岸电技术及应用研究

在港区实施靠港船舶使用岸电电源，能有效解决船舶停靠码头间对当地环境产生的危害， 在靠港期间关闭辅机，靠港成本可望减少 30%，经济效益显著。关闭辅助发电机，减少了船舶 振动和噪音，船员生活工作环境质量提高，对于船舶方面也是有积极作用的。在集装箱码头领域 将成为继 RTG“油改电”后另一个热门环保项目，将引领新的环保节能减排潮流。通过技术改 革创新和扩大完善基础设施的建设，致力减少船舶停靠间的污染，将码头建成“绿色环保”型码 头。
《电工电子产品基本环境试验规程振动（正弦）试验导则》 GB/T 2423.10-1995 《电控设备 第二部分：装有电子器件的电控设备》GB 3797-89 《半导体电力变流器基本要求的规定》GB 3859.1-93 《半导体电力变流器应用导则》GB 3859.2-93 《半导体电力变流器变压器和电抗器》GB 3859.3-93 《外壳防护等级的分类》GB 4208-93 《半导体自换相变流器》 GB 7678-87 《电工设备结构总技术条件》GB/T15139-94 《半导体电力变流器电气试验方法》GB/T13422-92
3． 系统方案的选择
从上面的岸电电源介绍可以看出，通过变频变压装置可以实现三相 10kV/50Hz 电源经岸基 船用变频电源设备转换为三相 6.6kV/60Hz 集装箱船可用电源。整个方案的核心部件就是变频变 压装置
变频变压装置供配电方案
岸电供电方案是以 10 千伏、50 赫兹的电源经变压及变频装置转换为 6600 伏、60 赫兹船用 电源。系统原理图示如下：
岸基船用变频电源成套设备设计主要执行以下标准：
IEC/ISO/IEEE 80005-1 Ed.1 《码头船舶岸电设施建设技术规范》JTS155-2012
《中国船级社钢质海船入级规范 2009》第 4 分册 Q/AK004-2001 静止式变频电源技术条件》 《Q/01AK001-2005 程控变频调压电源》 《电能质量 供电电压偏差》 GB /T 12325-2008 《电能质量 公用电网谐波》GB/T14549-1993 《电能质量 电压波动和闪变》GB/T12326-2008 《电能质量 电力系统频率偏差》 GB/T 15945-2008 《标准电压》GB 156-2003 《 标准电流等级》 GB/T 762-2002 《标准频率》 GB/T1980-1995 《电能质量 三相电压不平衡》GB/T 15543— 2008 《高压/低压预装式变电站》GB 17467-2010 《3～35kV 箱式变电站订货技术条件》 DL/T537-2002 《3～35kV 交流金属封闭开关设备》GB3906
管理界面：提供全面的智能化管理系统，保证操作和数据的安全完整。提供方便快捷的人机 界面服务。提供远程开停、跳闸、告警等控制信号端口。
同步功能：岸基变频电源应具备与船舶发电机的电源无缝切换的能力，以保证船舶的不间断 供电。
4. 变频实现模式的选择
从前面的要求可以看出，岸基变频电源的要求是非常高的，因此选择变频电源的实现模 式就至关重要。随着变频技术的不断发展和高中压变频器件的成熟，由原来高-低-高模式 实现的变频电源，逐渐出现高-高方式的转变的趋势，通过下面的比较图可以看出，无论是
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输出电压总谐波 HDu：
在无负载条件下，各次电压的谐波失真应不超过额定的 3％，
总的谐波失真不超过额定的 5％。
输出频率稳定度：在无负载和额定负载的情况下，频率不得超过额定频率的±5％；频率的 瞬态值的变化应限制在±10％以内。
输入/输出：10KV/6.6KV
额定频率：60Hz／50Hz（可任意转换）
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显示功能：可对输出电源的频率、三相电压平均值、三相电流平均值、三相线（相）电压、 三相线电流、三相不平衡度、有功功率、无功功率、功率因素等参数显示，并对有功功率电 度、无功功率电度进行统计计量。所有数据可以在装置屏上显示，且具有至少 100 小时以上 的连续供电参数（包括不限于频率、电压、电流等参数）等记录和回放功能
