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【本期聚焦·港口电气】太仓武港码头岸电系统设计

港口科技2018-10-24 14:20:12

太仓武港码头岸电系统设计

 

肖超云

(泰州敬道电力工程有限公司, 江苏 泰州 225300)


摘要

介绍船舶岸电系统的组成,对双频供电、谐波抑制和船电岸电切换等关键技术进行探讨,提出一种自动并网控制方法。该技术在太仓武港码头岸电系统中得到应用,取得良好的社会效益和经济效益。

关键词:  港口;高压岸电;节能减排

靠港船舶通常采用船舶副机发电,以满足船舶用电的需求,副机在工作中燃烧大量的油料(多为重油),排出大量的废气,同时产生噪声污染。为解决这一问题,采用岸电技术可以使船舶在靠泊期间不再依靠副机,而是采用码头岸电系统来提供电源。

 

太仓武港码头是长江下游的1个进口铁矿石装卸、存储、中转的大型专业化散货码头,码头长715 m,拥有15万吨级和20万吨级矿石卸船泊位各1个。为了响应国家建设“资源节约型、环境友好型”绿色低碳港口的号召,努力推进港口岸电建设,太仓武港码头有限公司与南京紫泉电力设计咨询有限公司合作建设高压岸电项目,该项目由南京紫泉电力设计咨询有限公司按“合同能源管理”服务模式建设,泰州敬道电力工程有限公司负责整个项目的施工,太仓武港码头负责提供10 kV电源点。

 

1 方案设计介绍

经过调研发现,靠泊船舶副机发电频率为60 Hz,电压为6.6 kV,船舶靠泊期间用电需求容量为800 kW左右。综合考虑码头实际情况,本方案采用高压上船方式[1-2]。南京紫泉电力设计咨询有限公司设计方案包含岸电变频电源、电缆接线箱、船用变电站、电缆卷筒及船用连接系统等全套设备产品,为客户量身定制从变电站至船舶的岸基供电系统解决方案。高压变频器进线电源引自# 1变电所新增馈线柜,电缆经码头原有桥架通道敷设至# 1泊位廊桥,变频滤波装置安装在码头前沿廊桥下面,经过变频变压的岸电通过电缆桥架分别接入2个岸电箱,每个泊位分别配1台岸电箱、1套高压电缆卷筒和1台800 kVA 的船载变电站。

整个港口船舶岸电系统分为3个部分:岸基供电系统、船舶受电系统和船岸连接系统,其结构示意图及各结构主要设备见图1。


 

2 高压岸电供电系统主要组成单元

2.1 高压变频电源

高压变频电源进出线均采用上海敬道电气GDR系列全绝缘全封闭环网柜。高压柜均为电动操作,进出线单元均选用断路器柜,并配备完善的保护功能;高压柜还设有高压计量单元,可实现远程监控管理电能质量等。高压变频电源将电网电压通过隔离变压器降压后给功率单元(为三相输入、单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构)供电,实现变压变频的高压直接输出,供给高压负载,具有对电网谐波污染小、输入功率因数高及输出波形质量好、谐波小等特点,输出侧设置电源滤波器,可以直接用作高压变频电源。高压柜进出线柜和高压变频滤波装置集成在1个移动式集装箱内。考虑到港口码头的工作环境,集装箱内还装有工业空调、动力箱,其中动力箱电源引自港口市电,接口采用快速插拔连接。高压变频岸电外箱(集装箱式)见图2。


 

2.2 高压岸电箱

高压岸电箱是将岸电变频电源的高压馈线连接到船舶的装置,承担高压供电连接、船岸信号连接的任务。箱内装有高压电缆插座,与船舶连接简单、快捷、可靠,仅需1人即可完成船岸连接操作。该岸电专用插座与插头通过信号接触插芯来实现电气互锁,在实际操作插头插座连接和断开过程中,接触插芯是最晚实现连接,也是最早断开的插芯。在岸电连接插头/插座的信号插芯电路未接通的情况下,安装在岸电连接配电柜内的岸电连接6.6 kV输出断路器及船载变电站低压断路器应不能合闸或在合闸位置自动断开,这样就确保了电气连接的安全。由于接线箱安装在码头前沿,其外形设计紧凑,防护等级为IP56,外箱门板部分采用厚度为5 mm的钢板,其余部分均采用10 mm厚钢板,焊接完成后整体热镀锌处理并表面喷塑,以便适合于港口码头使用。

 

2.3 高压电缆卷筒装置

电缆卷筒装置用于与安装在码头前沿的高压接线箱连接,电缆为特殊定制的含通信传输卷车的专用柔性电缆。电缆装有岸电专用快接插头,与岸边电缆分支箱快速连接。考虑到码头潮位落差变化和海风大浪引起的船舶摇摆,电缆卷筒装置还具备检测电缆张力的功能,并根据张力自动排缆,确保岸电系统在船舶波动起伏情况下仍可以安全供电。[3]

 

2.4 并网控制柜

并网由变频器控制单元实现,并网控制柜是为了解决船舶靠泊和离泊时船电、岸电切换连接过程中信号的联络问题,具体操作流程如下:

