散货码头岸基供电系统的设计要点

２０１８年６月

Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

水运工程

Ｎｏ􀆰６　ＳｅｒｉａｌＮｏ􀆰５４３

Ｊｕｎ􀆰２０１８

散货码头岸基供电系统的设计要点

秦　飞ꎬ姚建新ꎬ刘　纯ꎬ杨海宏

(中交第三航务工程勘察设计院有限公司ꎬ上海２０００３２)

摘要:在国家宏观的扶持下ꎬ各港区上马了一批散货码头岸电示范项目ꎬ但在系统配置上与国家和国际岸电相关标准要求略有不同ꎮ针对这一情况ꎬ研究相关的规范与标准如何与工程设计密切结合ꎬ通过对岸电低压上船连接方式和高压上船连接方式、单泊位和多泊位配电方式进行比较ꎬ归纳不同供电方式下的优缺点ꎬ提出符合现行标准的解决方案ꎮ各码头可根据泊位的情况、靠泊船型资料ꎬ采用推荐的供电方案ꎬ实现经济性与可靠性相协调ꎮ

关键词:散货码头ꎻ岸基供电系统ꎻ低压上船连接ꎻ高压上船连接ꎻ接插件ꎻ变频电源ꎻ可靠性中图分类号:Ｕ６５３􀆰９５ꎻＵ６５６􀆰１

文献标志码:Ａ

文章编号:１００２￣４９７２(２０１８)０６￣００２２￣０５

Ｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｍａｒｉｎｅｐｏｗｅｒｄｅｓｉｇｎｆｏｒｂｕｌｋｗｈａｒｆ

Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｏｆｎａｔｉｏｎａｌｐｏｌｉｃｙ ｓｏｍｅＡＭＰｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｓｆｏｒｂｕｌｋｗｈａｒｆａｒｅｌａｕｎｃｈｅｄ

ＣＣＣＣＴｈｉｒｄＨａｒｂｏｒＣｏｎｓｕｌｔａｎｔｓＣｏ. Ｌｔｄ. Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３２ Ｃｈｉｎａ

ＱＩＮＦｅｉ ＹＡＯＪｉａｎ￣ｘｉｎ ＬＩＵＣｈｕｎ ＹＡＮＧＨａｉ￣ｈｏｎｇ

ｂｙｅａｃｈｔｅｒｍｉｎａｌｗｈｉｌｅｔｈｅｓｅｐｒｏｊｅｃｔｓａｒｅａｌｉｔｔｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＪＴａｎｄＩＥＣｓｔａｎｄａｒｄｓ.ＩｎａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇＬＶＳＣｗｉｔｈＨＶＳＣｓｙｓｔｅｍｓ ｓｉｎｇｌｅｂｅｒｔｈｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｂｅｒｔｈｓ ａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｒｏｗｎｓｐｅｃｉｆｉｃｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓｉｎｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ.

ｏｒｄｅｒｔｏｂｅｃｌｏｓｅｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎ ｗｅｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｃｏｄｅｓａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈａｔｍｅｅｔｓｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｔｅｒｍｉｎａｌｓｓｈｏｕｌｄａｐｐｌｙａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｂｕｌｋｗｈａｒｆ ＡＭＰ ＬＶＳＣ ＨＶＳＣ ｐｌｕｇｓａｎｄｓｈｉｐｃｏｕｐｌｅｒｓ ＶＦｐｏｗｅｒ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ

这些码头船舶岸电示范项目ꎬ大部分是国家电网公司或港口运营公司与变频电源生产厂商合作建设的ꎬ在系统配置上与现行的交通部或ＩＥＣ岸电相关标准存有一些差异ꎮ依托某岸电工程和ＥＰＣ项目ꎬ针对船舶岸基供电系统在各类型散货码头中的应用进行深入研究ꎬ提炼出基于ＩＥＣ标准和国内规范的岸基供电系统的设计要点ꎬ从岸电的上船连接方式及系统的配电方式等方面进行详细阐述ꎮ

