浅析船舶高压岸电系统

浅析船舶高压岸电系统
现在越来越多的港口可以使得船舶停靠期间关闭自身的柴油发动机，提供可靠清洁的高压岸电系统进行连接。

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，靠港船舶使用高压岸电系统将成为航运业的一大发展趋势。

本文主要介绍了高压岸电系统的组成、方式、类型，ABS、BV、NK等船级社针对该系统的相关规范要求，同时以某货船进行系统应用举例说明，并介绍了系统相关设计使用注意事项。

标签：HVSC高压岸电；APMS船级附加符号；船舶
引言
绝大多数船舶的排放都在距离陆地400公里的地方，贸易比较繁忙航线的沿海地区，如英吉利海峡和马六甲海峡受到不良影响的几率更大。

尤其是港口区域更容易暴露于这些排放物之中，这些排放物是由停靠在港口内的船只使用柴油辅机供电造成的。

这些来自船舶辅机的主要排放包括氮氧化物（NOx），硫氧化物（SOx），挥发性有机化合物（VOC）和柴油微粒物质（PM）。

除了空气排放对环境的影响，在港口使用船舶辅机还制造了大量的噪音和振动，这些噪音和振动显著地影响着港口地区的环境。

接用岸电系统后，可消除靠港船舶自身辅机运行的噪音和振动污染。

同时，随着船龄的老化，船舶的自身辅机发电效率普遍不高，伴随着油价的上涨，发电成本显著提高，以岸电供电代替船舶自身柴油发电机供电，起到了降低成本、节省能耗的作用。

为了更好的改善港口环境质量和节省能源，随着相关强制规范的生效，越来越多的船舶和港口业主都开始应用高压岸电系统。

1 系统介绍
1.1 船舶高压岸电系统名称
船舶高压岸电系统是指船舶在靠泊期间停止使用船舶上的发电机，改用陆地电源供电，从而减少废气的排放量的船舶供电方式。

本系统应用范围为额定电压交流1kv以上、15kv及以下，在船舶靠港期间向船舶供电的高压岸电系统的船载部分。

船舶高压岸电在不同的国家，包括不同的产品有不同的名称，例如SAM 的（SAMCon）OPS SYSTEM（Onshore Power Supply），CA VOTEC的AMP SYSTEM（Alternative Maritime Power），ABB的HVSC SYSTEM （High V oltage Shore Connection），MARINE GLOBAL GROUP 的Cold ironing等，都是指采用岸电对靠港船舶供电的技术。

1.2 船舶高压岸电系统组成
虽然各厂家岸电方案的组件各有不同，但是国内外的设计基本上都可以分为
三个部分：岸基供电装置，电缆连接设备和岸电接入装置，详见图1：
（1）岸基供电装置：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（A-B）。

（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（B-C）。

（3）岸电接入装置：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（C）。

1.3 船舶高压岸电系统解决方案
1.3.1 岸基方案，主要包括固定式、可移动式、驳船式三种。

固定式：主要包括高压电缆滚筒、特种高压软电缆、电控箱、电缆连接单元、可伸缩臂装置等主要设备，其在岸边提供了高压岸电的连接点，高压岸电接入船舶后经船用变压器变压降到船舶所用电压，详见图2。

可移动式：主要包括可移动滑移装置、高压电缆滚筒、特种高压软电缆、电控箱、电缆连接单元、可伸缩臂装置等主要设备，其在岸边同样提供高压岸电的连接点，高压岸电接入船舶后经船用变压器变压降到船舶所用电压，主要区别为增加了高压电缆滚筒的可移动滑移装置，详见图3。

驳船式：与固定式岸基方案配置基本相同，主要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高压降为船用低压。

该方式优点是具有机动性，但缺点是驳船投资大成本高，船岸连接电缆数量多，电缆连接操作时间长。

1.3.2 船基方案，主要包括半固定式和固定式两种。

半固定式：由于部分船舶空间有限，另外老旧船舶改造成本较高，通常可采用半固定式船基方案。

此方案将岸电降压供电装置放置在一个或两个集装箱内，并吊装到船上。

集装箱内配置有：变压器，高压岸电连接屏，岸电配电柜，控制箱，高压电缆管理系统，电缆及插头等。

高压岸电连接屏，变压器，岸电配电柜，控制箱等电源装置置于主体电源移动舱内，高压电缆管理系统等置于电缆卷放移动舱内。

这种方式在集装箱船上应用比较广泛，只需要船上预留出對应集装箱箱位即可，详见图4。

固定式：该方案主要是将高压电缆管理系统（高压电缆滚筒）、岸电接入装置、变压器均固定安装在船上。

在船舶靠港作业时，只需直接通过电缆连接装置将电缆放至岸侧并连接至岸基供电装置，使用船载变电站，省去了每次船舶靠港后电站吊装和多根低压电缆的对接工作，使得船舶使用岸电更方便快捷，降低劳
动强度、降低了岸电使用成本。

此方案更加适用于新制船舶，可考虑在艉部上层建筑设置岸电设备间安装岸电接入装置和变压器，作为电缆连接装置的专用高压电缆滚筒可就近安装在舷侧，详见图5。

2 系统规范要求
IEC（国际电工委员会）、ISO（国际标准化组织）、IEEE（美国电气和电子工程师协会）经过多次讨论，于2012年7月13日发布了有关高压岸电连接系统标准的第一版（IEC/ISO/IEEE 80005-1），该标准明确规定了高压岸电连接系统船载部分及岸基部分的技术要求，对有关高压岸电连接系统的标准“IEC/PAS 60092-510：2009 Electrical installations in ships-Special features-High V oltage Shore Connection Systems （HVSC-Systems）”进行了修订升级。

