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摘 要：岸电是指由岸上电源代替船舶辅机为船舶提供在港停泊期间所有用电的一种港区大气污染控制方式。岸电使用期间，船舶应关闭所有主辅机，使用岸电对船上照明设备、通信设备、控制设备及必须的生产作业设备供电，可防止船舶辅助发电机组将燃烧废气及颗粒排放至当地空气，改善港口环境质量。本文分析了岸基输变电系统的相关技术应用问题。
关键词：岸基供电系统;输变电系统;港口船舶
1 概述
根据相关要求及技术标准，岸基输变电系统由采用符合国家标准的变频电源系统和具有一定防护等级的户外集装箱变电站或电气间组成。为适应码头的恶劣环境，变频电源需有防潮、防盐雾、防振、防凝露、防油污、防铁屑、防溅射、防静电等一系列措施，以满足岸电电源的性能需求，岸电系统主要由岸上供电系统、船岸交互部分和船舶受电系统三部分组成，岸电技术方案主要从以下3方面展开研究。（1）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，即码头接电箱，完成电压等级变换、变频、与船舶受电系统等功能。设备包括变压设备、变频设备和电源输出开关设备等;（2）船岸交互部分：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，其不使用时储存在船上、岸上或者驳船上。（3）船舶受电系统：在船上原有配电系统的基础上固定安装，用于受电、自动并网等，设备包括岸电进线设备、同步屏等。
2 岸电技术方案研究
变频方式的选择。由于国内岸上供电系统的输入电源参数为50Hz，而船舶受电参数为60Hz或50Hz，因此，在岸侧岸电系统的核心设备为变频器。现阶段，变频设备主要有两种技术手段：低压变频和高压变频。
供电参数的选择。目前，国内外船舶配电电压主要有低压（380～450V）和高压（6.6～10kV）两种。对于高压船舶，岸基供电参数主要为高压供电;对于低压船舶，岸基供电参数主要有两种，既可以380/450V的低压供电上船，也可以6.6kV/10kV的高压上船，再经过变压器降至船舶使用电压。供电参数的选择需要考虑停靠船舶的用电参数需求及系统容量、接电安全性等多方面因素。根据相关技术规范，每单个泊位至少应布置1套岸电接电装置;容量小于630kVA时，可采用低压上船方式;码头船舶岸电系统容量在630kVA至1600kVA时，宜采用高压上船方式;码头船舶岸电系统容量大于1600kVA时，应采用高压上船方式。
电缆管理系统的选择。在船舶进港后，需要通过电缆管理系统快速的将码头边的岸电箱与船舶岸电箱连接起来。电缆管理系统主要包括卷筒、电缆及附属接插件等设备。船舶和岸电的快速连接技术是船舶岸电电源的一种重要应用技术，快速、便捷的电缆管理系统能保证港口岸电电源的正常使用。
供电旁路的选择。岸基供电系统输入端电源频率为50Hz，输出端电源频率根据船型的不同，分为50Hz、60Hz。当船舶用电需求为60Hz时，需加装变频器变频后输出上船;当船舶用电需求为50Hz时，则存在两种方案：一种是旁路方案，设置旁路柜达到隔离变频器的目的，避免了通过变频器造成的电能损耗，直接通过隔离变压器输出;另一种是无旁路方案，即还是通过原来变频器和隔离变压器后输出。供电旁路的设置，可尽量减少电能在通过变频器时的损耗，提高供电效率，但同时增加两个旁路开关和一个隔离变压器，使得投资额增加，因此供电旁路的选择，需参考码头的实际用电需求。若靠港船舶以50Hz为大多数，旁路使用率较高，则适合采用供电旁路系统;反之，则无需设置旁路系统。
并网方案的选择。岸电系统并网方式主要包括带电连接（无缝并网）和不带电连接两种方式。不带电连接是指先断开船舶发电机供电，后闭合码头船舶岸电电源断路器，由码头船舶岸电电源向船舶配电系统供电;或先断开码头船舶岸电电源，后闭合船舶发电机断路器，由船舶发电机向船舶配电系统供电。不带电连接操作较为简单，在船舶靠岸后，船舶通过船上导轨将电缆放至岸侧后，关闭船舶本身的发电系统的总开关，与岸电系统装置连接完毕，启动岸电系统，将岸电电源送至船侧岸电配电柜，即可完成电源切换。在船舶离岸时，先关闭岸电系统，再分闸船上岸电系统的输入开关，启动船舶的本身发电系统，通过电缆卷筒将电缆收至船上，即可完成离岸前从岸电到船舶自身供电运行的切换。