船舶岸电系统改造中船岸设备连接方式探讨.pdf

为更好地处理船舶在靠泊码头期间带来的大气污染问题，船舶岸电系统改造技术应运而生，电缆作为连接岸电和船电系统的重要设备其作用尤为突出。本文通过比较岸电接用技术中电缆及辅助设备不同安装位置的特点，从电缆选择及岸基辅助设备布置两个方面提出最优方式，既节省了船舶岸电改造费用，又能提高岸电设备的使用效率及安全性能，解决船舶靠泊码头带来的大气污染问题。关键词：岸电系统；电缆；布置；比较分析中图分类号：U665.1 文献标识码：AThe Exploration on Ship-Shore Equipment Connection Mode for Ship-Shore Power System Reform RUAN Haifeng,HE Zhiqing(Port and Navigation(Local Maritime Affairs)Management and Service Center of Wuhu City,Wuhu 241000)Abstract:In order to better deal with the problem of air pollution caused by ships during berthing at the wharf,the promotion of ship shore power transformation technology arises at the right moment.Cable plays a particularly prominent role as an important equipment connecting shore power and ship power system.This paper compares the characteristics of cable and auxiliary equipment in two different installation positions in shore power connection technology.Propose the optimal way both for the selection of cable and shore-based auxiliary equipment layout,e.g.saving the the costs in the process of ship-shore electricity transformation and improve the use efficiency and safety performance of the equipment in view of the management control,in order to better accomplish the promotion of shore power transformation technology,and solve the problem of air pollution from ships berthing terminal as soon as possible.Key words:Shore Power System;Cable;Layout;Comparison and Analysis1 前言船舶岸电技术是通过采用岸电资源为船舶在靠泊码头期间提供必需的动力能源，从而减少在停靠码头期间因持续使用发电柴油机造成的尾气、噪声等污染问题。船舶岸电系统由岸电电源、连接电缆及接口设备等部分组成，主要包括：岸电电源、接电箱、接插件、电缆及电缆卷筒等。电缆和卷筒设备，作为岸电系统中重要的设备，其安装位置可以根据实际情况选择安装在船上或岸上，目前采用的主流方式是安装在船上合适位置。2 发展船舶岸电技术的必要性2.1 船舶节能需求岸电的使用改善了船舶发电机使用工况，让船舶在靠泊期间仍能依靠岸电能源保证部分设备的正常运行，减少了船舶电网在低负荷时柴油机组发电的工作时长，从而减少了因机械能耗而带来的非必要的损失，在很大程度上减少了能源的浪费。