摘要：當(dāng)前使用的內(nèi)河船舶岸電系統(tǒng)安全性不高，且系統(tǒng)較為落后。文章針對內(nèi)河典型貨船設(shè)計(jì)出一套全新的船舶岸電系統(tǒng)，并用Copass Ser02軟件進(jìn)行安全性驗(yàn)證，對船舶岸電的推廣具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：船舶岸電系統(tǒng);保護(hù);自動(dòng)轉(zhuǎn)換;短路分析

中圖分類號：U665文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 051

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0193 - 04

0 引言

船舶岸基供電技術(shù)是一項(xiàng)替代性解決靠港船舶大氣污染的控制技術(shù)，是國家“十三五”期間重點(diǎn)推廣的措施，也是港口行業(yè)踐行生態(tài)文明建設(shè)的具體舉措。近年來，隨著清潔能源受到大力推廣，我國岸基供電技術(shù)應(yīng)用也獲得積極推進(jìn)。本文以一種內(nèi)河典型貨船為例，設(shè)計(jì)一套完整的岸電系統(tǒng)，并作出安全性分析。

1 船舶參數(shù)

選取的內(nèi)河貨船主尺度為：73.8 m（船長）×15.8 m（船寬）×5.7 m（型深），總噸數(shù)為2 437 t，該船型在當(dāng)前內(nèi)河特別是西江流域較為流行。岸電供電電壓為380 V，屬于低壓岸電。

2 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)國家岸電相關(guān)政策的要求以及船舶使用岸電的初衷，船舶在靠岸狀態(tài)下，應(yīng)停止使用船舶柴油發(fā)電機(jī)組，而使用岸電作為船舶主電源以減少污染，因此，上述用電設(shè)備清單中除了在進(jìn)出港狀態(tài)使用的艏錨機(jī)和艉錨機(jī)外，其他設(shè)備均應(yīng)納入岸電供電范圍（見表1）。由此，可以計(jì)算得出岸電用電設(shè)備總功率為34 kW、總電流為97.9 A。國家海事局頒布的《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則>（ 2018修改通過）的相關(guān)條款規(guī)定，船電和岸電之間的連接插座必須在“63 A、125 A、250 A”三種規(guī)格中選其一。根據(jù)該船的岸電用電設(shè)備總電流，應(yīng)選擇125 A規(guī)格的連接插座，為了與連接插座保持匹配，岸電箱的額定電流也應(yīng)選擇125 A。

上述用電設(shè)備中除了照明、分電箱、充電機(jī)要求220 V供電外，其余設(shè)備均要求380 V供電，因此岸電箱的額定電壓應(yīng)選擇380 V。而220 V的用電設(shè)備可通過主配電板的配電功能以滿足供電需要（岸電系統(tǒng)一樣是通過主配電板來分配電能，380 V主配電板可提供380 V、220 V兩種電壓）。岸電箱的容量可通過下列計(jì)算式粗略估算：

P≈1. 732UI≈1.732×380 x125≈82 kW

岸電箱的容量滿足要求。岸電箱的配電系統(tǒng)方面選擇三相四線制系統(tǒng)，理由是該配電系統(tǒng)既可接受岸基三線四線制岸電輸入，又可以接受岸基三相三線制岸電輸入（只要把中性線接線端空置即可），同時(shí)又滿足用電設(shè)備的供電需要。

3 岸電箱設(shè)計(jì)

岸電箱作為船舶岸電系統(tǒng)的核心，既承擔(dān)了接受岸基岸電輸入并向船舶用電設(shè)備輸出電力的作用，又承擔(dān)了在使用岸電時(shí)對整個(gè)船舶電網(wǎng)的控制和保護(hù)作用，因此岸電箱的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文選擇德力西CDM3 - 125S/4300 125 A空氣開關(guān)作為岸電箱主開關(guān)，通過HDD-10型相序繼電器來實(shí)現(xiàn)相序指示功能，同時(shí)加入相序自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，該功能通過CDQ1S - 125A雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)出的岸電箱原理圖如圖1所示。