１　岸电上船的连接方式

单艘船舶靠泊时使用岸电的最大容量是根据单台辅机容量设计的ꎻ相对于集装箱船舶和邮轮ꎬ

　　随着港口和船舶活动造成的空气污染越来越同时交通运输部已颁布了«船舶与港口污染防治专项行动实施方案(２０１５—２０２０年)»ꎬ大力推动靠

受关注ꎬ目前国内都在努力建设和发展绿色港口ꎬ

港船舶使用岸电ꎮ在此背景下ꎬ国内集装箱码头、邮轮码头、散货码头完成或正在建设一系列的码头船舶岸电示范项目ꎻ其中散货码头方面ꎬ譬如青岛港董家口４０万ｔ矿石码头船舶岸电项目、宁波－舟山港穿山港区散货岸基船舶供电系统、神华粤电珠海港煤炭码头２ＭＶＡ船舶岸基供电系统、神华黄骅港煤炭码头１０３号泊位港口岸电建设项目等ꎬ都取得了良好的试验效果ꎬ为散货码头岸电系统的推广积累了宝贵的经验ꎮ

收稿日期:２０１７￣１１￣１５

作者简介:秦飞(１９８０—)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ从事港口工程的电气设计ꎮ

　第６期秦飞ꎬ等:散货码头岸基供电系统的设计要点􀅰２３􀅰

体积同样庞大的干散货船舶辅机容量却没有那样大ꎬ其岸电上船的连接方式根据供电容量以及船侧接电装置的情况分为低压上船和高压上船两种ꎮ

根据«码头船舶岸电设施建设技术规范» １ 附录Ａꎬ干散货船舶辅机的电压一般为４００Ｖ∕５０Ｈｚ或４５０Ｖ∕６０Ｈｚꎬ功率范围在９０~９００ｋＷꎮ

的８０％ꎮ所以对于低压上船方式建议按表２选择供电容量ꎬ可以改善供电的可靠性ꎮ１􀆰２　高压上船连接方式的基本数据

借鉴现行国际标准ＩＥＣ８０００５￣１—２０１２ ３ 附录Ｄ集装箱船舶岸电系统要求ꎬ干散货船舶岸电上船电压等级可选取６􀆰６ｋＶ∕６０Ｈｚꎮ根据现行国际如何合理确定岸电上船的连接方式是设计难题ꎬ低压和高压两种方式各有其技术特点和适用范围ꎮ

１􀆰１　低压上船连接方式的基本数据

根据现行国际标准ＩＥＣ∕ＰＡＳ８０００５￣３—２０１４ ２

附录Ｂ有关内容ꎬ低压上船的接插件采用额定绝缘电压等级为６９０Ｖꎬ额定电流为３５０Ａꎮ按照岸侧向船舶供电容量来确定岸侧供电回路的数量ꎬ在该标准附录Ｂ中有具体要求ꎬ见表１ꎮ

表１　负载容量和电压等级结合下的供电回路数量

负载回路数量∕个

容量∕ｋＶＡ２５０４００５００２Ｖ４５０１Ｖ６９０３２１Ｖ１０００７５０

４５

３２４

２３

　过其额定电流　为保证供电可靠性８０％的情况下ꎬ在接插件运行电流不超ꎬ对于多个供电回路按照不同的供电电压等级ꎬ岸侧向船舶供电的最大容量ꎬ建议取值见表２ꎮ

表２　不同电压等级下的多回路供电的最大容量

供电回路

最大容量∕ｋＶＡ１４００２１９４Ｖ４５０３３８８２１８Ｖ４５８２４３６５

７７６６５４９７０

１０９０８７２

　论　:通过对表对于岸侧供电回路的数量１、２的数据比较ꎬꎬ在可以得出以下结４００Ｖ电压等级时ꎬ表１、２完全吻合ꎻ在４５０Ｖ电压等级时ꎬ表１与表２存有差异ꎬ表１中推荐的单个供电回路容量相对较大ꎬ接插件运行电流超过额定电流

标准ＩＥＣ６２６１３￣１—２０１１ ４ 有关内容ꎬ电器附件ꎬ包括插头、插座、船用连接器和船用输入插座ꎬ该电压等级下的最大电压和电流值为７􀆰２ｋＶ、３５０Ａꎮ

同样ꎬ为保证供电可靠性ꎬ在接插件运行电

流不超过额定电流８０％的情况下ꎬ建议多个供电回路岸侧向船舶供电的最大容量见表３ꎮ

表３　多回路供电的最大容量

供电回路数

供电容量∕ｋＶＡ

１２

３６２００４００

１􀆰３　岸电上船连接方式的确定原则

岸电上船连接方式应根据船舶吨级、供电容量、供电距离、供电质量、运行安全、工程投资、联船便利性等因素进行综合考虑ꎮ接方式推荐如下«码头船舶岸电设施建设技术规范:

