王 敏，吳天裕

(1. 中遠(yuǎn)海運(yùn)港口有限公司， 上海 200080； 2. 中遠(yuǎn)海運(yùn)科技股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

船舶在靠港期間利用船上的副機(jī)滿足用電需求，不僅成本較高，而且會(huì)產(chǎn)生大量污染物。為有效解決該問題，一些國家和地區(qū)開始推廣使用船舶岸電，取得了良好的效果。

船舶岸電是指船舶靠港期間采用港口電源代替副機(jī)給船舶供電。船舶靠港使用岸電既是航運(yùn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢，又是建設(shè)綠色港口的實(shí)際需求，產(chǎn)業(yè)化前景非常廣闊。我國目前正在積極開展岸電供電技術(shù)研究和推廣工作，制定了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和保障性政策法規(guī)，上海港、連云港、天津港、蛇口港、青島港和寧波港等港口的部分碼頭已能向船舶供電[1-2]。

在碼頭岸電項(xiàng)目建設(shè)過程中，需對岸電系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，主要包括電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、監(jiān)控及信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)等，以滿足供電能力、監(jiān)控管理和安全保障的要求。在碼頭岸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中：電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)靠泊船舶的最大噸位和相關(guān)規(guī)范(如《供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50052—2009)、《碼頭岸電設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(JTS 155—2019)和《靠港船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)條件 第1部分：高壓供電》(GB/T 36028.1—2018)等)，對岸電電源的一次系統(tǒng)和變頻電源方案進(jìn)行設(shè)計(jì)；監(jiān)控及信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括岸電電源系統(tǒng)信號(hào)采集、設(shè)備控制和信息管理；系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)主要包括等電位連接及監(jiān)測、高壓“五防”、安全聯(lián)鎖和送電斷電流程設(shè)計(jì)。

本文以錦州新時(shí)代集裝箱碼頭有限公司(以下簡稱“錦州新時(shí)代集裝箱碼頭”)岸電項(xiàng)目為例，從以上3個(gè)方面對碼頭岸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。

1 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

碼頭岸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮負(fù)荷的大小、重要性和回路數(shù)。根據(jù)GB 50052—2009中 “如中斷供電將造成人身傷亡，或在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失，或?qū)⒂绊懼匾秒妴挝坏恼９ぷ?，則視為一級負(fù)荷。一級負(fù)荷中如中斷供電不會(huì)造成人身傷亡，則可視為二級負(fù)荷。除一級和二級負(fù)荷，其余可視為三級負(fù)荷”的規(guī)定，將碼頭岸電系統(tǒng)視為三級負(fù)荷；根據(jù)JTS 155-2019 中“碼頭岸電設(shè)施供電容量應(yīng)綜合考慮泊位允許靠泊船舶單臺(tái)最大發(fā)電機(jī)組額定容量、泊位利用情況和船舶用電需求”的規(guī)定，對碼頭岸電系統(tǒng)的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

碼頭岸電系統(tǒng)可按電壓等級分為高壓岸電系統(tǒng)和低壓岸電系統(tǒng)2種，其中：高壓岸電系統(tǒng)的電壓等級一般為6.6 kV/60 Hz或6.0 kV/50 Hz；低壓岸電系統(tǒng)的電壓等級一般為450 V/60 Hz或400 V/50 Hz。隨著造船技術(shù)的不斷提高，船舶大型化趨勢日益明顯，高壓上船逐漸成為更合理便捷的岸電方案。

錦州新時(shí)代集裝箱碼頭2個(gè)泊位靠泊的最大集裝箱船為5 100 TEU集裝箱船，泊位利用率為50.76%，根據(jù)規(guī)范的要求，該級別集裝箱船單臺(tái)發(fā)電機(jī)組的功率為1 800 kW，考慮余量和泊位利用率，每個(gè)泊位的設(shè)計(jì)容量為2 000 kVA，采用高壓上船方式，額定工作電壓/頻率為6.6 kV/60 Hz或6.0 kV/50 Hz，額定工作電流為192 A。

1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1.1 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一次系統(tǒng)為單母線設(shè)計(jì)(見圖1)，主要由高壓進(jìn)線柜、高壓計(jì)量柜(PT柜)、所用變柜、變頻電源進(jìn)線柜、變頻電源隔離變壓器、接地限流柜和高壓出線柜組成。

