镇江电厂燃煤码头岸电系统分析
梁乾兵 贾光泉
（江苏镇江发电有限公司， 江苏 镇江 212114）
为满足镇江电厂燃煤码头靠港船舶的用电需求，优化岸电系统配置。为安全便捷地输送岸电电缆，研制并使用一种新型电缆输送装置。总结岸电系统建设的一些经验与建议，并对低压岸电系统的推广应用进行分析。
港口；岸电系统；电缆输送装置
0 引言
江苏镇江发电有限公司（以下简称“镇江电厂”）三期燃煤码头有1个5万吨级泊位，年靠港船舶约70艘。2015年年底，镇江市有关部门要求镇江电厂进行岸电示范项目建设。工程自2016年10月开工建设，2016年年底完成静态调试、上船带载试验。目前，该项目已通过相关政府部门的验收。
岸电系统采用低压上船方式，可分别输送400 V/50 Hz和440 V/60 Hz电源，输送容量不低于250 kVA，可满足各种靠港船舶的用电需求。
1 工程项目及特点
工程必须满足的要求包括：能适应所有靠港船舶的用电需求；拥有完备的用电安全监测装置；接岸电电源时省时省力，电缆输送能适应船舶高度的变化，并具备抗风能力；岸电设施的建设和运行不妨碍码头卸船作业，不妨碍船舶的靠泊和离泊；配备合格的计量仪表和必要的监测监控设施。
基于上述要求，在项目初期，项目组调研多艘靠港船舶，了解船舶电气设备配置、容量及运行方式等，探寻船方对岸电的使用意愿及要求。结合码头现有条件，参照已有的标准和规范，优化系统配置，确定设备选型和新产品的研制方案，为项目顺利实施奠定基础。
1.1 电气系统
为满足440 V/60 Hz用电制式的需求，系统配置岸电专用变频电源及相关的配电装置。岸电电气一次系统图见图1。在配电柜进行工频、变频输出的切换，二次操作回路设电气闭锁，以防止误操作。工频、变频合用1套电缆输送装置。440 V/60 Hz用电制式的靠港船舶数量约占总靠港船舶数量的1/3，如果工频、变频分别设置电缆输送装置，会造成投资成本增加，但使用效率低，且码头布置困难。
对岸电房的布置进行优化，利用码头现有条件，在东侧廊道框架下建设岸电房。船舶停靠长江码头，需逆水靠岸，岸电设施靠近船尾停靠区域布置，以减少动力电缆、控制电缆的长度。岸电项目总体布置见图2。输出主回路电缆采用橡胶软芯抗拉电缆。系统不限制靠港船舶的用电容量。
1.2 用电安全与辅助设施
船舶用电制式为三相三线制，系统设计与之匹配。为使船舶用电安全可靠，输出侧配置绝缘检测系统，具备选相选线功能。当监测到输出侧系统接地故障时，能自动报警或切断供电电源开关。
工程采用ITN船舶岸电系统，属于一种配中性线的IT配电系统，在系统中输出N线，与船体相连，用于低压船舶岸电系统的故障检测及船岸等电位。
绝缘检测系统能实时监测回路绝缘，ITN系统绝缘监测原理见图3。采用中性点叠加直流信号原理，直流信号经绝缘电阻（RR，RS，RT和RN）和回路泄漏电阻R0构成回路，通过检测采样电阻RS0上的电压，监测系统绝缘，能检测三相、中性线的对地绝缘。[1]
绝缘检测系统优点：发生接地故障，能及时报警并定位，便于查找故障；能大幅降低杂散电流，降低码头杂散电流的电腐蚀。
值班人员通过岸电后台监控系统，能远程监控系统实时参数，查看岸电设备的运行图像。
1.3 电缆输送装置
沿江电厂燃煤码头的特点：峰水与枯水水位相差7 m；日潮汐水位差超过2 m；船舶满载与空载高度差8~10 m；卸船设备钢轨距离码头护栏槛的距离不足2 m。这些都说明用人工方式将岸电电缆拖上船舶是很困难的，也不满足安全要求。因此，项目组提出使用一种新型的电缆输送装置，紧靠码头水侧布置，电缆输送装置外观见图4。
