英语原文共 20 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
船舶岸电
文章介绍了船舶靠港时岸电供应的需求和技术。这一需求越来越多地受到环境因素的推动来减少因船舶发电产生的排放。
作者：Giorgio Sulligoi——电气与电子工程师协会资深会员
Daniele Bosich——电气与电子工程师协会会员
Roberto Pelaschiar,
Gennaro Lipardi,
Fabio Tosato
摘要|这篇文章始于对现有高压岸电连接系统在原理、规则、出版物、技术和相关装置方面的现有水平的综合叙述。然后，特别介绍了高压岸电连接系统在商用和军用上的一些主要技术现状：船岸接口、岸基设备(变压器、变频器等)、船载设备(隔断器、岸电配电板等)、操作程序、可行性方面。最后，提出了现有的一些技术挑战：正常或非正常的连接，高压船舶岸电连接和阴极保护系统，连接时机，港口设备发生大电流接地故障时的电气安全。
关键字|全电气化船舶；船舶岸电；巡洋舰；接地故障电流；电气安全；高压岸电连接；军舰；港口接地系统；船岸连接；接触电压
I．前言
对自然资源开发的全球战略将朝着减少对环境影响和提高目前以及未来的能源解决方案效率的方向推动。在海事方面，许多船主和港口开始考虑“绿色船舶”的概念，可以在几个技术方面加以描述。从业主的角度来看，高效电机、电力推进、变速驱动、储能系统、低功率照明系统、船体结构和油漆的新材料等都是正在研究的方案。另一方面，港口运营商和港务局正在考虑在翻修或新建的港口基础设施(泊位、码头、船坞等)中的电气应用方案使之在可盈利的基础上更加可持续的发展。
航运部门负着全球90%的船运货物，据现有预测，随着亚洲市场的急速增长，船运货物数量将会增加三倍。
当船舶在靠泊或湾港的时候，它都要用船上的发电机来为船舶装置和生活设施供电。船舶停留在港口区域的时候，会排放出二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物、微小颗粒物之类的污染物。这样的排放通常是在大城市的港口区域或是在环保限制区内，空气污染的主要来源。
大型船舶在码头靠泊期间，一项被称为高压岸电连接系统的技术（也被称为“船舶接用岸电”或“船用替代动力”）通常被用于消除船舶在当地的排放。以往使用的低压电力，现在已经可以转变为使用高压电力，（电压主要在1—11kV的范围）所以已经有了为靠泊的大型船舶提供岸电的可能性（高压船舶岸电连接系统可以提供的电力容量在1MW以上）。这项技术可让船舶在靠泊期间切断船用发电机，使用专用电缆线路，从陆地上为船舶供电。按照计划，为船主供电的议定价格便宜、陆基电源高效、而且大量使用了可再生能源。欧盟委员会也建议全面或局部的降低船舶岸电的征税，使船舶岸电连接系统更受船主欢迎。
对于高压岸电连接系统，世界上只有少数的港口拥有符合要求的设施。对于所有类型的船舶，现在都已经具有了提供高压岸电连接的技术可行性。而不用考虑陆地与船舶之间在电压和频率之间的差异。
不仅仅是技术问题，目前对于高压岸电连接的发展障碍还在于缺少相关的法律法规。相反，从技术上的观点来看，国际电工委员会、国际标准组织和电气和电子工程师协会已经在2008年到2012年之间联合提供了一套技术标准，编号为80005-1。
发展高压岸电连接系统的其他障碍在于：安装高压岸电连接系统的专用电缆、插座、配电板、变频器、变压器时，需要考虑港口配电系统能力和供电线路能力在功率和电压两方面的有效性、空余有效性；而且需要升级船舶电力管理系统，使船舶电网和陆地电网平行；还需要避免停电（尤其是客船）；对小型港口和单个的码头需要特别注意，将原来的中压电（10-60kV）提升为高压供电线路（10-60kV），这也带来了一个新问题：接地故障电流变大。所以随着陆地电网兆瓦级发电能力的增加，港口接地系统需要被重新设计。