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1. 高压岸电系统及接口
4. 连锁信号线
7. 连锁保护装置
2. 高压插头
5. 电缆收放装置
8. 监控通讯装置
3. 监控通讯光纤
6. 岸电连接开关柜 9. 综合保护装置
集装箱船舶及码头岸电系统结构示例图
2． 岸基高压供电系统要求
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在船舶靠港停泊期间停止使用船舶发电系统，通过岸基船用变频电源供电，三相 10kV/50Hz 电源经岸基船用变频电源设备转换为三相 6.6kV/60Hz 集装箱船可用电源。满足 60Hz 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，岸基变频电源能连续输出电压调 节范围为 0～6.6kV、频率调节范围为 0～60Hz 的三相交流电，变频电源容量适应港口高压变电 站容量。为满足船舶供电系统的特殊要求，岸基供电系统具备以下特性：
通过考察调研和分析，目前世界在用的集装箱班轮上主要采用的 60HZ 的电源制式，主要分 为中高压（6600V/60HZ）和低压（440V/60HZ）两种用电模式。根据不同船型的配置，配备不 同规模的辅助柴油发动机组，如中海集运的 8530TEU 的集装箱船配备 4 台辅助发电机组，每一 台发电机的容量为约 2760KW（6600V/301A）。由于中国采用的是（10000V/400V/50HZ）的工 业电源电压制式，如要实现岸基电源供电，就必须通过变频变压才能实现岸基供电替代船电。
引 自 于 三 号 变 10KV高压柜 电 所
变压器 10kv/0.69kv
变频器
供
船
用
6600V 60Hz 隔离变压器
电
0.69kv/6.6kv
岸电变频电源的品质要求及性能指标
输出电压稳压率：
静态：在无负载条件下，岸上电源连接点的电压不得超过额定电压的 6％；在额定负载条件 下，岸电连接点的电压降落不得超过额定电压的 3.5％。 动态：电压的瞬态值的变化被限制在-15％和 20％之间。
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6.取得的成果。
2012 年 4 月 24 日，交通运输部水运局在深圳组织召开了《招商局国际蛇口集装箱码头船舶 岸基供电系统》鉴定会。主wk.baidu.com技术成果和创新点：
（1）设计符合最新的国际标准 ISO/IEC 80005-1； （2）提供了标准通用的供电接口，适用于不同吨级的集装箱船舶； （3）提供了 AC. 6.6kV/60Hz 和 AC. 440V/60Hz 的电压和频率，可供两种电制的船舶选用； （4）系统采用了多重连锁保护，可有效保障人员及设备安全； （5）实现了船电与岸电电源不间断带载切换。 认为本船舶岸基供电系统为目前国内容量最大、功能最全，符合最新国际标准和国家相关标 准，实际使用效果良好，具有一定的推广价值，该系统总体技术达到国际先进水平。
输出频率稳定度： 0～100％负载变化时，输出频率不变。
整体效率：≥95％（100％负荷）
功率因素：≥0.95
动态调节时间：≤100ms
输出电压稳压率： <1%
变频电源过载能力：1.1 倍过载电流一小时，1.5 倍过载电流一分钟，1.8 倍过载电流瞬间保 护。
保护功能：对输入输出电源有完善的缺相、过压、欠压、过流、短路、超温,逆变器和变压 器过热等保护功能及报警装置，（保护阀值任意设定）考虑对不同船舶的用电负荷的控制， 当输出负荷容量达到任意设定值时发出预报警信号，以便控制用电负荷；当输出电压、频率 连续超出 CCS 规范要求达 5 秒时，须自动切断输出回路。具备船舶电气发生故障时，通过 船上控制信号，可断开岸基变频电源的主开关，切断供船舶的 6.6kV 电源。
