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    淺談船舶岸電技術設計方案及應用

    發布時間: 2020-06-14  點擊次數: 364次

    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、岸電方案、岸電系統點等來闡述船舶岸電技術在港口工程中的實際應用。

    關鍵詞:岸電技術;岸電系統;岸電方案
    中圖分類號:U665.12 文獻標識碼:A 文章編號:1006-7973(2019)08-0109-02
     
    1 背景
    近年來,國家經濟持續快速發展,港口建設步伐加快,碼頭??看暗臄盗看蠓黾?。船舶靠港期間,依靠船舶燃油輔機發電滿足船舶機動、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,對港區周邊環境造成嚴重污染 。如果在船舶靠港期間,使用由碼頭提供的岸電系統替代船上的燃油發電機,便可有效解決這一污染難題,岸電技術是適應港口繁忙營運、建設綠色港口和提高碼頭競爭力的重要措施,具有極好的社會和環境效益。
     
    2 船舶岸電系統
    船舶岸電技術是指船舶靠港期間,停止使用船舶上的發電機電源供電,改用港區碼頭上的岸電通過電纜對船舶上的設備進行供電。船舶岸電系統包括三個部分:岸上供電系統、船岸連接設備、船舶受電系統 。
    1.)岸上供電系統:由沿港區變電所供電,經過變壓器、變頻將輸入電源轉化為滿足船舶要求的電源,供應到靠近船舶的連接點。
    2.)船岸連接設備:連接岸上連接點及船上受電裝置間的電纜和設備。電纜連接設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:在船上固定安裝受電系統,可能包括電纜絞車、船上變壓器和相關電氣管理系統。
     
    3 項目概況
    本文利用連云港燕尾作業區碼頭工程分析碼頭岸電技術的應用。
    本工程位于江蘇省連云港市灌云縣燕尾港鎮,灌河口西岸,港區西南側緊鄰燕尾作業區碼頭二期工程。該項目建設規模為: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 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉換為 6.6kV/(6)kV、60Hz/50Hz 高壓電源,接入船上配備的船載變電設備變壓后供船舶受電設備使用。
    低壓岸電模式的供電方式 是將碼頭電網 10kV、50Hz高壓變頻、變壓轉換為 450V/(400)V、60Hz/50Hz 低壓電源,直接接入船上供受電設備使用。
    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,經過低壓一體化岸電樁輸出 380V 或 220V電源,接入船上供受電設備使用。
    根據《碼頭船舶岸電設施建設技術規范》,本工程在碼頭沿變電所設置一套岸電電源系統,1#通用泊位設置一套高壓岸電電源接線箱、2#通用泊位設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岸電主回路設計說明
     
    圖 1 VFPS 系列岸電電源系統圖
    輸入限流柜:考慮到船舶靠港的時候,岸電電源系統才工作,船舶離港時,岸電電源系統停止運行,因此,岸電電源系統會經常進行停電、送電工作,在送電過程中,由于岸電變頻電源為電壓源型設備,并且變頻器端有一個移相變壓器,因此,送電過程中會產生沖擊電流。輸入限流柜能夠有效控制送電過程中產生的勵磁電流和瞬時沖擊電流。延長設備使用壽命,減少對電網的沖擊。岸電變頻電源實現將50HZ 交流電轉換為 60HZ 交流電。
    輸出并網電抗器可以有效減少并網過程中產生的沖擊電流,起到緩沖作用。
    輸出隔離變壓器實現岸上電源系統與船上電源系統之間的隔離。
    4.3系統介紹
     
    圖 2 岸電電源系統圖
    (1)計量柜為輸入計量用,可不安裝,精度滿足計量或內部計量要求。
    (2)岸電電源進線柜引自變電所 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,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。輸入側采用星型接線,輸出側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,出線柜之增加隔離變壓器,以起到對設備及操作設備人員的保護。
    (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,通過電纜接至碼頭沿岸電接線箱,1#通用泊位設置一臺高壓接線箱,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
    本岸電系統的控制為船側操作或者岸側操作兩種方式,控制對象為:船舶上開關柜的分合控制、岸側開關柜的分合控制、岸電電源的啟動和停止控制。
     
    5 系統點
    本系統設計點如下:
    (1)一鍵啟動設計,參數設置完畢,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)散熱風機冗余設計,當岸電電源頂部風機有一個故障時,岸電電源系統不停機。
    (3)高效率高可靠性高功率因數,由于采用單元串聯型設計方案,系統輸入功率因數高,整個系統設計采用環保高效硅鋼片,岸電電源系統效率達到 97%以上。
    (4)防鹽霧設計,考慮到海邊的工作環境,岸電電源系統所有設備需要進行三防處理,能夠適應港口使用環境長時間工作需求。
    (5)一鍵換相功能,當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)模塊化設計,可擴展性強,只需要增加少許開關設備,即可以實現多個泊位公用岸電電源系統。
     
    6 安科瑞船舶岸電收費系統選型
    安科瑞Acrelcloud-9000船舶岸電收費系統通過物聯網技術對接入系統的計量儀表ADW300,監測充電設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過溫保護、充電輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警;用戶通過支付寶小程序掃描二維碼,進行支付后,系統發起充電請求,控制儀表對應的操控機構,對充電樁完成充電過程。
    充電設備通過加裝物聯網儀表,配合加密技術和秘鑰分發技術,基于TCP/IP的數據交互協議,與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電運營的所有功能,包括財務管理、變壓器監控和運營分析等功能。
    6.1系統結構
     
    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,充電樁運行監測,充電樁異常交易監測
    2) 用戶管理
    用戶注冊,用戶登錄,用戶帳戶管理,消息管理
    3) 實時監控
    對平臺連接的所有充電站和充電箱狀態進行監視,發生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發出報警信號,及時消除火災隱患。
    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,營收和財務相關報表。
    5) 充電服務
    可通過軟件搜索附近充電設施,查看充電樁設施,并導航至可用充電樁??赏ㄟ^在線自助支付實現充電,充電結算等
    6) 小程序
    支持支付寶掃碼充電,充電賬單支付。運營商和物業管理人員均可通過小程序管理,監測充電設施狀態和充電交易情況。
    7) 運營分析
    對訂單進行數據化分析,直觀展示數據   
    6.3 硬件配置
    6.3.1.現場硬件配置

    1.ADW300 三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、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聯動等報警輸出;4時區14時段的費率設置;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(如需多個設備集中上傳時選配) 4G遠程無線數據采集設備,采用嵌入式設計,內嵌TCP/IP協議棧,同時采用了功能強大的微處理芯片,配合內置看門狗,性能可靠穩定。提供標準RS485數據接口,可以方便的連接RTU、PLC、工控機等設備,僅需一次性完成初始化配置,就可以完成對MODBUS設備的數據采集,并且與安科瑞服務器進行通訊。
        

     
    注:儀表型號數量按實際的單相、三相和電流規格來選擇。
    6.3.2計量儀表ADW300產品介紹
    6.3.2.1型號說明
     
    6.3.2.2技術參數
     
     
     
    7結論
    船舶岸電替代船舶輔機發電,實現靠港船只零排放,節能減排*,有效的提升港口建設水平,帶來社會、環境、經濟多方面的效益,為綠色港口建設添磚加瓦,推動水運工程供給側結構性改革和綠色交通發展。
     
    參考文獻
    [1] 張偉明.淺談煤碼頭岸電系統的設計[J].科技創新與應用,2018,(3):90-91.
    [2]楊文浩,邵 琪,王立鋒.淺談船舶岸電技術的應用[J]
    [3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2019.11版

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