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淺談船舶岸電技術(shù)設(shè)計方案及應(yīng)用

更新時間:2020-07-12      瀏覽次數(shù):1275

摘 要:通過連云港海碼頭項目的岸電實例,從船舶岸電推行的背景、岸電系統(tǒng)、岸電方案、岸電系統(tǒng)優(yōu)點等來闡述船舶岸電技術(shù)在港口工程中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:岸電技術(shù);岸電系統(tǒng);岸電方案

中圖分類號:U665.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-7973(2019)08-0109-02

 

1 背景

       近年來,經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,港口建設(shè)步伐加快,碼頭??看暗臄?shù)量大幅增加 。船舶靠港期間,依靠船舶燃油輔機(jī)發(fā)電滿足船舶機(jī)動、通訊、照明等用電需求,能耗較高且排放大量硫氧化物等廢氣,對港區(qū)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染 。如果在船舶靠港期間,使用由碼頭提供的岸電系統(tǒng)替代船上的燃油發(fā)電機(jī),便可有效解決這一污染難題,岸電技術(shù)是適應(yīng)港口繁忙營運、建設(shè)綠色港口和提高碼頭競爭力的重要措施,具有*的社會和環(huán)境效益。

 

2 船舶岸電系統(tǒng)

       船舶岸電技術(shù)是指船舶靠港期間,停止使用船舶上的發(fā)電機(jī)電源供電,改用港區(qū)碼頭上的岸電通過電纜對船舶上的設(shè)備進(jìn)行供電。船舶岸電系統(tǒng)包括三個部分:岸上供電系統(tǒng)、船岸連接設(shè)備、船舶受電系統(tǒng) 。

       1.)岸上供電系統(tǒng):由前沿港區(qū)變電所供電,經(jīng)過變壓器、變頻將輸入電源轉(zhuǎn)化為滿足船舶要求的電源,供應(yīng)到靠近船舶的連接點。

       2.)船岸連接設(shè)備:連接岸上連接點及船上受電裝置間的電纜和設(shè)備。電纜連接設(shè)備必須滿足快速連接和存儲的要求,不使用的時候存儲在船上、岸上或者駁船上。

       3.)船舶受電系統(tǒng):在船上固定安裝受電系統(tǒng),可能包括電纜絞車、船上變壓器和相關(guān)電氣管理系統(tǒng)。

 

3 項目概況

       本文利用連云港燕尾作業(yè)區(qū)碼頭工程分析碼頭岸電技術(shù)的應(yīng)用。

       本工程位于江蘇省連云港市灌云縣燕尾港鎮(zhèn),灌河口西岸,港區(qū)西南側(cè)緊鄰燕尾作業(yè)區(qū)碼頭二期工程。該項目建設(shè)規(guī)模為:2 個 5 萬 t 級通用泊位,其中 1#通用泊位主要用于植物油、散糧的裝卸,2#通用泊位主要用于件雜貨、散貨的裝卸。碼頭泊位總長 550m,寬度 35m,共布置 3 座引橋與陸域相連,碼頭設(shè)計年吞吐量 465 萬 t。

 

4 岸電方案

4.1岸電模式選擇

       船舶岸電的供電模式可以分為以下三類:高壓岸電模式、低壓岸電模式、低壓小容量岸電模式 。

       高壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉(zhuǎn)換為 6.6kV/(6)kV、60Hz/50Hz 高壓電源,接入船上配備的船載變電設(shè)備變壓后供船舶受電設(shè)備使用。

低壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網(wǎng) 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉(zhuǎn)換為 450V/(400)V、60Hz/50Hz 低壓電源,直接接入船上供受電設(shè)備使用。

       低壓小容量岸電模式的供電方式是將碼頭配變 380V三相低壓電源,經(jīng)過低壓一體化岸電樁輸出 380V 或 220V電源,接入船上供受電設(shè)備使用。

       根據(jù)《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》,本工程在碼頭前沿變電所設(shè)置一套岸電電源系統(tǒng),1#通用泊位設(shè)置一套高壓岸電電源接線箱、2#通用泊位設(shè)置一套高壓和一套低壓 接 線 箱 , 單 臺 容 量 為 800kW, 供 電 電 壓 等 級 為6.6kV/450V,60/50Hz。

