岸电技术简介

岸电技术简介岸电技术简介 港口以往停靠码头的船舶必须一天 24 小时采用船舶辅机发电 以满 足船舶用电的需求 辅机在工作中燃烧大量的油料 排出大量的废 气 同时 24 小时不间断地产生噪声污染 为了解决这一问题 经过 调研和实地考察 采用船舶接岸电系统能够解决存在的问题 此项 目可以使船舶在停靠码头期间不再依靠辅机 而是采用码头岸电系 统来提供能源 一 概述 对到港船舶实施岸电技术防治污染的可行性 已经被国内外的专家 学者所论证 甚至已经被一些国家和地区先行使用 推广岸电技术 对节能减排 绿色经济和环境治理 有着重大社会效益和环境效益 作为港口 航运交通运输行业中的大型企业领导 有着高度的社会 责任感和使命感 对环境保护等重大问题高度关注 连云港港口集 团有限公司总裁白力群 早在今年年初就开始组织部署 启动了船 舶接用岸电技术课题研究工作 河北远洋集团董事局主席高彦明 在今年四月份向交通运输部提出了 关于在我国港口靠泊船舶使用 岸电的建议 理解岸电技术的基本概念 解决岸电技术的关键问题 设计和规划 岸电技术的实施方案 寻求实施岸电技术试点 继而在全国港口 航运交通运输行业中推广岸电技术是目前加快实现低碳交通 深化 治理港口环境的重要工作 通过岸电技术的探索 运用和推广 进 而促进国家相关法律法规和行业标准的制定 不仅具有可行性 同 时具有紧迫性 对我国低碳交通的发展具有重大意义 二 船舶接用岸电技术 船舶接用岸电技术 是指船舶靠港期间 停止使用船舶上的发电机 而改用陆地电源供电 港口提供岸电的功率应能保证满足船舶停泊后所必需的全部电力设 施用电需求 包括 生产设备 如 舱口盖驱动装置 压载水泵等 以及生活设施 安全设备和其它设备 港口 提供岸电 和靠港船舶 接受岸电 各自都专门带有一套岸电系统 我们的项目 船舶接用岸电系统工程技术 就是从港口岸电系统 和船舶岸电系统这两项工作开始的 三 港口岸电系统 1 港口实施岸电所需的技术改造 港口实施岸电需要的技术改造集中在以下三个方面 1 增容扩建 港区能够提供岸电的功率对新建码头 待建码头而言 功率裕量较 大 完全能满足船舶对岸电的需求 可以不考虑功率增容问题 但 对于老码头 功率裕量较小 必须对港区码头的降压变电站进行增 容扩建 2 加装大功率变频电源 我国港区供电采用 50Hz 的交流电制 而靠港船舶可能来自不同的国 家 许多国家的船舶采用 60Hz 的交流电制 因此 为使港口 岸电 和船舶 船电 电制相一致 港口需要加装船用大功率变频 岸电 电源 3 合理规划布局 港区变电站和码头配电站之间的连接电缆通常是敷设在地下的电缆 沟里 港区可占用的地域也非常有限 因此 需要合理的选择 码头 岸电连接点 合理设置变频系统和降压系统的位置 使港区变电站 到码头配电站的距离最短 低压接线最短 有利于节约投资 增强 可操作性 2 港口提供岸电的技术障碍 1 港区和船舶采用电制的差异 我国港区陆地电力大都采用三相四线 380V 50Hz 的交流电 而靠港 船舶由于来自不同的国家 船舶电制存在差异 多以三相三线 440V 60Hz 交流电制为主 这势必会造成港区的电制和船舶的电制 不一致 2 低压电力输送存在的缺陷 目前 岸电多采用低压 440V 供电 而对大型船舶来说 由于船上各 种电气设备负荷很大 若采用低压供电 在输送功率一定的情况下 流过电缆的电流较大 要求码头提供多根电缆对大型船舶输送岸电 电缆拖接困难 工作强度大 且过长的低压电缆导致电力损失大 3 船电与岸电连接的安全问题 如果在船电向岸电切换的过程中 船舶岸电开关没有断开 就会出 现岸电电源和船舶发电机短时并列运行 此时若船舶发电机并列运 行条件不满足 就会造成船电向岸电切换过程中的非同期合闸 易 产生事故 4 船电与岸电连接的接口问题 不同的船舶和不同的港口可能配备不同的连接接口 如果没有统一 的接口标准 势必给靠港船舶使用岸电的连接工作造成困难 降低 工作效率 5 其它问题 实际上 船舶在接用岸电的过程中 除了上述主要技术问题外 还 存在其它的技术问题 诸如相序 岸电连接点的选择 设备的摆放 位置 