船舶岸电系统组成及其特点

船舶岸电系统组成及其特点

荆伟，唐昊

青岛北海造船有限责任公司   山东青岛

摘要：船舶岸电系统的推广和应用对于节能减排、保护生态环境、提高经济效益具有重要意义。文中介绍了船舶岸电系统设计应当遵循的原则，并着重分析了船舶岸电系统的结构组成。

关键词：船舶；岸电；组成

0引言

港口船舶岸电系统对于提高能源利用率、降低区域环境污染、节约船舶用电成本具有重大意义。港口具有船舶过度集中的特点，当船舶靠港后，利用辅机发电系统为船舶供电的传统方式势必会对港口区域环境造成巨大污染，不符合我国可持续发展战略、促进社会经济与环境协调发展方针。船舶岸电系统的推广和应用对于节能减排、保护生态环境、提高经济效益具有重要意义。根据岸电/船舶供电电压的不同，国际上常见的岸电供电方式可分为：低压岸电-低压船舶、高压岸电-低压船舶、高压岸电-高压船舶三种供电形式。

1船舶岸电系统设计遵循的原则

1）岸电系统设计要满足船舶用电需求，遵循节能减排、环保高效、可靠安全的原则。

2）遵循适用性、先进性、前瞻性和全面性的设计理念，结合国内港口及船舶电力系统的实际情况，借鉴国内外成熟的岸电技术经验，给出科学合理的设计方案。

3）有关岸电系统供电质量衡量标准的电压波动、电压不平衡度、闪变、谐波和电压偏差等指标应符合相关技术标准。

4）岸电系统在投入、退出时均要具备高度的稳定性、可靠性、少维护性及可用性。

5）船舶岸电系统能够实现上述要求的同时还应符合资本投入合理的原则。

2船舶岸电系统结构组成

常见的船舶岸电系统结构组成均包括岸基电源系统、船舶受电设备及岸船接口装置三部分。其中岸基电源系统主要设备有变压器、变频器（不同的电制情况下）、电源输出开关设备、码头进线开关设备等；船上受电设备由同步屏装置、岸电进线屏、配套主配电屏组成；岸船接口装置由岸基插座箱体、船基插头接口和电缆收放机构组成。本文以岸上固定式高压变频供电方式，输入电源采用10kV/50Hz，输出为6.6kV/60Hz-6.0kV/50Hz，容量2000kVA。技术方案：陆上变电站10kV/50Hz母线→馈电柜（10kV）→变压变频装置→高压接电箱→电缆绞车→船载变压器→船载并网柜，如图1。

图1 岸电系统结构示意图

2.1主要性能指标

岸电系统的主要技术指标见表1。

表1 岸电系统主要技术指标

2.2 10kV馈电柜

船舶岸电电流的输入端采用10kV馈电柜。10kV馈电柜的设置需充分考虑所在港口变电所是否有预留容量，当预留容量满足时，可从变电所Ⅰ段或Ⅱ段馈电柜直接取用，若港口变电所预留容量不足时，就需要采取扩容措施。

2.3 变压变频装置

虽然我国采用的是50Hz的交流电供电标准，但港口到来的船舶来自世界不同的地区和国家，而很多国家或地区采用了60Hz的交流电电制。因此，为了满足不同电制的船舶，为所有进港船舶提供符合标准的电源，新建或改建的岸电电源需通过变频技术提供50Hz或者60Hz电源。

变压变频装置电源电路分为功率变换主电路及控制电路两部分。其中，功率变换主电路整流逆变采用交直交形式，主要组成部件包括变压器、逆变器、直流滤波器、交流滤波器、整流器等。交流-直流整流采用桥式二极管结构，再由交流接触器软启至整流器，通过电容滤波后得到比较稳定的输出电源。逆变器软开关器件采用IGBT模块，逆变器控制部分选用SPWM法，将较为平稳的直流转换成基波频率为港口岸电输出电源所需频率的脉宽调制电流，然后通过LC滤波电路对逆变器输出端的脉宽调制电流进行滤波，从而得到所需频率的正弦波交流电源。抗干扰滤波器分别安装于电源的输入端及输出端，目的在于提高系统的电磁兼容性。

图2 整流逆变原理图

2.4电缆

岸电系统电缆包括低压电缆、高压电缆和控制电缆。高压电缆采用三相绝缘防水软电缆，电流及电压等级需满足设计规模配套需求。控制电缆和低压电缆根据变频器需求作配套。

2.5 高压接线箱

本例中高压接线箱电源电压为6.6kV/60Hz-6.0kV/50Hz，采用闭式结构，符合ISO/IEC双重标准，特点如下：

1）采用带有锁销的插接件，防止因震动发生松动、脱落；

2）箱体采用镀锌铝镁钢板，并采取良好密封设计，以防湿气、盐雾等造成腐蚀；

3）与船舶、电源分别设置有安全联锁；

4）为防带电插拔误操作，接线箱设计有机械安全联锁。

2.6电缆绞车

船舶岸电电缆绞车系统由驱动单元、主轴筒、卷盘、中间减速箱、集电系统、控制器、卷筒附件等7部分组成。能够实现自动收放电缆，具有结构合理、使用方便特点，是岸电系统不可或缺的配套设备。

2.7船载变压器

船载变压器由变压器及断路器等配套设施组成，作用是将岸上6.6kV/60Hz-6.0kV/50Hz高压电变换为适合不同船舶电源标准的450V/400V低压电。

2.8并网拒

岸上电网与船舶电力系统的并车包括：船舶与岸电接通后，对船舶电力系统的电压、相位、频率进行调整并达到岸电电源状态，从而实现并网，并关闭船舶供电系统；当断开岸电时，需开启船舶供电系统，调速电压、相位、频率与岸电一致后实现与岸电电源的并网，并关闭岸电电源。

并网柜的主要作用是实现船舶配电系统与岸电的连接或断开，其主要部件为主断路器。

3结语

除此之外，船舶岸电系统结构的组成还包括监视系统、智能化管理系统，这里不再详细阐述。船舶岸电系统对于提高能源利用率、降低区域环境污染、节约船舶用电成本具有重大意义，已被纳入绿色港口重点建设规划。但船舶岸电技术在国内属于新兴技术，依然存在许多有待提升的方面。

参考文献：

[1]周虹伯.船舶岸电系统技术研究[J].仪表技术,2018（1）：1-5,40.

[2]屈东升.岸电高压上船系统中的变频电源选型分析[J].港口装卸,2019(2):37-39.