开拓岸电技术引领绿色水运——连云港岸电技术介绍.pdf

港口科技 科研与技革 开扣岸 电技 术 弓 l 瓴绿色水运 连云港岸 电技术介绍 陈 钢 ( 连云港港 口集团有限公司， 江苏连云港2 2 2 0 4 2 ) 摘要：为了进一步节能减排，建设绿色港口，连云港在吸取国内外岸电 技术成功技术 的基础上，开拓了自己的岸电技术。介绍了连云港港岸电 技术的由来，其在绿色水运 中的意义，技术方案及其优点。阐述了实施该方案需要解决的问题。对中国在岸电方 面引领世界的前景进行 了展望。 关键词：港 口 高压变频岸 电技术无缝切换 de v e l o pi n g t h e t e c h no l o g y o f s ho r e co n ne c t i o n a n d le a d i n g t h e gr e e n w a t e r tr a ns p o r t a t i o n 一 【 l 1 t r o duc t i o n o f t he t e c h no l o g y o f s h o r e c o nne c t i o n a t li a ny u ng a n g po r t che n ga n g ( l i a n y u n g a n g p o r t g r o u p c o ， l t d ， j i a n g s u l i a n y u n g a n g p o r t 2 2 2 0 4 2 ) ab s t r a c t ：i n o r d e r t o s a v e p o we r a n d r e d u c e e x h a u s t i o n f u r t h e r a n d b u i l d u p gre e n p o r t ， l i a n y u n g a n g p o rt d e v e l o p s t h e i r o n e t e c h n o l o g y o f s h o r e c o n n e c t i o n o n t h e b a s i s o f a b s o r b i n g s u c c e s s f u l t e c hn o l o gy o f s h o r e c o n n e c t i o n i n d o me s t i c a n d a b r o a d t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e o r i n g e o f li a n y u n g a n g p o rt s t e c h n o l o gy ,i t s ma g n i fic a n c e i n t h e gre e n t r a n s p o r t a t i o n ， t e c h n i c a l p l a n a n d i t s a d v a n t a g e i t a l s o l o o k s f o r wa r d t h e fut u r e o f ch i n a s l e a d i n g the t e c hn o l o gy o f s h o r e c o n n e c t i o n ke y wo r d s ： p o r t h i g h v o l t a g e a n d f r e q u e n c y c o v e rt i n g s h o r e c o n n e c t i o n t r a n s f o r mi n gwi t h o ut po we r c u t 1 连云港岸 电技术的由来 随着世界航运业的迅猛发展 ，船舶对环境造 成昀 污染日 趋严重， 尤其是在靠泊期间其船舶辅 机 的排 放对 港 口所在 城市环境造成了较 大的影 响。 据统计， 2 0 0 2年日本横滨港和清水港集装箱 码头装卸作业和水平运输所产生的二氧化碳排放 量仅相当于靠港船舶操作和副机发电所产生的二 氧化碳排放量的 1 4左右。 2 0 0 5 年美国西雅图港 公布二氧化碳排放来源分析结果是靠港船舶辅机 的排放量 占港 口总排放量的 3 5 。这仅是对二氧 化碳 的统计，由于船舶燃油 品质较差，燃烧相同 重量的燃油其所排放对人体有害的氮氧化物、硫 氧化物、挥发性有机化合物、可入肺颗粒物及可 万方数据 港口科技 科研与技革 吸入颗粒物等都远大于其它设备 。由此可见，靠 港船舶辅机发电是港口乃至所在城市空气污染主 要来源之一。 为了应对这一对人类危害极大但又易被人们 忽视的现象，各国都在进行积极地探索 。