板一端新增一面低压岸电接入屏以实现岸电接入、不断电切换、手动/自动同步并车等功能。低压接入屏和同步屏见图10。

图10 低压接入屏和同步屏图

2.5 其他注意事项

1)等电位连接要求

船舶应设有将船体与岸地（或趸船上接地装置）等电位连接的设施。当岸电、船电配电系统采用中性点直接接地的交流三相系统时，应设置船体与岸地相连接。

船体接地保护连接铜导线截面积应不小于16 mm2，接地电阻不大于4 Ω。

等电位连接不应改变船舶原配电系统接地原理。

等电位装置需接入安全回路，并进行监控和报警。

2)负载切换要求

岸电和船舶配电系统之间的负载切换可通过先断电后切换或短时并联再切换方式进行。

当采用先断电后切换方式进行负载切换时，应采取联锁保护等措施避免船舶发电机和岸电同时供电。

当采用短时并联再切换方式进行负载切换时，应满足以下条件：

（1）船舶配电系统电压和频率瞬态、稳态波动符合要求。

（2）配置船舶配电系统和岸电系统同步装置。

（3）负载切换如采用自动方式，还应具备手动功能。

（4）在负载安全切换的前提下，应尽可能缩短并联运行时间。

（5）当负载切换超过规定时间限值时，应立即停止切换，断开连接岸电的断路器，并向值班人员报警。

（6）负载切换应配置逆功率保护。

（7）配电板上应设置岸电测量的仪表，如电压表、电流表、频率表、相序指示器等。

3)应急切断功能要求

应设置应急切断功能，以确保快速断开岸上和船上的连接断路器。应急切断系统应按故障安全原则设计，应能防止被误触动，如发生下列情况时应自动触发应急切断：

·等电位连接断开；

·电缆管理系统报警；

·岸电系统控制和监测线路故障；

·岸电连接插头带电拔出。

应急切断按钮至少应设置在以下位置和处所：

·岸电连接配电柜(板)所在处所；

·电缆管理系统操作位置；

·岸电接入控制屏所在处所。

应急切断动作时，应在有人值班处发出听觉和视觉报警信号。

应急切断发生后，非经人工复位，断路器不能再次闭合。

3 节能减排分析

4 800 TEU集装箱船供电容量3 500 kVA，每次靠港平均2 d，靠港用电量=3 500×0.8×2×24=134 400 kWh，折合电费约100 000 元人民币（各地岸电收费标准不一，取中间值0.8元/kWh，岸电收费低于1.73 元/kWh 都是经济的）［1］，每次靠港用电量折合成CO2减排量=134 400×0.997 kg≈134 t。

目前我国发电主力是燃煤电厂，沿海城市基本属于重点区域。根据GB13223《火电厂大气污染物排放标准》，对应的主要污染物排放见表1、表2。

表1 燃煤电厂污染物排放折算表

表2 使用岸电的减排比较表

除节能和减少污染外，高压岸电系统还可提高港口作业效率，减少船舶停泊时间，为港口作业提供更多的灵活性，这在当今日渐紧缩的国际贸易环境下，速度和效率非常关键，而高压岸电系统可满足这些需求。

4 结论

随着环保意识的提高，高压岸电系统在集装箱船等船舶中的应用越来越被关注，通过实际数据分析比较可得出：高压岸电系统的应用有助于减少船舶发电机组的使用，降低污染物排放，提高作业效率，实现节约成本和保护环境的目的。

但高压岸电系统也存在一些问题，如建设成本和维护成本较高、某些港口电力质量不稳定、安装需港口管理部门配合等。

因此，高压岸电系统应用中需加强技术创新，加强与港口的协作，使高压岸电系统稳定运行，发挥其应有的节能减排效益和经济效益。