高压岸电系统在豪华邮轮上的应用方案.pdf

绿色航运第4 5 卷第9 期2 0 2 3 年9 月水运管理高压岸电系统在豪华邮轮上的应用方案史赛峰,罗良宝,刘早红,熊登攀,徐方雄,程银祥（浙江友联修造船有限公司，浙江舟山3 1 6 2 8 1）【摘要】豪华邮轮在停靠母港期间，高压岸电系统利用岸基电源代替船载燃油发电机向邮轮供电。根据最新国际高压岸电连接系统标准IEC/IEEE80005-1的要求，基于邮轮岸电系统的特点、功能和配置，从岸电容量的选型、电力负荷计算和短路保护、岸电系统设备的组成及布置等方面，提出高压岸电系统在豪华邮轮上的应用方案。【关键词】豪华邮轮;高压岸电系统；邮轮母港；负荷转移由国际岸电标准IEC/ISO/IEEE80005-1最新0引言制定的“高压岸电连接系统”全球标准，已成为推进如何实现豪华邮轮的绿色低碳、节能减排、降噪，促进可持续发展已成为当今邮轮行业面临的最大挑战之一。港口岸电技术的应用可助推邮轮行业实现低碳环保的目标。港口岸电技术指邮轮停靠母港时利用岸基电源向邮轮供电，不再使用船载燃油发电机发电，实现邮轮靠港期间的零排放。港口岸电技术的使用不仅可减少SO.、N O、C O,等有机挥发物和可吸人颗粒物PM2.5等有害污染物的排放，而且还可以降低泊船的噪声和振动。船舶排放的NO,和SO,是主要的环境污染源，按照最新的环境保护规范，包括国际海事组织和欧盟都对此制定了专门法规，限定了船用燃料的硫含量以及船舶NO.和SO.排放量。我国在珠三角、长三角、环渤海（京津冀)水域设立船舶排放控制区，控制船舶SOx、N O,和颗粒物PM2.5排放，为全面降低船舶对大气污染，改善沿海和沿河区域特别是港口城市的环境空气质量奠定良好基础。为控制船舶对大气的污染，建设船舶岸电系统已经引起了社会关注。收稿日期：2 0 2 3-0 5-1 9作者简介：史赛峰（1 9 8 8 一），男，工程师，研究方向为船舶与海洋电气工程设计及管理34http:/建设岸电系统的重要里程碑，今后，高压岸电系统将被大规模应用。1邮轮高压岸电系统简介邮轮使用高压岸电是指邮轮在停靠母港期间停止使用船载发电机组，而使用邮轮母港岸基电源的供电。邮轮高压岸电系统主要由3 个部分组成：邮轮母港岸基侧高压变频电源装置（变压设备、变频设备、输出开关设备）邮轮母港岸基侧连接装置（高压插座箱和移动式电缆管理系统）、邮轮侧高压插座箱和并网配电板及控制系统等。为使高压岸电和不同端口的链路标称电压和频率标准化，典型的高压岸电电压为6.6 kVAC和(或)1 1 kVAC,频率为6 0 Hz。按照国际岸电标准IEC/IEEE80005-1:2022-02的规范要求执行，可确保全球范围内的豪华邮轮通过岸电系统与港口实现电力和通信的传输，使母港岸基侧与邮轮之间实现并网及不断电负荷转移。邮轮高压岸电系统组成如图1 所示。水运管理第4 5 卷第9 期2 0 2 3 年9 月绿色航运高压分配电站高压电缆岸基侧邮轮侧变频设备高压主配电站输出开关设备码头泊位邮轮高压变频电源装置连接装置（变压设备、变频设备、输出开关设备）（高压插座箱、移动式电缆管理系统）变压设备2邮轮高压岸电连接系统特点邮轮高压岸电电缆连接系统用于豪华邮轮与母港岸基电源之间电力的传输，具有操作便利和安电缆管理系统高压插座箱图1邮轮高压岸电系统组成全可靠的特点。根据IEC80005-1的要求，邮轮岸电系统需要包含4 根复合高压电缆、1 根中性电缆、1根通信电缆、2 根控制电缆。邮轮岸电系统总体单线图如图2 所示。岸基侧连接装置（电缆管理系统）高压变频电源装置继电保护装置控制及监测通信系统安全连锁系统岸电接入系统通信及控制电缆和接插件(110YDC和2 4 VDC)继电保护装置控制及监测通信系统安全连锁系统安全连锁回路快速连接接插件4根复合高压电力电缆、1根中性电缆、1根通信电缆、2根控制电缆图2邮轮岸电系统总体单线图邮轮高压岸电连接系统与集装箱运输船高压的复合电力电缆、1 根中性电缆、1 根通信电缆、2 根岸电连接系统相比，两者主要有以下不同。