船舶高壓岸電系統(tǒng)組成及相關短路研究

1、船舶高壓岸電系統(tǒng)組成及相關短路研究港口科技船黧曦撰文陳夢陳鋼王利鵑國際海事組織IMO海洋環(huán)境委員會MEPC58在2008年10月提出一系列船舶減排目標,標準和計劃.體現(xiàn)了IMO對環(huán)境保護的關注.為了保護港13環(huán)境.對靠港船舶.歐盟和美國部分州已制定針對低硫燃油等的相關規(guī)定:同時為了減少靠港船舶的廢氣排放對港口的污染.國際電工協(xié)會IEC結合歐盟相關標準近期提出了靠港船舶接岸電的標準供參考.一,岸電系統(tǒng)發(fā)展概述1.產(chǎn)生背景對于最常見的三大主力船型.散貨船和油船在停泊時功率約500kW.靠港裝卸貨時根據(jù)船舶載重量需要的功率可能較大.集裝箱船根據(jù)裝箱數(shù)量和冷藏箱的數(shù)量.可能需要更多的電力.但是船舶的電

2、站配置主要考慮航行工況,靠港和裝卸貨時的發(fā)電機負荷率很低.不僅造成了較大的資源浪費.同時對港口城市的環(huán)境也造成了極大的污染.船舶雖然大多配有岸電箱.但是配置容量一般在250A左右.僅能滿足進塢維修或停泊時照明通信和日常生活設施等用電.另外.歐盟法令2o05/33/EC修正的歐盟法令1999/32/EC的4b章Directive2005/33/ECArticle4b要求”自2010年1月1Et起,在歐盟港口停泊(包括錨泊,系浮筒,碼頭靠泊)超過2小時的船舶不得使用硫含量超過0.1%m/m的燃油(該要求不適用于停轉換為低硫燃油(硫含量不超過0.1%m/m),船舶開航前盡量晚切換成高硫燃油:燃油轉換

3、操作應記錄在船舶日志上”首先低硫燃油價格非常昂貴,為滿足低硫燃油的需要還要對船舶進行相應的改造,如:對鍋爐,柴油機的燃油轉換裝置,供油系統(tǒng),燃燒裝置,監(jiān)控和顯示系統(tǒng)進行改造;油柜,燃油泵的改造等等.其次,需要進行文件資料配備和更新,設備和系統(tǒng)進行維護保養(yǎng)以及對人員進行培訓.最后還要進行相關的船級社送審,檢驗,審核和發(fā)證.除歐盟以外.美國加利福尼亞也要求自2012年1月1日起對距1Jn)Vl岸線24NM內(nèi)水域不得使用硫含量超過0.1%m/m的燃油.所以.綜合考慮.船舶靠港使用岸電對于航運公司,港口,還是對于人類環(huán)境都是有利的事情,船舶靠港使用岸電漸漸變成趨勢.2.船舶高壓岸電系統(tǒng)的引出實際上最近

4、幾年.已經(jīng)有一些港口進行了岸電改造.部分配電廠商也推出岸電裝置.典型的如美國洛杉磯港就可以提供440V60Hz低壓岸電和6.6kV60Hz高壓岸電.當船舶需要靠港時只需提供本船的電制.港口工作人員即會把相應的供電電纜和供電連接裝置整體吊裝到船上.與船上預留好的岸電接口相連即可Et本某著名配電產(chǎn)品生產(chǎn)商在幾年前就推出了集裝箱型式的AMP產(chǎn)品下表主要介紹已經(jīng)使用過的幾種岸電供電方式.當然前提掉所有機器而使用岸電的船舶);船舶靠泊后應盡早是船舶需要在甲板上預留岸電的連接裝置.岸電供電方式實現(xiàn)方法主要優(yōu)點主要缺點車載岸電供電供電裝置把岸電轉換成船上需要的電制.在不需要對岸上電網(wǎng)進行改造.(1)占用港口