4.2岸電主回路設(shè)計說明

 

圖 1 VFPS 系列岸電電源系統(tǒng)圖

        輸入限流柜:考慮到船舶靠港的時候,岸電電源系統(tǒng)才工作,船舶離港時,岸電電源系統(tǒng)停止運行,因此,岸電電源系統(tǒng)會經(jīng)常進(jìn)行停電、送電工作,在送電過程中,由于岸電變頻電源為電壓源型設(shè)備,并且變頻器前端有一個移相變壓器,因此,送電過程中會產(chǎn)生沖擊電流。輸入限流柜能夠有效控制送電過程中產(chǎn)生的勵磁電流和瞬時沖擊電流。延長設(shè)備使用壽命,減少對電網(wǎng)的沖擊。岸電變頻電源實現(xiàn)將50HZ 交流電轉(zhuǎn)換為 60HZ 交流電。

       輸出并網(wǎng)電抗器可以有效減少并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的沖擊電流,起到緩沖作用。

       輸出隔離變壓器實現(xiàn)岸上電源系統(tǒng)與船上電源系統(tǒng)之間的隔離。

4.3系統(tǒng)介紹

 

圖 2 岸電電源系統(tǒng)圖

      (1)計量柜為輸入計量用,可不安裝,精度滿足供電局計量或內(nèi)部計量要求。

      (2)岸電電源進(jìn)線柜引自變電所 10kV 高壓出線柜,采用抽出式斷路器柜。

      (3)PT 柜為輸入電壓互感器柜,實現(xiàn)對輸入母線電壓檢測,采用抽出式小車。

      (4)岸電電源限流旁路開關(guān),采用固定式斷路器。

      (5)移相變壓器/功率單元:變壓器為三繞組變壓器,容量為 24,000KVA,輸入電壓為 10KV,輸出兩個繞組為6.6KV 和 450V。輸入側(cè)采用星型接線,輸出側(cè)采用三角型接線方式。

      (6)岸電電源出線柜采用抽出式斷路器柜,出線柜之前增加隔離變壓器,以起到對設(shè)備及操作設(shè)備人員的保護(hù)。

      (7)高壓岸電出線柜作為饋電柜向船舶供電,并帶計量功能,計量船舶用電量,通過電纜接至碼頭前沿岸電接線箱,1#通用泊位設(shè)置一臺高壓接線箱,接線箱帶有與船舶匹配的插座,便于連接船舶岸電電纜。2#通用泊位設(shè)置一臺高壓一臺低壓接線箱,以便于不同船型靠泊。

4.4岸船控制

       本岸電系統(tǒng)的控制為船側(cè)操作或者岸側(cè)操作兩種方式,控制對象為:船舶上開關(guān)柜的分合控制、岸側(cè)開關(guān)柜的分合控制、岸電電源的啟動和停止控制。

 

5 系統(tǒng)優(yōu)點

       本系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)點如下:

    (1)一鍵啟動設(shè)計,參數(shù)設(shè)置完畢,點擊一鍵啟動按鈕,則岸電電源可以自動啟動,將需要的高壓電送到碼頭。

    (2)散熱風(fēng)機(jī)冗余設(shè)計,當(dāng)岸電電源頂部風(fēng)機(jī)有一個故障時,岸電電源系統(tǒng)不停機(jī)。

    (3)高效率高可靠性高功率因數(shù),由于采用單元串聯(lián)型設(shè)計方案,系統(tǒng)輸入功率因數(shù)高,整個系統(tǒng)設(shè)計采用環(huán)保高效硅鋼片,岸電電源系統(tǒng)效率達(dá)到 97%以上。

    (4)防鹽霧設(shè)計,考慮到海邊的工作環(huán)境,岸電電源系統(tǒng)所有設(shè)備需要進(jìn)行三防處理,能夠適應(yīng)港口使用環(huán)境長時間工作需求。

