(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

采取岸電技術對港口的環(huán)保、節(jié)能都有著積極意義，尤其的高壓岸電技術，相比低壓岸電來說，連接電纜數(shù)量少，操作簡單，更被廣泛運用[1]。本世紀初，歐美國家就開始在各種類型的碼頭逐步應用岸電技術。各大港口對于岸電技術的實施效果良好，船舶靠岸時的污染物的排放量平均減少95%[2]。國內岸電技術在近10年得以應用，特別是高壓岸電技術在最近幾年得到了飛速的發(fā)展。2017年，為了積極響應國家頒布的《大氣污染防治法》，各種指南和方案的相繼發(fā)布，主要的目標是到2020年，50%以上的已建的集裝箱船、郵輪、客滾船及5萬t級以上干貨船等主要港口具備向船舶提供岸電的能力。

船舶岸電(alternative marine power,AMP)系統(tǒng)一般包含電纜絞車，岸電進出柜，主配電板AMP接入屏，港口需要配備電纜插座箱和配電站[4]，見圖1。AMP系統(tǒng)分為低壓AC440 V和高壓AC6 600 V兩種，但高壓岸電系統(tǒng)具有連接電纜數(shù)量少，對接工作量小的優(yōu)點，應用更加廣泛[5]。AMP系統(tǒng)根據(jù)安裝位置的不同可以分為岸基和船基兩種型式，岸基是指電纜絞車安裝在碼頭側，而船基是指電纜絞車安裝在船側[6-7]。

圖1 船舶岸電示意

岸基AMP系統(tǒng)分為固定式和可移動式兩種，主要包括電纜絞車，控制箱，電纜連接單元，可伸縮臂裝置等，可移動式還需要增加高壓電纜滾筒的可移動滑移裝置。固定式的系統(tǒng)相對可移動式的占用空間小，但可移動式系統(tǒng)機動性強，可以在碼頭隨意移動，來適應靠岸的船舶。岸基型的AMP系統(tǒng)一般適用于郵輪和客滾船的碼頭。

船基AMP系統(tǒng)分為固定式和半固定式兩種，主要包含電纜絞車，控制箱，高壓進出柜，變壓器(如需要)等。固定式的系統(tǒng)通常會在左右舷各布置1臺電纜絞車，并配有各自對應的高壓進出柜，無論船舶在碼頭左靠或者右靠，都能由絞車將高壓電纜沿舷側放下后接至岸電插座箱，操作簡單，快捷。固定式的系統(tǒng)適用于新造船，特別是散貨船，礦砂船等船型。半固定式的系統(tǒng)需要將整體系統(tǒng)安裝在一個集裝箱內，并在左右舷側各增加1個電纜插座箱，用于連接低壓配電板。當船舶靠碼頭時，由碼頭的吊車將此集裝箱移至合適位置，再由絞車放下高壓電纜接至岸電插座箱。相比固定式的系統(tǒng)，此系統(tǒng)操作相對復雜，但由于集裝箱船舶航線相對固定，一般將裝有AMP設備的集裝箱放置在碼頭，供整個船隊使用。集裝箱船或者改造船一般選用半固定式的系統(tǒng)[8-9]。

公司承接的40萬t超大型礦砂船是國內首艘安裝高壓岸電系統(tǒng)，需要取得DNV-GL的“SHORE POWER”附加船籍符號的船舶。

1 系統(tǒng)概述

40萬噸超大型礦砂船配備的AMP系統(tǒng)電制為AC6 600 V,3 200 kVA，3PH,60 Hz,船岸之間能進行不斷電裝換。由于船舶選用的電制是AC440 V,3PH,60 Hz,故整套系統(tǒng)由電纜絞車、高壓進出柜、高壓變壓器及低壓配電板AMP接入屏四大部分組成，比常規(guī)系統(tǒng)多一個高壓變壓器，高壓岸電系統(tǒng)的單線圖詳見圖2。

其中電纜絞車布置在船舶靠近艉部上建的左舷，高壓進出柜和變壓器布置在主甲板機艙棚AMP專屬艙室，AMP接入屏布置在集控室低壓主配電板內，布置圖詳見圖3。通過電力負荷計算，礦砂船在裝卸貨時需要的最大電量為2 063 kW，現(xiàn)AMP系統(tǒng)選用的容量為3 200 kVA(2 560 kW)，能滿足船舶靠岸的用電量。

圖2 高壓岸電系統(tǒng)單線

圖3 高壓岸電系統(tǒng)布置

2 高壓電纜選用

高壓岸電是通過1根組合電纜連接岸端和船端，從而達到供電的目的，此電纜具有高柔性和高抗拉的特點，其中電纜規(guī)格和長度的選擇需要通過計算來得出。首先是電纜規(guī)格的選擇，此組合電纜主要包括高壓動力電纜、接地電纜、控制電纜及光纖電纜。通過計算得到高壓動力電纜規(guī)格，AMP系統(tǒng)電制為AC6 600 V,3 200 kVA，由此可以計算出電流值。

