电厂码头岸电系统改造研究

电厂码头岸电系统改造研究

雷骏

(福建省鸿山热电有限责任公司福建石狮362712)

摘要：为了能够有效的保护港口环境，岸电电源系统在国内各大港口得以快速推广应用。本文介绍了岸电电源的产生和发展，对码头岸电系统改造要点进行分析研究，为其他港口岸电改造提供参考。

关键词：电厂；码头；岸电；改造

前言

最近几年，岸电技术被更广泛的应用到我国航运业。《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》规定推广靠港船舶使用岸电，鼓励新建码头和船舶配套建设靠港船舶使用岸电的设备设施，鼓励既有码头开展靠港船舶使用岸电技术改造，以及船舶使用岸电的技术改造。预计未来船舶接入岸电将迎来迅速增长。为满足国内日益发展的港口船舶接入岸电需求，提升供电公司对船舶港口的服务水平，供电公司需超前分析岸电接入对供电公司运营管理的影响，并谋划相应的应对策略。

1岸电介绍

1.1产生背景

岸电供电技术是指船舶靠港期间，停用船舶上的发电机，由码头的岸电通过电缆对船上的电气设备供电。由于我国电网采用的频率和电压分别50Hz和380V，而大部分船舶供电采用的是60Hz频率和440V电压，如果直接将50Hz的电源接入船舶设备，会使设备效率下降，部分设备不能正常工作。过去修造船业供电方式是由三相电动机带动440V/60Hz发电机向船上供电，这种方式噪声大、效率低，突加重负载时输出电压动态特性差，频率不稳定。船用静止式岸电电源应运而生，克服了发电机供电的缺点，在国内各大港口和修造船企业广泛应用。

1.2制约岸电接入发展的因素

一是缺少强有力的政策支持。政府相关部门还未能密切配合，综合运用经济、技术和必要的行政手段，利用市场机制，调动企业的积极性。二是岸电系统涉及范围较广，既包括众多的港口，还有许多的船东，保证从港口到船舶的全面改装较困难。三是岸电系统的投资较大。增加岸电技术设备和船舶改造会给港口和航运公司带来较大投资，导致港口方和航运公司的积极性不高。四是岸电系统缺乏相应的国家标准或标准不一致。由于不同国家和地区的供电电压和频率不同，不同类型、不同吨级的船舶对供电电压、频率和容量的需求也不尽相同，目前国内已建成的船用岸电设施一般只能为某些特定的船公司或特定航线的船舶提供服务，缺乏通用性。

2国内的政策法规和技术规范

国内主要由交通运输部制定颁布各项实施方案或指导意见，要求各港口码头建设船舶岸电设施，规范靠港船舶使用岸电设备，为岸电的应用推广打下了坚实的基础。出台的主要文件包括《船舶与港口污染防治专项行动实施方案(2015—2020年)》《绿色港口等级评价标准(JTS/T105-4-2013)》《码头船舶岸电设施建设技术规范(JTS155—2012)》《港口船舶岸基供电系统技术条件JT/T814—2012》《港口船舶岸基供电系统操作技术规程JT/T815—2012》《建设低碳交通运输体系指导意见》《公路水路交通运输节能减排“十二五”规划》和《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》。各省市为缓解港口城市污染，也制订了相关工作计划，主要有江苏省的《江苏省2015年大气污染防治工作计划》和上海市的《上海港靠泊国际航行船舶岸基供电试点工作方案》。此外，为保障岸电设施的可靠性，中国船级社还制定了岸电验收规范《船舶高压岸电系统检验指南》，以确保我国岸电工程符合国际质量标准。

3岸电系统组成

船舶岸电系统主要由岸上电源部分、岸-船连接部分和船舶受电部分组成，岸上电源部分将变电站的电力根据受电船舶电力系统要求进行电压等级和频率变换，输送到码头、泊位的连接点或接电箱。根据岸上电源系统输出电压等级的不同，将岸电分为高压岸电和低压岸电。高压岸电指岸电电源输出6．6kV，11kV或者更高的岸电电压，适用于用电负荷较大的大型船舶;低压岸电指岸电电源输出440V，400V或者更低的岸电电压，适用于用电负荷较小的船舶。岸-船连接部分是连接岸上接电箱和船上受电装置的电缆和设备的统称，安装于岸基、驳船或船上，一般设置有电缆管理系统，以便于电缆的快速连接和储存。

