船舶高压岸电系统及CCS检验指南介绍

船舶高压岸电系统及其CCS检验指南介绍
一．背景：
有统计数据显示，从2000年至今，美国、比利时、加拿大、德国、瑞典、芬兰、荷兰及中国等国已有约24个港口使用了岸电电源系统，采用岸电技术的船舶达到了100余艘。

不仅如此，随着欧美各国有关船舶在靠港期间废气排放的法规日趋严格，靠港船舶使用岸电系统将成为航运业的一大发展趋势。

国内航运企业和港口也顺应这一趋势，积极参与到岸电项目中。

早在2004年，中海集运“新扬州”号就实现了在靠泊洛杉矶码头时使用AMP岸电系统。

据不完全统计，其境内订造的40艘4250TEU以上集装箱船中，有33艘装备了AMP设备。

在此基础上，中海集运又与上港集团及蛇口集装箱码头携手合作，共同开展船舶岸电技术研发工作。

除中海集运外，招商局集团在积极推广支线船舶岸电技术。

2009年，青岛港招商局码头进行了靠泊船舶的改造，并在其支线船舶上试行了船舶岸电系统。

除青岛港外，招商局集团还在其蛇口集装箱码头采用了岸电技术。

此外，河北远洋集团还和连云港集团积极合作，于2010年研发成功全球首套高压变频数字化船用岸电系统，并安装在1艘在航船舶“中韩之星”和1艘新建船舶“富强中国”上。

另外，神华集团的新建散货船“神华501”轮也配备了高压岸电系统。

船舶采用岸电技术能够实现节能减排，推进绿色航运，是大势所趋。

然而，国内外尚无统一标准一直是目前岸电推广的主要障碍，但随着作为行业标准的IEC/ISO/IEEE 80005‐1已于近期颁布，以及交通部水运科学院也在积极编制岸基设施标准等，将在标准层面上加快岸电在国内的推广步伐。

二．岸电系统介绍
1. 岸电技术名称
岸电在近些年里有不同的名称，例如Onshore Power Supply (OPS)， Shore‐side electricity， Shore connected electricity supply， Shore power，High Voltage Shore Connection (HVSC), Ship‐to shore，Cold ironing， Alternative Maritime Power (AMP)，都是指采用陆地的电源对靠港船舶供电的技术。

2. 岸电系统组成
虽然各岸电方案的组件略有差异，设计大体上可分为三个部分：岸上供电系统，电缆连接设备和船舶受电系统：
（1） 岸上供电系统：岸上供电系统使电力从高压变电站供应到靠近船舶的连接点。

（2） 电缆连接设备：连接岸上连接点及船上受电装置间的电缆和设备。

电缆连接设备必须满足快速连接和储存的要求，不使用的时候储存在船上、岸上或者驳船上。

（3） 船舶受电系统：在船上固定安装受电系统，可能包括电缆绞车、船上变压器和相关电气管理系统等。

3. 岸电供电方式
目前，世界上已有岸电方法都是港口电网向船舶电网60 Hz 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两种方式。

1)低压上船：比较典型的是洛杉矶港，洛杉矶港中压供电电压为34.5kV，经降压后在码头边提供6.6 kV 的埋地式电箱。

对于配电电压为低压440 V 的船舶，采用了一艘配备缆绳绞车和变压器的驳船连接岸上和船舶系统，驳船上的变压器使岸上6.6 kV 的电压降为440V（配电电压为高压6.6 kV 的船舶不需要驳船连接）。

由于440V 低压供电，使用了9 根电缆连接。

2)高压上船：比较典型的是哥德堡港，其在岸边提供了10 kV 的连接点，10 kV高压接入
船舶后经船用变压器变压降到船舶所用电压。

由于高压供电，只需要使用了1 根电缆连接。

下图是典型的高压上船的岸电系统图：
4. 船舶高压岸电装置类型
1）驳船装载高压岸电设备方式：如洛杉矶港，采用了一艘配备缆绳绞车和变压器的驳船连接岸上和船舶系统，驳船上的变压器使岸上6.6 kV 的电压降为440V。

该方式优点是具有机动性，但缺点是驳船投资大成本高。

见下图：
2）码头配备高压岸电设备方式：上海港和中海集装箱的合作方式，在码头上设置主移动舱和辅移动舱，变频和变压装置、高压电缆卷筒安装在主移动舱，低压电缆卷筒安装在辅移动舱，低压440V上船。

优点是无需对现有码头进行改造，节省码头初期投入。

3）船舶配备高压岸电设备方式：IEC标准推荐方式，也是岸电发展趋势，高压上船，船舶配备变压器将高压转变为低压，2根或1根连接电缆，吊装连接方便，缺点是对现有船改装困
难。

