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岸电供电系统丁建筑

  第22卷第3期(总第129期)2011年6月 船舶SHIP&BOAT V01.22 No.3 June,2011 [船舶电气] 岸电供电系统 吴宏夭菘(海军驻沪东中华造船(集团)有限公司军事代表室 上海200129) [关键词】舰船;岸电电源;岸电系统 [摘要]结合国内外码头岸电系统配置情况,以及对国内现有舰船码头岸电系统的调查分析,发现国内舰船 码头岸电系统配置已不能满足实际使用需求,提出舰船码头标准化的岸电系统,以满足舰船发展需求。舰船靠泊时, 使用码头岸电系统与使用柴油发电机组相比具有节能、减排、降噪等优点,可减少目前舰船岸电系统的设备配置,节 约舰船空间、减少重量,可实现舰船岸电的安全、可靠、经济运行。 [中图分类号]U673.37 [文献标志码]A [文章编号]1001—9855(2011)03-0044-04 Shore power system WU Hong (Naval Representation HudongZhonghHa Shipbuilding(Group)Co.,Ltd,Shanghai 200129,China) Keywords:warship;shore power;shore power system Abstract:The investigation internationalSPS configuration shows domesticshore power system(sps)doesn’t meet practicalneeds very well.This paper presents standardSPS warshipdock warshipdevelopment.By comparing dieselgenerator,the SPS has advantages energysaving,emission decrease,noise reduction,ship space savingweight decrease reducingequipments shipSPS,as well鹊the safe,reliable,and economic operation. 0引言舰船在停靠码头时,一般均需接用岸电电源,即 需要码头提供舰船停靠期间的岸电供应。随着舰船 的大型化发展,现有的舰船码头岸电系统已不能完 全满足使用需求,而使用舰船柴油发电机组来满足 其用电需求。 码头岸电保障在节能减排、绿色环保等方面意 义重大,必须对国内外码头岸电系统配置情况和码 头岸电系统的使用情况进行研究分析,探讨符合今 后发展的标准化、模块化码头岸电系统。 1岸电系统与节能减排 岸电系统指船舶靠泊期间不使用船舶发电机组 而由岸电电源供电。码头的岸电通过船舶上岸电连 接电缆和岸电箱对船舶上的电气设备供电。保证能 满足船舶电气设备的用电需求。通常情况下,码头 提供岸电的功率不大于靠泊船舶上单台发电机的额 定功率[。 舰船靠泊时若使用柴油发电机组供电。柴油在 燃烧过程中产生大量硫化物和氮氧化物。对周边环 境造成污染。国际海事组织(IMO)数据表明:NOx和 SOx是主要的污染物,全球以柴油为动力的船舶每 年向大气排放l 000万吨NOx、850万吨SOx:污染 【收稿日期】2010-10-29“修回日期】2010-12-15 【作者简介】吴宏(1975一),男,汉族,工程师,主要从事舰船电气研究设计工作。 万方数据 岸电供电系统 物通过气候作用可以传播至l 000 km以外的地 区[烈。舰船使用岸电系统主要有如下优点: 1.1减排 舰船用柴油发电机组配置容量根据舰船大小不 同。以单台机缱功率为750 kW计算.舰船靠泊露侉 止柴酒发电橇发魄,改由码头枣电电网供电,襁警予 藏排750 kW紫漶视缓的烟气。