营口港鲅鱼圈港区码头船舶岸电系统的设计

1港口船舶岸电系统简介

目前，国内船舶到港后大多采用船上柴油发电机供电以保证船舶设备运行，船舶柴油发电机会产生大气和噪声污染、系统设备维护量大、发电成本高，不利于可持续发展，港口岸电取代船舶发电机可使港口环境状况得到有效改善。船舶岸电技术起源于欧洲，目前已在美国洛杉矶长滩港、瑞典哥德堡港邮轮码头等多个国外港口码头项目中成功应用，一批欧洲港口正在进行岸电改造。2004年交通部颁布《港口经营管理规定》，大力提倡港口船舶岸电技术改造，2010年以来国内多家单位积极探索和尝试船舶岸电技术，上海外高桥六期码头建成国内首套船舶岸电装置；在交通运输部水运科学研究院和中国船级社鼎力协助下，连云港港与河北远洋集团共同组建的科研项目组成功地对2艘投入“中韩之星”航线运营的船舶进行采用岸基供电的改造；招商局深圳蛇口港集装箱码头成功进行5.0MW的船舶岸电改造。2012-08交通运输部颁布实施《码头船舶岸电设施建设技术规范》（JTS155—2012），为今后我国港口大规模推广岸基供电技术提供了保障。营口港鲅鱼圈港区五港池钢材码头拟建设4个7万t级泊位，根据《码头船舶岸电设施建设技术规范》的相关要求，本工程供电系统设计中新增码头船舶岸电系统。

2港口船舶岸电系统的设计

2.1港口采用船舶岸电系统的意义

在码头设置船舶岸电系统保证船舶靠泊码头后能完全使用岸电电源，可有效保护港区及周边环境；为靠泊码头的船舶提供高效而相对廉价的能源、减少船舶燃油消耗，对降低船舶运营成本提高海运竞争力具有重要作用；市电电源质量稳定，可有效延长船舶用电设备的使用寿命，降低维护成本。现有岸电装置的控制系统采用硬冗余技术，具备较高的可靠性和安全性，系统具有故障报警功能，在监控室可清楚观察设备的故障地点和故障情况。岸电系统各部分通过工业以太网连接，能实现数据共享，通过预留的信息远传接口可使人机界面、信息管理、工业电视和PLC控制等子系统有机融合，高度集成现有的自动化单元，实现生产过程的统一管理和信息资源共享。

2.2港口船舶岸电系统的主要型式

根据岸电系统的上船电压等级可分为高压和低压上船方式，从系统服务的泊位数量上可分为单泊位供电和多泊位供电，典型供电方式包括：单泊位低压上船、单泊位高压上船、多泊位低压上船、多泊位高压上船和混合上船等5种方式。单泊位高压上船方式的供电系统，见图1。

高压上船方式的主要供电设备包括：进线变压器、低压进出线柜、变频电源、出线变压器、出线高压柜和前沿岸电箱等。高压和低压上船设备的主要区别在出线变压器，高压上船系统的出线变压器在升压的同时还起着输出电源滤波和船舶设备隔离的作用，而低压上船系统的变压器没有电压变化的要求，多泊位与单泊位只是供电回路数不同。根据到港船舶的电源定制要求，岸电系统输出侧的主要定制包括：6.0kV、50.0Hz；6.6kV、60.0Hz；0.44kV、50.0Hz和0.48kV、60.0Hz等4种。码头岸电系统容量＜630kVA时可采用低压上船方式，系统容量为630～1600kVA时宜采用高压上船方式，系统容量＞1600kVA时应采用高压上船方式。

2.3港口船舶岸电系统的基本设计原则

1）应根据港口供电系统、码头生产和船舶作业等因素合理确定码头船舶岸电系统的设计方案，船舶岸电系统的数量应与码头建设规模、船型和用电容量相适应，每个泊位应至少布置1套岸电接电装置，既要考虑提高船舶岸电系统的通用性，又要满足系统可靠性、安全性和便利性的要求。

