漳湾作业区船舶岸电系统的设计

漳湾作业区船舶岸电系统的设计
欧林森
【摘要】在对三都澳港区漳湾作业区漳湾8、9#泊位的船舶变压变频电源系统设
计中,采用岸电变频变压及快速连接技术,成功实现了岸电与船舶发电机之间的不间
断切换,取得了很好的节能减排效果.
【期刊名称】《港口装卸》
【年(卷),期】2017(000)004
【总页数】3页(P56-58)
【关键词】船舶;变频电源;节能减排
【作者】欧林森
【作者单位】福建省港航勘察设计研究院
【正文语种】中文
随着中国经济的快速发展、国内港口各大航运中心建设步伐的加快，越来越多的船舶停靠在港口码头，这些到港船舶停靠在码头需要燃烧大量重油(或柴油)发电，烟囱到处“流动”，所产生的污染与城市环境保护的矛盾已经越来越突出[1]。

三都澳港区漳湾作业区漳湾8、9#泊位作为福建省重点港口节能降耗建设项目。

本工程设计主要内容为船舶岸基变频变压电源(也成为岸电供电系统)。

目前世界上已有岸电方法都是港口电网向船舶电网直接供电，按上船的岸电电压来分，主要有低压上船和高压上船2种方式。

目前，船舶配电主要有440 V和6.6 kV两种电压。

世界通用远洋船舶电频普遍采用60 Hz，而我国的电网制式为50 Hz，这就对我国
港口岸电电网用电制式与国际通用船舶用电制式的契合提出了要求。

本工程解决的关键问题就在于如何将港口电网的用电制式与国际通用船舶用电制式统一，即变频稳压技术。

2.1 岸电变频变压及快速连接技术
本项目根据中华人民共和国交通运输部发布的《码头船舶岸电设施建设技术方案》JTS155-2012(2012-08-01)要求,对新建漳湾8、9#泊位进行岸基电源设计，规范要求单泊位船舶岸电系统用电负荷根据最大允许靠泊船舶的类型、吨级和单台辅机发电机的最大容量决定[2-4]。

本工程码头靠泊最大船舶5万吨级干散货船舶的辅
机功率为900 kW×3,辅机发电电压450 V，频率60 Hz。

单泊位船舶岸电系统用
电负荷的有功功率为900 kW，2个泊位考虑1台视在功率为1 000 kVA的岸电，配置在配电房内。

结合远期船舶的发展趋势，配置6.6 kV/(50 Hz)60Hz电压等级的供电系统。

由配电房经过电缆沟铺设6.6 kV 电缆到泊位，在2个泊位设计高压接电箱。

同时考虑有些船舶是低压上船，在码头配置一个移动仓做降压处理，低压移动仓配电电压为450 V。

这个移动仓可以根据到船的情况随时移动，经过低压仓给船舶供电。

在船舶靠港停泊期间停止使用船舶发电系统，通过泊位接电箱，满足船舶各种电气设备的用电需求。

为适应不同国家船用电气设备用电的要求，系统输出电压6.6 kV、频率调节范围为50～60 Hz的三相交流电。

若考虑并机时的短时过载，需对功率单元进行处理[5]。

本岸基船用变频变压电源系统由码头变电所提供三相10 kV/50 Hz电源接入安装
在变电所内的变频电源的高压进线柜，后至变频电源的干式移相整流变压器
(10/0.69 kV 50 Hz)、变频功率单元组、滤波单元、输出变压器、输入输出开关柜和控制系统转换为三相6.6 kV/60 Hz或450 V/60 Hz船舶可用电源。

变频电源系统如图1所示。

本工程变频电源主体结构为满足港口多用途泊位使用要求，根据高低压配电、柔性连接配置要求，变频电源主体分成两部分，由变频系统(包括码头高压岸电箱)和低压移动舱两部分组成。

高压变压和变频装置安装在变电房内，高压岸电箱安装在码头平台上，高压电缆卷筒、高压电缆卷筒、低压电缆卷筒安装在低压移动舱上，低压移动舱可置于岸边或驳船上[6]。

2.2 系统基本组成及功能说明
(1)从变电所配电柜引出1根10 kV电缆至所内变频系统，经过变频变压后，引出6.6 kV(50 Hz/60 Hz)电源至码头高压岸电箱，从靠岸船舶直接引1根带有快速接头的电缆与岸电箱连接，或者从低压舱的高压电缆卷盘引一路带有快速接头的电缆与高压岸电箱连接。