    (5)一鍵換相功能,當(dāng)岸電電源輸出相位與船舶電源相位相反時,通過一鍵切換功能,可以實現(xiàn)快速倒相。為了保證可靠性,倒向邏輯在輸出斷路器分開的情況下進(jìn)行。

    (6)雙頻多種選擇電壓輸出功能,能夠輸出 50HZ,60HZ 雙頻電源,能夠輸出與 6.6KV、450V 不同電壓等級的電壓。

    (7)模塊化設(shè)計,可擴(kuò)展性強,只需要增加少許開關(guān)設(shè)備,即可以實現(xiàn)多個泊位公用岸電電源系統(tǒng)。

 

6 安科瑞船舶岸電收費系統(tǒng)選型

       安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的計量儀表ADW300,監(jiān)測充電設(shè)備站點和各個充電箱的運行和充電過程,同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警;用戶通過微xin或支付寶小程序掃描二維碼,進(jìn)行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制儀表對應(yīng)的操控機(jī)構(gòu),對充電樁完成充電過程。

       充電設(shè)備通過加裝物聯(lián)網(wǎng)儀表,配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù),基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議,與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電運營的所有功能,包括財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運營分析等功能。

6.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2平臺主要功能 

        1)資源管理 充電站檔案管理,充電樁檔案管理,用戶檔案管理,充電樁運行監(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測

        2)用戶管理 用戶注冊,用戶登錄,用戶帳戶管理,消息管理

        3)實時監(jiān)控 對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,發(fā)生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發(fā)出信號,及時消除火災(zāi)隱患。

        4)交易管理 平臺為運營方提供充電價格策略管理,訂單管理,賬戶交易記錄,營收和財務(wù)相關(guān)報表。

        5)充電服務(wù) 可通過軟件搜索附近充電設(shè)施,查看充電樁設(shè)施,并導(dǎo)航至可用充電樁。可通過在線自助支付實現(xiàn)充電,充電結(jié)算等

        6)微xin小程序 支持微xin或者支付寶掃碼充電,充電賬單支付。運營商和物業(yè)管理人員均可通過小程序管理,監(jiān)測充電設(shè)施狀態(tài)和充電交易情況。

        7)運營分析 對訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析,直觀展示數(shù)據(jù)

6.3 硬件配置

6.3.1.推薦現(xiàn)場硬件配置

1.

ADW300

 

三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度;電壓、電流總諧波及2-31分次諧波;當(dāng)月和上三月的電壓、電流、功率極值記錄;需量及實時需量、歷史需量記錄、事件記錄;支持過欠壓、過欠流、過欠功率、DI聯(lián)動等輸出;4時區(qū)14時段的費率設(shè)置;四象限電能,歷史電能記錄;支持Lora、NB、2G、4G通訊模式,有功電能精度0.5S、1級,無功電能精度2級。

2.

AF-GSM400-2G/4G(如需多個設(shè)備集中上傳時選配)

 

4G遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備,采用嵌入式設(shè)計,內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧,同時采用了功能強大的微處理芯片,配合內(nèi)置看門狗,性能可靠穩(wěn)定。提供標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)接口,可以方便的連接RTU、PLC、工控機(jī)等設(shè)備,僅需一次性完成初始化配置,可以完成對MODBUS設(shè)備的數(shù)據(jù)采集,并且與安科瑞服務(wù)器進(jìn)行通訊。

6.3.2計量儀表ADW300產(chǎn)品介紹

6.3.2.1型號說明

6.3.2.2技術(shù)參數(shù)

 

 

7結(jié)論

      船舶岸電替代船舶輔機(jī)發(fā)電,實現(xiàn)靠港船只*,節(jié)能減排*,有效的提升港口建設(shè)水平,帶來社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)多方面的效益,為綠色港口建設(shè)添磚加瓦,推動水運工程供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和綠色交通發(fā)展。

 

參考文獻(xiàn)

[1] 張偉明.淺談煤碼頭岸電系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2018,(3):90-91.

[2]楊文浩,邵 琪,王立鋒.淺談船舶岸電技術(shù)的應(yīng)用[J]

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版

 

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