船舶高压岸电系统的安全操作和维护

船舶高压岸电系统的安全操作和维护

图3.3.岸厅通过管道的高压侧电取代自发电。这是有效的节能和环境保护措施（减少、减少等），越来越受到重视。不少发达国家港口,陆续为新建码头配置或为原有码头增设船用岸电设施并要求船舶使用。例如美国洛杉矶港的码头岸电系统AMP(AlternativeMarinePowered),岸电电源三相三线,60Hz,6600V,2700KW(相当于一台船舶主发电机)提供靠泊船舶使用。近几年,新造大型船舶也多采用三相三线、60Hz、6600V电制。该电制原称中压电,STCW公约马尼拉修正案称船舶电压1000V为“HIGHVOLTAGE”(高压电),我国海事局2011年12月颁布的《关于STCW公约马尼拉修正案过渡规定的实施办法》也把其称为“船舶高压电力系统”。本文按此称其为船舶高压岸电系统。鉴于高压岸电应用不久,船员不甚熟悉,本文以中海集团8530TEU集装箱船为例,介绍船舶高压岸电系统及其安全操作和维护,为船员提供参考。中海集团8530TEU集装箱船,是国内自行设计和制造的第六代超巴拿马特大型集装箱船,主电站采用三相三线、60Hz、6600V电制,发电机组单机组功率2760KW,电力系统采用日本JRCS公司技术,设有高压岸电系统,入级GL和CCS,体现了当前船舶高压电技术水平。1AMP高压岸电系统的组成该船高压岸电设施,由高压电缆快速连接接头、高压电缆、电缆绞车、高压岸电连接屏(MVSHOREPOWERCONNECTIONPANEL)、高压岸电接收屏(MVSHOREPOWERRECEIVEPANEL)等组成,连接岸电与船舶主电网(见图1)。(1)高压电缆誗高压电缆,外表枣红色,六芯,其中供电线三根(用于三相,截面积各为95mm2),接地线一根,用于控制岸电断路器的分闸控制线(PILOT)两根;左右舷各两根,增加供电线截面积以满足供电电流即功率需要。誗每根高压电缆分为两段,一段自电缆绞车至岸上电源箱(绕在电缆绞车上,可收放),另一段自电缆绞车至船上高压岸电连接屏,两段电缆以电缆绞车上的集电环装置连接。(2)高压岸电电缆绞车船艉(UPPERDECK层)两舷各一架,有集电环连接每根高压电缆的可收放段和固定段,电动恒张力控制。恒张力控制类似自动绞缆机,接妥岸电后,只需将控制按钮开关置于“自动”位置,即可定时收放电缆(例如每十分钟自动绞缆3秒钟),即使船舶吃水和潮汐变化,也可保持电缆张力在设定范围内从而有效保护电缆。电缆绞车,平时安放于电缆绞车(及其控制箱)室内;连接岸电时,将靠码头一舷电缆绞车室的移门打开,用手动液压泵将绞车和电缆搁架移至舷侧以便送出高压电缆。(3)插拔式快速接头插拔式接头,实物见图2,岸电接线见图3。图1高压岸电系统连接示意图图2高压岸电接头实物高压电缆端头与岸上的岸电插座是一组插拔式快速接头,能在很短时间内牢固连接,以满足码头快速作业要求。船方电缆上近插头处还装有钢丝绳圈便于将电缆固定在码头上(避免插拔式快速接头受力过大)。接线原理图中:誗左侧圆形中,L1、L2、L3是三相供电线,E是接地线,PILOT(两小圆)是高压岸电分闸控制线。誗上部“Socket”显示岸上电源插座;誗下部“Plug”显示电缆插头(L1、L2、L3、E和PILOT的两点共六个黑点对应左边圆形内各标号);誗中间的MCCB是岸电高压断路器,用于接通、断开6600V电源;誗右方(UnderVoltageTrip)是岸方提供的AC110V电源,PILOT线通过UVT欠压脱扣器控制高压断路器的分闸。