3×185 mm2高壓電纜在環(huán)境溫度45 ℃時，電流載流量為309 A，能滿足要求。最終選用的通岸電纜規(guī)格為3×185+2×50+(4×2.5)C+6FO(62.5/125)μm。為了能和岸端的插座箱匹配，高壓電纜的通岸端都會安裝插頭，便于快速連接，插頭和插座都有統(tǒng)一的標準，需要滿足IEC62613-1和IEC62613-2的要求。

高壓電纜長度的選擇首先按照精確定位的方法計算電纜長度，一般是需要三維坐標上的距離相加，X軸方向為船舶停泊后前后動態(tài)調整距離，Y軸方向為船的型深減去最小吃水和碼頭和水面的距離Z軸方向為船舶離岸電插座箱的距離，見圖4。

其中X一般為5 m左右，Y=型深-吃水-碼頭離水面=30-12-2=16 m，Z一般為3 m，可以得出電纜精確長度L=X+Y+Z=24 m。為了能同時滿足船舶左靠或者右靠，一般1個泊位上會安裝2個電纜插座箱，大概布置在對應船舶上建附近，但插座箱的位置不可能正好和絞車在同一水平面上，所以需要留有一定余量用于調節(jié)插座箱和絞車在X軸方向的距離。最終選擇的電纜長度為60 m+10 m的方案，其中10 m為留在絞車上的安全長度。

圖4 高壓電纜計算示意

3 SHORE POWER的特殊要求

各大船級社對高壓岸電都有相關的規(guī)范和對應的附加符號，例如,ABS和BV的附加符號都是“HVSC”，CCS的附加符號為“AMPS”。本公司建造的40萬t超大型礦砂船是國內需要取得DNV-GL的“SHORE POWER”附加符號的首制船，AMP系統(tǒng)需要滿足DNV-GL的Pt6 Ch29“Electrical Shore Connections”要求。船級社規(guī)范對AMP系統(tǒng)需要提供相關文檔，基本功能，斷路器，絞車，聯(lián)鎖，應急切斷，控制監(jiān)測及試驗等方面都做了詳細的要求。其中應急切斷和高壓電纜耐壓試驗和其他船級社相比有特殊之處[10]。

關于應急切斷系統(tǒng)，根據(jù)Pt.6 Ch29 sec.2 C Emergency disconnection中的要求，在電纜絞車、高壓柜及低壓配電板三側都需要有應急停止按鈕用于同時斷開高壓和低壓側的斷路器，并要求直接斷開，不能通過信號轉換在實現(xiàn)。也就是說在電纜絞車側需要一個應急停止按鈕，并有單獨的電纜分別接至高壓柜和低壓配電板，用于斷開斷路器。在高壓柜和低壓配電板側同樣也需要提供應急停止按鈕用于給出切斷信號分別至高壓和低壓側的斷路器，系統(tǒng)組成見圖5。

圖5 AMP應急切斷系統(tǒng)

相對于其他船級社，DNV-GL要求應急切斷信號是點對點的輸出，用獨立電纜連接，不允許借用電纜或者信號來實現(xiàn)。

DNV-GL關于高壓電纜的耐壓試驗要求跟其他船級社有所不同，其他船級社要求在控制屏側將所有電纜的芯線扎在一起后接至高壓測試儀，在電纜導體與電纜屏蔽間施加直流測試電壓，保持15 min，見圖6。

圖6 高壓電纜耐壓試驗示意(其他船級社)

但DNV-GL的要求是選擇一相電纜芯線，將同一電纜的其余兩相導體及屏蔽層扎在一起，在電纜單獨一相導體與另外兩相導體連帶屏蔽間施加直流測試電壓，保持15 min，見圖7。這種耐壓試驗的方法更易測出單相導體的絕緣情況。

圖7 高壓電纜耐壓試驗示意(DNV-GL)

4 優(yōu)化建議

40萬t礦砂船主要用于從巴西向中國運輸?shù)V砂，在設計之初，中國和巴西還未建成可以提供高壓岸電并能停泊40萬t礦砂船的港口，為了降低建造成本，只在船舶左舷布置了電纜絞車，所以只能在左靠的泊位上才能連接岸電。為了彌補此缺陷，在船舶右舷預留了安裝電纜絞車的空間，為后續(xù)改造提供了便利。后續(xù)用于運輸?shù)V砂的32.5萬t礦砂船選用了左右舷都布置電纜絞車的方案，能靈活選擇泊位。由于這家船東營運的礦砂船隊船舶數(shù)量多，航線固定，可以考慮選用半固定式的方案，將岸電集裝箱存放在碼頭，供整個船隊共同使用，這樣可以降低整個船隊的建造成本。