5、區(qū)域,影響港口作業(yè).船舶靠港時.該車行駛到船舶靠港處.同時電只需要配備車載變壓變頻裝置.(2)如果船舶是低壓電站,則電裝置纜吊裝到船上進行連接即可轉換成岸電供電.改造方便,投資低.纜數(shù)量較多.安全因素低.集裝箱式供電供電裝置把岸電轉換成船上需要的電制.在不需要對岸上電網(wǎng)進行改造.船舶靠港時.把集裝箱吊裝到船上.同時電纜只需要配備集裝箱式變壓變頻裝(1)船上甲板區(qū)域需預留足夠空裝置連接到船上即可轉換成岸電供電.置.改造方便,投資低.間.港151提供和低壓船舶電制相同的岸電.把低方便可靠.特別是國外港口.直(1)電纜數(shù)量較多.安全因素低.低壓直接上船接準備連接電纜即可.國外已經(jīng)(2)對國內(nèi)港口還需

6、要在岸上配壓電纜吊裝到船上并連接至配電板.備專門的變壓變頻裝置把岸電有實例.變成船舶電站電制.港口提供和中壓船舶電制相同的岸電.把中連接方便,電纜數(shù)量較少.國外(1)港口需要投資配備多種電制中壓直接上船岸電設施.壓電纜吊裝到船上并連接至配電板.已經(jīng)有實例.(2)對低壓船舶,電纜數(shù)量較多,安全因素低船舶配備變壓.(.J)甩中壓上船,連接方便,器.中壓上船新建和改造船舶.在機艙配備變壓器電纜數(shù)量較少增加造船和改造成本.(2)港口和船東分散投資._00|撼峨械輛警甓倦口獻嵌通過比較可知.低壓上船方案對靠港時需要容量不大的船如散貨船,油船等較適合.而對于有冷藏箱的集裝箱船幾乎不可能實現(xiàn):中壓直接上船的

7、方案電纜數(shù)量較少,連接方便.特別是自身配有變壓器的船舶.雖然增加了造船和船舶改造成本.但是避免了柴油發(fā)電機組長期低效率的運行.節(jié)省了燃油成本,降低了廢氣排放.另一方面此類船舶有更多的港口可供選擇.綜上考慮.船舶配備變壓器對航運公司而言是值得的.3.船舶高壓岸電系統(tǒng)的組成以連云港港口集團公司岸電裝置和新造配有變壓器的河北遠洋180000t散貨船為例為大家介紹船舶高壓岸電系統(tǒng)的組成.船上部分llli|l.饕一一圈船舶商壓岸電系統(tǒng)組成由上圖可見.船舶高壓岸電包括岸基部分和船上部分兩部分.分別包括:岸基部分:變壓變頻裝置,碼頭電源箱等;船上部分:中壓開關柜,中壓變壓器,400V主配電板岸電開關屏等近期

8、.由中國船級社上海規(guī)范研究所,中國船級社上海分社設備檢驗處和中國船級社共同起草的船舶高壓岸電系統(tǒng)檢驗原則(以下簡稱檢驗原則正在討論中.二,船舶高壓岸電系統(tǒng)短路研究眾所周知.船舶電網(wǎng)的短路電流計算采用IEC61363標準.陸上電網(wǎng)的短路電流計算采用IEC60909標準但是當岸電和船舶柴油發(fā)動機組并聯(lián)進行負荷轉移時.即船舶不斷電時靠港應采用IEC60909標準.因為IEC61363標準只能根據(jù)發(fā)電機參數(shù)和用電設備參數(shù)進行計算.連接岸電和并網(wǎng)連接時岸電饋送的短路電流無法計算,而IEC60909標準雖然利用陸上發(fā)電機替代船上發(fā)電機時的計算結果有偏差.但是可以計算連接岸電和并網(wǎng)連接時的短路電流.所以采用

9、IEC60909標準計算的短路盡管有偏差.還是可以作為短路電流的評估依據(jù).岸電系統(tǒng)短路分析內(nèi)容和主要事項為根據(jù)原則的短路評估,需要計算船舶僅連接岸電和并網(wǎng)連接時的短路電流.目的是要求新造船的主匯流排短路容量和開關設定值即要在船舶電網(wǎng)短路時滿足,對于船上接通岸電的設備.斷路器和接地開關的額定短路接通能力應不低于預期短路電流最大峰值IP.斷路器額定短路分斷能力應不低于最大預期短路電流lac(O.ST)要求.還應在僅連接岸電和并網(wǎng)連接時(船舶斷電連接岸電時僅考慮連接岸電時短路電流)同時滿足以上要求;改造船在僅連接岸電和并網(wǎng)連接時(船舶斷電連接岸電時僅考慮連接岸電時短路電流)的短路電流不超過原船的主匯

