关于上海明东六期码头船用岸电供电系统的探析

邓箐

【摘 要】近年来环境问题越来越引起全社会的广泛注意，全球十大港口，我国占据七席，吞吐量约占全球四分之一，船舶和港口污染严重影响空气质量和居民健康，发展绿色岸电是实现我国航运和港口城市绿色发展的有效途径。

【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.

【關键词】码头；岸电；绿色

【Keywords】 wharf； shore power； green

【中图分类号】TM76 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0155-02

1 引言

本文以节能降耗、创建节约型企业为背景，对国内外码头船供电系统进行综合分析及比较，并建设性地提出公司外六期码头船供电系统可行性方案。

2 船用岸电技术概况

国内和国际港航界的专业人士普遍都对船用岸电技术表现出浓厚的兴趣。以往，通常停泊在码头上的船只会采用自带辅助电机对其自身进行供电工作，而现在则更多地采用电源供电的模式。在操作的过程中，我们可以把船接电箱和岸电箱进行连接，从而获得其泵组、通风、照明、通讯和其他设施所需电力。岸电的普及对于减少港口城市和周边城市的大气污染和噪音污染有很大的作用[1]。

我国的船舶岸电主要有低压岸电和高压岸电联合组成。高压岸电是通过从高到低再到高（或高到高）的方式进行供电的。国内使用的供电电网频率为50Hz，而国际上普遍采用60Hz频率的电源进行供电。所以各国在供岸电时要根据不同情况，输出不同电源类型供相适应的船舶使用。

3 国内外船用岸电技术的区别

目前国外已有的岸电供电频率分两种：一种如美国，60Hz港口供电电网向60Hz船舶电网直接供电，欧洲采用的是50Hz的港口供电电网，它可以直接对船舶进行供电。但是由于国外船舶电网的频率通常在60Hz左右，与我国电网50Hz的频率并不一致，所以现下急切需要研发适合我国岸电发展的变频技术。目前，国内船舶直接采用岸电供电没有技术困难，同时国内已经有一部分港口把岸电供电频率通过变频装置转换成了60Hz，这样也极大地方便了国外船舶的使用。这样未来我国有望建立国内和国际的双频交流电系统[2]。

4 内外船用岸电技术的发展以及相关应用

上海港不仅是我国的第一大港，也是世界第一大港。作为生产业务非常忙碌的港口，面对各式各样的船舶，由于它们使用的频率和电压都会有所不同，这对整个岸电供电系统工程包括施工、装配都提出了新的要求。而很多情况下，我们既不能够对原有供电设施进行较大的变动，又不宜采用“浮船”的供电方式进行供电[3]。

以上海港外二期码头岸电使用情况来分析：岸电变频的输入功率为10kV/50Hz，输出的电压在450V左右。根据国内和国外使用的惯例，输出的电压频率分别为50Hz或60Hz。变频、变压装置安装在一个可以移动的集装箱里面，然后可以根据码头前沿场地要求选择性地放置在岸边。

①输入侧：10kV高压电箱至变压变频装置用一根30米带有快速接头的高压电力电缆相连接。

②变压变频过程：第一步：利用降压变压器把输入10kV电压降压至720V；接着由变频器将50Hz变频为60Hz（可选不变）；最后电压从660V降压至船用电压450V左右。

③输出侧：考虑到电流较大，准备9根低压电缆将变压变频装置集装箱与电缆卷筒连接。电缆卷筒装置由3个低压卷筒带9根电缆组成。最终输出至船上。

5 船用岸电关键技术和发展趋势

船用岸电采用变频器作为变频电源的核心部件，因其非线性引起的高次谐波，输出波均需整流。消除高次谐波是岸电技术领域的关键环节，谐波会给电源本身的质量造成非常不好的影响，从而让整个电源都没有办法很好地进行工作，长此以往会影响设备的使用寿命。因此，在操作的过程中，我们要运用相应的手段消除谐波影响，只有这样才能够让整个电源输出的过程变得更稳定和更可靠。