带电接连是指保持船舶发电机向船舶配电系统供电的同时，通过调节码头或船舶供电系统电压、频率和相位参数，实现船舶岸电短时并网运行，完成负荷转移，实现带载切换。带电连接需配备并网管理系统，系统操作较为复杂。在船舶靠岸后，将岸电电源与船舶电源装置连接，随后启动岸电系统，将岸电电源送至船侧岸电配电柜，船上岸电同期装置自动检测船上岸电电源的输入开关的前端电压频率、幅值、相角，并进行负载的自动转移，当船侧发电机侧的负载率降至30%以下时，关闭船舶本身的发电系统的总开关，完成岸电系统为船舶负载供电的过程。当船舶离岸时，先启动船舶的发电系统，待稳定后，再开始同期切换，当频率、幅值、相角三个参数一致时，合闸船舶本身的发电系统的总开关，再分闸船上岸电系统的输入开关，完成离岸前从岸电到船舶自身供电运行的切换。以上两种的方案需视船舶具体需求而定，应满足保证船舶电网的安全运行，减少由于电网冲击、突然失压造成的损害，节省因失电而重启设备、复位故障造成的劳动力成本的需要，且船舶具备相应的空间位置，可考虑采用带电连接方式，反之，可采用不带电连接方式。
在岸电系统工艺路线的选择过程中首先确定码头电源的电压等级和船舶的用电参数，以确定系统的外部条件;其次，根據船舶最大用电功率大小，判断采用何种变频方式;在考虑上船供电参数的过程中，高压变频建议直接采用高压上船方式，主要原因在于高压变频容量大，若采用低压上船，会造成电缆数量多，接电系统复杂，运行维护繁琐的问题;对于电缆管理系统的设置，主要考虑船侧的投资及码头的空间条件，应满足岸电系统的整体要求。
3 结束语
大型船舶在港口装卸时通常采用辅助燃油发动机发电以满足船舶的日常需要。为控制成本，船舶靠泊后一般采用高含硫量的柴油供辅机燃烧，对周边环境造成污染。一艘使用3.5%含硫量燃油的中大型船舶，其排放PM2.5的水平与50万辆使用国四油品的货车相当，空气污染物远高于火力发电排放强度。在港口利用岸电技术降低营运成本，减少对大气的污染排放，达到节约能源、清洁环境的目的，已成为世界各个国家的发展方向。
参考文献
[1]邓箐. 关于上海明东六期码头船用岸电供电系统的探析[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2017（05）
[2]柯喆. 防爆型智能化船舶岸基供电系统的设计研究及其实际应用[J].工程技术研究.2019（07）
（作者单位：上海岸电能源科技有限公司）
关键词：岸基供电系统;输变电系统;港口船舶
1 概述
根据相关要求及技术标准，岸基输变电系统由采用符合国家标准的变频电源系统和具有一定防护等级的户外集装箱变电站或电气间组成。为适应码头的恶劣环境，变频电源需有防潮、防盐雾、防振、防凝露、防油污、防铁屑、防溅射、防静电等一系列措施，以满足岸电电源的性能需求，岸电系统主要由岸上供电系统、船岸交互部分和船舶受电系统三部分组成，岸电技术方案主要从以下3方面展开研究。（1）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，即码头接电箱，完成电压等级变换、变频、与船舶受电系统等功能。设备包括变压设备、变频设备和电源输出开关设备等;（2）船岸交互部分：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，其不使用时储存在船上、岸上或者驳船上。（3）船舶受电系统：在船上原有配电系统的基础上固定安装，用于受电、自动并网等，设备包括岸电进线设备、同步屏等。
2 岸电技术方案研究
变频方式的选择。由于国内岸上供电系统的输入电源参数为50Hz，而船舶受电参数为60Hz或50Hz，因此，在岸侧岸电系统的核心设备为变频器。现阶段，变频设备主要有两种技术手段：低压变频和高压变频。
供电参数的选择。目前，国内外船舶配电电压主要有低压（380～450V）和高压（6.6～10kV）两种。对于高压船舶，岸基供电参数主要为高压供电;对于低压船舶，岸基供电参数主要有两种，既可以380/450V的低压供电上船，也可以6.6kV/10kV的高压上船，再经过变压器降至船舶使用电压。供电参数的选择需要考虑停靠船舶的用电参数需求及系统容量、接电安全性等多方面因素。根据相关技术规范，每单个泊位至少应布置1套岸电接电装置;容量小于630kVA时，可采用低压上船方式;码头船舶岸电系统容量在630kVA至1600kVA时，宜采用高压上船方式;码头船舶岸电系统容量大于1600kVA时，应采用高压上船方式。
