岸电供电系统
吴宏
【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. 【期刊名称】《船舶》 【年(卷),期】2011(022)003 【总页数】4页(P44-47)
【关键词】舰船；岸电电源；岸电系统 【作 者】吴宏
【作者单位】海军驻沪东中华造船(集团)有限公司军事代表室，上海200129 【正文语种】中 文 【中图分类】U673.37
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。
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［1］。
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：NO x和SO x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1 000万吨NO x、850万吨SO x；污染物通过气候作用可以传播至1 000 km以外的地区［2］。舰船使用岸电系统主要有如下优点：
舰船用柴油发电机组配置容量根据舰船大小不同，以单台机组功率为750 kW计算，舰船靠泊后停止柴油发电机发电，改由码头岸电电网供电，相当于减排750 kW柴油机组的烟气。GB 201-2007规定，非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值每千瓦时（kWh）为CO2·5.0 g，HC 1.0 g，NO x 6.0 g，PM 0.2 g，烟气总量10.7 g［3］。以一个靠泊位70%利用率计算，全年停靠船舶256天，年耗电750×24×256=4 608×103 kWh，舰船供电将减少烟气总量排放10.7×4 608×103=49.36 t。
舰船使用配置的停泊机组或主柴油发电机组发电，效率较低、发电成本较高，以码头电网供电代替传统的柴油机发电机组供电，显著提高了码头的能效，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》确定取值范围，取插值0.58，全年停靠船舶365×0.58=212（天），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0#国际柴油价格约为人民币6 300元/t，即使用柴油发电机组约为1.3元/kWh。电价按1.1元/kWh计算，使用岸电比使用柴油发电机组每年约节省（1.3-1.1）×1
000×5 088=1 017 600元。
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。
美国港口选用的岸电设施为6.6 kV，容量为每一码头7.5MW。北美其他一些港口，例如休斯敦、理斯满、纽约/新泽西、西雅图、奥克兰、塔科马、温哥华和费城，正在计划采用岸电能源方案。如2004年洛杉矶港采用岸电技术对集装箱船进行供电，实施效果良好。NO x、SO x和可吸入颗粒物PM10的排放量平均减少95%。洛杉矶港估计1艘3MVA的集装箱船停靠1天的NO x、SO x和PM10排放量分别减少1.03 t、0.59 t和0.043 t［4］。
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。哥德堡港使用岸电后，估计每年NO x、SO x和PM10排放量分别减少80 t、60 t和2 t［3］；2002年，Alaska州Juneau港口5艘邮轮改造后可接受岸电电源供电。Juneau港口估计1艘7MW邮轮停靠1次（约13 h）的NO x、SO x和PM排放量分别减少421 lb、352 lb和23 lb，共计796 lb［3］。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/0.5MW岸电［5］。
2006年5月，欧盟委员会通过2006/339/EC法案，提出欧盟港口靠泊船舶使用岸电，要求成员国提高认识，与IMO（国际海事组织）合作制订岸电连结的国际标准，制订促进实施此法案的经济，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。
在我国，上海港是世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，而且对于保护港区、市区的环境，建设清洁、宜人的上海国际航运中心都具有十分重要的意义。以上海港外六期的岸电码头供电方案来看，其码头全长
1 008 m，共布置有17个10 kV/2 000 kVA高压接电箱，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60m设置一个岸电电源，电源功率约为1 800 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路损耗，效率按0.9计，则每一岸电电源可提供的功率约为1 600 kW，可以满足大部分船舶的靠泊岸电需求。
随着舰船的发展和其使命任务的特殊性，舰船日益大型化、多功能化和模块化，且往往采用隐身密闭设计，这些都导致舰船在靠泊时的岸电需要量更大。同时，舰船除日常训练及任务外，常年驻泊码头，为改善舰员的生活条件和适应节能、减排和降噪的发展趋势，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岸电电流约1 000 A，需要4根3×120mm2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，或仅对照明等日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 mm2岸电电缆重量约700 kg，需要4名以上舰员进行人工拉敷接入，且操作困难。
仍以常用500 kW、400 V岸电系统为例，常规舰船码头岸电接入为10 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150 A×3/300 A×3岸电接线箱。常规码头岸电系统如图1所示。
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，按1 000 kW/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6 250 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路损耗按5%考虑，则码头路上电源接入容量约为6 600 kVA。
目前舰船码头的岸电接线箱通常配置150 A或300 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，每个码头岸电接线箱可以配置4组300 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，则每个岸电接线箱可以提供约540 kW岸电。每艘舰船需配置2个标准岸
电接线箱，每个码头需配置10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的方式，其接地线的截面应不小于95 mm2，［7］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。 以往舰船和码头往往采用接线柱或接线端子实现岸电系统的连接，该连接方式其安全性和操作方便性均较差，建议采用快速接插件，提高岸电连接的安全可靠。 （2）提供岸电电缆及辅助设备
目前常用的舰船岸电缆为CEFR/SA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120mm2。3×120 mm2 CEFR/SA型电缆连续允许工作电流为224 A，重量为4 674 kg/km，则150m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，减少舰船重复配置。码头除提供岸电电缆及存放设施外，由于岸电电缆较重，同时还应配备用于拉敷岸电电缆的输送或起吊装置。
（3）提供稳压后的岸电电源
舰船一般对用电品质要求相对较高，而码头岸电系统受陆上电网影响，品质不高。据统计，白天在负荷高峰时，最低电压可至360 V甚至更低；而在晚上最低峰负荷时，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中的控制电源变压器以及电源模块容易损坏［8］，并对艇上正常照明灯管寿命造成严重影响。根据灯管寿命分析，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须的。 岸电稳压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+6%-10%，即舰船负载供电电压按390 V考虑。一般岸电电缆长度为120～150 m，按最长150 m计算，其电压降落为10.2 V左右。需要码头提供稳压后的岸电电压应在400 V左右。 （4）保护与监测
岸电设备应设有保护及配电参数监测功能，包括过电流保护、岸电供电接线箱的相序相位一致性保护、总供电线路的电压电流及功率监测和每一供电接线箱线路的电压电流及功率监测等功能。
根据上述配置需求，标准5 000 kW岸电码头其岸电系统需要设置6 600 kVA、10 kV/400 V大容量变压器，岸电供电配电板，400 V/400 V、800 kVA岸电稳压装置，250A×4、400V标准岸电供电接线箱，250 A、400 V标准岸电接地箱，250 A、400 V标准岸电电缆，标准岸电接地电缆及岸电接入辅助设备。 舰船停靠码头时使用岸电系统具有节能、减排、降噪等优点。本文结合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。
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