關(guān)于上海明東六期碼頭船用岸電供電系統(tǒng)的探析

鄧箐

【摘 要】近年來(lái)環(huán)境問題越來(lái)越引起全社會(huì)的廣泛注意，全球十大港口，我國(guó)占據(jù)七席，吞吐量約占全球四分之一，船舶和港口污染嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量和居民健康，發(fā)展綠色岸電是實(shí)現(xiàn)我國(guó)航運(yùn)和港口城市綠色發(fā)展的有效途徑。

【Abstract】In recent years， environmental problems have attracted more and more attention of the whole society， ten largest port in the world， China occupies seven seats， loading and unloading capacity accounted for about 1/4 of the world， shipping and port pollution seriously affect the air quality and the health of residents， the development of green shore power is an effective way to realize China's shipping and port city of green development.

【關(guān)鍵詞】碼頭；岸電；綠色

【Keywords】 wharf； shore power； green

【中圖分類號(hào)】TM76 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0155-02

1 引言

本文以節(jié)能降耗、創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)為背景，對(duì)國(guó)內(nèi)外碼頭船供電系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析及比較，并建設(shè)性地提出公司外六期碼頭船供電系統(tǒng)可行性方案。

2 船用岸電技術(shù)概況

國(guó)內(nèi)和國(guó)際港航界的專業(yè)人士普遍都對(duì)船用岸電技術(shù)表現(xiàn)出濃厚的興趣。以往，通常停泊在碼頭上的船只會(huì)采用自帶輔助電機(jī)對(duì)其自身進(jìn)行供電工作，而現(xiàn)在則更多地采用電源供電的模式。在操作的過程中，我們可以把船接電箱和岸電箱進(jìn)行連接，從而獲得其泵組、通風(fēng)、照明、通訊和其他設(shè)施所需電力。岸電的普及對(duì)于減少港口城市和周邊城市的大氣污染和噪音污染有很大的作用[1]。

我國(guó)的船舶岸電主要有低壓岸電和高壓岸電聯(lián)合組成。高壓岸電是通過從高到低再到高（或高到高）的方式進(jìn)行供電的。國(guó)內(nèi)使用的供電電網(wǎng)頻率為50Hz，而國(guó)際上普遍采用60Hz頻率的電源進(jìn)行供電。所以各國(guó)在供岸電時(shí)要根據(jù)不同情況，輸出不同電源類型供相適應(yīng)的船舶使用。

3 國(guó)內(nèi)外船用岸電技術(shù)的區(qū)別

目前國(guó)外已有的岸電供電頻率分兩種：一種如美國(guó)，60Hz港口供電電網(wǎng)向60Hz船舶電網(wǎng)直接供電，歐洲采用的是50Hz的港口供電電網(wǎng)，它可以直接對(duì)船舶進(jìn)行供電。但是由于國(guó)外船舶電網(wǎng)的頻率通常在60Hz左右，與我國(guó)電網(wǎng)50Hz的頻率并不一致，所以現(xiàn)下急切需要研發(fā)適合我國(guó)岸電發(fā)展的變頻技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)船舶直接采用岸電供電沒有技術(shù)困難，同時(shí)國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一部分港口把岸電供電頻率通過變頻裝置轉(zhuǎn)換成了60Hz，這樣也極大地方便了國(guó)外船舶的使用。這樣未來(lái)我國(guó)有望建立國(guó)內(nèi)和國(guó)際的雙頻交流電系統(tǒng)[2]。

4 內(nèi)外船用岸電技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)應(yīng)用

上海港不僅是我國(guó)的第一大港，也是世界第一大港。作為生產(chǎn)業(yè)務(wù)非常忙碌的港口，面對(duì)各式各樣的船舶，由于它們使用的頻率和電壓都會(huì)有所不同，這對(duì)整個(gè)岸電供電系統(tǒng)工程包括施工、裝配都提出了新的要求。而很多情況下，我們既不能夠?qū)υ泄╇娫O(shè)施進(jìn)行較大的變動(dòng)，又不宜采用“浮船”的供電方式進(jìn)行供電[3]。

以上海港外二期碼頭岸電使用情況來(lái)分析：岸電變頻的輸入功率為10kV/50Hz，輸出的電壓在450V左右。根據(jù)國(guó)內(nèi)和國(guó)外使用的慣例，輸出的電壓頻率分別為50Hz或60Hz。變頻、變壓裝置安裝在一個(gè)可以移動(dòng)的集裝箱里面，然后可以根據(jù)碼頭前沿場(chǎng)地要求選擇性地放置在岸邊。

①輸入側(cè)：10kV高壓電箱至變壓變頻裝置用一根30米帶有快速接頭的高壓電力電纜相連接。

②變壓變頻過程：第一步：利用降壓變壓器把輸入10kV電壓降壓至720V；接著由變頻器將50Hz變頻為60Hz（可選不變）；最后電壓從660V降壓至船用電壓450V左右。

③輸出側(cè)：考慮到電流較大，準(zhǔn)備9根低壓電纜將變壓變頻裝置集裝箱與電纜卷筒連接。電纜卷筒裝置由3個(gè)低壓卷筒帶9根電纜組成。最終輸出至船上。

5 船用岸電關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

船用岸電采用變頻器作為變頻電源的核心部件，因其非線性引起的高次諧波，輸出波均需整流。消除高次諧波是岸電技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，諧波會(huì)給電源本身的質(zhì)量造成非常不好的影響，從而讓整個(gè)電源都沒有辦法很好地進(jìn)行工作，長(zhǎng)此以往會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。因此，在操作的過程中，我們要運(yùn)用相應(yīng)的手段消除諧波影響，只有這樣才能夠讓整個(gè)電源輸出的過程變得更穩(wěn)定和更可靠。