(1)船舶靠泊时,严格按照操作规范将电缆连接好,合上船载变电站低压输入断路器,岸上变频器检测到船电信号后自动接通电力电源并自检,自检完成后发送变频器输出断路器合闸命令,检测到合闸后,发“岸电准备就绪”指令。

(2)变频器准备就绪后,向并网控制柜发出“岸电准备就绪”信号,并网控制柜向岸电发出“启动信号”,变频器收到“启动信号”后启动变频器,自动同步至船电。

岸电同步成功后,变频器发出“同步成功”信号到并网控制柜,由并网柜送至船电控制柜,船上发电机组输出断路器分闸信号,同时机组经冷却后停机。

(3)船舶离泊时,先启动船上发电机组,并由船舶并网装置自动同步至岸电,同步成功后合闸。

(4)船上发电机组合闸后,并网控制柜需发出“岸电分闸”指令,变频器收到指令后停止脉冲输出。

(5)断开船载变电站低压输入断路器,严格按操作规范将电缆收好。

 

2.5 变电所电气设备

本工程10 kV电源点取自港口# 1变电所新增高压出线柜,高压柜选用ABB的金属铠装型手车式断路器开关柜,开关柜保护装置选用集监控和保护于一体的微机保护装置,具备完善的电气保护功能。

 

3 方案中重点解决的技术问题

3.1 双频供电问题

将我国港口50 Hz交流电变换成50 Hz和60 Hz两种频率交流电是我国码头船用岸电供电系统必须解决的关键技术,但是,目前国内大多数港口仅仅实现50 Hz至60 Hz单频转换,而50 Hz至50 Hz/60 Hz双频供电技术尚处于起步开发阶段,也是港口船舶岸电供电系统需重点解决的技术问题。[4-5]本设计方案中高压变频装置可以实现双频供电,适用于各种船舶。

 

3.2 稳频、稳压和谐波抑制补偿技术

为保证码头船用岸电供电系统的可靠性和稳定性,应进一步根据码头船用岸电供电系统的变频电源负载情况、周边用电环境,采取动态谐波抑制、补偿措施解决船舶供电系统对码头船用供电系统电网的污染问题。本设计方案中移相变压器的副边绕组采取多重化结构,互相错开一定的电角度,以实现输入谐波抵消的目的,输入功率因数可达到0.96以上,且无需任何功率因数补偿装置。[6]

 

3.3 船电、岸电切换连接技术

船舶靠泊时,在船电、岸电切换连接过程中容易发生岸电电源和船舶自带电源短时并列运行的状况,若此时船舶自带电源不满足并列运行条件,就会造成船电、岸电非同期合闸,容易发生事故。船电、岸电切换连接技术是保证供电安全的必要技术,本方案中的并网技术可以实现岸电、船电安全快捷的无缝切换。

 

4 社会效益与经济效益

《国家应对气候变化规划(2014—2020年)》提出:在有条件的港口积极推进靠港船舶使用岸电,加强港口、码头低碳化改造和运营管理。实施电能替代战略,积极发展港口船舶岸电,对建立以“安全发展、高效发展、清洁发展”为目的的现代能源保障体系,推动生态文明建设具有重大意义,也是整治城市雾霾的有效措施。

 

以太仓武港码头为例,1艘15万吨级散货船靠港期间24 h排放的PM2.5污染物相当于2万辆重型货车1 d的排放量。靠港船舶全部使用岸电后,每年可减CO2排放约980 t,节约燃油约420 t,节省燃油发电成本约100万元,减少硫化物排放约32 t,减少氮氧化物排放约30 t。太仓武港码头的高压岸电工程投入使用后,预计每年可减少CO2等污染物排放约1 000 t,为建设绿色、低碳的智慧港口起到了良好的示范作用。由此可见,推广使用船舶岸电具有良好的社会效益和经济效益。

 

5 结语

目前,我国关于船电和岸电连接接口暂时没有统一的国家标准,各港口均根据自身特点选择供电方式和接口。因此,制定符合我国国情的国家标准,是我国港口岸电供电系统技术研究的基础。实施靠港船舶使用岸电在技术上是可行的,同时具有良好的社会效益和经济效益,因此应进一步开展港船之间的协作,共同进行技术论证,制订相应的技术规范,实现港口供配电和船舶电气之间相互补充衔接,逐步新建或更新大型船舶和港口的岸电电源设施,积极推动国内大型船舶靠泊时使用岸电。

 

参考文献

[1]   JTS 155—2012:码头船舶岸电设施建设技术

      规范[S].

[2]   JT/T 814—2012:港口船舶岸基供电系统技术

      条件[S].

[3]  包起帆,江霞.上海港岸基船用供电系统研究与

      实践[J].水运工程,2010(5):11-16.

[4]  王正甲,谢立新,万芳.高压岸电在散货船上的

      应用研究[J].船舶与海洋工程,2012(4):42-45.

[5]  彭传圣.靠港船舶使用岸电技术的推广应用[J].

      港口装卸,2012(6):1-5.

[6]  吴振飞,叶小松,邢鸣.浅谈船舶岸电关键技术

      [J].建筑电气,2013(6):22-26.