见下图：
4）集装箱单元吊装上船方式：降压供电装置放置在一个集装箱内，并吊装到船上。

集装箱
内配置有： 变压器，高压岸电连接屏，控制箱， 高压电缆绞车。

见下图:
三．CCS的举措：
CCS一直关注岸电技术的发展，总部及上海规范所很早就参与到国内各研发和试验项目中，配合连云港港口和河北远洋18万吨散货船岸电项目，于2011年5月23日发布《船舶高压岸电系统检验原则》（2011）及颁布了CCS（2011年）通函第76号——关于执行船舶高压岸电系统检验原则的通知，同时组织力量，制定船舶使用岸电的相关技术标准规范。

考虑到CCS现《钢质海船入级规范》只涉及低压岸电箱及其电缆连接和岸电连接指示方面，以及我国现有标准《CB*373‐85：1985 岸电箱》只适用于低压岸电供电形式，结合最新的IEC/ISO/IEEE 80005‐1标准 和IACS PM5409项目组 ABS/LR/DNV/BV制定的相关导则等，制定了作为国内行业方向性的高压岸电系统技术规范，为国内船舶岸电的设计、产品制造、建造改造提供船基设施的标准，为安装上船的高压岸电设备检验和发证。

四．《船舶高压岸电系统检验指南》介绍
1．适用范围
由于低压供电船岸连接过于耗时，以及世界范围内采用高压供电方案的港口偏多。

目前，由于高压岸电电源容量大，一根电缆、高压上船，可供船舶在靠港期间的常规作业用电，以及连接便捷化和操作自动化等优点，工业界倾向高压上船。

IEC也是按高压上船来编制IEC/ISO/IEEE 80005‐1标准的。

另外考虑到低压上船与传统意义上岸电没有太大区别，而CCS 钢规第四篇中对传统岸电已做了详细要求，故CCS此次编制的《船舶高压岸电系统检验指南》只适用于额定电压1kV以上、15kV以下的交流高压岸电系统。

如果船舶配备满足指南要求的岸电系统船载装置，经审图、安装检验和试验后，CCS可授予AMPS附加标志（ Alternative Maritime Power Supply）。

对于采用低压上船的方案，若具有同等安全水平，经CCS考虑，可以按个案的方式授予该附加标志。

对于AMP的集装箱解决方案不能授予附加标志，若要取得AMPS附加标志，应具有指南要求的全套船载设备。

2．典型高压岸电系统结构图
图中黑虚线右侧部分为我们船级社关注的船载设备，包括岸电电缆和电缆绞车、插头/插座、岸电连接配电柜、变压器、岸电接入控制屏（常组合在集控室主配电板内）。

AMPS船级附加标志的授予是基于包括岸电电缆和电缆绞车在内的船载装置均由船方提供。

如果岸电电缆和电缆绞车为非船方提供（由港口部门提供），则不能授予该附加标志，但其他岸电系统相关船上设备应参照该指南进行产品检验，颁发产品证书。

3．等电位连接Equipotential Bonding
虽然海水导电，但它存在电阻，船体（“地”）和岸地因传导电阻造成电位差，有电位差就会产生电流，威胁人身安全，故无论是低压还是高压岸电，均要求船岸的“地”保持等电位连接，以降低接触电压，提高安全用电水平。

应注意该等电位连接不应改变船舶配电系统的接地原理。

下图中的下部即等电位连接线，一般采用上船高压电缆中的一根芯线来作为等电位连接线。

4．电气隔离
因为船舶电网环境比岸上电网差，船/岸间应设置电气隔离。

电气隔离就是将岸上电源与船用电气用电回路作电气上的隔离，以减少两个不同的电路之间的相互干扰。

若船舶配有高/低压变压器，则可视为满足船/岸电气隔离。

若船舶电站电压与岸电一致，则应设置隔离变压器。

5. 应急切断、安全联锁
高压岸电的应急切断和安全联锁是船级社关注的安全核心。

1）应急切断：在发生故障时瞬时断开岸上和船上的岸电连接断路器，保证船舶和人员安全。

该应急切断包括自动和手动动作，动作的结果是岸侧和船侧均能同时断开岸电连接断路器。

指南中对自动触发应急切断的故障进行了规定，比如等电位连接断开故障，电缆机械应力过高或剩余电缆长度过低等，并且对应急切断手动按钮的布置位置进行了规定，其中“港内停泊时有人值班处所”的具体位置应在船方制定的岸电连接操作指南中予以明确。

2）安全联锁：与操作程序一起确保岸电使用期间，安全可靠的连接岸上电源。

在等电位连接未建立，岸电供电电源尚未提供或岸电连接插头/插座的控制极电路未接通等情况下，通常安装在岸电连接配电柜内的岸电连接断路器应不能闭合或在闭合位置自动断开（涵盖了应急切断），断开的同时应闭合接地开关，确保各相接地。