电缆管理系统的选择。在船舶进港后，需要通过电缆管理系统快速的将码头边的岸电箱与船舶岸电箱连接起来。电缆管理系统主要包括卷筒、电缆及附属接插件等设备。船舶和岸电的快速连接技术是船舶岸电电源的一种重要应用技术，快速、便捷的电缆管理系统能保证港口岸电电源的正常使用。
供电旁路的选择。岸基供电系统输入端电源频率为50Hz，输出端电源频率根据船型的不同，分为50Hz、60Hz。当船舶用电需求为60Hz时，需加装变频器变频后输出上船;当船舶用电需求为50Hz时，则存在两种方案：一种是旁路方案，设置旁路柜达到隔离变频器的目的，避免了通过变频器造成的电能损耗，直接通过隔离变压器输出;另一种是无旁路方案，即还是通过原来变频器和隔离变压器后输出。供电旁路的设置，可尽量减少电能在通过变频器时的损耗，提高供电效率，但同时增加两个旁路开关和一个隔离变压器，使得投资额增加，因此供电旁路的选择，需参考码头的实际用电需求。若靠港船舶以50Hz为大多数，旁路使用率较高，则适合采用供电旁路系统;反之，则无需设置旁路系统。
并网方案的选择。岸电系统并网方式主要包括带电连接（无缝并网）和不带电连接两种方式。不带电连接是指先断开船舶发电机供电，后闭合码头船舶岸电电源断路器，由码头船舶岸电电源向船舶配电系统供电;或先断开码头船舶岸电电源，后闭合船舶发电机断路器，由船舶发电机向船舶配电系统供电。不带电连接操作较为简单，在船舶靠岸后，船舶通过船上导轨将电缆放至岸侧后，关闭船舶本身的发电系统的总开关，与岸电系统装置连接完毕，启动岸电系统，将岸电电源送至船侧岸电配电柜，即可完成电源切换。在船舶离岸时，先关闭岸电系统，再分闸船上岸电系统的输入开关，启动船舶的本身发电系统，通过电缆卷筒将电缆收至船上，即可完成离岸前从岸电到船舶自身供电运行的切换。带电接连是指保持船舶发电机向船舶配电系统供电的同时，通过调节码头或船舶供电系统电压、频率和相位参数，实现船舶岸电短时并网运行，完成负荷转移，实现带载切换。带电连接需配备并网管理系统，系统操作较为复杂。在船舶靠岸后，将岸电电源与船舶电源装置连接，随后启动岸电系统，将岸电电源送至船侧岸电配电柜，船上岸电同期装置自动检测船上岸电电源的输入开关的前端电压频率、幅值、相角，并进行负载的自动转移，当船侧发电机侧的负载率降至30%以下时，关闭船舶本身的发电系统的总开关，完成岸电系统为船舶负载供电的过程。当船舶离岸时，先启动船舶的发电系统，待稳定后，再开始同期切换，当频率、幅值、相角三个参数一致时，合闸船舶本身的发电系统的总开关，再分闸船上岸电系统的输入开关，完成离岸前从岸电到船舶自身供电运行的切换。以上两种的方案需视船舶具体需求而定，应满足保证船舶电网的安全运行，减少由于电网冲击、突然失压造成的损害，节省因失电而重启设备、复位故障造成的劳动力成本的需要，且船舶具备相应的空间位置，可考虑采用带电连接方式，反之，可采用不带电连接方式。
在岸电系统工艺路线的选择过程中首先确定码头电源的电压等级和船舶的用电参数，以确定系统的外部条件;其次，根據船舶最大用电功率大小，判断采用何种变频方式;在考虑上船供电参数的过程中，高压变频建议直接采用高压上船方式，主要原因在于高压变频容量大，若采用低压上船，会造成电缆数量多，接电系统复杂，运行维护繁琐的问题;对于电缆管理系统的设置，主要考虑船侧的投资及码头的空间条件，应满足岸电系统的整体要求。
3 结束语
大型船舶在港口装卸时通常采用辅助燃油发动机发电以满足船舶的日常需要。为控制成本，船舶靠泊后一般采用高含硫量的柴油供辅机燃烧，对周边环境造成污染。一艘使用3.5%含硫量燃油的中大型船舶，其排放PM2.5的水平与50万辆使用国四油品的货车相当，空气污染物远高于火力发电排放强度。在港口利用岸电技术降低营运成本，减少对大气的污染排放，达到节约能源、清洁环境的目的，已成为世界各个国家的发展方向。
参考文献
[1]邓箐. 关于上海明东六期码头船用岸电供电系统的探析[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2017（05）
[2]柯喆. 防爆型智能化船舶岸基供电系统的设计研究及其实际应用[J].工程技术研究.2019（07）
（作者单位：上海岸电能源科技有限公司）