同时，各大船级社也针对船舶高压岸电系统指定了相关设计及检验指南。

ABS 船级社Guideline-High V oltage Shore Connection
BV 船级社Guideline-High-V oltage Shore Connection System
NK 船级社Guideline-Guidelines for High-V oltage Shore Connection System
CCS船级社也编制了《船舶高压岸电系统检验指南》适用于额定电压1kv 以上、15kv 以下的交流高压岸电系统。

明确规定了高压岸电连接系统船载部分及岸基部分的技术要求，并对电缆滚筒、高压连接电缆等关键船载设备都提出了明确的要求，规定了设备能力测试要求及检验指南。

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）。

3 系统应用
本文以船厂某投标项目为例，系统要求如下：本船将在A甲板配一套高压岸电系统，且系统应满足IEC_ISO_IEEE80005-1和CCS 相应指南（AMPS）的要求。

仅在载荷转移的过程中，才能允许高压岸电系统与一台主发电机之间进行短时的并联运行。

值得注意的是，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。

所以，本船设计选择固定式船基方案，在A 甲板（左舷）布置带电缆及插头的电缆管理系统，在A 甲板的高压岸电室布置岸电连接配电柜（AC6600V，60Hz）布置，变压器（2000kvA，AC6600/440V），岸电接入屏组合在集控室主配电板内，详见图6。

本船配置主发电机3台，功率为1200KW；应急发电机1台，功率为200KW；电站使用情况，航行工况使用1台，进出港工况使用2台，装卸货工况使用2台，停泊工况使用1台。

经估算，装卸货工况为2台发电机，所需功率约为1600KW，此在港工况可以使用高压岸电系统代替船舶电站，故使用总功率为1800KW的高压岸电系统可以满足要求。

由于，我国船舶电力系统一般采用电压为AC400V，码头电压较多采用AC6000V或AC6600V，我国港口岸电电网频率
为50Hz，但本船电网频率为60Hz，故厂家设计增加了频率转化器，可以将我国港口电网交流电变换成适合于60 Hz 交流电以满足更广泛的使用要求，详见图7。

4 系统设计使用注意事项
4.1 岸基供电系统要求
岸基供电系统宜采用船舶使用岸基供电接入时进行不间断供电的并网操作方法；容量应能保证船舶岸基供电时预期使用的设备具备正常工作的能力；系统的船舶电力系统设备的最大预期短路电流不能超过岸基供电系统的任何节点；船舶应装备保护断路器隔离开关和接地开关，断路器的短路能力应高于预期的短路电流，接地开关的容量应高于短路电流的期望峰值；还要包括短路装置的跳闸和报警、过流装置的跳闸和报警，接地故障指示和报警等保护装置；应装备能同时测量船舶配电板母线和岸电系统的电压表、频率表，可以读取各相电流的电流表，相序指示器以及同步装置；当船舶电站断开且岸基供电系统发生故障岸电供给失败时，船舶在尽可能短的时间内，应能自动启动和恢复主电源供电和自动按顺序启动负载。

4.2 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；通常采用固定式，安装于使用岸电船舶的艉部；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，供电电缆收放系统应配置张力控制设备，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。

4.3 电缆
电缆的选用、施工与验收应符合在IEC/ISO/IEEE 80005 1 出版物附录B中的要求，其要求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；同时，电缆的选取应满足最大载流量。

4.4 插接件
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；应采用带锁扣及保护接点的插头；支撑布置必须确保联结在一起的缆索的重量没有被任何插头、插座和接头负担；插头和插座的应具备错误连接发生时无法使用的功能，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；插头和插座须有机械安全装置，此装置在工作位置上可锁定连接；无论插头或插座，带电端应为插孔形式、受电端应为插针形式。

4.5 继电保护
该系统设置有变压器超温、通风系统故障、控制系统故障、过流、过载、过热、短路、缺相、电压不平衡、电流不平衡保护。

同时，各种保护动作后，能实现故障自动记录、事故记忆，并且失电不丢失数据。

5 结束语
随着监管部门针对船舶在港的废气排放标准的设定越来越严格，同时，各国政府相继出台了对于污染源的征税政策和船舶高压岸电使用的税收减免，船舶高压岸电系统作为一项可以有效减少港口污染物排放和降低成本的技术，越来越受到重视。

截止2010年底，国外有20多个港口实施了岸电技术。

洛杉矶港在2011年将有15个码头应用船舶高压岸电技术；长滩港计划所有集装箱码头在2014年应用船舶高压岸电技术，2014年50%的靠港集装箱船舶将使用高压岸电，2020年80%的靠港集装箱船舶使用高压岸电。

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。

参考文献
[1]船舶高压岸电系统及其CCS 检验指南介绍[M].北京：中国船级社，2011.
[2]ABS GUIDE FOR HIGH VOLTAGE SHORE CONNECTION，2011.
[3]CCS船舶高壓岸电系统检验原则[M].北京：中国船级社，2011.
[4]王正甲，谢立新，万芳.高压岸电在散货船上的应用研究[Z].2012-5-12.
[5]黄细霞，包起帆，葛中雄，等.典型港口岸电比较及对中国港口岸电的启示[Z].2009.
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