(4)高压岸电连接屏誗位于机舱上层,由左舷岸电连接屏、右舷岸电连接屏和高压岸电配电屏组成。誗岸电配电屏可显示岸电相序、电压、电流、频率、功率等参数,并设有接地开关。若参数正常,合上岸电连接屏靠岸一舷(接入两根电缆)的高压真空断路器VCB,高压岸电即通至集控室主配电板上的高压岸电接收屏。(5)主配电板上的岸电接收屏接受岸电连接屏送来岸供电源,供给船上主电网。该屏同样设有真空断路器VCB、接地开关、数字式多功能表(可指示电压、频率、电流和功率)等,并通过数字式继电器实现岸电的过电流保护(长延时、短延时)和欠压/断相保护。合上岸电接收屏的真空断路器VCB,高压岸电才通至主配电板上的主汇流排向船舶高压电网供电。2明确责任高压岸电系统接入和解除操作,涉及船上两个部门,需要多部门、多工种(例如电机员、轮机员、驾驶员等)协调工作,需考虑人身和电气设备安全,所以首先需明确责任。中海集团8530TEU集装箱船,都执行公司的操作规程:誗驾驶员,靠泊时注意船舶与码头岸电标设位置,保证船舶高压岸电电缆出口与码头岸电箱位置适于岸电电缆插头插接。誗船长负责岸电供应的对外联系,记录本轮使用岸电前后码头电度表的读数并在码头耗电记录簿上签署。誗电机员负责电气操作,一名轮机员协助和监护(参与人员均需经高压电力系统操作培训)。誗轮机长现场指挥,并监督执行。誗轮机长、电机员、轮机员、驾驶员等均配备对讲机,以保持船舶内部协调和联络岸方。3使用高压岸电系统的准备工作3.1抵港前AMP效用检查(1)责任电机员报请轮机长同意,请轮机员协同。(2)时间到港前一周左右完成,以留有排除故障或报请公司安排修理的时间。(3)检查内容和方法誗准备——高压岸电连接屏,用专用手柄抽出高压真空断路器VCB使其与汇流排分开(保证断开高压),且合上接地开关放电,然后方可进行检查(检查后勿忘将高压真空断路器VCB复原)。誗电缆,检查三根供电线和一根接地线的绝缘;检查岸电插座两根分闸控制线(PILOT)的电阻(正常情况电阻很小,约几十欧姆),若处于开路状态,必须查出原因并排除故障,否则接岸电前无法做应急切断实验。誗岸电连接屏及岸电接收屏,检查各电气设备和有关线路的绝缘。誗电缆绞车室移门,检查活络情况,必要时加牛油。誗岸电绞车,检查确认绞车移动和电缆收放灵活、可靠,集电环完好(磨损在允许范围),卷扬马达和控制箱正常,搁架释放和电缆释放的两个限位开关正常。(4)防护誗选晴好天气和良好海况实施检查。誗切实遵照高压电操作规程,接地放电后检查。(5)记录电机员负责,在电气日志上如实记录检查情况。3.2接入高压岸电前的准备(1)岸电电缆与岸上连接①靠泊后在码头AMP服务工程师(接岸电前码头AMP服务工程师上船接洽)见证下,在船舶岸电连接屏,电机员将AMP岸电系统接地放电。②将液压电缆搁架上的液压转换手柄放在“OUT”位置,用手柄泵油,将电缆绞车向船舷放出。③待搁架向船舷方向完全放出至触及搁架底边框限位开关,才能操作电缆绞车上的按钮转动马达电缆绞车将电缆徐徐放出。④待码头AMP服务工程师将电缆插头接妥码头上的岸电插座并将钢丝绳圈固定在码头后,才能将电缆绞车遥控按钮开关置于“自动”位置。至此,岸电电缆与岸上连接操作完成,电缆绞车自动收放。(2)电站和电网设备准备电网存在的分布电感、分布电容、谐波等因素。在450V电力系统中可以忽略这些因素;而高压电网通断过程中,尤其在船电-岸电切换时,这些因素常会导致近千伏(10～15%UN)的脉冲电压。