圖1 一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

該岸電系統(tǒng)可同時(shí)為2個(gè)泊位提供2 MVA的岸電電源，整套系統(tǒng)以4 MVA的容量設(shè)計(jì)。系統(tǒng)進(jìn)線電壓為10 kV，經(jīng)計(jì)算，變頻電源進(jìn)線端額定電流為231 A，總進(jìn)線柜和變頻電源進(jìn)線柜真空斷路器選擇630 A斷路器；系統(tǒng)出線為2路，設(shè)計(jì)容量為2 MVA，額定電壓為6.6 kV/6.0 kV，經(jīng)計(jì)算，出線端額定電流為192 A，總進(jìn)線柜、計(jì)量柜、所用變柜和變頻電源進(jìn)線柜通過直通母排連接?？傔M(jìn)線柜用于控制整個(gè)系統(tǒng)的電源供電；計(jì)量柜中安裝有電壓互感器，用于采集電壓信號(hào)，并通過柜頂小母線將其傳送至其他各柜；所用變柜中安裝有50 kVA降壓變壓器，為整個(gè)系統(tǒng)提供380 V AC和220 V AC的低壓電源；變頻電源進(jìn)線柜用于控制變頻電源進(jìn)線電源的通斷。

變頻電源出線端連接隔離變壓器，隔離變壓器采用三角形星型接法三繞組變壓器，1組一次繞組為三角形接法，2組二次繞組均為星型接法，繞組容量為2 MVA。隔離變壓器之后分別連接限流柜和高壓出線柜，其中：限流柜的作用是抑制變壓器的勵(lì)磁涌流；高壓出線柜的作用是將電源送至碼頭岸電箱。

1.1.2 變頻電源設(shè)計(jì)

1.1.2.1 變頻電源原理

變頻電源采用“高-高”變頻方案，由移相整流變壓器、功率單元和控制部分組成，主電路通過若干個(gè)功率單元串聯(lián)疊加的方式實(shí)現(xiàn)高壓輸出。電網(wǎng)電壓經(jīng)主變壓器隔離移相之后為功率單元供電，功率單元串聯(lián)星型連接之后形成三相變頻電源。變頻控制器采用DSP+ARM+FPGA的模式，其中：DSP主頻高，用于控制運(yùn)算算法處理；ARM外部接口豐富，便于實(shí)現(xiàn)各種控制功能；FPGA數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，能保證主控制器與各單元之間的通信和故障反饋。變頻電源系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 變頻電源系統(tǒng)圖

1.1.2.2 功率單元原理

功率單元采用交直交變頻，三相交流電經(jīng)整流濾波之后形成直流電壓，經(jīng)逆變之后輸出脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)電壓。功率單元控制板由絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)驅(qū)動(dòng)電路、監(jiān)測保護(hù)電路和光纖通信電路等組成。變頻原理見圖3。

圖3 變頻原理

若岸電變頻電源的額定功率為4 MVA，則計(jì)算額定電流為384 A，輸出側(cè)H橋級聯(lián)模塊各IGBT的額定電流為384 A，峰值電流為544 A，預(yù)留1.5倍的裕量，選擇2個(gè)電流為600 A的IGBT并聯(lián)，移相變壓器二次側(cè)電壓為690 V，直流電壓整流為960 V，選擇電壓為1 700 V的IGBT。

1.1.2.3 移相整流變壓器

移相整流變壓器原邊連接電網(wǎng)，副邊以 H 橋級聯(lián)的方式連接功率單元，每相連接6個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元的額定電壓為690 V，輸出的電壓等級可達(dá)6.6 kV。副邊18個(gè)繞組分成6個(gè)移相組，均采用三角形聯(lián)結(jié)，各移相組的角差為 10°，分別為+25°、+15°、+5°、-5°、-15°和-25°，形成36脈波多級移相疊加的整流方式，可消除35次以下的諧波，能有效改善網(wǎng)側(cè)電流的波形，提升變頻電源的品質(zhì)。

1.1.2.4 真空接觸器和預(yù)充電阻

岸電變頻電源的真空接觸器有2個(gè)：一個(gè)為預(yù)充電真空接觸器，用于對移相變壓器進(jìn)行預(yù)充；另一個(gè)為主回路真空接觸器，用于控制主回路的通斷。主回路的額定電流為231 A，額定電壓為10 kV。

