■　李瑩（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州　350004）

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5萬噸級散雜貨碼頭岸電設(shè)計方案

■李瑩
（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州350004）

摘要近年來國內(nèi)外港航界提出了綠色港口的發(fā)展理念，是指在環(huán)境保護和經(jīng)濟利益之間獲得良好平衡的可持續(xù)發(fā)展的港口。港航界提出的打造綠色碼頭以及綠色船舶已成為一個熱點，為減少靠港船舶的排放對其供應(yīng)陸地電能便是重要舉措之一。本項目為散雜貨碼頭建設(shè)一套供4個泊位的岸基變電站式船用電源岸電系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞散雜貨碼頭岸電變頻

1　項目設(shè)計要求

本項目在港區(qū)變電所設(shè)置一套岸電電源裝置，滿足向四個泊位的船舶同時供電的要求（船舶船型為：5萬噸干散貨船）。岸電電源裝置（以下簡稱：岸電設(shè)備）的供電容量按照《碼頭船舶岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（JTS155-2012）要求，每個泊位供電容量為：800KVA，岸電電源總?cè)萘繛椋?00kVA×4=3200kVA，陸域電源取自碼頭變電所10kV/50Hz電源。

岸電設(shè)備配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，能對岸電系統(tǒng)進行在線監(jiān)測、供電計量、安全保護，并滿足與船舶光纖通訊、自動并網(wǎng)的要求。

2　岸電主回路系統(tǒng)說明

2.1系統(tǒng)構(gòu)成

本岸電主回路系統(tǒng)設(shè)計方案由以下幾個部分組成，詳見圖1。

2.2設(shè)計說明

圖1　岸電主回路系統(tǒng)構(gòu)成

電源側(cè)采用兩套10kV高壓進線柜（AH1、AH2）向兩組整流進線變壓器（T1、T2）供電，構(gòu)成24脈波整流，以保證進線側(cè)諧波THD值低于4％的國家標準，進線變壓器（T1、T2）將10kV電壓降至與變頻電源匹配的690V電壓，分別向變頻電源整流模塊（D1、D2）供電。

圖中D1、D2、Q1、Q2、U1、U2、U3、U4構(gòu)成變頻電源，直流回路并聯(lián)并通過Q1、Q2開關(guān)控制通斷，由此提供了整流單元及進線高壓開關(guān)柜、進線變壓器等設(shè)備的互為冗余。逆變部分采用4套并聯(lián)的逆變單元分別向4個泊位供電，輸出頻率可以是50Hz或60Hz，4個泊位輸出電制可以一樣也可以不一樣，滿足不同電制船舶同時靠港的要求。

變頻電源輸出側(cè)設(shè)置出線變壓器（T3、T4、T5、 T6），將變頻電源輸出電壓0.63kV/0.69kV調(diào)整為6.0kV/ 6.6kV，在出線變壓器（T3、T4、T5、T6）和逆變單元（U1、U2、U3、U4）之間設(shè)置隔離開關(guān)（Q3、Q4、Q5、Q6）進行隔離保護。

出線變壓器出線側(cè)設(shè)置高壓出線柜（AH3、AH4、AH5、AH6）作為饋電柜向船舶供電，高壓出線柜設(shè)置計量功能，計量船舶用電量。通過地面電纜將岸電送至碼頭前沿，碼頭前沿設(shè)置岸電接電箱（S1A、S1B、S2A、S2B、S3A、S3B、S4A、S4B），接電箱帶有與船舶岸電電纜插頭匹配的插座，便于連接船舶岸電電纜，每個部位設(shè)置兩個并聯(lián)接電箱，保證船舶船頭任何方向靠港均可近距離接電。

3　岸電監(jiān)控系統(tǒng)說明

3.1系統(tǒng)構(gòu)成（見圖2）

圖2　岸電監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

3.2監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成：

3.2.1監(jiān)控計算機及服務(wù)器

在岸電變電站內(nèi)設(shè)置兩臺監(jiān)控計算機作為操作員站和服務(wù)器，兩機相互冗余。監(jiān)控計算機內(nèi)置監(jiān)控組態(tài)軟件，編制各種組態(tài)畫面，對岸電系統(tǒng)實時監(jiān)視和控制，運行人員通過監(jiān)控計算機可完成對整個岸電系統(tǒng)的設(shè)備操作、狀態(tài)監(jiān)視、信息查詢。服務(wù)器計算機用于記錄岸電系統(tǒng)的各種歷史數(shù)據(jù)并經(jīng)過以太網(wǎng)方式將控制信息、設(shè)備狀態(tài)等信號進行遠傳。

3.2.2計算機監(jiān)控系統(tǒng)

與船舶通訊實行岸電雙向操作功能；設(shè)置岸電輸出保護功能；故障報警功能；冗余控制功能；自動/手動控制功能；遠程/就地控制功能；邏輯聯(lián)鎖控制、保護功能；通訊功能；顯示功能；記錄、打印輸出功能；四遙功能；空調(diào)、新風、消防系統(tǒng)連鎖功能；船舶用電記錄功能，形成能耗曲線；數(shù)據(jù)庫管理功能；事故追憶并提供事故曲線；電源數(shù)據(jù)功能；信息查詢；網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

