王飞

（上海振华重工（集团）股份有限公司船机与基建设备管理部，上海 200125）

当前，靠港船舶通常利用船舶上的辅机发电，以满足船上正常运行的电力需求。但是，船舶辅机为燃油发电机，在消耗燃油的过程中，会排放出氮氧化物、硫氧化物等空气污染物，影响港口及所在城市的环境质量。《长江保护法》作为国家第一部内河保护法，于2021年3月1日起正式实施，该法指出，船舶燃油机排放引起的大气污染防治是其中一项重点工作，各港口企业须积极推进船舶靠港后接岸电。目前，一些公共/公用码头，包含客运、集装箱码头等（以下简称常规码头），已经有一套成熟的解决方案，但是，针对生产性码头泊位，以本公司为例，还不能实现船舶即靠即用岸电的功能。而针对生产性驳岸码头，码头泊位不仅需停靠船舶，其更重要的功能是满足大型起重设备的总装、调试和发运工作，所以给船舶供电的岸电电源和插座箱位置不能干涉码头原有设施，需考虑更灵活并可靠的供电方式。

1 码头船舶岸电设备的改造设计原则

常规码头泊位的岸电技术通常是对原有的厂区电力系统增容扩容、增加中压开关柜、变频岸电电源及码头岸边插座电源箱等设备，包括新增一些供电线路及通信线路等，在船舶靠港时能够“即插即用”，此技术得到广泛应用。

而针对生产性码头泊位，其船舶岸电设备改造除了应满足供电连续性、可靠性、安全性和经济性的要求外，还应满足如下要求：

（1）船舶靠港时“即插即用”。

（2）岸电电源的容量达到1000kVA及以上，频率50/60Hz±0.2Hz，电压10kV/6.6kV或380V/440V等。

（3）岸电插座箱配备两个插座口，并有相关联锁保护或急停功能。

（4）船舶岸电和原有起重设备调试供电电源的兼容性。

2 常规码头泊位的岸电系统

2.1 高压上船

高压上船模式是将码头电网10kV/50Hz高压电源通过高压变频装置，转换为6.kV/11kV或者以上的岸电电源系统，接入船载系统供船上设备使用。高压大容量岸电系统适用于沿海大型港口码头以及沿海沿江中心港口码头。对于大型船舶来说，船上各种类用电设备负荷很大，往往采用中高压供电。

2.2 低压上船

低压上船模式主要是指码头电网10kV/50Hz高压电源转换为输出电压为440/400V的岸电电源系统，接入船载系统供船上设备使用。通常为用电负荷较小的船舶所采用。

3 生产性码头泊位的特点及船舶岸电设备的设计及配置

3.1 生产性码头泊位的特点

以振华重工长兴基地的码头泊位为例，其单个码头前沿需放置10台左右集装箱起重机（岸桥）。岸桥的各部件总装、调试和最终发运都在码头上进行。

靠泊的船舶为50000t级的远洋甲板运输船，其靠泊时整船的用电负荷最高达800kW左右。岸桥通过滚装上船的方式装载至运输船甲板上，再经绑扎后发往世界各地各港口码头。因此，码头前沿不允许安装有固定式的插座箱或岸电电源等设备，否则，在岸桥滚装上船时都将形成干涉，无法给船舶供电使用。

此外，岸桥在码头上需使用10kV/50Hz的电源进行调试使用，从陆域变电所至每个码头有4～5路10kV供电电缆，无“紧停”功能的通讯线路。

3.2 具体设计及配置

（1）为不影响岸桥调试，需在原有10kV变电所增加一根10kV电缆至码头前沿高压电缆坑，电缆型号为：YJV22-8.7/10kV-3×95mm2，长度要求200～400m。

（2）在10kV变电所旁增加一套10kV/6.6kV的50Hz转化为60Hz的变频岸电电源，容量1MVA。变频岸电电源底部设转运平车，可移动至其他码头泊位使用。

（3）在10kV变电所内增加一套KYN28A型中置式10kV开关柜，给变频岸电电源提供电力。

（4）变频岸电电源经转换频率和电压后，输出6.6kV电源经原有10kV电缆（包括新增的一路）选择其一供至码头高压电缆坑（接近船舶电缆卷筒处）。

（5）需在码头前沿增设可移动式的岸电插座箱，船舶侧电缆直接插入岸电接线箱后即可为船舶供电使用。

（6）变频岸电电源的输入和输出及岸电接线箱的输入输出都采用即插即用专用插座，带有连锁保护功能，防止带电插拔。插头插座型号规格满足IEC80005-1、IEC62613-1等国际标准。