功率模塊的每個(gè)直流側(cè)的電容為11個(gè)420 μF的電容并聯(lián)，共4 620 μF，級聯(lián)H橋的功率單元為6個(gè)模塊并聯(lián)，得到直流側(cè)等效電容為27 720 μF。若變頻電源的啟動(dòng)預(yù)充電時(shí)間為90 s左右，則根據(jù)電容充放電時(shí)間計(jì)算得到預(yù)充電阻R≈721 Ω，選擇預(yù)充電阻為1 000 Ω，電阻上的最大電壓為相電壓3 810 V，流過的最大電流為3.8 A。由于最大電流為短時(shí)過載電流，選擇具有過載能力的波紋電阻，功率為5 kW。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

高壓變頻電源系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 高壓變頻電源系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

2 監(jiān)控及信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)功能

碼頭岸電監(jiān)控系統(tǒng)主要由可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、觸摸屏、交換機(jī)、操作站和工程師站等設(shè)備組成，主要功能是實(shí)現(xiàn)岸電系統(tǒng)中高壓進(jìn)出線柜、變頻電源和隔離變壓器等設(shè)備的信號(hào)采集、控制調(diào)節(jié)、船-岸通信和聯(lián)鎖保護(hù)等，同時(shí)與岸電信息系統(tǒng)對接，實(shí)現(xiàn)對過程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和發(fā)布。

2.1.1 數(shù)據(jù)采集及控制

圖4為監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面。監(jiān)控系統(tǒng)不僅能對集裝箱變電站的消防、照明、溫度和濕度等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，而且具有電力監(jiān)控系統(tǒng)“四遙”功能(即“遙控” “遙測” “遙信”和“遙調(diào)”)，主要通過開關(guān)量或模擬量輸入輸出接口和通信(Modbus協(xié)議、IEC 60870-5-103規(guī)約和DLT645協(xié)議等)方式實(shí)現(xiàn)，包含以下幾個(gè)方面：

1) 高壓開關(guān)柜主斷路器的通斷狀態(tài)及控制、接地開關(guān)的通斷狀態(tài)及控制、電壓與電流等狀態(tài)信號(hào)和欠壓過流等報(bào)警信號(hào)；

2) 變頻電源的運(yùn)行狀態(tài)及控制、電壓和電流等狀態(tài)信號(hào)及過流逆功率等報(bào)警信號(hào)；

3) 變壓器的溫度、電壓和電流等狀態(tài)信號(hào)；

4) 岸邊高壓插座箱門限位信號(hào)和安全回路信號(hào)；

5) 集裝箱變電站消防報(bào)警、通風(fēng)狀態(tài)和溫濕度等信號(hào)。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面

2.1.2 船-岸通信

根據(jù)IEC/ISO/IEEE 80005-1—2019標(biāo)準(zhǔn)，船-岸通信采用多模光纜進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，采用TCP/IP通信協(xié)議傳輸電壓和電流、斷路器位置及故障報(bào)警等信號(hào)，確保船-岸連接穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢

監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)及其他信息，用于實(shí)現(xiàn)連船用電管理、設(shè)備更新管理、報(bào)表打印及移動(dòng)端和WEB端信息發(fā)布，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)主要有用戶操作歷史記錄、設(shè)備狀態(tài)、流程故障、電參數(shù)和抄表數(shù)據(jù)等。

2.1.4 聯(lián)鎖保護(hù)與報(bào)警

聯(lián)鎖保護(hù)與報(bào)警包含岸電集裝箱變電站內(nèi)運(yùn)行條件的保護(hù)和船-岸線路的聯(lián)鎖保護(hù)。

1) 監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)PLC采集到的消防、通風(fēng)、溫度和濕度等信號(hào)編制聯(lián)鎖預(yù)案及保護(hù)程序，一旦發(fā)生火災(zāi)、出現(xiàn)超溫和通風(fēng)故障等特殊情況，系統(tǒng)能自動(dòng)執(zhí)行預(yù)案；

2) 監(jiān)控系統(tǒng)對船-岸連接進(jìn)行監(jiān)控，主要跟據(jù)安全聯(lián)鎖回路和船-岸通信數(shù)據(jù)等編制聯(lián)鎖預(yù)案及保護(hù)程序，保證在船-岸電氣連接出現(xiàn)故障的情況下能第一時(shí)間斷開供電并發(fā)出報(bào)警。

