岸电上船工程的技术分析范文

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摘要：

当前，在国家日益重视节能减排和环境保护的大背景下，船舶使用岸电能够有效地降低停船靠码头期间带来的污染。本文结合深圳某临海电厂，重点对岸电上船工程技术进行了分析，以期为我国岸电上船工程的实现起到一定的指导作用。

关键词：

电厂煤码头；岸电上船；技术分析

一艘大轮船停靠码头后通常要马上卸货。这时候船上仍有部分机械设备要运转，船员生活也要用电。所以船上的内燃机并不能马上停车，仍然要燃烧油料来发电。一般来说，轮船这种重型负荷使用的油料杂质很多，俗称重油，其燃烧后产生的废气对空气的污染要比汽油严重得多。这种污染在近年来逐渐被人们所重视。国家交通部、环保部在近年来先后制定了“岸电上船”的试行技术规范和鼓励政策。“岸电上船”，顾名思义，就是将岸上的电源接上船，为船上的负荷供电；船上的内燃机停车，以减少对空气污染。正是在这种背景下，本着对社会负责的态度，深圳某临海电厂在2014年底启动了“煤码头岸电上船”工程，决定在煤码头南北泊位各建一套岸电系统。对煤码头来说，“岸电上船”似乎就是给煤船接一个临时电源；而这对专业搞电的电厂来说，简直就是小菜一碟。但实际情况却没那么简单，就目前情况而言，国内几家试点岸电上船的项目还没有能称得上成功的。

一、工程的难点

岸电电源取自电厂的厂用电6kV配电段备用开关柜，分别敷设电缆到煤码头的南北泊位，在南北泊位各建一个配电室，内有降压变压器和电源型变频器，之后输出400V、60Hz的电流到码头前沿插座箱，再通过3根截面积为185mm2的连接电缆将电流送到船上（连接电缆可以从船向码头放，也可以从码头向船上放。本工程是从船上向码头放）。接线示意图如图1所示。对本工程而言，原理较简单，但实施起来大体有以下两大困难：

（一）变频我国实行的电流频率是50Hz，当然我司的厂用电频率也是50Hz，而船上设备大多采用欧美标准的60Hz，所以岸电上船前必须进行频率转换。这不能用普通的变频器，要用专门开发的电源型变频器，频率保持60Hz不变，但要能忍受较大负荷的启动电流，能带大负荷。

（二）从岸船连接电缆的处理船舷离码头实际上还有几米宽的距离，再加上船面比地面高，电缆是斜着上船的。轮船刚到码头时装满煤，吃水深，船面比码头地面高3m左右；随着卸煤，船面逐渐升高，最终船面比地面高8m，再加上受波浪的影响，船本身也是在起伏的，在这个过程中要求电缆能不断自动放长或收缩。电缆放长了，电缆弯曲度过大，且要落进海水；放短了，电缆本身容易受到拉扯。3根几十米长截面积为185mm2的铜电缆很重，先是要在船到岸时迅速将电缆送到岸上接好，后是要在船离岸时将电缆收到船上。由于空间所限，又不能在码头上建起重机。

二、变频电源技术分析

通过对船上负荷的分析，对变频电源器的技术要求如下：

（一）本次岸电采用SVPWM控制的基本原理脉宽调制技术（PWM）在整流和逆变电源中广泛应用，其基于冲量相等效果相同的采样控制理论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上时，输出的相应波形基本相同。PWM电路基本上是电压型的。以逆变电路为例，通过IGBT对直流电压进行开关控制，控制其输出的脉冲宽度（占空比），即可控制输出交流电压的频率和相位。为了获得所需要的波形，通常将所需要的波形作为调制信号，并对高频率的载波进行调制。理想的载波是等腰三角波，因为等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与低频的调制波相交时，在交点时刻控制IGBT的通断，就可以得到宽度正比于调制波幅值的脉冲，从而输出与调制波一模一样的波形。这就是俗称的SVPWM控制。