4岸电系统涉及到的技术难点

(1)高功率电力电子变频技术。从国外岸电应用现状可以看出，国外已有岸电系统大多采用电网向船舶直接供电的方式，涉及到变频技术的案例不多。我国电力频率为50Hz，为向国外60Hz的船舶供电，需要开发高压大功率变频器。目前，市场上小功率通用变频器技术比较成熟，但适用于港口或海洋环境的兆瓦级高压船用变频器仍然存在系统拓扑结构、系统控制、散热、电磁兼容、谐波治理等技术难题。

(2)岸电电源电压稳定。岸电电源容量相对较小，而船上负载大多为感性负载，当船舶使用岸电时，负载的变化会导致岸电电压发生波动。当电压偏离额定值较大时，会导致船上电气设备运行效率降低甚至损坏。因此，岸电变频器必须具备电压自动调节功能，维持输出电压稳定以满足船舶供电标准。

5岸电改造方案

5.1电源引接

供电电压采用市电10kV供电，双电源供电。10kV侧采用单母线接线，进线采用负荷开关，出线采用负荷开关加熔断器保护。采用箱变低压侧设计量的方式10kV箱变共两座，每座低压均设四路出线开关，两用两备，一路电源引至改造后的配电间低压进线柜，另一路电源引至消防泵房。0.4kV侧采用单母线接线方式。设置四面低压柜。低压柜采用单排布置，同时设置一面电源进线双电源投切柜，用以实现两路箱变不同进线电源间实现自动切换。设置一面柴油发电机进线双电源投切柜，用以实现箱变进线电源和柴油发电机电源间自动切换。设置低压出线柜两面，满足至各用电部分的低压出线。正常运行时两路箱变电源只投入一路，另一路做为热备用。当正常供电线路出线不能供电时，自动切换另一路箱变电源供电。当两路箱变电源均无法供电时，自动切换至柴油发电机电源供电。

5.2岸电系统配置的差异

沿江、沿海码头已有条件不尽相同，岸电系统的配置很难一致。但系统安全性能是工程设计时首要考虑的因素，不能低于现行标准、规范的要求。对于油气等危化品码头，还应考虑防爆、防静电等特殊要求。辅助设备、设施的选配应满足岸船两侧需求，便于接电操作。对于电缆输送装置这类新设备，暂无参照标准，建议参考港口机械行业等标准设计制造。设计时，必须考虑到用电安全、电缆张力、设备抗风及船舶高度变化等因素。低压岸电系统通用电缆接插头（座）、上船电缆及低压不断电切换操作等技术标准、规范应尽快出台并推行，以供不同等级的码头岸电项目参照使用。

5.3逆功率的处理

一种是采用在功率单元或功率模块（低压）的交-直-交变换电路的直流回路中加装能量消耗电阻的方式吸收逆功率能量；另一种是将变频电源的整流回路设计成四象限方式，将逆功率能量反馈到电网中。这2种方式在处理逆功率时存在一定的问题。前者虽然能吸收部分逆功率能量，但在逆功率能量超过一定限值时，其后果往往会造成系统逆功率保护动作，同时产生的大量逆功率能量聚集在岸电电站内，造成电站的环境温度急剧上升，对设备寿命会产生一定影响。后者虽能将大量的逆功率能量反馈到电网，但根据供用电规程规定，该方法存在安全隐患，对电网的安全性有一定影响，不符合供用电规程的规定，同时在逆功率能量超过一定限值时，同样也会造成系统的逆功率保护动作。因此，亟需一种更为科学的逆功率处理方法。

总结

在此背景下，推广使用岸电技术成为港口城市大气防污染的重要和有效手段。本文对船舶岸电系统的组成、基本原理、电源配置、技术规范等进行了总结，以期为岸电系统的应用起到积极的推广和推动作用。

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