近千伏的脉冲电压,对船舶电气设备破坏力很大,最易打坏自动控制、通讯导航设备等的电子印刷线路板。所以,船电转高压岸电系统操作前必须:誗船舶主电站只用一台发电机供电,且各发电机组、应急电站、日用变压器等均置于手动模式。因为若采用自动模式,一旦电网负载变大(例如超过单机功率的90%),功率管理系统(PMS)会自动启动备用发电机组与岸电并网供电;而船舶发电机特性不同于岸电,可能损坏设备。誗船上450V负载配电屏的电气设备,暂时不用的切断电源;在用的大容量设备全部置手动模式并随时准备断开电源。誗驾驶台的通信导航系统,例如电子海图显示与信息系统(ECDIS)、综合驾驶台系统(IBS)、全球海上遇险与安全系统(GMDSS)、船舶导航雷达等,关断电源。4高压岸电供电4.1以岸电切换船电(1)高压岸电合闸试验①码头AMP服务工程师接妥高压岸电电缆接口后,提供应急断电电源(AC110V)。②电机员按照AMP服务工程师指挥,在电缆绞缆车控制箱、岸电连接屏、高压配电板的岸电接收屏等三处操作应急按钮做应急切断岸电试验。③码头AMP服务工程师,在未供高压电的情况下,检查岸上高压断路器通断和船方分闸情况,确认应急断电试验成功,通知船方轮机长可高压岸电供电。(2)连接岸电轮机长通知电机员在岸电连接屏检查:①岸电相序、电压、频率等参数是否正确。若不对,通知码头AMP工程师换相或调节。②电机员确认上述参数均正常,报告轮机长;轮机长确认正常,指示电机员接通岸电。③电机员,按轮机长指示,手动合上岸电连接屏上的高压岸电开关,将岸电电源送至主配电板上的岸电接收屏。(3)以岸电切换船电①轮机长确认具备接入岸电条件,提前至少五分钟授权全船广播告知即将转接岸电,请各部门密切注意安全;广播告知至少五分钟后,向电机员下达转接高压岸电命令。②电机员,按轮机长指示,以岸电切换船电。以岸电切换船电,有船上断电/不断电两种方式。断电方式:①断开船上正在使用的大容量用电设备。②按下正在供电的主发电机分闸按钮,全船失电。③在高压电站配电板的同步屏上按下AMP的合闸按钮接通岸电电源,岸电开始供电。这种方式,切断船电到接通岸电的过程,往往大于45s,故应急发电机必须置于手动模式(如前述),以避免其在供电切换过程忽起忽停。另一种是船舶电网不断电方式——确认船舶电网单台发电机运行供电,且与岸电的相序、相位、频率、电压等相同或相等,进行船电与岸电并电操作,然后转移负载,船舶发电机组解列。船电与岸电并电操作也有两种方法——手动准同步和自动准同步:誗手动准同步:按发电机的并车操作规程,但并车过程中只能调节船电的电压、频率和相位。誗自动准同步:若选择“AUTO”方式,机舱在不断电的情况下完成岸电供应转换(类似发电机组的转换操作),只需按下AMP合闸按钮,控制系统即视岸电为另一台船舶发电机进行自动并车、负荷转移、发电机自动解列及自动停车的控制,自动并车和负荷转移过程持续约10s,然后发电机的VCB将自动分闸解列。到目前为止,美国码头当局出于设备安全考虑(如前述,船舶发电机特性不同于岸电,可能损坏设备),一般都要求使用断电方式。4.2高压岸电供电(1)恢复船舶电站正常工作誗主配电板/应急配电板的自动/手动开关,放在手动位置。誗船上450V负载配电屏上,需要使用的大容量设备恢复自动模式,暂时不用的也可接通电源。誗启动相关的辅助设备,保持主、副机暖缸,燃油粘度计保持设定值,副机预供油泵等为副机的服务的泵处于工作状态。