具体措施大多采用变频器加上LC电路的方式：变频电源—预处理电感—逆变变压器—滤波器。

①现行的专业技术条件下，通过对变频电源的加工来实现三相电源的操作，最终变为具有60Hz频率的SPWM波段。接入交流限流电抗器，选用通用电抗器，目的是为了更好地对变频器内部产生的扰动进行抑制，在这个预处理过程中要注意对波形进行校正和调试，滤去变频器逆变过程中释放出的高次谐波。

②再输入到预输出EMI滤波器，该滤波器是由电感、电容构成低通元件，该无源滤波器工作原理及作用是将输入电源通过补偿、调压后成为几乎纯的正弦波。

③由于LC滤波器只能滤除某范围内的谐波，通常我们采用12脉冲整流的模式，把11次及以下谐波电流整体消除掉，完成整流变频的功能。

④ 逆变变压器是专门为逆变技术而设计匹配的，具有变压和电感双重功能的一种新技术变压器。

现实中众多船舶上用电设备的负荷性能都非常复杂，包括内部输出方式、输出电压、稳定性和谐波频率等细节，我们都要注意。而在实际操作中，输出电压谐波的频率往往不能够很好地满足岸电使用的标准。为了让我们在使用的过程中能够更好地满足电源输出的相关要求，可以采用另一种变频装置（即高压变频）。

高压岸电系统是目前运用的比较广泛的岸电系统，它表示着岸电输出电源电压超过6.6kV电压等级的电源系统。与低压电系统相比，高压电系统有着无可比拟的优势。第一，它可以通过使用较少数量的电缆来连接船舶。第二，高压电系统能够快速地实现船舶和岸电系统整体的连接过程。第三，高压岸电系统能够较好地满足大功率船舶的使用要求。

6 明东外六期码头高/低压船供电方案建议和存在难点

外六期码头全长1008m，布置有17个10kV/2000kVA高压接电箱，设计预留有3个高压船供电接电箱。根据设计同时结合实际情况和未来高压船舶的增加，以及高压岸电接入工艺相对低压较为简单，提出了高/低压的供电方案供参考论证。

高/低压方案与低压方案比较修改的内容：

①变压器换成抽头变压器，可输出460V和6.6kV。

②输出开关柜调整为高压和低压两路输出。

③增加两个快速接头的插座。

船供电实际使用中的难点和解决方案：

① 难点： 岸电电源系统还需要考虑船岸电源切换。船电与岸电进行并联时，不停止船上的发电机，做到岸电、船电不间断的无缝切换。

方案：为了實现无缝切换，必须装配一个自动并车装置。自动并车系统能够检测船舶电源和岸电电源的频率、相位、电压等信号，同时必须满足以下4个条件：待并网船舶发电机的电力相序须与岸电电源的相序保持一致；待并网船舶发电机电压与岸电电源的电压幅值相等；待并网船舶发电机频率与岸电电源的频率相等；待并网船舶发电机相角与岸电电源的相角一致。在实际使用中，除了相序一致是绝对条件外，其他条件都是相对的，即小于某一个设定值，从而使合闸冲击电流处于系统可以承受的范围。

②待解决问题：为了使停靠港船舶连接岸电时满足快速、安全、稳定的技术需求。接地方式及继电保护配置还未形成统一的技术标准，需进一步开展此关键技术研究，促进实现岸电技术的国产化、规模化应用。

7 结语

综上所述，港口船供电项目具有良好的减排效果，可以大大缓解船舶在港期间对港区、上海市区大气环境的影响，有效改善区域环境，保护港口的碧海蓝天，将上海港打造成为名副其实的世界一流国际航运中心。

【参考文献】

【1】俞晓.到港船舶使用岸电的环境效益和经济效益研究[D].上海：复旦大学， 2013.

【2】殷佩海.船舶防污染技术[M].大连：大连海事大学出版社，2000.

【3】周振南.船舶连接岸电系统简介[J].船舶设计通讯， 2007（02）：25.