摘要：从发电厂的角度出发，介绍了岸电系统的构成，结合发电厂厂用供电系统和设备运行的特点，提出发电厂码头岸电系统的设计方案。对岸电系统的设计基本原则、停泊船舶的用电负荷计算方法、岸电电气设备的一次系统接线图、继电保护、实时监控等系统进行说明，供发电厂岸电系统设计提供参考。
关键词：发电厂；岸电系统；设计
1 引言
近年来，随着国家经济持续快速发展，港口建设的步伐越来越快。船舶停靠码头的数量和密度大幅增加，为此需要消耗大量燃油，造成大量废气和颗粒物排放。2015年8月29日《中华人民共和国大气污染防治法》修订通过，自2016年1月1日起施行。第六十三条规定：“新建码头应当规划、设计和建设岸基供电设施；已建成的码头应当逐步实施岸基供电设施改造。船舶靠港后应当优先使用岸电。”
2 发电厂岸电系统的简介
发电厂码头船舶停靠后卸煤动力电源皆由发电厂专用电源提供，船舶停泊后无大型的船舶作业。因此发电厂岸电系统是指船舶停泊期间停止使用船上发电机，由岸上供电设备向船上的照明、空调、通风等电气设备提供电力，减少船舶污染物排放的方式。
码头岸电系统供电电源根据船舶用电分为四种电源等级，分别为380V 50Hz、440V 60Hz、6kV 50Hz和6.6kV 60Hz。当岸电系统容量小于630kW时，采用低压上船方式，岸电系统容量大于630kW时，采用高压上船方式。
发电厂码头与厂区电源中心距离较远，一般有2-3公里左右。当船舶用电负荷200kW以上，对码头岸电系统的供电，应以高压供电为主，然后根据船舶类型、船舶用电设备特性进行变压变频后供船舶使用。
发电厂煤码头船舶岸电方案：从发电厂内部6kV配电室输出6kV/50Hz高压电，进入码头岸电系统经变频变压装置转变为高压6.6kV/60Hz输出至码头前沿高压接电箱，供高压船舶使用；或变压器降压为400V/50Hz，经变频变压装置输出另一路为低压450V/60Hz，接至码头前沿低压接电箱，供低压船舶使用。变频电源可双频供电，高压输出电源也可调至高压等级6kV/50Hz，低压输出亦可调至低压等级400V/50Hz。
3 岸电系统具体构成
3.1 岸电电源系统
发电厂岸电电源取自发电厂内部厂用供电系统，码头岸电电源部分包含输入开关柜、输入变压器、变压变频装置、输出隔离变压器、输出开关柜等。其中，输入开关柜对进线电源进行分合控制；输入变压器将6kV电压转变为变频变压装置的工作电压；变频变压装置将输入6kV/50Hz和400V/50Hz电源转变为6.6kV/60Hz和450V/60Hz输出至码头前沿接电箱，供船舶使用；输出隔离变压器将变频变压电源输出到船舶之前进行电气隔离。输出开关柜对出线进行分合控制。岸电电源系统应具有完善的低电压、过压、过负荷、缺相、电流速断、过电流、变压器和逆变器过热、逆功率等保护功能。
3.2 船舶岸电接电箱
船舶岸电接电箱根据电压等级分为高压上船岸电接电箱和低压上船岸电接电箱。
高压上船岸电接电箱：船舶已安装船载岸电系统（AMPS），可直接接受6kV高压电，因此，高压接至岸边的高压接电箱，需要接电时，船舶上船载的电缆管理系统将电缆放至码头，与高压接电箱连接，完成供电回路。
低压上船船舶连接：低压船舶一般都有配备100米左右的岸电电缆，只需在电缆一端安装与岸电接电箱匹配的快速接插头，船舶靠港时将电缆与岸电接电箱快速连接即可。
岸电接电箱应具备带电显示功能、报警功能和接地联锁装置。为保证岸电接电箱接插件连接可靠，防止插件错位，还应设置应力检测装置应带有机械式防错位结构。
3.3 低压电缆卷筒
低压电动电缆卷筒安装在码头泊位边，应具备较高的防腐能力和防护等级。低压电缆卷筒是针对港口码头收放岸电电缆而特别设计。由于船舶位置的变化是一个极其缓慢的过程，电缆的自动张紧控制方式应采用适应电缆张力缓慢变化的张力检测控制装置，能自动根据岸电电缆的张力（张力阀值可调）自动收紧或放松电缆，当岸电电缆的拉伸力超过张力阀值时电缆卷筒处于自由释放状态，确保岸电电缆不会承受过大的拉力而损坏电缆。
电缆卷筒应能容纳全部上船电缆，并应设置电缆放缆终点保护装置，运行到极限位时，电缆卷筒上应至少保留两圈电缆，当电缆放至最后2圈电缆时发出告警及断开船舶供电。
3.4实时计量系统
为方便码头靠港船舶用电结算，岸电系统设置了多关口处计量点。在变压变频电源的输入端设置岸电总关口计量，可知道码头船舶接用岸电电量总数；在变压变频电源输出端岸电接电箱里面安装计量表，对每一次接用岸电进行计量。每一块计量表都带有通讯模块，通过通讯将数据传输至发电厂集控中心，实现实时计量和结算。
4 码头船舶岸电系统设计基本原则
4.1 基本参数确定
根据码头停泊船位、类型、船舶吨级、船舶用电设备特性和供电距离确定码头船舶岸电系统的用电负荷、电压和频率基本设计参数。
码头船舶岸电系统的用电负荷根据最大允许停靠船型、吨位和单台辅机发电机最大容量确定。发电厂码头由于无船舶大型作业，单泊位船舶岸电系统用电负荷同时系数取0.8，多泊位船舶岸电系统用电负荷考虑泊位利用率，同时系数取0.45。