此接地开关的作用是安全泄放电荷。

目前常见的高压配电柜中的接地开关与断路器是机械联锁的，只有断路器处于摇出位置（完全与汇流排隔离），接地开关才能接地。

6. 电缆管理系统
典型的电缆管理系统是由电缆绞车，电
缆长度或张力控制设备和相关仪表组成。

船
舶通过电缆管理系统收放岸电电缆，与岸上
电源进行连接。

除具有收放电缆功能外，应
具备安全功能，在正常情况能保证电缆中不
出现超过允许值的机械应力，电缆绞车的定
时预紧设置能够维持最佳电缆长度，避免电
缆超过拉紧限制或过于松弛，保持恒张力；
在出现电缆过度拉伸情况下，及时切断岸电
连接, 预防潮汐过低或飓风破坏，避免带电
拉断电缆或插头拔出状况。

7. 高压电缆
CCS指南中对高压电缆的要求直接指向了IEC/ISO/IEEE 80005‐1出版物附录B或其他接受的标准。

在IEC/ISO/IEEE 80005‐1出版物附录B中详细规定了该高压电缆的材料、保护、绝缘等性能要求和具体的试验要求。

8．插头及插座
对插头及插座的要求是快速连接，接口
标准统一，并能确保不能带电插拔。

插头及
插座的检验要求应符合国际电工委员会
（IEC）第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》和第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》。

应注
意此插头及插座的控制极电路（pilot contact
circuit）的主要作用是联锁控制电路，在其未
接通时，岸电连接断路器应不能闭合。

右图
为插头的平面图。

9. 负载转移
岸电和船舶电站之间的负载转移可以通过断电或短时并联方式进行。

1）断电连接岸电
应设有所有主发电机、应急发电机和岸电之间的联锁装置，避免岸电连接至带电配电板。

2）并网连接岸电
应设置自动同步措施；负载转移应自动进行；
在负载安全转移的前提下，短时并联运行的时间应尽可能短；该时间未做强制规定，由设备制造厂商给出一个确定的限值，超出该时间还未完成并联和负载转移，则应结束并联任务，断开岸电连接断路器，并在港内停泊有人值班处所发出声光报警。

10. 短路兼容性
1）短路电流计算及短路保护
在采用断电转移负载的情况下，岸电容量一般小于船舶电站总容量，因此岸电连接期间系统短路电流不会出现超过原船舶配电系统最大短路电流的情况，故仅使用岸电时的短路电流计算，应使用CCS指南 GD021‐1999《岸上供电交流电力系统的短路电流计算》；对于岸电和船舶电站短时并联时的短路计算，因为并联期间岸电和正使用的船舶发电机总容量有可能引起系统短路电流出现超出原船舶配电系统最大短路电流的情况，应参照IEC60909《三相交流系统短路计算》出版物来进行，可按该出版物里计算实例来进行计算。

短路计算的目的为设备选型提供依据，船舶配电系统中任何安装点的预期短路电流不应超过该点断路器的短路分断和接通能力。

2）短路电流限制
防止岸电与船舶电源并网运行；
并网连接转移负载期间限制运行船舶发电机组数量；和/或限制岸电供电电源的短路电流。

建议在岸电连接配电柜的断路器处设置岸电限流设施，以限制岸电供电电源输入至船舶配电系统的短路电流。

IEC对岸方提供的6.6kV高压电要求的限制是16kA, 但因此限制是对码头方的要求，故CCS指南不便明确此限制，建议由设备制造厂商给出并设置此限值。

如果能确定此限值，在对岸电和船舶电站短时并联时的短路计算，可以用IEC61363来计算。

11．船方应注意的事项
船舶应制定岸电连接操作指南，以保证船舶连接岸电时的操作安全，应明确指定岸电操作值班人员，以及本船在港停泊时有人值班处所的位置。

另外船舶第一次到达某港口时，在连接岸电之前，应对船舶连接岸电进行评估，考虑岸电电压、频率、容量和短路兼容性。

对短路兼容性的评估并不是需要进行另外的短路计算，在了解清楚岸上分路的电流值和阻抗值后，可根据最初的短路计算初步判断出是否能并网接岸电，如果岸电容量超出原计算，则建议采用断电方式连接岸电。

12．产品检验
将在钢规第1篇第3章内增加高压岸电的船载装置的各组成设备的持证要求，各设备应按批准的图纸及CCS指南要求进行试验。

可以根据申请方要求单独申请系统中单个设备的产品检验，也可以对整个岸电系统的船载装置颁发产品证书，但其前提是对整个船载系统的进行效用试验（可模拟进行）。

13. 船舶检验
高压岸电船载设备装船后的检验和其他船级电气设备一样，有初次检验、年度检验、中间检验，特别检验。

CCS指南对各检验的范围和试验要求均有明确规定。

五．结束语
CCS《船舶高压岸电系统检验指南》将不出版指南单行本，而是将其内容直接纳入钢规2013修改通报单独的一章。

目前国内已有比较成熟的高压岸电设备厂商，CCS已对连云港星火岸电工程有限公司的船载设备签发了产品证书，并装船使用。

国外比较有名的电气设备商如ABB、寺崎、JRCS等已均开发出相应的船载设备。

随着全球对环境保护的要求日趋严格，可以预见船舶高压岸电系统会成为以后新造船的必配系统。