»对上船连

可采用低压上船方式１)码头船舶岸电系统容量小于ꎮ

６３０ｋＶＡ时ꎬ时ꎬ２)宜采用高压上船方式码头船舶岸电系统容量在ꎮ６３０~１６００ｋＶＡ时ꎬ３)应采用高压上船方式码头船舶岸电系ꎮ

统容量大于１６００ｋＶＡ

１􀆰３􀆰１　低压上船连接方式适用原则

根据散货船舶供电的基本数据ꎬ散货船舶上电网均为低压电网ꎬ从节省投资、减少供电变配电环节等方面考虑ꎬ在供电容量较小情况下ꎬ岸电上船方式优先考虑低压上船连接方式ꎮ

采用低压上船方式时ꎬ码头船舶岸电系统中船方与陆域分界点宜设置在船侧岸电接电装置处ꎬ船岸连接用电缆和卷筒宜由陆域提供ꎮ典型的低压上船连接方式见图１ꎮ

􀅰２４􀅰

水运工程２０１８年　

如采用高压上船连接方式ꎬ散货船舶容量均不大ꎬ最大用电容量约９００ｋＷꎬ频率为６０Ｈｚꎬ岸侧向船舶仅采用单个供电回路就能满足要求ꎮ岸电系统配置变频电源装置ꎬ由变频电源装置向船舶提供电源ꎮ

采用高压上船方式时ꎬ码头船舶岸电系统中图１　典型低压上船连接方式

如采用低压上船连接方式ꎬ建议按照船舶吨级细化为以下４类ꎮ

分船舶容量较小１)３０００ＤＷＴꎬ最大用电容量约及以下:常频低压上船９０ｋＷꎬꎮ频率该部

为５０Ｈｚꎬ岸侧向船舶采用单个供电回路就能满足要求ꎮ岸电系统不配置变频电源装置ꎬ直接由港区供电网络向船舶进行供电ꎮ

船ꎮ该部分船舶容量不大２)５０００(含)~１００００ꎬ最大用电容量约ＤＷＴ(含):常频低压上

３００ｋＷꎬ频率为５０Ｈｚꎬ岸侧向船舶采用两个供电回路就能满足要求ꎮ岸电系统不配置变频电源装置ꎬ直接由港区供电网络向船舶进行供电ꎮ

容量较大３)１５ꎬ最大用电容量约０００ＤＷＴ:常频低压上船４００ｋＷꎬꎮ频率为该部分船舶

５０Ｈｚꎬ岸侧向船舶需要采用３个供电回路才能满足要求ꎮ岸电系统不配置变频电源装置ꎬ直接由港区供电网络向船舶进行供电ꎮ

船ꎮ该部分船舶容量很大４)２５０００(含)~３００００ꎬ最大用电容量约ＤＷＴ(含):变频低压上

６００ｋＷꎬ频率为６０Ｈｚꎬ岸侧向船舶需要采用４个供电回路才能满足要求ꎮ岸电系统配置变频电源装置ꎬ由变频电源装置向船舶提供电源ꎮ１􀆰３􀆰２　高压上船连接方式适用原则

虽然散货船舶上电网均为低压电网ꎬ但从提高供电质量、减少联船时间等方面考虑ꎬ在供电容量较大及需要变频的情况下ꎬ同时靠泊船舶具备接受高压岸电电源接口的条件下ꎬ岸电上船方式可以考虑高压上船连接方式ꎮ

船方与陆域分界点宜设置在陆域岸电接电装置处ꎬ船岸连接用电缆和卷筒宜由船方提供ꎮ典型的高压上船连接方式见图２ꎮ

图２　典型高压上船连接方式

２　岸电系统的配电方式

码头船舶岸电系统配电方式一般可采用放射式、树干式或组合式ꎮ而针对于散货码头ꎬ就单泊位和多泊位而言ꎬ往往会采用不同的配电方式ꎮ

合理确定岸电系统的配电方式是设计的另一个难题ꎬ下文将系统地分析与比较ꎮ２􀆰１　单泊位配电方式

考虑散货船舶靠泊时的靠泊位置不同ꎬ单泊位散货码头配电方式建议采用树干式ꎬ在泊位的首尾两端设置两个岸电接电箱ꎬ一路岸电电源对两个岸电箱进行树干式供电ꎬ见图３ꎮ

图３　单泊位岸电配电方式(右舷)