具體措施大多采用變頻器加上LC電路的方式：變頻電源—預(yù)處理電感—逆變變壓器—濾波器。

①現(xiàn)行的專業(yè)技術(shù)條件下，通過對(duì)變頻電源的加工來(lái)實(shí)現(xiàn)三相電源的操作，最終變?yōu)榫哂?0Hz頻率的SPWM波段。接入交流限流電抗器，選用通用電抗器，目的是為了更好地對(duì)變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的擾動(dòng)進(jìn)行抑制，在這個(gè)預(yù)處理過程中要注意對(duì)波形進(jìn)行校正和調(diào)試，濾去變頻器逆變過程中釋放出的高次諧波。

②再輸入到預(yù)輸出EMI濾波器，該濾波器是由電感、電容構(gòu)成低通元件，該無(wú)源濾波器工作原理及作用是將輸入電源通過補(bǔ)償、調(diào)壓后成為幾乎純的正弦波。

③由于LC濾波器只能濾除某范圍內(nèi)的諧波，通常我們采用12脈沖整流的模式，把11次及以下諧波電流整體消除掉，完成整流變頻的功能。

④ 逆變變壓器是專門為逆變技術(shù)而設(shè)計(jì)匹配的，具有變壓和電感雙重功能的一種新技術(shù)變壓器。

現(xiàn)實(shí)中眾多船舶上用電設(shè)備的負(fù)荷性能都非常復(fù)雜，包括內(nèi)部輸出方式、輸出電壓、穩(wěn)定性和諧波頻率等細(xì)節(jié)，我們都要注意。而在實(shí)際操作中，輸出電壓諧波的頻率往往不能夠很好地滿足岸電使用的標(biāo)準(zhǔn)。為了讓我們?cè)谑褂玫倪^程中能夠更好地滿足電源輸出的相關(guān)要求，可以采用另一種變頻裝置（即高壓變頻）。

高壓岸電系統(tǒng)是目前運(yùn)用的比較廣泛的岸電系統(tǒng)，它表示著岸電輸出電源電壓超過6.6kV電壓等級(jí)的電源系統(tǒng)。與低壓電系統(tǒng)相比，高壓電系統(tǒng)有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。第一，它可以通過使用較少數(shù)量的電纜來(lái)連接船舶。第二，高壓電系統(tǒng)能夠快速地實(shí)現(xiàn)船舶和岸電系統(tǒng)整體的連接過程。第三，高壓岸電系統(tǒng)能夠較好地滿足大功率船舶的使用要求。

6 明東外六期碼頭高/低壓船供電方案建議和存在難點(diǎn)

外六期碼頭全長(zhǎng)1008m，布置有17個(gè)10kV/2000kVA高壓接電箱，設(shè)計(jì)預(yù)留有3個(gè)高壓船供電接電箱。根據(jù)設(shè)計(jì)同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況和未來(lái)高壓船舶的增加，以及高壓岸電接入工藝相對(duì)低壓較為簡(jiǎn)單，提出了高/低壓的供電方案供參考論證。

高/低壓方案與低壓方案比較修改的內(nèi)容：

①變壓器換成抽頭變壓器，可輸出460V和6.6kV。

②輸出開關(guān)柜調(diào)整為高壓和低壓兩路輸出。

③增加兩個(gè)快速接頭的插座。

船供電實(shí)際使用中的難點(diǎn)和解決方案：

① 難點(diǎn)： 岸電電源系統(tǒng)還需要考慮船岸電源切換。船電與岸電進(jìn)行并聯(lián)時(shí)，不停止船上的發(fā)電機(jī)，做到岸電、船電不間斷的無(wú)縫切換。

方案：為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，必須裝配一個(gè)自動(dòng)并車裝置。自動(dòng)并車系統(tǒng)能夠檢測(cè)船舶電源和岸電電源的頻率、相位、電壓等信號(hào)，同時(shí)必須滿足以下4個(gè)條件：待并網(wǎng)船舶發(fā)電機(jī)的電力相序須與岸電電源的相序保持一致；待并網(wǎng)船舶發(fā)電機(jī)電壓與岸電電源的電壓幅值相等；待并網(wǎng)船舶發(fā)電機(jī)頻率與岸電電源的頻率相等；待并網(wǎng)船舶發(fā)電機(jī)相角與岸電電源的相角一致。在實(shí)際使用中，除了相序一致是絕對(duì)條件外，其他條件都是相對(duì)的，即小于某一個(gè)設(shè)定值，從而使合閘沖擊電流處于系統(tǒng)可以承受的范圍。

②待解決問題：為了使停靠港船舶連接岸電時(shí)滿足快速、安全、穩(wěn)定的技術(shù)需求。接地方式及繼電保護(hù)配置還未形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步開展此關(guān)鍵技術(shù)研究，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)岸電技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化、規(guī)模化應(yīng)用。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，港口船供電項(xiàng)目具有良好的減排效果，可以大大緩解船舶在港期間對(duì)港區(qū)、上海市區(qū)大氣環(huán)境的影響，有效改善區(qū)域環(huán)境，保護(hù)港口的碧海藍(lán)天，將上海港打造成為名副其實(shí)的世界一流國(guó)際航運(yùn)中心。

【參考文獻(xiàn)】

【1】俞曉.到港船舶使用岸電的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益研究[D].上海：復(fù)旦大學(xué)， 2013.

【2】殷佩海.船舶防污染技術(shù)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，2000.

【3】周振南.船舶連接岸電系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J].船舶設(shè)計(jì)通訊， 2007（02）：25.