船电对岸电网络的干扰 安全用电等 这些技术问题都可能影响到船舶和码头的技术改造 3 解决方案 随着研究深入 我们已经确定了港口电源系统的基本方案 大多数 系统模块已经通过试验并得到完善 已经完全具备进一步整合并投 入实际运营的条件 方案中我们采用了高压变频 高压电力传输为主 多种变压输出 多重取样闭环控制稳压稳频技术 自动相序判断技术 快装接头技 术 安全联锁和安全接地技术等等 关于船舶电罗经的设备不能断 电问题 新建船在设计及制造时已解决 但对于老船只须增装一套 24V 直流电源即可解决 船舶接用岸电的技术障碍得到了彻底解决 经过对连云港 秦皇岛 青岛等港口码头现场勘察 结合目前世界 各国船舶状况 以及未来船舶发展趋势 我们提出了 多电制 分 立式港口船舶接用岸电系统 的方案 电源系统可选择输出为 400V 415V 440V 690V 6 6kV 50 60Hz 等多种制式的电制 由于码头现场海侧位置很小 摆放岸电系统设备受到限制 同时散 货船上安放大型岸电设备的条件也非常有限 所以我们确定了分立 式设计方案 分立设计分为 4 个组成部分 a 高压变频电源系统 b 高压接线箱 c 高压电缆卷车 d 移动变电站 将高压变频电源系统 高压变频电源 高压正弦波滤波器 安装在 码头配电房内 防护等级 IP20 在码头海侧安装高压接线箱 防护 等级 IP56 小型移动变电站直接吊装在船舶上使用 防护等级 IP56 高压接线箱与移动变电站之间 通过高压电缆卷车上的高压 电缆连接 随船携带的岸电电缆 直接接入到移动变电站相应的电 源输出端 即可将设置为符合船舶电站要求的电源提供给船舶使用 高压接线箱 移动变电站和高压电缆卷车上的高压电缆均采用快装 安全接线装置 以减少接线工作强度和船舶靠港的接线时间 提高 工作效率 高压电缆卷车采用无滑环 对称伸缩机构 可移动使用 安全可靠 收放电缆快捷 方便 快装安全接线装置与供电系统之 间设计成电气联锁 接线完成之前和接线过程中 供电系统将无法 合闸供电 如果供电系统已经处于供电状态 将无法打开接线箱进 行接线操作 所有电源输出侧 均采用断路器保护 确保使用安全 性 为保证港口船舶岸电系统向船舶提供的电源相序与船舶电站的相序 一致 港口船舶岸电系统上装有相序指示器及相序转换装置 用于 检测 指示和设置电源相序 保证船舶电气正常运行 高压变频数字化船用岸电系统示意图 本方案采用了高压上船的方法 高压方案接入简单 ISO IEC 已经发 布了高压岸电标准 高压接入的安全问题可以彻底解决 方案中高 压侧设置零序保护 整个供电系统设置接地保护 降压变压器同时 充当隔离变压器 可以确保使用安全 对上船设备和连接电缆采取 必要的安全固定和保护措施 为克服市电电网供电波动 克服滤波器 变压器以及供电线路造成 的电力压降 克服大负载使用状况造成的电力压降 保证供电电压 的稳定 港口船舶岸电系统采取了多重稳压和补偿措施 从滤波器 输出端进行电压取样 反馈到变频电源控制端进行闭环电压稳定控 制 在变频电源内部 通过软件设置 建立负载 电压补偿曲线 模型 确保到达船舶用电电器的电源符合规范要求 本方案对输入电源有完善的过压 欠压 过流 短路 缺相 逆变 器和变压器过热等保护功能 保护阈值可以设定 考虑对不同船舶 的用电负荷的控制 当输出负荷容量达到一任意设定值时发出预报 警信号 以便控制用电负荷 具有综合故障报警及故障应急停止 采用工业控制计算机监控 通过软件系统实现过程自动化 自动报 警 自动保护 远程通讯 远程监控 自动化用电管理 自动化用 电历史纪录 用电智能核算 四 船舶岸电系统 1 船舶接用岸电的技术障碍 仅仅考虑港口电源系统的建设 但没有可以接用岸电电源的船舶 岸电供电将无法实现 为适应港口电源系统的建设 船舶的岸电设备改造工作必须与港口 电源系统的建设同步进行 以往在船舶建造设计时 岸电箱的容量一般只考虑生活设施等设备 的电力负荷 没有考虑生产作业设备的负荷 船舶停靠港口改用岸 电供电时 只能满足一般生活用电 如果进行装卸货物作业时需要 启用起吊设备 压载水泵设备等大功率负荷 岸电箱的容量就不能 满足需要 