2.2 信息管理功能

岸電管理信息系統(tǒng)通過信息化技術(shù)對岸電系統(tǒng)進(jìn)行模塊化管理,幫助企業(yè)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程；同時(shí)，對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、包裝和挖掘，在管理和決策層面提供有用的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包含歷史數(shù)據(jù)查詢、電能統(tǒng)計(jì)管理、電站監(jiān)控管理、報(bào)警管理和備件管理等功能模塊。

2.2.1 系統(tǒng)組成與架構(gòu)

管理信息系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器和WEB服務(wù)器組成，其中：

1) 數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)采集和存儲(chǔ)岸電系統(tǒng)各設(shè)備的數(shù)據(jù)，本身支持各種數(shù)據(jù)傳輸接口(TCP/UDP、MODBUSP-TCP、OPC和WEBSERVICE等)，并提供外部訪問；

2) WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)發(fā)布岸電管理信息系統(tǒng)的WEB頁面。

管理信息系統(tǒng)采用基于RIA技術(shù)的B/S架構(gòu)，由瘦客戶端(WEB瀏覽器)、客戶端(監(jiān)控計(jì)算機(jī))、WEB應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，其架構(gòu)見圖5。該系統(tǒng)采用分層設(shè)計(jì)模式，由應(yīng)用層、表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)庫訪問層組成，其邏輯架構(gòu)見圖6。

圖5 管理信息系統(tǒng)架構(gòu)

圖6 管理信息系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

2.2.2 連船作業(yè)管理

碼頭岸電信息監(jiān)控系統(tǒng)能記錄每次連船的船舶信息和過程數(shù)據(jù)，并形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，既能為港方和船方的用電結(jié)算提供依據(jù)，又能為港方優(yōu)化岸電作業(yè)管理提供數(shù)據(jù)資料。

2.2.3 設(shè)備管理

岸電監(jiān)控及信息系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控各變頻電站關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并保存設(shè)備運(yùn)行過程中的所有故障信息，包括故障名稱、故障發(fā)生及復(fù)位的時(shí)間和故障內(nèi)容等。故障管理可提供故障查詢、故障分析和重復(fù)故障率統(tǒng)計(jì)等功能，并提供故障幫助文檔，為使用者提供故障分析和維修建議。

2.2.4 電能管理

岸電監(jiān)控及信息系統(tǒng)能接收電度表數(shù)據(jù)，對輸出的電量進(jìn)行積分計(jì)算，并按電度量的日、月、年等進(jìn)行峰、谷、平統(tǒng)計(jì)和分析；同時(shí)，能提供歷史查詢功能，并形成報(bào)表。

2.2.5 移動(dòng)終端

岸電系統(tǒng)移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)以“方便快捷、實(shí)時(shí)監(jiān)控和移動(dòng)交互”為出發(fā)點(diǎn)，立足于岸電系統(tǒng)管理部門和船上岸電使用者的業(yè)務(wù)需求，具有泊位狀態(tài)監(jiān)控、變頻電站監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查詢和系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)控等功能模塊，用戶可通過該軟件進(jìn)行岸電預(yù)約，使其具有更高的應(yīng)用附加值，能有效提升岸電系統(tǒng)的管理和運(yùn)營水平。

1) 泊位狀態(tài)監(jiān)控：實(shí)時(shí)顯示各泊位的關(guān)鍵狀態(tài)信息，包括使用狀態(tài)(空閑/運(yùn)行)、通信狀態(tài)(正常/斷開)、聯(lián)鎖保護(hù)(正常/中斷)、船名、供電時(shí)長(小時(shí))和有功電能(千瓦時(shí))等。

2) 變頻電站監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控各變頻電站關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)值信息。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)包括進(jìn)線柜指標(biāo)，饋線柜指標(biāo)，變頻電源的狀態(tài)指示、運(yùn)行頻率、輸出電流和輸出功率，出線柜狀態(tài)值和變頻電站開關(guān)狀態(tài)等。

3) 歷史數(shù)據(jù)查詢：對連船歷史信息進(jìn)行查詢，用于查看最近一段時(shí)間內(nèi)泊位的連船情況，包括泊位編號(hào)、連船時(shí)間、船名、供電時(shí)長和消耗的有功電能等。

4) 系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)控：顯示最近一段時(shí)間內(nèi)的報(bào)警信息，報(bào)警內(nèi)容包含報(bào)警時(shí)間、報(bào)警類型、報(bào)警內(nèi)容簡單描述和區(qū)域(報(bào)警模塊)定位。