4 技术关键点及其应用

4.1 大容量高压岸电变频电源

4.1.1 项目概况

岸电系统容量为1000kVA，用于振华重工长兴基地船舶靠泊供电，变频电源为可移动式，当确定船舶停靠泊位后，移动变频电源至相应泊位为船舶供电。整个岸电系统要求具备6.6kV60Hz三相三线制船舶用电输出，输入输出电源满足IEEE519-1992和GBT14549-93标准相关电能质量要求。

4.1.2 设备技术要求

（1）系统容量要求≥1000kVA，数量为一套。

（2）岸基电源要求为IGBT整流，四象限结构结构，且具有全容量能量回馈功能。

（3）整套岸电系统输出能够符合IEEE519-1992及中国供电部门对电压失真和电流失真最严格的要求；输出电压波形总谐波失真度：输入电流畸变THDi＜5%，输出电压谐波THDu＜5%。

（4）岸电电源功率模块 IGBT选用英飞凌或富士。

（5）过载能力：120%的额定输出电流时可正常运行1分钟；150%额定输出电流时可运行3s；200%及以上输出电流时速断保护。

（6）工作稳定性：输出电压在稳态时，0～100%负载变化时，输出电压稳压率：静态≤2%，动态≤10%；输出频率60Hz，0～100%负载变化时，输出频率变化率≤0.1%。

4.1.3 设备技术特点

（1）岸电电源在与船舶电源连接时，可以在并网及解列过程中保证船舶不断电，实现无缝切换，可选择由船侧或电源侧实现负载转移及同步并网。

（2）岸电电源能在各种性质的负载下输出稳定的电压和频率，包括电容性、电感性、混合型负载。

（3）岸电电源具备智能逆功率控制技术，用四象限方案或软件控制完全抑制逆功率的产生。

（4）岸电电源具备三相电压不平衡自适应能力,容许三相不平衡运行。岸电电源的不平衡度需要满足船用岸电相关标准。

（5）岸电电源具备黑匣子功能，当岸电电源出现故障时，能够记录变频电源故障前后的数据，实现故障可追溯。

（6）岸电电源可以在运行时微调输出电压。

4.2 移动式岸电插座箱

4.2.1 设备概况和主要特点

该设备主要在生产性码头泊位上供船舶接岸电使用，满足船舶“即插即用”的功能，并有一系列保护和连锁功能。不固定安装在码头前沿，所以可以避让开在“桥吊”滚装上船舶时铺设轨道的位置，不影响生产性码头的正常作业。

插座箱自带断路器，满足中国船级社规范《船舶岸电岸上供电设施检验指南》：船舶在紧急情况时，要求岸上电源紧急切断。且不需要通过岸电变频电源输出断路器做切断动作，因此，也就不需要更换原有无通信功能的普通高压电缆，节省整体项目的投资。

4.2.2 设备技术要求

本设备为船舶使用的岸电插座箱，底部安装万向脚轮和简易平板拖车，可方便移动使用。

总体尺寸控制在2000×1000×1500mm。插座箱额定电压6.6kV，防护等级达到IP66，选用一体化固封式真空断路器，操作电压AC220V，并配UPS-1000W不间断电源一台用于操作。开关柜进出线方式为下进线、两只6.6kV快速插座出线。

插座箱有电情况下不允许打开柜门和插拔插头，有相应的保护连锁装置。真空断路器可手动分合闸，同时，可接收船舶侧的紧急跳闸指令，船舶遇紧急情况可让该断路器立即分闸。

4.2.3 两种插座箱的对比（见表1）

表1 两种插座箱的相关特点对比表

5 结语

随着国家对环境保护问题越来越重视，不管是常规营运码头还是生产性码头泊位，今后需做到岸电设备配备的全覆盖。通过实践证明，以大容量高压变频岸电设备+移动式岸电插座箱的组合供电方式，可解决生产性码头泊位为靠港船舶的供电技术难题，同时，也可引用至其他非常规码头对船舶的供电方式，提出了多元化的解决方案。