吳宏

（海軍駐滬東中華造船（集團）有限公司軍事代表室 上海 200129）

岸電供電系統

吳宏

（海軍駐滬東中華造船（集團）有限公司軍事代表室 上海 200129）

艦船；岸電電源；岸電系統

結合國內外碼頭岸電系統配置情況，以及對國內現有艦船碼頭岸電系統的調查分析，發(fā)現國內艦船碼頭岸電系統配置已不能滿足實際使用需求，提出艦船碼頭標準化的岸電系統，以滿足艦船發(fā)展需求。艦船靠泊時，使用碼頭岸電系統與使用柴油發(fā)電機組相比具有節(jié)能、減排、降噪等優(yōu)點，可減少目前艦船岸電系統的設備配置，節(jié)約艦船空間、減少重量，可實現艦船岸電的安全、可靠、經濟運行。

0 引言

艦船在?？看a頭時，一般均需接用岸電電源，即需要碼頭提供艦船?？科陂g的岸電供應。隨著艦船的大型化發(fā)展，現有的艦船碼頭岸電系統已不能完全滿足使用需求，而使用艦船柴油發(fā)電機組來滿足其用電需求。

碼頭岸電保障在節(jié)能減排、綠色環(huán)保等方面意義重大，必須對國內外碼頭岸電系統配置情況和碼頭岸電系統的使用情況進行研究分析，探討符合今后發(fā)展的標準化、模塊化碼頭岸電系統。

1 岸電系統與節(jié)能減排

岸電系統指船舶靠泊期間不使用船舶發(fā)電機組而由岸電電源供電。碼頭的岸電通過船舶上岸電連接電纜和岸電箱對船舶上的電氣設備供電，保證能滿足船舶電氣設備的用電需求。通常情況下，碼頭提供岸電的功率不大于靠泊船舶上單臺發(fā)電機的額定功率［1］。

艦船靠泊時若使用柴油發(fā)電機組供電，柴油在燃燒過程中產生大量硫化物和氮氧化物，對周邊環(huán)境造成污染。國際海事組織（IMO）數據表明：NO x和SO x是主要的污染物，全球以柴油為動力的船舶每年向大氣排放1 000萬噸NO x、850萬噸SO x；污染物通過氣候作用可以傳播至1 000 km以外的地區(qū)［2］。艦船使用岸電系統主要有如下優(yōu)點：

1.1 減排

艦船用柴油發(fā)電機組配置容量根據艦船大小不同，以單臺機組功率為750 kW計算，艦船靠泊后停止柴油發(fā)電機發(fā)電，改由碼頭岸電電網供電，相當于減排750 kW柴油機組的煙氣。GB 20891-2007規(guī)定，非道路移動機械用柴油機排氣污染物排放限值每千瓦時（kWh）為CO2·5.0 g，HC 1.0 g，NO x 6.0 g，PM 0.2 g，煙氣總量10.7 g［3］。以一個靠泊位70%利用率計算，全年?？看?56天，年耗電750×24×256=4 608×103 kWh，艦船供電將減少煙氣總量排放10.7×4 608×103=49.36 t。

1.2 節(jié)能

艦船使用配置的停泊機組或主柴油發(fā)電機組發(fā)電，效率較低、發(fā)電成本較高，以碼頭電網供電代替?zhèn)鹘y的柴油機發(fā)電機組供電，顯著提高了碼頭的能效，符合綠色發(fā)展的趨勢。以1 000 kW為例，碼頭使用率按交通部的《港口工程技術規(guī)范》確定取值范圍，取插值0.58，全年停靠船舶365×0.58=212（天），折合5 088 h。以TBD620V12柴油發(fā)電機組為例，該機組燃油耗率約為208 g/kWh，目前0#國際柴油價格約為人民幣6 300元/t，即使用柴油發(fā)電機組約為1.3元/kWh。電價按1.1元/kWh計算，使用岸電比使用柴油發(fā)電機組每年約節(jié)?。?.3-1.1）×1 000×5 088=1 017 600元。