控制电缆进行船岸连接。（1）操作方式不同。集装箱船由船上电缆卷（3）电压等级及系统容量不同。集装箱船的车释放高压电缆至码头；邮轮高压岸电连接装置则电压等级为6.6 kV,而邮轮的电压等级为6.6 kV或布置在码头，由码头侧电缆管理系统上的吊机将高11kV。集装箱船的岸电容量一般为7 MVA，而豪压电缆送至邮轮的高压岸电插座箱处。华邮轮的最大容量可为1 6 MVA或2 0 MVA。（2）邮轮高压岸电连接系统比集装箱船更复（4）系统供应主体不同。集装箱船高压岸电杂。集装箱船岸电连接系统用2 根3 1 8 5 mm的连接系统主要由船上提供，豪华邮轮高压岸电连接复合电缆与码头连接即可完成电力和信号的传输；系统由邮轮母港岸基侧提供而邮轮高压岸电连接系统需要用4 根3 2 4 0 mmE-mail:SYGL中性电缆接插件岸基侧邮轮侧35.绿色航运第4 5 卷第9 期2 0 2 3 年9 月水运管理钢质海船人级规范附录1 电力系统的短路计算短路电流均小于高压岸电系统中断路器的短路分3邮轮高压岸电连接系统改造方案3.1岸电容量的选择某型豪华邮轮设有8 4 0 0 kVA、6.6 k V、6 0 H z 和6300kVA、6.6 k V、6 0 H z 主发电机各2 台，1 6 5 0kVA、0.6 9 k V、6 0 H z 应急发电机1 台，主配电板额定电压为AC6.6kV，额定频率为6 0 Hz，主配电板分别安装在前后两套独立舱室，如图3 所示。5400前6.6 kVAC高压配电板后6.6 kVAC高压配电板岸电接入屏O6300kVAO8400kVAO8400kVA图3 邮轮高压配电系统单线图为满足靠泊母港时豪华邮轮正常用电需求，岸电容量应根据使用负荷预留2 0%。同时，分析豪华邮轮靠泊期间电力负荷及参考以往实际使用情况，夏季负载功率约为4 3 3 5 kW，冬季负载功率约为3 9 4 7 kW。拟采用高压岸电系统接人的电制为AC6.6kV60Hz，额定承载容量为7 5 0 0 kVA，在邮轮靠泊并进行岸电转换时，采用1 台6 3 0 0 kVA或8400kVA电机在线与岸电电源短时并车后进行负载转移。3.2短路电流计算及短路保护船舶配电系统中任何安装点的短路电流不应超过该点断路器的短路分断和接通能力。在采用断电转移负载的情况下，岸电容量一般小于船舶电站总容量，因此，连接岸电期间系统短路电流不会出现超过原船配电系统最大短路电流的情况，故仅使用岸电时的短路电流计算，应参照中国船级社36http:/与IEC60909标准。但当岸电和船舶柴油发动机组并联进行负荷转移时，即船舶不断电时靠港应采用IEC60909标准。因为，IEC61363标准只能根据发电机参数和用电设备参数进行计算，连接岸电和并网连接时岸电馈送的短路电流无法计算，而IEC60909标准虽然利用陆上发电机替代船上发电机时的计算结果有偏差，但可以计算连接岸电和并网连接时的短路电流。所以,采用IEC60909标准计算的短路尽管有偏差，还是可以作为短路电流的评估依据。本文在计算知足电流时仅考虑岸电供电、岸电与一台发电机并联供电时的短路电流。短路电流计算采用SKMPowerToolsforWildows(PTW)7.0版本软件，计算参数如下：陆地电网短路容量为100MVA、变压器额定容量为1 6 MVA、阻抗为6%、口等效电动机设定为5 3 0 0 kW。6.6kV根据计算结果，无论是仅岸电供电，还是岸电与一台发电机短时并联供电，对称短路电流和峰值O6300kVA6(1*185mma)断和接通能力（Ik=31.5kA；Ip=8 0 k A）,满足中国船级社钢质海船人级规范的要求。