G3 20891—2嘲规 定,非道路移动机械用柴油枧排气污染物排敞限值 每千瓦时(kWh)为C02 5.0 g,HC 1.0 g,NOx 6.0 PM0.2 g。烟气总量10.7 gt31。以一个靠泊位70%利 用率计算,全年停靠船舶256天,年耗电750x24x 256--4 608x103 kWh,舰船供电将减少烟气总擞排 放10.7x4 608x103=49.36 电,效率较低、发邀成本较高,以码头电网供啦代替传统的柴油机发电机组供电.显著提高了码头的熊 效,符合绿色发展的趋势。以1 000 kW为例,码头 使用率按交通部的《港口工程技术规范》确定取俄范 围,取插值0.58,全年停靠船舶365x0.58=212(灭), 折合5 088 h。以TBD620V12柴油发电机组为例,该 机组燃油耗率约为208 g/kwh.目前嘴国际紫油价 格约力人民蘑6 用柴油发电机组每年约节省(1。3—1.1)l000x5 088= 1017 600元。 1.3减噪 舰船上柴油发电机组发电。振动和噪声较大。必 定造成噪音污染,使用码头岸电后.可以消除上述影 响,提高舰员的生活舒适性。 2国内铃码头岸电系统现状 2.重国外码头情况 美国港翻选用的岸电设施为6.6 kV,容量为每 一码头7.5 MW。北美其他一些港口.例如休斯教、 理斯满、纽约/新泽西、西雅图、奥克兰、塔科马、潞哥 华和费城,正在计划采用岸电能源方案。如2004年 洛杉矶港采用岸沌技术对集装箱船进行供电,实施 效果良好。NOx、SOx和可吸入颗粒物PMl0的摊放 量平均减少95%。洛杉砚港镳谤l艘3麓V众盼集装 箱船停靠1天的NOx、SOx和PMIO搀放量分剐减 少1.03 t、0.59 t和0.043 除洛杉矶港集装箱码头外,国际上还有其他邮轮、滚装船以及散货码头实施了岸电技术。如2000 年,哥德堡港滚装船码头完成可提供岸电电源的终 端。哥德堡港使用岸魄后,估计每年NOx、SOx和 PMl0捧放量分别减少80 t、60 tm;2002年。Alaska朔Juneau港麓5艘部轮改造后可接受岸电惫 源供电。Juneau港秘估计l艘7 MW邮轮停靠1次(约 13 h)的NOx、SOx和PM排放量分别减少421 lb、352 lb 和23 lb,共计796 lbt引。1991年,California州Pohang 钢铁公司专用干散货码头建立一个岸电电源系统, 提供440 V/0.5 MW岸电[51。 2006年5月,欧鼗委员会通过2006/339/EC法 案,提出欧盟港搿靠法船舶使用岸电,要求成员圈提 高认识,与IMO(隧舔海事缝织)会终裁订拳电连结 的国际标准,刺订键进实施此法案酶经济政策,交流 各港口船舶供电和服务的经验,在港口推广提供岸 电的设施。 2.2国内民用码头情况 在我国,上海港是傲界上最为繁忙的港口之一, 采用船舶靠泊岸电技术是港口建设的发展方向.瓤 且对于保护港区、市区的环境,建设清洁、宜人的上 海国际靛运中心都舆有十分重要的意义。以上海港 外六羯酶岸电鹨头供电方案来看,其码头全长 1008 nl,共布置蠢17个10 kV/2 000 kVA高隘接 电箱,可同时满足17处用电【6】。由此可见,该码头方 案可以同时提供17个靠泊处供电。即约60 In设置 一个岸电电源,电源功率约为l 800 kW(按0.9功 率因数).由10 kV/400 V或10 kV/6.6 kV变压器提 供给靠泊船舶使用。考虑设置变压器等设备损耗及 线计.则每一岸电电源可提供的 功率约蠹l 600 kW,n--I以满足大部分船舶的靠濑玲 电需求。 3舰船码头岸电系统的配置 3.1现状 随着舰船的发展和其使命任务的特殊性,舰船 B益大型化、多功能化和模块化,且往往采用隐身密 }ll设计,这些都导致艇船在靠泊时的拳电需要餐筻 大。