电缆输送装置主要由电缆卷盘、提升装置等构成。提升装置的提升高度为10 m，采用4节套筒式机械结构，链条传动，垂直升降，旋转角度不小于120°，侧倾变幅22°。[2]
电缆提升装置的顶部可横向延伸平移1.5 m，使最高点水平方向输送距离不小于5 m，电缆接插头上船方便、省力。
电缆卷盘与提升装置具有同步功能，能根据电缆张力自动适应船舶高度及水位变化，自动收放电缆。
为满足抗风等级的要求，装置基础设计为一体化钢结构，采用Φ32 mm螺栓固定于码头面，螺栓孔采用贯穿孔工艺，码头梁处采用植筋孔工艺。电缆输送装置的安装宽度为1.6 m，满足不妨碍卸船设备作业和船舶靠离泊的要求。
2 经验和建议
针对低压岸电系统，总结出一些经验和建议。
2.1 加速船舶岸电系统改造，岸船不匹配的现状需改变
2012年，国务院颁布《节能减排“十二五”规划》，明确要求“推进港口码头节能设计和改造，靠港船舶使用岸电”。2015年，交通运输部颁布《船舶与港口污染防治专项行动实施方案（2015—2020年）》，明确要求“到2020年，全国主要港口90%的港作船舶和公务船舶靠泊使用岸电，50%的集装箱、客滚船和邮船专业化码头具备向船舶供应岸电的能力”。
船舶现有的岸电箱仅能作为船舶维修期间的检修电源。受限于用电安全、操作、开关容量及电缆容量等因素，不能作为岸电电源正式接口。因此，船舶岸电系统需进行改造：配置通用插座，通用插座、插头外观见图5；改造船体电缆穿墙与固定方式；增加岸电接口开关柜、不停电切换装置；改造船用配电电缆及馈供开关等。
岸电的应用涉及到港口和船舶两方面。目前，岸侧各单位在国家政策鼓励下，积极性较高。很多单位有明确的意向并积极开展前期工作。令人担忧的是船舶岸电系统改造进程缓慢。据了解，沿江沿海大型运煤船舶，除个别船舶进行改造（仅能在特定的码头使用）外，其余船舶尚未进行改造，且改造计划不明确。
对于外籍船舶，需要制定出相应的法律法规、行业标准及规定等，在强制使用岸电时，有充分的执行依据。
2.2 相关政策需进一步明确
一些政策文件未能明确项目投资的主体，项目单位执行中理解有偏差，造成政策推行困难。有电源点的专用码头应优先考虑实施岸电项目。目前，沿江、沿海发电企业推行岸电最具条件优势。
有电源点的码头岸电项目正式运营后，其售电价格、结算方式以及涉及主营业务变更等问题，需政府协调解决。此外，船舶岸电服务许可的专项政策未见落地。
无电源点的码头在实施岸电项目时需有外供电源。在投资回收、资产分界及投资方式等方面，码头业主单位与相关方有分歧时，会影响项目进程。项目建成后还会遇到设备管理、运行维护等问题。
政策配套资金多头管理，效率较低。岸电的推广除了靠强制性的政策措施，还需要激励性的奖励机制。项目建设时有补贴政策，投入运行后也应有奖励性专项补贴和用电的优惠待遇。
因此，相关政策文件需进一步细化明确，以利于执行、指导项目的实施。此外，船舶岸电改造的相关政策文件也应尽快出台。
2.3 相关建议
大型运煤海船常规用电方式有400V/50 Hz和440 V/60 Hz等2种。船舶配电及其辅助系统较为复杂，有些负载十分重要，船方认为使用岸电时，采取不断电切换方式是最佳选择。运煤海船均燃烧重油，少数船舶以重油为主，辅助少量轻油，如果断电切换的操作时间过长，会影响船舶发动机的安全。在修定船舶岸电标准时，岸船两侧应周全考虑。
大型运煤海船船尾空间有限，船舶配备岸电电缆不便，采用高压上船方式的可能性较小，宜采用“低压上船，岸侧使用通用接插头，船侧使用通用接插座”的设计。船侧接插座固定于配电柜，增设岸电开关柜，辅以不断电切换装置进行控制，操作安全便捷，可靠性较高。