誗驾驶台的通信导航系统,例如电子海图显示与信息系统(ECDIS)、综合驾驶台系统(IBS)、全球海上遇险与安全系统(GMDSS)、船舶导航雷达等,需要时可接通电源(若不需要应不接通,以免恢复船舶电站供电时再次切断)。(2)控制电网负荷严格控制电网负荷,因该岸电系统的容量致相当于一台主发电机的容量,需避免岸电过载。(3)机舱值班使用高压岸电,船舶电网负荷多变,船舶吃水也随货物装卸和潮汐变化,甲板和机舱当值人员都应按值班制度值班和巡回检查,对于岸电系统和电气设备:誗甲板部,重点检查岸电电缆绞车是否正常,电缆松紧适度。誗轮机部,重点检查岸电电缆绞车、岸电连接屏、《航海技术》2012年第2期岸电接收屏(包括真空断路器、电压、频率、电流和功率)等。尤需注意岸电接收屏上报警(岸电接收屏使用中故障,仅在岸电接收屏上报警,而机舱集中报警系统不会同时报警)。(4)应急准备:一旦岸电系统出现不能立即修复的故障,应立即断开岸电并恢复船舶电站供电,以保证船舶电力供应。4.3以船电切换岸电停止使用岸电改用船电,船长据预定开航时间和港方的相关规定决定,一般在船舶离泊前二小时。(1)甲板部准备——与码头联系船长,在计划以船电切换岸电前至少一小时,将船舶开航时间和以船电切换岸电的时间通知轮机长、当值驾驶员和码头AMP服务工程师。当值驾驶员,应在计划以船电切换岸电前至少一小时,通知码头工头并取得其同意(特别是夜间),以防船上作业的码头工人发生意外。(2)机舱准备——按轮机长指示:誗岸电电源退出电网前,电机员将电网负载降至一台发电机容量的90%(即2484KW)以下。誗当值轮机员启动一台发电机达额定转速备用。誗备用的船舶主电站的发电机组、应急配电板、日用变压器等均置于手动模式。誗船上450V负载配电屏上的电气设备,暂时不用的切断电源;在用的大容量设备全部置手动模式并随时准备断开电源。誗驾驶台通信导航系统,例如电子海图显示与信息系统(ECDIS)、综合驾驶台系统(IBS)、全球海上遇险与安全系统(GMDSS)、船舶导航雷达等,关断电源。(3)以船电切换岸电①准备工作完毕,各相关人员向轮机长报告。②轮机长确认具备以船电切换岸电的条件,提前五分钟授权全船广播告知断电并要求各部门密切注意安全,然后下达切换电源命令。③电机员,按轮机长指示,以船电切换岸电,然后通知码头停止岸电供电。以船电切换岸电,同样有断电模式和不断电模式。断电模式(原已启动船舶主发电机并确认正常):①断开船上正在使用的大容量用电设备;②在高压电站配电板的同步屏上断开AMP的合闸按钮,切断岸电;③依次按下高压配电板上待用主发电机合闸开关,再合上高压配电屏日用变压器的高压侧真空断路器和低压侧空气断路器,即转换成船舶主发电机供电。不断电模式:需选定手动或自动同步并车方法,操作同两台船舶发电机组的并电和解列。到目前为止,美国码头当局出于设备安全考虑(如前述,船舶发电机特性不同于岸电,可能损坏设备),一般都要求使用断电方式。(4)恢复船舶电站正常工作誗船舶电站,转换成船舶发电机供电后,可根据备航、开船准备等工作需要,设定备用发电机组投入运行次序并准备投入运行,主配电板/应急配电板、日用变压器等也均应置于自动模式。誗船上450V负载配电屏上,需要使用的大容量设备恢复自动模式,暂时不用的也可接通电源。誗驾驶台的通信导航系统,例如电子海图显示与信息系统(ECDIS)、综合驾驶台系统(IBS)、全球海上遇险与安全