1.3 減噪

艦船上柴油發(fā)電機組發(fā)電，振動和噪聲較大，必定造成噪音污染，使用碼頭岸電后，可以消除上述影響，提高艦員的生活舒適性。

2 國內外碼頭岸電系統現狀

2.1 國外碼頭情況

美國港口選用的岸電設施為6.6 kV，容量為每一碼頭7.5MW。北美其他一些港口，例如休斯敦、理斯?jié)M、紐約/新澤西、西雅圖、奧克蘭、塔科馬、溫哥華和費城，正在計劃采用岸電能源方案。如2004年洛杉磯港采用岸電技術對集裝箱船進行供電，實施效果良好。NO x、SO x和可吸入顆粒物PM10的排放量平均減少95%。洛杉磯港估計1艘3MVA的集裝箱船?？?天的NO x、SO x和PM10排放量分別減少1.03 t、0.59 t和0.043 t［4］。

除洛杉磯港集裝箱碼頭外，國際上還有其他郵輪、滾裝船以及散貨碼頭實施了岸電技術。如2000年，哥德堡港滾裝船碼頭完成可提供岸電電源的終端。哥德堡港使用岸電后，估計每年NO x、SO x和PM10排放量分別減少80 t、60 t和2 t［3］；2002年，Alaska州Juneau港口5艘郵輪改造后可接受岸電電源供電。Juneau港口估計1艘7MW郵輪停靠1次（約13 h）的NO x、SO x和PM排放量分別減少421 lb、352 lb和23 lb，共計796 lb［3］。1991年，California州Pohang鋼鐵公司專用干散貨碼頭建立一個岸電電源系統，提供440 V/0.5MW岸電［5］。

2006年5月，歐盟委員會通過2006/339/EC法案，提出歐盟港口靠泊船舶使用岸電，要求成員國提高認識，與IMO（國際海事組織）合作制訂岸電連結的國際標準，制訂促進實施此法案的經濟政策，交流各港口船舶供電和服務的經驗，在港口推廣提供岸電的設施。

2.2 國內民用碼頭情況

在我國，上海港是世界上最為繁忙的港口之一，采用船舶靠泊岸電技術是港口建設的發(fā)展方向，而且對于保護港區(qū)、市區(qū)的環(huán)境，建設清潔、宜人的上海國際航運中心都具有十分重要的意義。以上海港外六期的岸電碼頭供電方案來看，其碼頭全長1 008 m，共布置有17個10 kV/2 000 kVA高壓接電箱，可同時滿足17處用電［6］。由此可見，該碼頭方案可以同時提供17個靠泊處供電，即約60m設置一個岸電電源，電源功率約為1 800 kW（按0.9功率因數），由10 kV/400 V或10 kV/6.6 kV變壓器提供給靠泊船舶使用?？紤]設置變壓器等設備損耗及線路損耗，效率按0.9計，則每一岸電電源可提供的功率約為1 600 kW，可以滿足大部分船舶的靠泊岸電需求。

3 艦船碼頭岸電系統的配置

3.1 現狀

隨著艦船的發(fā)展和其使命任務的特殊性，艦船日益大型化、多功能化和模塊化，且往往采用隱身密閉設計，這些都導致艦船在靠泊時的岸電需要量更大。同時，艦船除日常訓練及任務外，常年駐泊碼頭，為改善艦員的生活條件和適應節(jié)能、減排和降噪的發(fā)展趨勢，均需要我們設置新一代艦船靠泊碼頭岸電系統。

目前，國內艦船碼頭岸電系統配置相應簡單，一般根據停靠的艦船種類和需求設置。碼頭設施相當簡單，其岸電容量不大，已不能滿足艦船發(fā)展的需要。主要存在以下問題：

（1）碼頭配套設施不適應目前艦船的發(fā)展趨勢?，F有碼頭的設計一般按照靠泊艦船設置岸電電源，容量較小，設置簡單，僅在碼頭提供AC 380 V、50 Hz電源，而沒有考慮必要的岸電保障措施，如岸電穩(wěn)壓裝置、岸電連接電纜、岸電電纜絞車等設備，且不同碼頭的岸電系統配置也不相同，造成艦船靠泊?？繒r不能提供岸電電源；