美 国洛 杉矾 的长滩港、德国吕贝克港、汉堡港 以及一些 运河中的小港 口都进行了岸电上船的实验工作。 我国的上海港也在去年进行 了该项工作 ( 具体情 况见下表) 。但由于国外的方案没有变频功能，所 以针对我国是不适用的；上海港方案的虽有变频 功能，但操作起来比较复杂 ，而且时间也较长， 推广起来比较困难。于是，连云港港经过半年多 的研究， 成功地推出了独具特色 的岸 电技术方案 ， 在河北远洋集团 1 8万 t 轮 “ 富强中国”号进行 了 实施。本文通过对河北远洋集团公司新出的 1 8 万 t 级散货船 “ 富强 中国”轮上岸电技术的介绍 ， 说 明了该套岸 电系统通过 “ 高压变频、高压传输、 无缝切换、负载 自动转移”技术特点，使大型靠 港散杂货船非常简便地实现 了接用岸 电。 2 连云港港岸电技术方案及其优点 下面将连云港港 口集团有限公司 ( 下面简称 公司)港的岸 电方案进行介绍： 连云港岸电方案：主要是采用高压上船的模 式 。这样可以将电缆的数量减少为一根 ，而且直 高压 变频配 电房 径较小。它们由三部分设备来实现 ： 1 )岸上的变压变频稳压稳频装置。 2 )船上的船载变电站 ( 包括高压电缆卷筒) 。 3 )在码头前沿的插接头电箱。 将该方案称为 “ 高压变频数字化船用岸电系统” 示意如图 1 。 表 1 世界岸 电方案的比较 岸电 技 低压变频岸 低压岸电 申高 压岸电 巾高 压岸电 中 压岸电 术比皎 电 6 0 h z 5 0 6 0 e z 直供 对低压船舶 6 0 e z直供 6 0 5 0 e z 直 项 e z l l 海港) 电( 洛杉矾 5 0 e z直供 电 ( 洛杉矶 供电 ( 连云 港 ) 电 ( 哥德堡 和西雅图集 港 ) 港 ) 装箱码头 ) 韶韶配 4 5 0 v 4 5 0 v 4 0 0 v 6 6 k v 1 1 k v 6 6 k v 4 5 0 v 电电压 岸电电 4 5 0 v 4 5 0 v 1 0 k v 6 6 k v 1 l k v 6 6 k v 压 功率 2 0 m v a 2 5 m v a 2 5 m v a 7 5 a 2 0 m 港 口电 5 0 e z 6 0 e z 5 0 h z 6 d h z 5 0 e z 网频峰 供电频 6 0 h z 5 0 e z 6 0 f z 5 0 e z 6 0 h z 6 0 5 0 h z 垂 岸电接 港方提供电 港方提供 港方提供 电 船方提供电 船方提供电 八方式 缆 电缆 缆 缆 缆 空气污 无 无 无 无 无 染 供电效 好 好 好 好 j 艮 盱 盎 供电操 9 根 曳 匡电 多根屯缆， 根电缆， 电缆较少 根高压电 作陛 缆， 复杂 水上高压 快速 缆， 快速 低压双向 接线， 复杂 船舶改 基 苯无 需另配趸 需要在船上 般 由船方配备 造复杂 船 安装竞压器 船栽变电站 。 硅 图 1 高压变频数字化船用岸电系统示意图 万方数据 港口科技 科研与技革 这套方案的优点是： 1 ) 不问断供电。本方案在操作过程中 自动 将船和岸上的负荷转移，不需要在并入与解列时 断电的。 2 ) 操作简便。首先 由船港双方签定使用岸 电 协议 ，然后是船舶靠港之后，先由船上将高压 电 缆放下，由地面操作人员按照规程将 电缆接入码 头前沿的高压接 电箱，接好之后，船上岸 电操作 屏可 以自动得到一个“ 岸电可用” 的信号。然后按 下“ 接入岸 电” 开关，则岸 电 自动调压、自动变频、 自动调整后并网、 自动转移船岸负载后脱开辅机 ， 之后仅需将辅机关闭即可 。 3 )全 自动数字控制。船岸无线 以太网通讯 ， 实现船岸实时监测、实时控制， 自动 电压跟踪、 自动调整、自动稳压等功能。 4 ) 可以一个变频 电源多船供 电。目前该方案 正在向一个电源供多艘船舶使用岸电方面发展。 5 )大功率供 电。由于是采用 6 6 0 0 v 电压传 输，所以一根电缆就可满足 3 - 4 mw 的电力需求。 6 )安全可靠 。 本方案除了一百多个安全保护 设置之外， 最主要的是通过 了 c c s要求 的短路电 流计算，使得全船 的岸 电系统有了安全保障。 3 实施连云港的岸电方案需解决问题 虽然本方案的优点较多，但要实现这种方案 首先要解决以下的问题： 3 1这套方案必须是港 口和船公司或船东进行配 合才能完成 。也就是说这套方案单是港 口或者船 舶是无法单方面改造完成的，必须是通过双方的 配合进行改造来完成。虽说牵扯 的方面较多，但 它也反应出了岸电是要 由港 口和船舶共同投资、 利益共享的一个双赢或多赢 ( 利国、利民、利船 、 利港)原则。 3 2 由于本方案涉及到船舶的改造 ，因此，它必 须通过船舶所加入的国家的船级社的认可。