电缆长度为50 m。

(2)变电所变频系统提供连接4个6.6 kV(50 Hz/60 Hz )的配电端。

(3)码头平台配4台高压岸电箱。

(4)低压移动舱配3个低压电缆卷筒，每个卷筒进线和出线各3根电缆，进线和出
线的端头都装有快速插头，输入端连接高压岸电箱，输出端连接船上的受电箱。

输出电缆长度为50 m，供电缆用吊车吊入船舶。

(5)配置其他能满足设备在港口露天环境下正常使用的辅助功能。

岸电系统的配电示意图如图2所示。

10 kV/50 Hz的高压市电在港区变电站先进行电能二次分配，经高压配电装置把
10 kV/50 Hz高压经敷设在电缆沟里的电缆输送至变频岸电系统电源进线连接点。

2.3 基本工作原理
(1)10 kV/50 Hz进入后先进入变频系统高压开关柜，由高压开关柜控制高压电源
的通断。

(2)10 kV/50 Hz经高压变压器降压至690 V/50 Hz。

高压变压器为三绕组变压器，其中1套绕组做为原绕组，另外2套绕组作为副绕组，向变频装置输出功率。

高
压绕组是三角形接法，副绕组一个为星形接法且中心点引出，另一个是三角形接法，互差30°电角度这种电路可以把整流电路的脉冲数由6脉冲提高到12脉冲，2个
整流桥产生的5次、7次、17次、19次等谐波相互抵消。

(3)690 V/50 Hz进入低压开关柜，控制低压输出通断。

690 V/50 Hz进入变频器柜的整流柜、逆变柜进行整流、逆变，将690 V/50 Hz变频为450 V/60 Hz方波，再经正弦波滤波器整流成450 V/60 Hz正弦波，最后输出到隔离变压器，经过变压，变频部分采集输出6.6 kV/60 Hz正弦波形成闭环控制，控制电压频率稳定。

(4)450 V/60 Hz正弦波输出到隔离变压器，能有效地防止船上负载电网和岸电电
网的相互干扰，保护变频电源装置不会由于负载设备地故障而造成损坏。

(5)隔离变压器经过隔离变压6.6 kV/60 Hz输出经末端开关柜，通过3根高压电缆接至码头高压岸电箱。

使用6.6 kV(50 Hz/60 Hz)的船方通过3根柔性电缆及快速插头接至船舶的岸电主控制室，供船舶设施用电。

使用450 V(50 Hz/60 Hz)的船方通过低压移动舱高压卷盘连接高压岸电箱，将经过低压舱变压输出的450 V(50 Hz/60 Hz)通过低压舱低压电缆卷盘所带的3组柔性电缆及快速插头接至船舶的岸电主控制室，供船舶设施用电。

根据船只废气排放国际规范，船只废气的排放包括多种有害物质如氮氧化物(NOx)、氧化硫(SOx)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢(HC)和悬浮物(PM)。

(1)按船用柴油发电机组典型值7.68 kg/ kWh计算，其中：N2、O2、CO2、
H2O混合废气物占99.7%，7.657 kg /kWh；NOx、SOx、HC、CO有害物质占0.3%，为23 g/kWh；船载柴油发电机的CO2排放数据，特定燃料消耗185
g/kWh时，CO2排放为610 g/kWh。

(2)按照宁德港漳湾8、9#泊位设计运量，本工程每年大型船舶约300艘靠泊，每艘靠泊按48 h计，靠泊平均按1 000 kW供电，预算总排放量：CO2排放300
艘×48 h×1 000 kW×610 g/kWh=8 784 t；废气排放300艘×48 h×1 000 kW×7.68 g/kWh×99.7%=110.2 t；有害物质排放300艘×48 h×1 000 kW×23 g/kWh=331.2 t。

折合标准煤8 784/2.493=3 523.5 t标准煤。

船舶岸基电源统的使用，可以达到节能、减排、降噪、提高经济效益的效果，在减少港口污染的同时也保护了港区周边的环境。

本工程是较早在福建地区设计并准备投入使用的船舶岸电系统，将港口电网10 kV/6 kV 50 Hz交流电变换成适合于大型船舶使用的6.6 kV/60 Hz交流电或450 V/60 Hz交流电，满足船舶用电负荷突变要求，同时解决船供电对港口电网的污染问题,达到节能减排作用。

【相关文献】
[1] 文殿元. 倡导船舶岸基供电、推进船舶节能减排[J]. 中国海事，2014(10): 23-25.
[2] 码头船舶岸电设施建设技术规范 TJS 155-2012[S].
[3] 海港总体设计规范 JTS 165-2013[S].
[4] 港口船舶岸基供电系统技术条件 JT/T814-2012[S].
[5] 刘洪波，董志强，林结庆. 码头船用岸电供电系统技术[J]. 水运工程, 2011(9): 45-47.
[6] 曹胜华. 靠岸船舶供电系统促进港口节能减排[A]. 第六届电力工业节能减排学术研讨会论文集
[C].
欧林森： 350001，福州市杨桥中路283号。