船舶岸电系统供电电压和频率应根据船舶的电源电制来确定，输入电源一般为6kV/50Hz或400V/50Hz，输出电源为6.6kV/60Hz、450V/60Hz、6kV/50Hz、400V/50Hz。发电厂船舶岸电系统容量大于200kW时,宜采用6kV电压等级供电。
4.2 上船方式确定
根据码头岸电系统的用电负荷确定岸电系统容量大小，当岸电系统容量小于630kW时，采用低压上船方式，岸电系统容量大于630kW时，采用高压上船方式。采用高压上船方式时，船方与陆域分界点设置在陆域岸电接电箱处，船岸连接用电缆和卷筒宜由船方提供；采用低压上船方式时，船方与陆域分界点设置在船方岸电接电箱处，船岸连接用电缆和卷筒宜由陆域提供。
4.3基本功能
码头岸电系统计量装置设置在输出侧，组合式配电方式时应分船设置。
电源进线柜应具备电流速断、过电流和低电压保护等功能；
变压器保护应具备电流速断、过电流、过负荷、接地和温度保护功能；
变频器应具备电流速断、过电流、低电压、过负荷、逆功率和方向性过流保护等功能。
计算机管理和监控系统由人机界面、信息管理、PLC控制、网络通讯等设备组成，监控系统支持第三方接口，可实现数据共享和储存。
4.4 防雷接地和安全防护
目前我国绝大多数发电厂低压系统的接地形式采用TN系统，而船舶自带发电系统接地形式采用IT系统。当低压岸电系统的接地形式采用TN系统时，为防止岸电设备发生接地短路故障时引起船舶用电设备的暂时工频过电压，岸电设备和船舶用电设备必须共用一套接地装置，使它们处于同一电位水平，并相应增加一套“等电位连接断开”应急切断装置。因此建议将岸电系统设计成IT系统，变压器低压侧中性点不接地，整个系统只配出三根相线而不配出中性线。另外当岸电系统接地设计为IT系统时，考虑发生一相接地后另两相对地电压将升高为线电压380V，因此在低压电缆应选用0.6/1kV等级电力电缆。
5 发电厂码头低压上船岸电系统的设计实例
某发电厂码头为单泊位码头,最大停泊船舶为5万吨,单台辅机发电机最大功率660kW, 额定最大计算负荷为800kVA。常用停泊船舶用电设备电制为400V/50Hz和 450V/60Hz。
5.1 方案设计
发电厂码头额定最大计算负荷为800kVA，同时系数取0.8，实际最大运行负荷为640kVA。考虑变压器过负载能力，变压器容量可取800kVA。考虑开关容量的级差配合，低压侧总进线开关额定电流取1600A，负载开关额定电流取1250A。
根据码头停泊船舶的用电负荷，岸电系统设置旁路，一旦变频器出现故障的情况下，可由工频旁路对船舶进行供电。
图1 单泊位低压上船岸电系统一次接线图
5.2 继电保护和设备联锁
低压出线柜与船舶岸电接线箱之间实现电气闭锁，即岸电连接插头/插座的信号插芯电路未接通等情况下，输出断路器应不能合闸或在合闸位置自动断开，确保电气连接安全。
工频断路器与变频断路器之间实现电气闭锁，任何状态下只能允许其中的一个开关在合闸位，另一个开关必须在分闸位。
6kV等级变压器保护必须配备电流速断、过流、过负荷、零序电流、低电压、变压器超温等保护，当变压器容量大于2000kVA时,还必须配备电流差动保护。
5.3 监控及电能管理系统
监控系统：岸电系统提供远程DCS操作的信号接口端，控制信号接口端全部采用隔离的无源继电器信号接口，主要硬接点信号有：启动，停止，故障复位，电压、频率输入的4-20MmA信号。模拟量输入、输出信号均采用模拟量隔离器隔离。
监控系统设置工程师站和操作员站，工程师站和操作员站可实时显示一次系统状态、开关位置、温湿度数值、电流电压数值、岸电箱开门状态、连接器插拔状态、变频器工作状态、加热器工作状态等，同时可显示电能表工作状态、用电总量、供电时间、卡内余额、供电费用等信息。并可通过工程师站和操作员站对岸电系统实现实时控制和监视。
电能管理系统：保障供电电源的可靠性和电能质量，避免功率因数、电压波动，谐波超标，电压电流三项不平衡、闪变等电能质量问题引起纠纷。
闭环稳压功能：从滤波器后进行采用，作稳压闭环。
电压调整功能：随负载变化调整输出电压，补偿线路压降。
5 结束语
目前国内在大力推动港口的岸电系统建设，码头船舶岸电改造项目以节能减排为主要目的，向停泊船舶用电设备提供电能，减少港区废气和污染物质排放。本文介绍岸电系统的基本组成，并根据船舶用电设备的特点、使用要求，在保证船舶用电设备安全性和可靠性的基础上，对岸电系统的设计及注意事项进行说明。对岸电系统的设计提出最基本的要求，实现岸电系统对船舶用电设备的可靠供电。
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论文作者:郭志平
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
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