5) 岸電預(yù)約：根據(jù)軟件泊位狀態(tài)監(jiān)控功能，用戶可選擇空閑的泊位，通過移動(dòng)終端軟件提供的預(yù)約接口提前預(yù)約泊位，預(yù)約時(shí)輸入船名、航次、船方聯(lián)系電話、預(yù)約泊位和預(yù)約時(shí)間等信息。

3 系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)是碼頭岸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證岸電系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

3.1 等電位

根據(jù)IEC/ISO/IEEE 80005-1—2019的要求，到港船舶在使用岸電時(shí)必須保證船體與碼頭的等電位接地連接，同時(shí)需實(shí)時(shí)監(jiān)控等電位接地連接狀態(tài)，避免使用岸電過程中發(fā)生安全事故。根據(jù)岸電國際及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求研發(fā)岸電等電位監(jiān)測裝置，通過監(jiān)測系統(tǒng)接地地線的通、斷和回路中地線與監(jiān)測線之間的短路狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。

圖7 船舶岸電等電位監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)

船舶岸電等電位監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)見圖7，等電位監(jiān)測保護(hù)裝置通過一根接地監(jiān)測線與特殊設(shè)計(jì)的齊納終端相連，實(shí)現(xiàn)對接地電纜電阻值的精確采集，同時(shí)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行抗干擾和邏輯計(jì)算處理，準(zhǔn)確判斷接地電纜的通斷狀態(tài)和接地電纜與接地監(jiān)測線之間的短路狀態(tài)，及時(shí)向電力系統(tǒng)的斷路器發(fā)送跳閘控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。

3.2 高壓操作

為保證岸電系統(tǒng)安全運(yùn)行，確保設(shè)備和操作人員安全，對高壓開關(guān)柜采取“五防”設(shè)計(jì)是重要措施?！拔宸馈奔矗悍乐拐`分、合斷路器；防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)；防止帶電掛(合)接地線(接地開關(guān))；防止帶地線送電；防止誤入帶電間隔，主要通過斷路器、接地刀、前后門板和電磁鎖等部件間的機(jī)械和電氣聯(lián)鎖實(shí)現(xiàn)。

3.3 安全聯(lián)鎖回路

根據(jù)IEC/ISO/IEEE 80005-1—2019和《靠港船舶岸電系統(tǒng)技術(shù)條件 第1部分：高壓供電》(GB/T 36028.1—2018)的要求，船舶岸電高壓插頭插座由3根動(dòng)力針、3根控制針、1根接地針和光纖組成，分別用于接通高壓電源、控制信號(hào)、接地與光纖通信。

船-岸安全聯(lián)鎖回路(見圖8)利用插頭插座中的控制插針(Pilot1和Pilot2)和船用復(fù)合電纜中的控制線芯，將岸端系統(tǒng)與船端系統(tǒng)的急停、故障等信號(hào)串在同一電氣回路中，當(dāng)岸端或船端任一系統(tǒng)出現(xiàn)故障或急停時(shí)，安全聯(lián)鎖回路就會(huì)立即斷開，此時(shí)岸端系統(tǒng)和船端系統(tǒng)會(huì)同時(shí)做出響應(yīng)。

3.4 岸電操作流程

對岸電操作流程進(jìn)行設(shè)計(jì)也是保障系統(tǒng)安全的一項(xiàng)措施。

3.4.1 岸電操作前的準(zhǔn)備工作

船舶靠港連接岸電之前，船方和港方應(yīng)先分別做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

圖8 安全聯(lián)鎖回路

圖9 岸電上船操作流程

1) 船方的準(zhǔn)備工作為：

(1) 靠泊時(shí)注意船尾的岸電箱與碼頭的岸電標(biāo)記對齊；

(2) 檢查供試驗(yàn)的靠港船舶的接口與碼頭側(cè)岸基供電系統(tǒng)的接口是否一致；

(3) 檢查相關(guān)電氣設(shè)備及有關(guān)線路的絕緣性能和高壓電纜是否絕緣；

(4) 確保船舶配電設(shè)備處于完好狀態(tài)；

(5) 確保高壓電纜卷車裝置等船載岸電設(shè)備處于正常工作狀態(tài)；

(6) 靠泊完成之后關(guān)閉駕駛臺(tái)上所有通導(dǎo)設(shè)備的電源，防止送電時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)峰值電壓損壞通導(dǎo)設(shè)備。