該岸電箱具有岸電指示功能，即岸電箱內(nèi)三相ABC接線端接線與岸基岸電輸入不一致時(shí)，發(fā)出錯(cuò)相指示。更為重要的是，該岸電箱可通過電源轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò)，使得岸電箱最終輸出電力時(shí)的相序與岸基輸入岸電的相序時(shí)保持一致，避免出現(xiàn)燒壞岸電箱和燒壞用電設(shè)備的情況出現(xiàn)。同時(shí)，選用的岸電箱主開關(guān)既能滿足供電的需要，又可對岸電供電時(shí)的船舶電網(wǎng)起到通斷和保護(hù)的作用。該岸電箱比目前內(nèi)河船舶普遍使用的岸電箱更為安全和先進(jìn)。

4 岸電供電系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)選型，設(shè)計(jì)出船舶岸電供電系統(tǒng)圖，如圖2所示。

該岸電供電系統(tǒng)由岸電箱作為主電源，由主配電板對電力進(jìn)行分配，供電范圍涵蓋了船舶靠岸停泊狀態(tài)下所需用電的所有用電設(shè)備。該系統(tǒng)擁有三級保護(hù)：初級保護(hù)是各用電設(shè)備在主配電板上對應(yīng)的斷路器;二級保護(hù)是主配電板上的岸電開關(guān)（選用德力西CDM3 - 125S/4300型空氣開關(guān)）;三級保護(hù)是岸電箱內(nèi)的主開關(guān)（具體型號見上文）。

5 對船舶岸電系統(tǒng)的安全驗(yàn)證

在船舶岸電系統(tǒng)發(fā)生短路情況下，是否會(huì)對岸基岸電供電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，這是船東和岸基岸電供電方普遍關(guān)心的問題，也是關(guān)系到岸電用電安全的關(guān)鍵問題。以下通過Copass Ser02 （Ver 2018）計(jì)算軟件的短路電流計(jì)算功能來對該船舶岸電系統(tǒng)進(jìn)行安全驗(yàn)證。

5.1 系統(tǒng)建模

系統(tǒng)模型見圖3。

5.2 計(jì)算結(jié)果

按照系統(tǒng)模型里的參數(shù)輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算（計(jì)算過程復(fù)雜冗長，本文不詳細(xì)列出）可得到計(jì)算結(jié)果（見表2～3）。

以SCP-消防泵短路點(diǎn)為例，該點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，其峰值短路電流為1058 A，大于保護(hù)開關(guān)的瞬時(shí)脫扣電流140 A，能立即引起保護(hù)動(dòng)作，不會(huì)引起上一級斷路器的保護(hù)動(dòng)作。同理，如SCP- HSB短路點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，其峰值短路電流為1 155 A，大于保護(hù)開關(guān)的瞬時(shí)脫扣電流875 A，能立即引起保護(hù)動(dòng)作，不會(huì)對岸上供電系統(tǒng)造成影響，其他各短路點(diǎn)可以此類推。

通過分析可以得出結(jié)論：該岸電供電系統(tǒng)任一點(diǎn)發(fā)生短路，均會(huì)引起保護(hù)開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作，不會(huì)對岸基供電系統(tǒng)造成沖擊和影響。

6 結(jié)語

本文中設(shè)計(jì)的岸電供電系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1）既具有多級保護(hù)，又具有錯(cuò)相指示功能，自身安全性高;（2）實(shí)用性好，滿足船舶在靠岸狀態(tài)下的所有用電需求;（3）靈活方便，即可接受三相四線制岸電輸入，又可接受三相三線制岸電輸入;（4）具備一定的自動(dòng)化功能，錯(cuò)相狀態(tài)下不用人工干預(yù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò)。通過計(jì)算軟件的驗(yàn)證證實(shí)該岸電供電系統(tǒng)對岸基供電系的安全性是滿足要求的，因此，在內(nèi)河船舶推廣此系統(tǒng)，將有利于岸電使用的普及，對內(nèi)河航運(yùn)產(chǎn)生有益的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]黃建章.船舶設(shè)計(jì)使用手冊（電氣分冊）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.

[2]中華人民其和國海事局，內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則[Z].2018.

作者簡介：鐘偉強(qiáng)（1985-），驗(yàn)船師，從事內(nèi)河船舶、船用產(chǎn)品的法定檢驗(yàn)以及船舶設(shè)計(jì)圖紙的審查工作。