目前，岸船通用接插头（座）的形式多种多样，岸船两侧插头（座）不一定相适应，应形成标准通用产品，额定电流选择应适合来船需求。目前的通用插头（座）基本不具备带电插拔的闭锁功能，安全性能需改进。对于外籍船舶，接插头（座）的选择应执行国际标准。
不断电切换装置宜布置在船舶配电柜，便于船舶用电的切换控制，安全性高。若布置在岸侧配电房，增加岸侧系统复杂性，不利于电源切换，误操作概率增大，安全性差。
电费计量涉及到贸易结算，应尽快制定“440 V/60 Hz计量装置的标准及配置规范”。
现有的岸电箱标准已不适用于船舶与岸电连接。应引起注意的是，船舶岸电改造相关标准的缺乏是船舶岸电改造难以推进的重要原因。
2.4 船舶大容量负载的要求
5万吨级运煤海船常用主要负载包括：主润滑泵（2台），容量为45~75 kW；海水冷却泵（2台），容量为30~75 kW；淡水冷却泵（2~3台），容量为15~30 kW；空压机（3台），容量为45~55 kW；压水泵（2台），容量为110~132kW；通风空调约30~45 kW；照明设施约20 kW；生活设施约50 kW。
5万吨级运煤海船不常用的大型负载包括：消防舱底总泵，容量为100 kW；锚机液压泵，容量为100kW；系泊绞车液压泵，容量为75kW。
在靠港期间，5万吨级海船用电负荷范围一般为120~200 kW（未开压水泵）。岸电带载试验时，开启压水泵后，总负荷电流接近400 A。上船带载试验时的负载电流见图6。
船舶所配小容量电动机的启动均为直接启动。少数船舶的大型电动机，例如压水泵，其一次回路配置变频器或软启动器大多采用星-三角启动方式。大功率电动机启动的冲击性负荷可能超出变频电源的允许范围。在变频电源的技术标准中，尚无大功率冲击性负荷的性能考核要求。因此，在选择变频电源容量时，应充分考虑这一因素。
常规变频器的调节范围、稳频精度、带冲击负载能力不能满足大型船舶的安全用电需求，不能用其替代岸电变频电源装置。
2.5 岸电系统配置的差异
沿江、沿海码头已有条件不尽相同，岸电系统的配置很难一致。但系统安全性能是工程设计时首要考虑的因素，不能低于现行标准、规范的要求。
对于油气等危化品码头，还应考虑防爆、防静电等特殊要求。
辅助设备、设施的选配应满足岸船两侧需求，便于接电操作。
对于电缆输送装置这类新设备，暂无参照标准，建议参考港口机械行业等标准设计制造。设计时，必须考虑到用电安全、电缆张力、设备抗风及船舶高度变化等因素。
低压岸电系统通用电缆接插头（座）、上船电缆及低压不断电切换操作等技术标准、规范应尽快出台并推行，以供不同等级的码头岸电项目参照使用。
岸电设施启用后，对船舶靠岸位置有一定的要求，海事部门应根据码头及岸电设施情况，拟定相关的规范。
3 结语
随着《中华人民共和国大气污染防治法》的颁布实施，岸电推广应用的步伐已越来越快。政府相关部门、港航业应形成合力，加速推进岸电建设与使用。
在设计、筹划阶段，应收集各类靠港船舶用电需求，结合码头已有条件，优化系统配置方案。同时，需有一定的前瞻性，以适应未来的要求。设备安全性能应符合港口安全标准化的要求。
船舶岸电改造的滞后阻碍港口岸电的使用。船舶岸电改造应结合靠港类型及港口岸电设施的配置，做到技术标准一致，方便对接。
相关标准、规范应跟上岸电建设的步伐，并与国际标准接轨，以适应外籍船舶靠港用电。
参考文献
江苏镇安电力设备有限公司.一种配出中性导体的IT电力系统绝缘监测方法:CN201110406190.3 [P] .2012-06-20.
江苏镇安电力设备有限公司.一种低压岸电电缆提升输送装置: CN201620974263.7 [P].2017-04-05.