目前 ， 虽然 国际上 出台了一个指导性 的船舶使用岸 电 ( 不间断供电)的预标准，但各个国家都还未出 台这方面的正式标准。如何来检验它是个问题。 这艘“ 富强中国” 的船用岸电，是在连 云港和河北 远洋及中国船级社一起形成的项 目组共 同出台了 “ 船舶高压岸 电系统检验标准” 。中国船级社还将 它于 9月份 以“ c c s通函” 的形式对外公布。这就 说明了目前我国已成为世界上九大船级社 中第一 个 出台该类标准的国家 。 通过该检验标准的验收， “ 富强中国” 获得了中国船级社颁发的中国首艘含 有“ amp s ” 附加标示的船舶入级证书， 连云港的岸 电公司也获得了中国船级社颁发 的岸 电产品生产 检验证书。使得这个方案实施在 中国完全合法化 了 。 3 _ 3 相关短路研究。根据中国船级社 ( c c s ) 高 压船舶岸 电连接系统检验指南 4 2 1 “ 应按照本原 则附录 1的要求进行短路评估 ，作为岸电连接系 统容量选择和保护 电器设定的依据” 。 考察短路 电流的 目的是验证船上配备的设备 耐受短路电流 的能力。因为线路短路特别是 中压 线路的短路会产生极大的热效力和热动力，对设 备形成极大的冲击，轻则造成设备损坏，重则造 成设备爆炸，人员伤亡 。所以说短路电流的计算 是各个船级社必须考核的一项。 众所周知 ，船舶 电网的短路 电流计算采用 i e c 6 1 3 6 3标准 ，陆上 电网的短路电流计算采用 i e c 6 0 9 0 9标准 。但是 当岸 电和船舶柴油发动机 组并联进行负荷转移时，即船舶不断电时靠港采 用什么标准呢?关于这个 问题， 目前 c cs的短 路 电流计算专用软件 c o mp a s s软件无法计算此 时的短路 电流情况 。针对这 一 问题 ，笔者又 同 c cs 和我国一些知名的船舶设计单位共 同探索 ， 选定 了一些合适的软件，经过多次计算和复核， 并根据对“ 富强中国” 轮的分析，靠港时的功率一 般在 8 0 0 k w 以下。港 口变电站节点的短路容量 在 1 5 mv a以下，而且单个变压变频装置容量也 在 9 0 0 k w 以下 。所 以最终确定 出“ 富强中国” 短 路 电流 计 算 时 选 取 的 陆 上 电 网 短 路 容 量 为 1 5mva 。 由表 2可 以看出，本船在岸 电与一 台发 电机 短时并联运行时的船舶主汇流排的最大预期短路 电流不超过船舶 电站供 电时允许 的最大短路 电 流，完全满足 高压船舶岸 电连接系统检验指南 “ 附录 1短路评估” 的要求。 当然，“ 富强中国” 轮的岸电设备 比之前我们 在“ 中韩之星” 轮的岸电系统进了一大步，但它还 没有做到尽善尽美。通过对“ 中韩之星” 轮一年多 9 万方数据 港 口科技 科研与技革 的岸 电使用情况 ，以及在“ 富强中国” 轮上新装岸 电系统的研究，我们认为 目前岸电在此基础上还 要在以下几个方面进行进一步完善。 1 )在电缆联接中加入光缆， 使得船岸之间的 信息由光缆传输，这样一来避免了以太 网有时受 限制的问题 ( 主要是船上一些区域受屏蔽) ，二是 可 以稳定地传送大量的有用数据，使得船舶使用 岸 电时更加方便调节和控制 ，安全性能也更高。 表 2 配电保护设备选择 ( 岸电和一台发电机短时并联供电模式采用 i e c 6 0 9 0 9 标准) 短路计算结果 原船短路计算结果 序号 短路 短路发生 对称短路 短路电流上 对称短路 短路电流上 岸电避线 原船装配 后耐问 电流f k a) 电培 线 值( k a 电流( k a) 包 培臻 值( k a 开关型号 开关型号 1 电端 口 t 2 2 0 5 0 r m 6 s f 6 绝缘 开关桓负荷开关 岸电变压器厚边 rm 6 s f 8 绝缘 开关柜接地开关 1 4 4 0 v 主首 电蕴 0 电进线开关 t 2 2 6 0 5 9 ， 5 m t 2 5 h1 b 发电机避线并关 t 2 26 0 5 9 5 3 6 8 8 7 4 9 a 2 7 8 2 m t 2 o h 1 c 1 2 0 k v a 主照明变压器原边开关 t 2 26 0 5 g 5 3 6 8 8 7 4 9 a 2 7 8 2 n s 4 0 d h d 4 4 0 v 主配电板4 4 o v 载开关 t 2 2 6 0 5 9 5 3 6 8 8 7 4 9 0 2 7 8 2 n s 4 0 0 h ns25 0h ns1 6 oh ns1 00h 2 3 o v 板负载开关 t 2 6 1 7 1 02 6 5 7 5 5 1 0 4 7 9 n s 1 0 0 n c65 h 2 ) 在插头和插座联接时加入商务功能。作者 在今年 l 0月参加交通运输部一个团应德国交通 部邀请赴德进行了岸电技术方面的交流，发现德 国在这方面做得先进。他们是要