同时,艇船除臻常谢练及任务外,常年驻演码头, 为改善舰员的生活条件和适应节能、减排秘降噪的 45 万方数据 第22卷第3期(总第129期) 2011年6月 船舶SHIP&BOAT V01.22 No.3 June,2011 发展趋势,均需要我们设置新一代舰船靠泊码头岸 电系统。 目前,国内舰船码头岸电系统配置相应简单,一 般根据停靠的舰船种类和需求设置。码头设施相当 简单,其岸电容量不大,已不能满足舰船发展的需 要。主要存在以下问题: (1)码头配套设施不适应目前舰船的发展趋势。 现有码头的设计一般按照靠泊舰船设置岸电电源。 容量较小,设置简单,仅在码头提供AC 380 V、50 Hz 电源,而没有考虑必要的岸电保障措施,如岸电稳压 装置、岸电连接电缆、岸电电缆绞车等设备。且不同 码头的岸电系统配置也不相同.造成舰船靠泊停靠 时不能提供岸电电源: (2)由于码头配置仅提供电源接口,需要舰船设 置岸电系统设施。占用较大的舰船空间。如500 kW 岸电系统,需要设置岸电配电屏、岸电稳压装置、岸 电箱、岸电电缆及配套电缆绞车等设施。需占用较大 的舰船空间,且总重量约为5-6 t。500 kW岸电电流 000A。需要4根3120 mm2岸电电缆,按舰船 常规配套长度约150 m,则单根岸电电缆重量约 700 kg; (3)大容量岸电系统若由舰船配套,则设计过 于复杂,且现有设备已不能满足舰船发展需求。目 前现有舰船用岸电稳压装置最大容量为800 kVA, 如需舰船提供岸电保障措施,大功率岸电电源需采 用分区,分系统,或仅对照明等El用负载提供稳压岸 电电源,造成系统设计复杂。随着舰船的发展,所需 岸电容量的增大,在舰船上设置岸电系统已不适应 发展需求。主要岸电系统及保障设备均应设置在码 头上,以节约舰船空间并方便设置接岸设备,方便岸 电接入操作; (4)现有的岸电系统操作使用不便。如单根3 120 inrll2岸电电缆重量约700 kg,需要4名以上舰 员进行人工拉敷接人,且操作困难。 3.2常规舰船岸电码头配套系统 仍以常用500 kW、400 V岸电系统为例,常规舰 船码头岸电接人为lO kV陆上电源,输出功率根 据停靠舰船设计,码头提供变电及配电设备,包括 10 kV/400 V、800 kVA变压器及标准1 50 A31300 Ax 3岸电接线箱。常规码头岸电系统如图1所示。 3.3码头岸电系统配置改进 码头岸电系统应根据停靠舰船类型、容量需求 进行设计配置.符合今后发展方向,符合码头设备标 准化、模块化要求。其主要配置应满足下述要求: (1)同时提供多艘舰船的靠泊需求 随着舰船日用负载设备及生活条件的提高,常 规舰船的岸电需求在500 kW左右。考虑今后发展, 000kW/艘配置码头岸电系统.每个码头按最多 停靠5艘舰船考虑.则需要每个码头提供5 000 kW 岸电。以舰船负载功率因数0.8计,则码头需要提供 6250 kVA岸电。一般变压器效率约为0.98,同时考 虑稳压装置及线路损耗.码头整个岸电配电线%考虑,则码头路上电源接人容量约为 6600 kVA。 目前舰船码头的岸电接线A接插件,考虑操作、设备布置等原因,建议采 用标准化300 A接插件,每个码头岸电接线 A接插件。考虑接插件余量和实际使 用,每根岸电电缆的负载电流按250 A考虑,则每个 岸电接线 kW岸电。每艘舰船需 配置2个标准岸电接线个标 准岸电接线箱。 码头除配置岸电供电接线箱外.还应配置专用 岸电接地箱。岸电接地箱应采用既接地又接零线常规码头岸电系统 万方数据 岸电供电系统 方式,其接地线即码头 应根据标准岸电供电接线箱位置设置岸电接地箱, 保证舰船在使用岸电时的可靠安全接地。 以往舰船翻码头往往采用接线桂或接线端子实 现岸电系统的连接,该连接方式英安全性和操终方 寝性均较差,建议采震快速接插锌,提高掣电连接的 安全霹靠。 (2)提供露电电缆及辅助设备 蟊蓠常用的舰船岸电缆为CEF髑A型,即乙丙 橡胶绝缘、氯丁橡胶护套、成束阻燃型船用电力软电 缆。