单泊位散货码头岸电系统仅需配置一套变频变压装置ꎬ并设置一台出线隔离变压器ꎮ

　第６期秦飞ꎬ等:散货码头岸基供电系统的设计要点􀅰２５􀅰

２􀆰２　多泊位配电方式

多泊位散货码头配电方式建议采用组合式ꎬ在整个泊位最外侧的首尾两端以及中间泊位的首尾位置各设置一个岸电接电箱ꎬ同时采用一路岸电电源对一个泊位的岸电箱进行放射式供电ꎬ每个泊位多个岸电箱之间采用树干式供电ꎬ见图４ꎮ

闸ꎬ另一套变频变压装置可以对另一段母线上出线回路进行供电ꎮ两套变频变压装置互为备用ꎬ提高了供电可靠性ꎮ２􀆰２􀆰２　低压上船方式

按照ＪＴ∕Ｔ８１４􀆰２—２０１２ ６ 的要求ꎬ未设置电隔离的船舶ꎬ一组岸基电源向一艘船舶供电ꎻ设有电图４　多泊位岸电配电方式(右舷)

多泊位散货码头岸电系统配置应考虑泊位数量、泊位等级、供电容量、供电可靠性、平面位置等因素ꎬ可配置一套也可配置多套变频变压装置ꎬ同时特别需要考虑电隔离装置的设置措施ꎬ并按高压上船和低压上船两种方式进行分析ꎮ２􀆰２􀆰１　高压上船方式

由于采用高压上船方式ꎬ而船舶上电网为低压电网ꎬ因此船舶必须设置变压器才能接受岸电系统的供电ꎮ

建议配置两套变频变压装置ꎬ且仅在变频变压装置出口处设置隔离变压器ꎬ馈线回路不设置隔离变压器ꎬ利用船舶降压变压器作为电隔离装置ꎮ这种电隔离方式满足了ＪＴ∕Ｔ８１４􀆰１—２０１２ ５ 的要求ꎬ也满足了ＩＥＣ８０００５￣１的要求ꎮ

高压上船方式下岸电系统配置典型接线见图５ꎮ

图５　高压上船岸电系统典型接线

正常情况下ꎬ两套变频变压装置运行ꎻ在一套变频变压装置故障情况下ꎬ母联断路器合

隔离的船舶ꎬ一组岸基电源可同时向多艘船舶供电ꎮ

由于采用低压上船方式ꎬ同时船舶上电网为低压电网ꎬ因此船舶可以不设置隔离变压器就能接受岸电系统的供电ꎮ

从现实情况来说码头岸电系统很难界定其将来供电的船舶是否设置了隔离变压器ꎮ因此码头岸电系统对每条船舶的供电回路必须设置隔离变压器ꎬ防止船舶之间的电网发生并网运行的可能性ꎮ

考虑到低压供电线路半径较小ꎬ为保证供电质量ꎬ岸侧低压供电线路长度最大不能超过３００ｍꎮ因此ꎬ建议在低压供电线路长度允许范围内ꎬ多泊位散货码头划分为多个供电区域ꎬ每个区域设置一套变频变压装置ꎬ在变频变压装置出口处不设置隔离变压器ꎬ但每个馈线回路均设置隔离变压器ꎮ

低压上船方式下电压等级分为两种:４００Ｖ∕５０供岸电电源时Ｈｚ或４５０Ｖ∕６０ꎬ不设置变频变压装置Ｈｚꎮ当仅为４００Ｖ∕５０ꎮ

Ｈｚ船舶提当仅为４５０Ｖ∕６０Ｈｚ船舶提供岸电ꎬ其岸电系统配置典型接线见图６ꎬ当同时考虑为４００Ｖ∕５０配置典型接线见图Ｈｚ或４５０Ｖ∕６０Ｈｚ７ꎮ

船舶提供岸电ꎬ其岸电系统图６　４５０Ｖ低压上船岸电系统典型接线

􀅰２６􀅰

水运工程２０１８年　

图７　４５０Ｖ∕４００Ｖ低压上船岸电系统典型接线

３　案例分析

以京唐港某专业化散货码头为例ꎬ该项目共有２个泊位ꎬ靠泊船型具备高压岸电接口ꎬ因此综合考虑采用高压上船方式(图５)ꎮ设置两套３成船舶所需的ＭＶＡ岸电电源６􀆰ꎬ６进线电源为ｋＶ∕６０Ｈｚ或１０６ｋＶ∕５０ｋＶ∕５０ＨｚꎬＨｚ电源转化ꎬ