2.2 提高供电品质船用机组由于容量较小，启动大负荷时对电网的冲击大，造成电网频率和电压的波动较大，供电品质一般不高；而岸网的容量较船网要大得多，电压频率较稳定，抗冲击负荷的能力强；另外，船网发电时，发电机本身交变磁场会对周围设备产生谐波干扰，发电机之间相互干扰时还会产生二次谐波干扰；一些设备甚至是重要设96材料与工艺 广东造船 2023 年第 3 期（总第 190 期）备广泛采用通信技术，这些谐波干扰会对通讯的稳定产生不可预测的潜在危害；岸电供电时，可通过采用高通滤波和低通滤波过滤这些浪涌脉冲，提供高品质的电能。2.3 减少港口大气污染港口大气污染的来源之一就是船舶靠泊时依靠发电机提供能量造成的尾气污染。采用岸电后，来自发电机带来的尾气污染将得到很好地控制，是实现港口污染防治的重要举措。2.4 改善船员工作环境船舶靠泊期间，部分设备仍需保持运行状态，需要持续提供电力输出。以目前船舶供电方式来看，作为原动力的发电机运行是必不可少的，这使得船舶在靠泊期间仍会产生大量的大气和噪声污染。如果船舶靠泊后采用岸电提供电能，将很好地解决这类问题，给船员提供相对安静的工作环境，缓解船员工作压力。3 船岸电网连接方法船岸电网连接是通过电缆及辅助设备将岸基配电箱与船基配电箱相连。其中，辅助设备之一的电缆卷筒，作为协助电缆伸缩的重要工具，在实现岸电连接的前期工作中起着十分重要的作用。现有船舶岸电改造方案中，电缆卷筒安装一般是在船上寻找合适地点，选择靠近船舶主配电板的位置，例如船尾靠近机舱的主甲板、船头靠近驾驶室的主甲板等位置，减少在船上铺设电缆的有效长度，也方便使用操作管理。本文作者建议将电缆和卷筒设备安装在码头上，在使用时将电缆自由端铺设到船舶主配电板处，通过专用接头与船上接收插座联通。现就以上位置选择进行分析。3.1 电缆卷筒安装位置选择众所周知，船舶特别是内河船舶，为充分考虑其经济性，甲板上可使用的多余空间并不多，所以电缆卷筒因其供电处所的特殊要求，一般选择放在甲板尾部且靠近机舱的位置。船舶尾部一般设有尾舵传动设备、救生艇筏及升降装置等设备，能够给电缆卷筒预留的位置空间并不充足，且安装在船上受存放地点影响，卷筒和电缆一般是露天存放，不利于电缆的使用寿命；而码头相对船舶而言，可供安放电缆卷筒的位置相对较富裕，特别是新建码头在设计之初就可以预留合适位置，并且可以针对码头的功能设计建造下沉式岸电箱及电缆卷筒存放处所，既减少占用码头空间，又避免了设备在外面暴晒和雨水冲刷，可提高设备的使用寿命。3.2 岸基电缆卷筒及辅助设备船用电缆及卷筒设备因其特殊要求，其电缆在长度、设备重量、防护等级等方面的要求也较为特殊，为了满足在各种复杂码头设计情况下电缆都能够接到岸电箱，其长度必须足够长；由于岸电电缆都是直接沿陆地拉接，需要拖拽，与周围环境和人员接触的几率大，为安全起见，一般设计有铠甲保护，增加了其自身的重量。这些因素给船舶岸电系统改装工程带来很大不便，船舶改装时需借助专门的吊装机器来辅助完成设备上船运输，直接增加了岸电系统改造费用。在此情况下，岸基电缆传送辅助设备的采用就非常有必要了，采用码头专用设备不但可以减轻单独依靠人工操作带来的不便，同时可以减少人工操作带来的不安全因素。考虑船舶在装卸货过程中船体相对码头产生的距离变化，可以配合电缆卷筒安装自动收紧或放松装置，自由控制电缆的松紧程度，减少因电缆收缩导致的对用电箱等设备的伤害，对整个岸电系统起到很好的保护作用。3.3 电缆和岸基卷筒设备成本在岸电系统中要充分考虑到电缆长度选择，必须满足因为港口码头接电位置变化、河道水位变化、不同船型干舷高度变化及船舶吃水变化等因素影响。因船用电缆的特殊要求，需选用耐油、滞燃、防水护套的柔性铜芯电缆，费用较普通电缆明显较高；若采用码头安装岸基卷筒和岸基电缆的方法，可以减少船舶配置电缆和卷筒设备的费用，且码头可以根据岸电箱位置和电缆卷筒的预留空间配置规模更大的设备，以便提供更长有效长度的电缆。3.4 电缆和岸基卷筒设备使用管理船舶航行过程中，电缆和卷筒均处于无用状态，受环境因素影响仍需对设备进行维护和保养，增加了人力和维护费用。如果采用码头配备岸基公用电缆和卷筒设备，一方面大大提高了设备的利用率，减少了资源浪费，同时在设备的使用管理方面，可以由码头方安排专人负责管理，从使用管理的质量和对设备维护保养等方面来看，效果也会更好。