仍需使用船舶辅机发电 因此 以往船舶停靠码头 一 般都不使用岸电 只有在船舶修造厂内进行保养维修时才能发挥岸 电箱的作用 为保证船舶靠港后能够连接和使用岸电并完全替代船舶电站 就必 须对正在使用的船舶电力系统的岸电设备进行改造 对今后制造的 船舶 应当考虑采用新的设计方案制造船舶电力系统和岸电设备 要保证改造后的船舶岸电设备或者新建船舶的岸电设备 与港口岸 电电力供应系统能够配套使用 还应当通过研究和论证 制定统一 的船舶接用岸电连接标准 以符合在全行业内推广使用岸电技术的 要求 2 对船舶岸电设备改造的方案 我们在对 CCS 钢质海船入级规范 BV ABS LR 等船舶规范的进一 步研究基础上 对船舶岸电设备提出了改造方案 并力求改造方案 与现行船舶规范中关于岸电设备的要求保持一致 已在营运的船舶可以通过增加岸电箱容量或者制造新的岸电接入屏 来满足停泊作业时岸电供电的需要 岸电箱 屏 放置在船尾原岸 电箱位置 岸电箱 屏 通过固定电缆直接与船舶电站主汇流排相 连接 岸电箱 屏 至岸电电源设备之间应备有足够定量的连接软电缆 航行时软电缆储存在船舶上 为了储存和使用方便 可在船舶上设 置一台或多台岸电电缆绞车 当然 也可以考虑该电缆由港口统一 提供 减小船舶配备和保管成本 为减少接线工作强度和船舶靠港的接线时间 提高工作效率 软电 缆均应采用标准的快装接线装置 电缆接线装置应统一设计规格 以保证任意船舶停靠在任意港口均可通用连接 改造的船舶岸电设备有将船体与岸地相连接的设施 主配电板上设 岸电指示器 指示岸电电缆是否已经通电 岸电箱 屏 上设置电 压表 电流表指示端电压和工作电流 岸电箱 屏 上设置相序指 示 检查岸电电源与船电系统的相序是否相符 岸电箱 屏 设置保护和控制断路器 岸电箱 屏 设有与所有主 发电机和应急发电机之间的联锁装置 以避免同时供电 岸电箱 屏 上应设置防止接线端承受过大机械外力的设施 岸电箱 屏 上设置标明船电的配电系统电制形式 额定电压 频 率和电流的铭牌 简而言之 对于船舶岸电设备的改造 就是在船舶规范基础上 加 大岸电设备的容量 与原船舶设计方案没有其它任何冲突 另外 对于暂时没有条件改造的船舶 港口岸电系统应当考虑设置 临时接口 便于未改造的船舶也可以使用岸电 用于靠港船舶生活 设施以及不超过岸电箱容量的其他设备 这对推广应用岸电大有益 处 五 本方案优点 与国内外已有的方案相比 本方案具有很多优点 1 本方案采用高压整流 正弦波逆变输出 微处理器总线控制的专 用变频电源技术 输出的是船舶负载需要的理想正弦波电源 对电 网干扰非常小 以往方案均采用低压调速通用变频器 通用变频器 不是电源专用产品 正弦锯齿波输出 波形差 滤波效果差 输出 的不是船舶负载需要的理想正弦波 且对电网和负载干扰大 2 本方案采用高压上船 1 根 95mm2 以下的高压电缆就可以把电 力传输到船舶上 工人工作量很小 应用很方便 仅需 10 分钟 线 路压降小 负载能力大 有利于设计较大功率输出的电源 省略了 从港口到船舶的大量低压电缆 停泊安装时间短 大幅度降低了设 备造价和使用成本 以往方案均采用低压上船 需要 9 根 120mm2 较粗的低压电缆 工人工作量太大 光接线就需要近 1 小时 应用 极不方便 线路压降大 负载能力差 不适合大功率负载的船舶使 用 由于低压电缆太长太重 停泊安装非常困难 且设备造价和使 用成本都很高 3 本方案采用高压变频技术 适用于包括大型集装箱船在内的 世 界各地各种电制的高 低压电站系统的船舶 与美国洛杉矶港口供 电标准一致 以往方案没有高压变频系统 不适用于使用高压电站 系统的船舶 如超大型集装箱船 仅适用于使用 400V 和 440V 的 低压电制的船舶 4 本方案设备体积小 只有上海港的 1 8 左右 重量轻 上船设 备移动方便 低压电缆连接距离短 操作简单 快捷 以往方案必 须采用集成安装 以通过使用低压母排的方式解决低压线缆庞大的 问题 集成安装体积过于庞大 通过对连云港 青岛 秦皇岛等大 多数港口码头的实地勘测得出结论 一般码头都没有安装位置 集 成安装的巨大电源装