10、流排短路容量和開關設定值.如果船舶的主匯流排短路容量和開關設定值不能滿足要求.可以采用防止岸電與船舶電源并網(wǎng)運行等方法.這里主要介紹”限制高壓岸電船載接入端短路電流”兩個方法.一是限制接人的岸電電網(wǎng)的短路容量.間接限制短路電流.這樣做也符合”船舶第一次到達某港VI.在接人岸電前,應對船舶連接岸電進行評估”.二是在岸電供電的中壓變壓器的原邊設置保護.使得在接岸電過程中短路時.變壓器原邊的保護先動作.使電路電流不會傳到船上電網(wǎng)或船上的短路電流在足夠小時就被切除.所以保護時間要快于船上,這樣就不會造成船上電網(wǎng)受到大的短路電流的沖擊.第一種方法比較容易做到.但是如果岸電電網(wǎng)的容量大于根據(jù)短路電流反算的

11、電網(wǎng)容量最大值的話只能采用第二種方法,而第二種方法較難實現(xiàn),所以在進行岸電短路電流評估時需要綜合考慮.以達到各種方法的平衡為方便進行短路電流計算.這里不考慮變壓變頻裝置對短路電流的影響.其他主要參數(shù)如下:電網(wǎng)短路容量15MVA,僅岸電供電和并網(wǎng)供電時等效電動機分別為400kW和800kW,并網(wǎng)時考慮一臺發(fā)電機功率900kW.1500kVA和120kVA變壓器的短路比分別為5.91%和3.5%.采用ETAP5.5.6對僅岸電連接時進行短路電流計算和分析結果如下表所示:表僅岸電連接時的短路電流計算結果港口科技短路計算結果原船短路計算結果序號短路點短路發(fā)生對稱短路電流短路電流上包對稱短路短路電流上岸

12、電進線原船裝配后時間(kA】絡線值(kA)電流(kA)包絡線值(kA)開關型號開關型號1岸電端RM6SF6絕緣a岸電變壓器原邊1I,21.554.3開關柜2440V主配電板a岸電進線開關1I,221.8442.6MT25H1b發(fā)電機進線開關r,221.8442.636.887490.2782MT20H1120kVA主照明變壓器C原邊開關1y221.8442.636.8874.90.2782NS40OHNS400H440V主配電板440VN$250Hd負載開關21.8442.636.887490.2782NSI60HNS10IDHNSl0oNe230V配電板負載開關1I,25.429.O6.57

13、5510.479C65H配電保護設備選擇(岸電供電模式采用IEC50909標準)對上圖并網(wǎng)連接時進行短路電流計算和分析.結果如下表所示:表并網(wǎng)連接時的短路電流計算結果短路計算結果原船短路計算結果序號短路點短路發(fā)生對稱短路電流短路電流上包對稱短路短路電流上岸電進線原船裝配后時間(kA)絡線值(kA)電流(kA)包絡線值(kA)開關型號開關型號l岸電端RM6SF6絕緣a岸電變壓器原邊I,2l_755.4開關柜l440V主配電板a岸電進線開關1y232.2365_3MT25Hlb發(fā)電機進線開關耽32.2365_336.887490.2782Mr2OHl120kVA主照明變壓器C原邊開關耽32.236

14、5-336.887490.2782NS4OOHNS400H440V主配電板440VN$250Hd負載開關T,232.2365.336.887490.2782NSl6oHf1O0HNS10oNe230V配電板負載開關T,25.619.46.575510,479C65H配電保護設備選擇(岸電和一臺發(fā)電機短時并聯(lián)供電模式采用IEC50909標準)由上述2表的計算結果可以看出.無論在僅岸電供電還是在并網(wǎng)連接岸電.對稱短路電流和峰值短路電流均小于船舶電站提供的短路電流的最大值,滿足檢驗原則的要求.根據(jù)檢驗原則,船舶?？看a頭準備使用碼頭岸電電源之前.必須確認碼頭岸電電源設備是否滿足如下要求.只有滿足下述兩條中的一條才可以使用岸電:1.岸電供電短路容量不大于15MVA:2.或在岸電變壓器原邊設置斷路器.并且斷