3.2.3PLC柜

本系統(tǒng)設(shè)置一臺冗余的PLC柜，由它來完成各種類型的電信號采集、各種網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)交換、岸電設(shè)備操作的連鎖控制、岸船之間信號的交換及控制，并以O(shè)PC方式為服務(wù)器提供所有岸電設(shè)備的基本數(shù)據(jù)，執(zhí)行監(jiān)控計算機的命令對岸電設(shè)備進行操作、控制。

3.2.4通訊網(wǎng)絡(luò)

3.2.4.1工業(yè)以太網(wǎng)

岸電系統(tǒng)監(jiān)控通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余以太網(wǎng)方式。2臺冗余PLC控制器之間通過以太網(wǎng)連接，并連接至冗余的計算機、服務(wù)器。系統(tǒng)預(yù)留工廠級管理網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)通訊接口，以便遠程傳輸岸電供電系統(tǒng)參數(shù)。岸船之間的以太網(wǎng)絡(luò)通過光纖和無線兩種方式進行，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

3.2.4.2現(xiàn)場總線

PLC控制系統(tǒng)采用分散控制、集中管理的DCS概念，本項目PLC至現(xiàn)場設(shè)備之間采用PROFIBUS現(xiàn)場總線連接。連接設(shè)備包括：高、低壓開關(guān)柜、變頻電源、變壓器、前沿接電箱。

4　岸船的通訊及控制

4.1岸船的通訊

岸與船的通訊方式采用光纖方式，無線通訊方式作為備用。同時設(shè)有岸側(cè)與船側(cè)的控制線聯(lián)絡(luò)，以便信號連鎖、出現(xiàn)緊急情況時能夠斷掉供電電源。光纖、控制信號線通過前沿插電箱連接。

岸側(cè)岸電控制系統(tǒng)與船側(cè)岸電控制系統(tǒng)建立通訊后，相互傳送船舶電制信號、岸側(cè)設(shè)備信號。PLC可以雙向控制，實現(xiàn)雙向岸電操作。岸側(cè)PLC根據(jù)船舶電制信號控制電源設(shè)備輸出相匹配的電制和容量。

4.2岸船的控制

本岸電系統(tǒng)的控制可以選擇船側(cè)操作或岸側(cè)操作兩種方式，控制對象為：

船上岸電中壓柜開關(guān)的分合；船上岸電中壓柜開關(guān)的接地開關(guān)分合；船側(cè)并網(wǎng)控制。

岸上出線柜開關(guān)的合分；岸上電源設(shè)備啟動、停止控制；岸側(cè)并網(wǎng)控制。

5　岸電系統(tǒng)的保護

包括欠壓保護，過壓保護，缺相保護，過溫保護，過流保護，接地保護，過載保護，電纜保護，通訊故障，船側(cè)設(shè)備故障，誤操作保護。

6　冗余措施

為了確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，本岸電控制系統(tǒng)采取了相應(yīng)的冗余措施，包括：

6.1PLC冗余

為確保岸電控制系統(tǒng)的可靠性，控制系統(tǒng)PLC配置了冗余CPU單元、正常工作時冗余CPU處于熱備狀態(tài)，當主CPU故障時自動切換至冗余CPU，系統(tǒng)不受影響，不會造成供電中斷。

6.2控制及信息管理計算機冗余

控制及信息管理系統(tǒng)配置了兩臺相互冗余的計算機和服務(wù)器，正常情況下，歷史數(shù)據(jù)同時存儲在兩計算機內(nèi)，任何一臺故障時都不會影響系統(tǒng)的正常使用，歷史數(shù)據(jù)不會丟失。

6.3岸側(cè)、船側(cè)通訊的冗余

本岸電系統(tǒng)配置有與船舶進行無線通訊的裝置，當光纖故障時，可以通過該無線設(shè)備與船舶岸電無線接收設(shè)備進行通訊實現(xiàn)對岸電系統(tǒng)的控制和操作使用。

6.4變頻電源的冗余

變頻電源設(shè)備具有故障降容使用的功能，當某個單元故障時，可以切除故障單元，不會造成斷電。也可以備用冗余單元，故障時投入運行就可以不必降容。

6.5以太網(wǎng)冗余

本岸電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余以太網(wǎng)，可確保信息網(wǎng)絡(luò)的正常通訊。

7　結(jié)束語

本岸電系統(tǒng)具有以下特點：

（1）一套電源設(shè)備可同時向4個泊位供電，并能分別輸出6.0kV50Hz或6.6kV60Hz不同電制，能滿足不同電制船舶供電。

（2）直流回路設(shè)置隔離開關(guān)，提供了進線高壓開關(guān)（AH1、AH2）、進線變壓器（T1、T2）、整流單元（D1、D2）的互為冗余。

（3）逆變單元（U1、U2、U3、U4）采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，當任一單元故障時可以降容使用。

（4）逆變單元采用IGBT技術(shù)，可以對船舶負載進行無功補償。