3.3高压岸电设备空间布置邮轮侧高压系统采用从A甲板右航低压岸电室的侧门接入方式，高压岸电电源通过电缆插头接人6.6 kV岸电连接配电板，通过6.6 kV岸电连接配电板接人后主配电板。需要加装的高压岸电系统设备包括：6.6 kV岸电连接配电板1 套、岸电连接接线箱1 套、岸电连接控制箱1 套、人机界面(humanmachine interaction,HMI)遥控板1 套、6.6 kV岸电接人屏1 套、岸电系统控制箱1 套。由于邮轮各层甲板设备繁多，可用于安装岸电设备的空间狭小，为合理安装6.6 kV岸电连接配电板，原A甲板右航低压岸电室与隔壁货物办公室打通合并为一个高压岸电接人室，并将6.6 kV岸电连接配电板、岸电连接接线箱安装于该房间内，方便岸基高压电缆通过航侧门直接引人。岸电连水运管理第4 5 卷第9 期2 0 2 3 年9 月绿色航运F.D.接控制箱安装于房间门口处，HMI遥控板则安装于集控台上，方便船员集中管理。设计最短的电缆距离，高压岸电通过电缆直接从A甲板右航高压岸电HMI遥控板A甲板右航一集控台接人室垂直往下一层到B甲板后主配电室内的6.6kV岸电接人屏，岸电系统控制箱也安装在后主配电室内以便负荷转移操作，如图4 所示。Potetoes5sqm岸电连接控制箱国A甲板右航一高压岸电室3.4邮轮侧高压岸电系统设备（1)6.6 k V 岸电连接配电板安装在高压岸电接人室内，该配电板包含2 个屏，分别为岸电电源进线屏（岸电电缆插座屏）与主配电板馈电屏。岸电电源进线柜主要包含IEC/IEEC80005-1、I E C62613-2标准邮轮岸电插座：4 套1 5 kV、5 0 0 A 带微动开关插座CEM150F1094,用于与6.6 kV岸电电源连接；与1 套8 kV、2 5 0 A 带微动开关插座CEM11S-001,用于与中性线连接；主配电板馈电屏主要包含三极真空断路器、保护继电器、信号指示灯、地刀解锁按钮、断路器合分闸按钮、选择开关，以及电压、电流、频率、相序、电度表，可提供过载、短路、逆功率及接地故障保护。（2）岸电连接接线箱安装在高压岸电接人室内侧门附近，包含IEC/IEEE80005-1&2标准1 1 0 VDC24针公型插头和2 4 VDC24针母型插座，4 针数据采集与监视控制系统公型插头，用于岸基与邮轮之间信号传递，实现控制及联锁或监控功能。（3）岸电连接控制箱安装在高压岸电室外门口处，主要用于岸基与邮轮之间岸电连接联锁和安全操作联锁。（4)HMI遥控板安装在集控台上，配置有1 台6.6kV岸电连接配电板早电连接接线箱图4邮轮岸电系统设备布置人机界面触摸屏和应急切断按钮、报警灯、蜂鸣器。（5）6.6 k V 岸电接人屏主要包含三极真空断路器、保护继电器、自动同步模块，以及电压、电流、频率、相序表，需要拼接至原后主配电板，故该柜型与原配电板一致。（6）岸电系统控制箱安装在后主配电室内，主要配备控制系统PLC模块、人机界面触摸屏、应急切断按钮、岸电运行指示灯等。岸电系统控制箱安装在后主配电室内，集控台上的HMI遥控板与该控制箱功能一致，可在此集中显示船岸电网状态、参数、报警等信息，并可操作岸电与船电的自动并网、不断电方式进行平稳负荷转移和电源切换，以及在紧急状态下的应急切断。3.5主配电板改造在岸电供电模式下，柴油发电机需要与岸电作并车和负荷转移，所有原配电板发电机屏、并车屏及母联开关屏需要按照岸电控制要求进行改造。