3.5 操作人员培训因为船员流动性原因，在同一艘船上工作的时间长短不固定，更换工作的频率也较高，每船在为船员培训方面付出的精力会明显提高；而码头工人的固定性相对较强，而且配备专业电工人员也较容易实现。因此，采用岸上配置电缆和卷筒等设备的方式，能够更好发挥工作人员培训的作用和价值，并且在岸电使用时操作安全性更高。97GUANGDONG SHIPBUILDING 广东造船 2023 年第 3 期（总第 190 期）材料与工艺4 使用管理4.1 加强操作人员培训船舶岸电系统作为一种新兴技术，对船员及码头操作工人来说都是一种新的挑战，使用初期要做好培训工作，要求使用人员充分掌握使用技巧，确保知晓使用注意事项，保证岸电使用安全。例如，要求岸电电压、频率、相序与本船电网电压、频率一致，工作人员要注意检查岸电相序、电压、频率是否与本船电网电压、频率一致，任何一种不一致都要调整使之匹配。4.2 电缆系统管理岸电系统卷筒设备除具有收放电缆功能外，还应具备安全功能，防止电缆过渡拉伸。在正常情况下，保证电缆不出现超过允许值的机械应力；在出现电缆过度拉伸情况下，做到及时切断岸电连接，避免带电拉断电缆或插头拔出状况，以免引起人员触电或因电致火现象发生。4.3 岸电箱管理岸电系统是通过岸电箱接至船舶主配电板或应急配电板。岸电箱面板上设有指示灯指示外来电缆是否有电，箱内还应设置岸电相序的监视设备，只有当接入岸电的相序与船舶电网的相序一致时，才允许合上岸电箱的开关。日常管理人员要做好岸电箱的维护保养，确保各项功能的正常使用。4.4 检验质量管理船舶用电系统较岸电系统，无论从设备选择、安装位置和施工要求等方面都存在很大不同，而且要求也更高。在船舶岸电系统改造过程中，工作人员要从图纸设计、设备及电缆选取、安装布局、完工试验等方面把好关，做到设计合理、设备选择满足船用产品要求、试验满足规范和实际需求，确保检验质量。4.5 做好政策宣传相关部门根据职责分工，做好船舶岸电系统改造政策宣传，海事部门做好使用监督，港航部门做好补贴政策的后续工作；港口企业鼓励使用岸电船舶优先靠泊，提供电价优惠政策等，提高广大船舶参与岸电系统改造的积极性。5 小结从港口污染防治的成效可知，船舶排放污染物的消减量、船舶大气污染物的消减量，与船型、船舶靠港的艘次数、船舶发电机性能及燃油类型有直接关系。船舶岸电系统改造，作为减少港口船舶污染的重要手段值得推广。通过本文介绍，在优化船舶岸电系统改造的具体实施方案中，做好电缆及辅助设备的安装配置，既能减少船舶改造费用，又能更好地实现改造效果，有利于今后加快推广船舶岸电系统改造技术，更好地实现港口绿色发展。（上接第 94 页）长，船舶亦存在操作安全隐患，船东亦不愿接受。（4）方案四选择 C2-02+按需要设定 C3 参数模式。基于实船试验所测得倒车反应时间参数，根据需要适当修正 C3原设定的参数。其修正方法是：C3 的参数减小，倒车反应时间变短；反之倒车反应时间变长。需提醒注意的是，倒车反应时间不宜调整得过短，否则齿轮箱将承受较大的冲击力，并伴有熄火风险。本文推荐船舶倒车平均延时时间为 1015 s。6.2 解决方案 本船船东要求全速航行工况下，其紧急倒车反应时间应不大于 15 s。为此，本船选择上述方案四。基于前期调试数据，将本船的 C3 参数减小，由30 调整为 25，其它参数按说明书要求作匹配性调整，参数修正后分别在无风和有风环境下进行了航行试验。从航行试验记录的数据可知：倒车延时时间与拨动油门手柄的速度、航道水流方向及水面风力情况等因素有关。7 结束语 事实表明，采船用电子式主推进遥控系统，可根据各船舶特点进行适应性调整，并经航行试验验证其合理性；合理选择控制模式或调整遥控系统中程式的相关参数，可以改变主机合排延时时间，以获得合理而适用的自动控制程序，提高船舶操纵性，避免熄火故障发生；调整前，应仔细阅读、理解遥控系统相关资料，掌握其正确的调整、设置方法，选择合理的合排延时时间，既能保证船舶安全驾驶，又可避免轴系换向对主机/齿轮箱产生过大反冲击力；此外，紧急倒车时，其控制手柄的移动速度对主机合排延时时间具有较大影响，需操作员在实际使用中认真体会、掌握，但无论如何，控制系统应能保证紧急倒车操作不会出现主机熄火现象。