在码头前沿共设置３套高压插座箱ꎬ其中１台位于矿１＃

泊位ꎬ为靠泊该泊位的船舶进行供电ꎻ另外２台位于矿２＃

泊位ꎬ并联供电ꎬ为靠泊该泊位的船舶进行供电ꎮ

岸电电源装置的变压变频电源设备、隔离变压器安装集装箱内ꎬ其余设备安装在港区前方变电所内ꎻ岸电电源在实施与船舶电源连接、退出及转换过程中要求船舶不断电ꎬ实现无缝切换ꎮ整套岸电系统包括岸电供电系统、岸基电源高压插座箱、本地及远程监控管理系统等部分ꎬ系统具备船岸供电系统同步并网、监控、保护、通信等功能ꎮ４　结语

据船舶吨级１)采用低压还是高压的上船连接方式、供电容量、供电距离、供电ꎬ质应根

量、运行安全、工程投资、联船便利性等因素进行综合

考虑ꎮ虽然散货船舶上电网均为低压电网ꎬ但从提高供电质量、减少联船时间等方面考虑ꎬ在靠泊船舶具备接受高压岸电电源接口的条件下ꎬ岸电上船方式宜采用高压上船连接方式ꎬ反之则建议按照船舶吨级细化为４类低压上船连接方式ꎮ

数量２)、泊位等级等采取不同的方案单泊位和多泊位岸电系统配电应根据泊位

ꎮ对于单泊位建议采用树干式ꎬ配置一套变频变压装置和一台

出线隔离变压器ꎮ对于多泊位岸电系统配置应考虑各种因素ꎬ特别需要考虑电隔离装置的设置措施ꎮ

泊船型资料３)对于各码头单位ꎬ采用本文推荐的供电方案ꎬ可根据泊位的情况ꎬ充分发、靠

挥岸电项目经济效益和社会效益ꎮ参考文献:

１ 　交通运输部水运科学研究院.码头船舶岸电设施建设

技术规范 ＪＴＳ１５５—２０１２ Ｓ .北京 人民交通出版社 ２０１２.

２ 　ＩＥＣ.Ｕｔｉｌｉｔｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ＬＶＳＣ ｓｙｓｔｅｍｓ￣ｇｅｎｅｒａｌｉｎｐｏｒｔ￣ｐａｒｔ３ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｓｈｏｒｅ

ＰＡＳ８０００５￣３—２０１４ Ｓ .Ｇｅｎｅｖａ ＩＥＣ ２０１４.

ＩＥＣ∕

３ 　ＩＥＣ.Ｕｔｉｌｉｔｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｉｎｐｏｒｔ￣ｐａｒｔ１ ｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｓｈｏｒｅ

ＩＳＯ∕ＩＥＥＥ８０００５￣１—２０１２ Ｓ .Ｇｅｎｅｖａ ＨＶＳＣ ｓｙｓｔｅｍｓ￣ｇｅｎｅｒａｌＩＥＣ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ２０１２.

ＩＥＣ∕

４ 　ＩＥＣ.ｖｏｌｔａｇｅＰｌｕｇｓ ｓｏｃｋｅｔ￣ｏｕｔｌｅｔｓａｎｄｇｅｎｅｒａｌｓｈｏｒｅＩＥＣ ２０１１.

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎＩＥＣｓｙｓｔｅｍｓｓｈｉｐｃｏｕｐｌｅｒｓｆｏｒｈｉｇｈ￣

６２６１３￣１—２０１１ ＨＶＳＣ￣ｓｙｓｔｅｍｓ Ｓ .Ｇｅｎｅｖａ ￣ｐａｒｔ１ ５ 　交通运输部水运科学研究院.港口船舶岸基供电系统

技术条件第１部分 高压上船 ＪＴ∕Ｔ８１４.１—２０１２ Ｓ .北京 人民交通出版社 ２０１２.

６ 　交通运输部水运科学研究院.港口船舶岸基供电系统

技术条件第２部分 低压上船 ＪＴ∕Ｔ８１４.２—２０１２ Ｓ .北京 人民交通出版社 ２０１２.

(本文编辑　王璁)