（2）由于碼頭配置僅提供電源接口，需要艦船設置岸電系統設施，占用較大的艦船空間。如500 kW岸電系統，需要設置岸電配電屏、岸電穩(wěn)壓裝置、岸電箱、岸電電纜及配套電纜絞車等設施，需占用較大的艦船空間，且總重量約為5～6 t。500 kW岸電電流約1 000 A，需要4根3×120mm2岸電電纜，按艦船常規(guī)配套長度約150 m，則單根岸電電纜重量約700 kg；

（3）大容量岸電系統若由艦船配套，則設計過于復雜，且現有設備已不能滿足艦船發(fā)展需求。目前現有艦船用岸電穩(wěn)壓裝置最大容量為800 kVA，如需艦船提供岸電保障措施，大功率岸電電源需采用分區(qū)/分系統，或僅對照明等日用負載提供穩(wěn)壓岸電電源，造成系統設計復雜。隨著艦船的發(fā)展，所需岸電容量的增大，在艦船上設置岸電系統已不適應發(fā)展需求，主要岸電系統及保障設備均應設置在碼頭上，以節(jié)約艦船空間并方便設置接岸設備，方便岸電接入操作；

（4）現有的岸電系統操作使用不便。如單根3×120 mm2岸電電纜重量約700 kg，需要4名以上艦員進行人工拉敷接入，且操作困難。

3.2 常規(guī)艦船岸電碼頭配套系統

仍以常用500 kW、400 V岸電系統為例，常規(guī)艦船碼頭岸電接入為10 kV陸上電源，輸出功率根據?？颗灤O計，碼頭提供變電及配電設備，包括10 kV/400 V、800 kVA變壓器及標準150 A×3/300 A×3岸電接線箱。常規(guī)碼頭岸電系統如圖1所示。

3.3 碼頭岸電系統配置改進

碼頭岸電系統應根據?？颗灤愋?、容量需求進行設計配置，符合今后發(fā)展方向，符合碼頭設備標準化、模塊化要求。其主要配置應滿足下述要求：

（1）同時提供多艘艦船的靠泊需求

隨著艦船日用負載設備及生活條件的提高，常規(guī)艦船的岸電需求在500 kW左右。考慮今后發(fā)展，按1 000 kW/艘配置碼頭岸電系統，每個碼頭按最多?？?艘艦船考慮，則需要每個碼頭提供5 000 kW岸電。以艦船負載功率因數0.8計，則碼頭需要提供6 250 kVA岸電。一般變壓器效率約為0.98，同時考慮穩(wěn)壓裝置及線路損耗，碼頭整個岸電配電線路損耗按5%考慮，則碼頭路上電源接入容量約為6 600 kVA。

目前艦船碼頭的岸電接線箱通常配置150 A或300 A接插件，考慮操作、設備布置等原因，建議采用標準化300 A接插件，每個碼頭岸電接線箱可以配置4組300 A接插件?？紤]接插件余量和實際使用，每根岸電電纜的負載電流按250 A考慮，則每個岸電接線箱可以提供約540 kW岸電。每艘艦船需配置2個標準岸電接線箱，每個碼頭需配置10個標準岸電接線箱。

圖1 常規(guī)碼頭岸電系統

碼頭除配置岸電供電接線箱外，還應配置專用岸電接地箱。岸電接地箱應采用既接地又接零線的方式，其接地線的截面應不小于95 mm2，［7］即碼頭應根據標準岸電供電接線箱位置設置岸電接地箱，保證艦船在使用岸電時的可靠安全接地。