（二）拓扑结构和滤波技术本工程拟采用的拓扑结构如图2所示，降压变压器输出690V、50Hz交流，通过整流再逆变实现690V、60Hz输出，再经过隔离降压变压器，输出440V、60Hz上船。整流桥采用690V输入是一个成熟的技术方案，这个电压在风电中广泛使用。根据SVPWM的电压利用率，690V的输入电压对应约1000V的直流母线电压，这样，在保证IGBT的工作电压安全裕度下，充分降低工作电流。针对本工程的800kVA的容量，整流和逆变采用单桥即可满足要求。整流桥前的LCL滤波器实际上具有BOOST升压的功能，udc还可以适当抬高，根据IGBT的额定电压水平，各厂家的Ud有差异。斩波器Chopper回路是为低电压穿越而设计的。在双馈型风机中，当电网出现短路时，一方面，风机定子的直流分量将引起转子显著的交流分量而导致转子过流，进而引起udc过压；另一方面，逆变器为了抑制直流电压，导致其输出电流增大，引起IGBT过流。因此必须采取措施来限制转子的过电流和直流侧的过电压，通过Chopper导通电阻是措施之一，另外一个措施是转子使用跨接器（Crowbar）导通三相灭磁电阻来吸收转子的能量。本工程采用Chopper来应对输出侧短路时，直流母线出现的过电压，但这个拓扑并不能从根本上解决逆变器IGBT的过流问题，后面将对该问题进行论述。

（三）核心元器件变频器的主要核心器件如下：1IGBTIGBT作为变频器的核心器件，目前供应基本都是国外厂家，包括英飞凌、三菱、ABB以及西门康等。随着国内高铁、新能源发电的快速发展，国内市场对IGBT需求巨大，中国已经成为国际主流IGBT厂家的最大市场。目前低压变频器中广泛使用的IGBT型号为德国英飞凌（infineon）公司，型号FF1400R17IP4，额定电压：1700V，额定电流1400A。2直流储能电容直流储能电容作为AC-DC-AC拓扑中直流储能环节，需要承担一定的直流电压和峰值电流。同时直流电容作为储能元件，影响产品的寿命。目前国内主流厂家目前基本都采用薄膜电容作为直流储能电容，薄膜电容具有额定电压高、有效电流大以及寿命长等特点。主要来自国外EPCOS、AVX以及ELECTRONICON等厂家。薄膜电容的设计寿命一般是10万小时/85度，目前进口品牌电解电容寿命标称为105度/5000小时。薄膜电容是近几年才批量使用的产品，之前都是使用电解电容。部分国外公司的产品目前还基于电解电容。3LCL滤波器LCL滤波器单元作为变频器重要组成部分，承担滤波作用，完成对入网或负荷侧的谐波处理，主要由电感、电容组成。目前主要选用国外公司的电抗器与电容器，如电抗器采用芬兰Trafotek公司产品，以确保产品可靠。4EMI滤波器变频器作为系统设备，根据相关电磁辐射标准，需要关注EMI问题，需要在输入和输出侧配置EMI滤波器。目前EMI厂家以国外的EPCOS和schaffner为主。5断路器及接触器为了和船上的设备统一，变频电源器的主开关和接触器一般选择ABB的产品。

三、连接电缆的连接和收放

岸船连接用的380V电缆平时是以卷盘形式收在船的甲板上，靠岸后需要一圈一圈从卷盘中抽出放到岸上。普通的电缆是铜芯，又粗又硬，无法方便快捷地收放。所以必须选用特殊的柔性电缆。如果直接从船上向下放电缆，由于船弦和岸有几米的距离，电缆由于自身重力，很可能掉到海水里，应由一根钢丝绳将电缆牵引到岸上来。所以岸上还需要安装一个卷扬机。随着卸货，船会升高，连接电缆也应伸长，否则就会被拉直受力，甚至会被拉断。所以电缆卷盘还应能在电缆受一定拉力后能自动放电缆。如果船舶发生了异常漂移，即使卷盘将电缆全部放出后仍不够长，电缆仍受力被拉断，这时应有保护动作来跳开岸上和船上的电源开关。结语岸电上船是一个利国利民的环保项目，同时也是一项新兴技术，目前还在不断的发展和完善中。该电厂的岸电上船工程完工后试运行总体上比较顺利，在多方面进行了有益的探索，有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]吴振飞，叶小松，邢鸣.浅谈船舶岸电关键技术[J].电气应用，2013，32（06）：22-26

[2]彭传圣.靠港船舶使用岸电技术的推广应用[J].港口装卸，2012（06）：1-5.

[3]JTS155-2012，码头船舶岸电设施建设技术规范[S].

作者：徐凯 单位：深圳市妈湾电力有限公司发展建设部