岸电供电模式下，需屏蔽发电机开关或发电机调速器或柴油机现有的自动控制功能；增加岸电供电模式下柴油机自动启动或由岸电屏控制发电机开关合分闸或调速接口；发电机屏内增加功率信号转换模块，功率信号送到岸电系统控制箱；在岸电E-mail:SYGL376.6kV岸电接入屏岸电系统控制箱JO口B甲板右航-后高压配电室绿色航运第4 5 卷第9 期2 0 2 3 年9 月水运管理供电模式下，柴油发电机需与岸电进行并车和负荷转移，为满足岸电控制要求，所有柴油发电机屏需进行适当改造。具体改造事项包括以下几点：首先，在岸电供电模式下，需屏蔽发电机开关现有的自动控制功能；需屏蔽发电机调速器现有的自动控制功能，以及柴油机现有的自动启停功能。其次，需增加岸电供电模式下柴油机的自动启动接口；需增加由岸电屏控制发电机开关合分闸接口，以及由岸电屏控制发电机调速接口；为实现岸电系统的控制，还需在发电机屏内增加功率信号转换模块，将功率信号送到岸电系统控制箱；需将发电机的电压或频率取样信号送到岸电进线屏，并将发电机开关状态信号、发电机开关可控信号、柴油机运行状态信号送到岸电系统控制箱；在岸电供电模式下，需屏蔽所有发电机开关控制以及发电机速度的现有自动控制功能；需将部配电板选择开关切到关闭状态；需增加岸电并车功能，并修改手动并车控制功能；需更换并车控制转换开关和回路；需增加岸电或船电控制模式按钮及指示灯，以及岸电系统手动或自动控制按钮及指示灯；需增加带灯的岸电开关控制按钮和岸电开关可控指示灯；为实现监测岸电功率，需增加岸电功率表；需增加DG1和DG2允许控制（本地手动模式）指示灯，以及DG1和DG2开关控制按钮带灯、开关可控指示灯和功率表；需增加DG1和DG2的速度控制开关。最后，为满足岸电控制功能，还需根据需要提供其他必要的接口和继电器。3.6高高压岸电连接系统总体功能在负荷安全转移的前提下，并网运行的时间应尽可能短。当负荷转移超过预定时间（5 min），应停止转移，断开岸电连接断路器；自动并网失败时，应自动断开岸电连接断路器，船舶电网自动转为由船载主发电机供电，并发出听觉和视觉报警。船电与岸电可以在后主配电板手动或者在岸电控制系统和集控台人机界面操作屏自动短时并网，以不断电方式进行平稳负荷转移和电源切换。邮轮使用岸电期间，至少保持1 台主发电机38http:/（或备用发电机）处于备机状态，一旦岸电电源出现故障，备用发电机能自动启动并连接至主配电板。船载岸电系统应具备应急切断功能，以确保快速断开岸上和邮轮的岸电连接断路器,并应按故障安全原则设计，应急切断系统应能在码头和船舶有人值班处发出报警，且非经过人工复位，断路器不能再次闭合。发生如下情况，应自动触发应急切断：岸电电缆插座未到位；接地回路及监测回路异常；电缆张紧过大；岸电系统发生过流或短路等故障；岸侧开关跳闸。手动应急切断按钮应布置在：电缆管理系统操作位置（岸基侧）；邮轮上高压岸电房室旁；6.6 k V 岸电接人屏；岸电系统控制箱；岸电系统遥控操作位置（集控室）。船载岸电系统应具备安全联锁功能，确保系统操作使用安全。如存在以下情况，岸电高压接入断路器应不能闭合或在闭合位置断开：接地连接未建立；接地监测系统异常；岸电连接插头或插座未到位；应急切断设备动作；电缆长度过大；相序不对；岸电供电电源尚未提供。船载岸电系统应具有欠压、过压、逆功率、过流、短路、接地、频率异常及等电位连接监视等保护功能。4结语随着国际邮轮市场东移，邮轮和港口中心城市都面临着十分严重的节能减排问题。伴随邮轮母港高压岸电岸基设备的不断完善，高压岸电系统将逐步成为豪华邮轮的标准配置，应用前景十分广阔。通过分析邮轮岸电系统特点、功能和配置，详细阐述了相关系统设备的功能和配置特点，以期为业界制定豪华邮轮的高压岸电配置方案提供参考。水参考文献：1董良志.豪华邮轮码头高压岸电连接系统及应用J.江苏船舶,2 0 1 7(2):2 4-2 7.2陈梦，陈钢，王利鹃.船舶高压岸电系统组成及相关短路研究J.中国港口，2 0 1 1(8)：6 1-6 3.