2）应根据船舶类型、吨位、用电设备特性和供电距离等具体情况确定船舶岸电系统的用电负荷，一般可视为二级负荷，并应综合考虑运行安全、电网现状、发展规划、经济和社会效益等因素。根据最大允许停靠船型、吨位和单台辅机发电机的最大容量确定单泊位岸电系统的用电负荷，确定多泊位岸电系统的用电负荷时还应考虑泊位利用率。输入电源一般为50.0Hz，应根据到港船舶用电的定制输出50.0Hz或60.0Hz的电源。

3）高压上船方式的船、陆分界点宜设在岸电接电箱处，船岸连接电缆和卷筒由船方提供；低压上船的船岸连接电缆和卷筒由陆方提供。船、岸供电系统之间设有隔离变压器，在输出侧设有计量装置，多泊位输出时应分别设置计量装置。应根据合理的运行方式和可能的故障类型设计岸电系统的继电保护，满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

4）船舶岸电系统应配备计算机监控，监控系统由人机界面、信息管理、PLC控制、网络通讯、工业电视和现场设备等部分组成，监控系统支持第三方接口，可实现数据共享和存储，具有自诊断和容错功能。

2.4港口船舶岸电系统设计实例

2.4.1负荷计算

本工程单个泊位的主要用电设备为2台功率160kW的压载泵电机，其他设备的功率共280kW，额定最大计算负荷为720kVA，最大冲击负荷为1104kVA。PCS100岸电装置的选用容量为750kVA，过载容量为1125kVA，出线变压器容量为750kVA。4个泊位岸电系统的最大计算负荷为2880kVA，同时系数取0.8，实际运行最大负荷为2304kVA。

2.4.2方案设计

由负荷计算可知单个泊位最大计算负荷为720kVA，宜采用多泊位高压上船方式。根据系统实际运行最大负荷进线变压器容量可取2500kVA，低压总进线柜的计算电流为3007A，可选用3200A的开关。单泊位岸电系统接线原理示意，见图2。

2.4.3船舶岸电系统的主要功能

整个岸电系统由人机界面、信息管理、PLC控制、网络通讯、工业电视和现场设备等6部分组成。人机界面设置相互冗余的2台监控计算机分别作为工程师站和操作员站，现场设1台触摸屏，便于现场工作人员查询、设置和显示有关参数；控制中心工作人员可通过控制室内的监控计算机完成对整个岸电系统的状态监视、信息查询和设备操作。信息管理系统设2台互为冗余的服务器，用于记录岸电系统的各种历史数据，具有数据库管理和网络发布功能。

PLC控制系统为“双机热备”的硬冗余系统，以PLC为核心可完成整个系统部件的信号采集和逻辑运算，负责与船上PLC的通讯、信号的交换和控制，并为服务器提供所有岸电设备的基本数据，执行监控计算机的指令对岸电设备进行并网、切除等操作和控制。网络通讯系统可分为信息网络和设备网络，设备网络可将PLC控制指令传送给现场设备执行，同时将现场设备执行情况和状态反馈给PLC；信息网络汇集了计算机之间和计算机与PLC之间的信息交流，同时进行数据处理和信息管理。工业电视监视系统可方便操作人员及时监视现场设备的运行情况，监控摄像头设于现场和码头前沿插电箱处。供电回路也称现场设备，主要包括：进线变压器、低压总进线柜、低压进出线柜、变频电源、出线变压器、高压出线柜和前沿插电箱等。

3结语

综上所述，船舶岸电系统具有良好的环境效益和发展前景，对促进我国低碳交通的发展具有重要意义，目前国内大多数港口已基本具备实施岸基供电的条件，船舶岸电系统的技术方案也渐趋成熟，要通过进一步开展港船协作，实现港口岸电供电系统和船舶电气的相互衔接，推动国内岸电技术进入崭新的发展阶段。