以往艦船和碼頭往往采用接線柱或接線端子實現岸電系統的連接，該連接方式其安全性和操作方便性均較差，建議采用快速接插件，提高岸電連接的安全可靠。

（2）提供岸電電纜及輔助設備

目前常用的艦船岸電纜為CEFR/SA型，即乙丙橡膠絕緣、氯丁橡膠護套、成束阻燃型船用電力軟電纜。按250 A負載電流選擇，岸電電纜截面規(guī)格至少120mm2。3×120 mm2CEFR/SA型電纜連續(xù)允許工作電流為224 A，重量為4 674 kg/km，則150m電纜重量為701.1 kg。岸電電纜主要存在重量重、彎曲性較差、不耐磨等缺點，故需要對岸電電纜進行研究改進設計，制造新型的岸電電纜。

碼頭提供岸電電纜及岸電電纜絞車等配套設備，減少艦船重復配置。碼頭除提供岸電電纜及存放設施外，由于岸電電纜較重，同時還應配備用于拉敷岸電電纜的輸送或起吊裝置。

（3）提供穩(wěn)壓后的岸電電源

艦船一般對用電品質要求相對較高，而碼頭岸電系統受陸上電網影響，品質不高。據統計，白天在負荷高峰時，最低電壓可至360 V甚至更低；而在晚上最低峰負荷時，其電壓可高至440 V。這種岸電的電壓變化可能導致艦船電氣設備損壞，特別是控制電源設備中的控制電源變壓器以及電源模塊容易損壞［8］，并對艇上正常照明燈管壽命造成嚴重影響。根據燈管壽命分析，電壓高出220 V額定電壓10%，其燈管壽命將減少一半；若晚上電壓高至440 V，則燈管電壓可能高達250 V以上，燈管壽命將受到嚴重影響。因此設置岸電穩(wěn)壓裝置是必須的。

岸電穩(wěn)壓裝置的輸出還應考慮岸電配電線路壓降。一般艦船電力系統要求發(fā)電機組電壓為390 V+6%-10%，即艦船負載供電電壓按390 V考慮。一般岸電電纜長度為120～150 m，按最長150 m計算，其電壓降落為10.2 V左右。需要碼頭提供穩(wěn)壓后的岸電電壓應在400 V左右。

（4）保護與監(jiān)測

岸電設備應設有保護及配電參數監(jiān)測功能，包括過電流保護、岸電供電接線箱的相序相位一致性保護、總供電線路的電壓電流及功率監(jiān)測和每一供電接線箱線路的電壓電流及功率監(jiān)測等功能。

根據上述配置需求，標準5 000 kW岸電碼頭其岸電系統需要設置6 600 kVA、10 kV/400 V大容量變壓器，岸電供電配電板，400 V/400 V、800 kVA岸電穩(wěn)壓裝置，250A×4、400V標準岸電供電接線箱，250 A、400 V標準岸電接地箱，250 A、400 V標準岸電電纜，標準岸電接地電纜及岸電接入輔助設備。

4 結語

艦船?？看a頭時使用岸電系統具有節(jié)能、減排、降噪等優(yōu)點。本文結合國內外碼頭岸電系統配置及對國內艦船碼頭岸電系統現狀分析的基礎上，提出了標準化的艦船碼頭岸電系統。該岸電系統的優(yōu)點是取消每船配置的岸電電纜、岸電電纜絞車、岸電穩(wěn)壓裝置等設備，節(jié)約艦船空間、減少重量，有利于艦船的整體布置優(yōu)化，提高艦員的生活舒適性，并實現艦船安全、可靠、快速接入岸電。

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Shore power system

WU Hong
（Naval Representation in Hudong Zhonghua Shipbuilding（Group）Co.，Ltd，Shanghai 200129，China）

warship；shore power；shore power system

The investigation of the domestic and international SPS configuration shows that the domestic shore power system（SPS）doesn’t meet the practical needs very well.This paper presents the standard SPS for the warship dock to fulfill the requirement of warship development.By comparing with diesel generator，the SPS has advantages of energy saving，emission decrease，noise reduction，ship space saving&weight decrease by reducing equipments of ship SPS，as well as the safe，reliable，and economic operation.

U673.37

A

1001-9855（2011）03-0044-04

2010-10-29；

2010-12-15

吳宏（1975-），男，漢族，工程師，主要從事艦船電氣研究設計工作。