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1、
移动箱式变电站部分
移动箱式变电站单元将由拖架、箱体、高压中置柜、变压器
量变频器)
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5. 具体实践中的经验
在选定变频器的实现方式后，在后续的实际的实践过程中还是有许多经验教训可以分享。从 下图的可以看出，如果实现输出端 6600V 的电源输出，每一相 6 个功率单元就可以实现线电压 7170V 的输出。理论上完全满足设计要求，但在实际的使用过成中，由于考虑到这一装置是作为 电源输出而不是拖动负载，而且船用电源要求极高的可靠性。最终实际方案是增加了一组功率单 元，在保证设计的要求下，可以使每一功率单元不是一直工作在接近极限的状态。确保可靠性， 这一选择在后续的使用过程中也证明非常正确。
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变频器的电网侧还是负载侧高-高模式的变频电源输入的电压和电流波形正弦度好无畸 变 ，输出为正弦波形。全面优于高-低-高方式的变频电源。同时由于高-高方式通过高压 移相－变频－串连可叠加式直接高压输出，可以不用升压变压器。这样就减少了一个占用 空间的变压器，在码头已经建设完成，各种设施空间紧张的状况下，可以设计比较经济， 空间紧凑的布置方案，通过经过多方论证研究，在码头实际应用中决定采用高-高方式的变 频电源。最终实现了将所有变频装置集成在一个 45 尺集装箱的目标。
变频器的电网侧
高－高方式 变频电源 （输入的电压和电流波 形正弦度好无畸变 ，输 出为正弦波形 ）
高-低-高方式变频电源
（输入的电压和电流波 形依然有较严重的波形 畸变，输出为 SPWM 波 形只有基波是正弦波含 有大量的谐波）
•电 压
•输 入 电 压
变频器输出给负载侧
•电 流
•输 入 电 流
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岸基供电电源装置技术及实践应用
2012-04
随着世界贸易的不断发展，对航运业的需求也越来越大，大型船舶的营运对环境影响越来 越大，特别是停泊期间对当地码头附近区域空气产生严重污染。船舶在港区航行及靠港期间，主 要利用辅机发电机来满足船舶用电需求，船舶使用自带的辅助发电机需要燃烧大量的重油或柴 油，在消耗燃油获得动力的同时，船舶产生污染物排放。向大气中排放大量的污染性气体，其主 要成分包含氮氧化合物（NOX）、硫氧化合物（SOX）、挥发性有机化合物（VOC）和柴油颗 粒污染物（PM）。据统计，港口城市由于停靠的船舶燃烧重油或柴油产生的废气排放比其它城 市 平 均 多 25%， 这些 污染性气体对人 类健 康和环境安全构 成了 极大的威胁。 以 中型 船舶 （5000Teu 左右）为例，结合蛇口集装箱码头的实际运行和调查数据，采用船舶岸电供电后，一 艘船舶每年可减少能耗 800 余吨标准煤，减少温室气体及污染物排放达 6000 余吨。
1) 安全、可靠、方便地接入船舶； 2) 综合考虑供电接点数量、安装位置、供电容量、走线等因素； 3) 较宽的电压和频率调节范围，稳压稳频输出； 4) 对岸上电网和船舶内网无谐波干扰影响； 5) 保证船用电与岸电相序和线制的一致性； 6) 具备缺相、短路、连锁等各种保护，可靠安全供电； 7) 方便对靠港船舶接用岸电情况进行准确计量、结算； 8) 适应码头高温、高湿、高腐蚀性等恶劣的环境； 9) 集装箱式设计，方便安装、搬运；操作简单，维护方便。
1． 岸基高压供电系统结构方案。 船舶岸电系统的组成包含三个方面，分别是：岸基供电设备，岸船接口装置及船舶受电设 备。
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岸基电源设备：码头主进线开关设备，变压变频设备，岸基电源输出开关设备; 岸船电缆接口：插座箱体（岸基），电缆收放机构以及插头接口（船基 ）; 船上受电设备：岸电进线屏，同步屏装置，配套主配电屏