2) 港方的準(zhǔn)備工作為：

(1) 明確相關(guān)責(zé)任人，包括總負(fù)責(zé)人、變電所值班人員、集裝箱變電站值班人員、岸電插座箱位置值班人員和試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄人員等；

(2) 根據(jù)船方提供的信息，對設(shè)備相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和整定；

(3) 在高壓接線箱周圍設(shè)置安全圍欄和安全標(biāo)志，并安排專人看護(hù)、檢查；

(4) 檢查相關(guān)電氣設(shè)備及有關(guān)線路的絕緣性能和高壓電纜是否絕緣；

(5) 確保變電所和集裝箱變電站供電設(shè)備運(yùn)行正常。

3.4.2 連船操作步驟

3.4.2.1 供電上船

圖9為岸電上船操作流程。

1) 港方操作人員檢查碼頭岸電系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，斷開岸電出線柜斷路器并閉合接地刀閘，確保插頭和插座進(jìn)行接插作業(yè)時(shí)岸電箱不帶電；

2) 高壓和插頭插座可靠連接，船、岸雙方測試安全回路和通信；

3) 船方操作人員將負(fù)載轉(zhuǎn)移至同一發(fā)電機(jī)組，關(guān)停其余發(fā)電機(jī)組，斷開岸電進(jìn)線柜斷路器并閉合接地刀閘，操作電纜卷筒，將電纜下放至插座箱位置；

4) 碼頭岸電出線柜地刀分閘，船舶岸電進(jìn)線柜地刀分閘，碼頭岸電系統(tǒng)根據(jù)流程啟動(dòng)變頻電源，依次合閘各開關(guān)柜，送電上船；

5) 船方對上船電源的電壓、頻率和相位等參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，當(dāng)符合并網(wǎng)條件時(shí)，手動(dòng)或自動(dòng)啟動(dòng)并網(wǎng)操作，并網(wǎng)之后將負(fù)載轉(zhuǎn)移至岸電電源，斷開并關(guān)閉發(fā)電機(jī)組。

3.4.2.2 斷電離船

圖10為岸電斷電流程。

1) 船方操作人員啟動(dòng)并控制一臺(tái)發(fā)電機(jī)組，使其電壓、頻率和相位與當(dāng)前船舶電網(wǎng)相同，手動(dòng)或自動(dòng)并網(wǎng)。并網(wǎng)完成之后，操作人員啟動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)移，將負(fù)載從岸電轉(zhuǎn)移至發(fā)電機(jī)組，分閘船舶進(jìn)線柜，使船電與岸電隔離，并發(fā)送信號(hào)至碼頭岸電系統(tǒng)。

2) 港方操作人員收到信號(hào)之后，關(guān)閉岸電變頻電源，從輸出側(cè)至輸入側(cè)依次分閘各高壓開關(guān)柜。將碼頭岸電系統(tǒng)出線柜斷路器小車從柜內(nèi)搖出，并將地刀合閘。

3) 斷開碼頭插座箱的電纜連接，船方利用電纜卷筒回收電纜。船舶離港。

圖10 岸電斷電流程

4 應(yīng)用效果及分析

本文所述設(shè)計(jì)方案已在秦皇島港、黃驊港和錦州港等港口的岸電項(xiàng)目中得到應(yīng)用，取得了良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。以錦州新時(shí)代集裝箱碼頭岸電項(xiàng)目為例，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施前 1 a(12 個(gè)月)內(nèi)該公司207#和208#泊位的船舶靠泊時(shí)間和船舶平均用電負(fù)荷，計(jì)算得到項(xiàng)目實(shí)施前船舶年度耗油量約為3 958.72 t。若停靠時(shí)間超過3 h的船舶30%使用岸電，則每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)油約1 186.62 t。在節(jié)約燃料的同時(shí)，能減少港區(qū)CO2的排放，通過CO2排放折算公式可計(jì)算得到實(shí)施該方案之后該項(xiàng)目每年可減排CO2約3 843.84 t。

5 結(jié) 語

碼頭岸電系統(tǒng)作為國家綠色港口建設(shè)規(guī)劃的重要組成部分，有廣闊的應(yīng)用前景。本文對碼頭岸電系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)、監(jiān)控和安全等關(guān)鍵部分。實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，可在信息管理方面對該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，如將岸電信息管理系統(tǒng)與碼頭作業(yè)系統(tǒng)和公司管理系統(tǒng)相結(jié)合，有助于大大提高碼頭岸電系統(tǒng)的作業(yè)效率和管理效率。