按250 A负载电流选择。岸电电缆截面规格至 少120 mm2。3x120 mm2 CEFR/SA型电缆连续允许 工作电流为224 A.重量为4 674 kr4km,则150 m电缆重量为701.1 kg。岸电电缆主要存在重量重、弯 曲性较差、不耐磨等缺点.故需要对岸电电缆进行研 究改进设计,制造新型的岸电电缆。 码头提供岸电电缆及岸电电缆绞车等配套设 备,减少舰船爨笈配置。码头除提供岸电电缆及存 放设施外,由予岸电电缆较重,同时还应配备用于拉 <3)提供豫援麓的岸电电源觏船一般对瘸电鼹质要求耀对较高,焉码头率 电系统受陵上魄网影镌,蘸凄不高。据统计,自天 V甚至更低;瑟在晚上最低峰熊搿时.其电压可高至440 V。这种 岸电的电压变化可能导致舰船电气设备损坏,特别 是控制电源设备巾的控制电源变压器以及电源模 块容易损坏…,并对艇上正常照明灯管寿命造成严 重影响。根搬灯错寿命分析。电压高出220 V额定 电压10%,其灯管寿命将减少一半:若晚上电压高 至440 V,则灯管电压可能高达250 V以上,灯管 寿命将受到严重影响。因此设置岸电稳压装置是必 岸电稳联装置的输出还应考虑岸电配电线路压降。一般舰船电力系统要求发电机组电压为 390 V蒜,即舰船负载供电电压按390 V考虑。一 般岸电电缆长度势120—150 m,按最长150 m计算, 其电压降落隽10。2 V左右。簧要码头提供稳压后的 岸电电蹑应在400 V左右。 (4)保护与黢测 岸毫设镊应设鸯保护及配电参数箍测功麓,包 括过电流保护、岸电供电接线箱的相序相位一致性 保护、总供电线路的电疆电流及功率监测和每一供 电接线箱线路的电滕电流及功率篮测等功能。 根据上述配置霭求,标准5 000 l【W岸电码头其 岸电系统需要设爨6镧kVA、lO羹溯V大容量 kVA岸电稳篷装置,250A媾、400V标准岸电供电接线 V标准晕 电电缆,标准岸泡接地电缆及岸电接入辅助设备。 语舰船停靠码头时使用岸电系统具有节能、减排、降噪等优点。本文结台国内外码头岸电系统配置及 对国内舰船码头岸电系统现状分析的基础上,提出 了标准化的舰船码头岸电系统。该岸电系统的优点 是取消每船配置的岸电电缆、岸电电缆绞车、岸电稳 压装置等设备,节约舰船空间、减少重量,有利于舰 船的整体布置优化,提高舰员的生活舒适性,并实现 舰船安全、可靠、快速接入岸电。 【参考文皴】 李学文,孙霹平.船舷接耀岸毫技术[j】。上海海事大学学报,2006,(9):ll—12. [3】GB 20891—2000.搬滏路移动机械用柴油机排气污染粝 排放限值及测最方汰(中国I、n阶段)[S]. [4】Kom Millon,Martin Michael,Wallace Peter,etal.A maritime contribution ourenvironment[C].2006 SNAME Maritime Technology Conference ShipProduction Symposium,2006. KhersonskyYuri,Islam Moni,Peterson Kevin.Challenges connectingshipboard marine systemsto medium voltage shoreside electrical power[J].IEEE Transactions IndustryApplications,2007,43(3). [6]包起帆,黄细黢簿.点海港口外高桥六期码头岸电试点 项目论证方案【J】。港弱科技,2009(12):6-ll,14. [7]孙诗南.舰船魄力袋统的辩究与设计【楚】.北京:国防 船,2005,46(1).47 万方数据

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