船舶在港时关闭船用发电机转而接用岸电的可能性因为一些原因变得越来越大。环境限制、激励措施、成熟的和新出台的标准都是能够延伸高压岸电连接系统使用范围的因素。规则、激励政策、海上限制区、以可持续发展条件来修建新港口以及整修废弃港口将会是发展高压岸电连接系统的关键。目前来看，能量传输上的经济激励和技术-经济动机对于高压岸电连接系统的影响还很小。高压岸电连接系统似乎成为了一项“启动”技术，而不简单的是一项“更便捷”技术（特别是业主似乎没有准备在纯技术基础上承担经济风险）。例如，现阶段意大利的一些港口，按照环境评估程序是由环保部门确定的。要求对一些空气被停靠船舶严重污染的城市新码头进行电气化改造：在这种情况下以前的设施将会被建造的更加可持续，而且新的港口设施建造也不会被批准。
II．现有技术
船舶在港时关闭船用发电机转而接用岸电的可能性因为一些原因变得越来越大。环境限制、激励措施、成熟的和新出台的标准都是能够延伸高压岸电连接系统使用范围的因素。规则、激励政策、海上限制区、以可持续发展条件来修建新港口以及整修废弃港口将会是发展高压岸电连接系统的关键。目前来看，能量传输上的经济激励和技术-经济动机对于高压岸电连接系统的影响还很小。高压岸电连接系统似乎成为了一项“启动”技术，而不简单的是一项“更便捷”技术（特别是业主似乎没有准备在纯技术基础上承担经济风险）。例如，现阶段意大利的一些港口，按照环境评估程序是由环保部门确定的。要求对一些空气被停靠船舶严重污染的城市新码头进行电气化改造：在这种情况下以前的设施将会被建造的更加可持续，而且新的港口设施建造也不会被批准。国际电工委员会/国际标准组织/电气和电子工程师协会标准80008-1是当前的第一个技术参考，它简要的概括了一下几个主题：
bull; 高压码头配电系统
bull; 连接和接口设备（从陆地到船舶）
bull; 高压岸电连接系统专业港口输电变压器
bull; 高压岸电连接系统电力转换器（旋转式和静止式）
bull; 船舶配电系统
bull; 平行船岸电网、控制功率通量的全面管理系统
高压岸电连接系统装置的现有技术水平可描述为，下面的部分阐述了两个重要角色---民船和军舰制造商的观点。
III．船舶制造商对于大型游轮的高压岸电连接系统的观点
A.通用特性
当大型游轮停靠在码头时，需要大约8-12MW的电能来满足船上的各种服务。这些电能通常是由船上的一个发电柴油机通提供的，与此同时会产生SOX,NOX,CO2和微小颗粒物。在游轮停泊的8小时内（平均）产生的排放数量非常庞大。一个减轻污染的方法就是，给船舶接用高压岸电，使船舶在停靠期间关闭辅助发电柴油机。
从2001年起，游轮公司给他们的游轮提供连接高压岸电的设备。如今，许多港口充分有效的为船舶提供高压岸电：洛杉矶港（美国）、西雅图港（美国）、朱诺港（美国）、旧金山港（美国）、长滩港（美国）、圣迭戈港（美国）、温哥华港（加拿大）以及哈利法克斯港（加拿大）。
B.大型全电力游轮的高压岸电连接系统
典型的综合电力系统全电力旅游班轮如图1所示，在这个例子中，安装有五台柴油发电机和一台燃气涡轮发电机，并且和两个相连的主配电板连接。
综合电力系统的高压直流输电部分，其电压水平通常为：大型船舶11KV，小型船舶6.6KV。这样的电压水平对于配电是必需的，因为大型船舶电站容量高于65MW。主配电板给主要的用电设备供电，例如：推进系统、船舶首尾推进电机、空调压缩机电机、向机舱变电站供电的中压/低压变压器、生活设施和厨房。
图1
客船上的发电系统频率为60Hz。这方便了船舶在使用60Hz电制的国家时的岸电连接。在欧洲和其他国家，其电网频率为50Hz，所以必须在岸上增设频率转换装置。通常有两种解决方案：静止式变流器或旋转式变流器（图2）。考虑
图2
到上面指出的问题，一艘现代全电力旅游班轮靠港时通常需要8-12MW的电力供应（相当于单个发电机的容量（如图1），对应于码头运行功率需求[7]），变频器在满足这样的功率需求时，还应该为电气保护继电器对于船舶电气设备的正确干预提供足够的短路电流。对于船岸线路的物理连接，船上安装了一个带有专用插座的专用高压配电电源柜。图3表示用于岸上连接的标准配电板，它带有一个能够切断岸电供应线路的插头和插座。
图3
图4勾勒出了船载设备的简单框架，它由以下装置构成：
·安装在高压岸电系统房间内的岸边断路器箱（CB“A”）
·MSWB岸电连接断路器（CB“B”），MSWB部分;
·连接CB“A”和CB“B”之间的高压电缆;
·保证船舶和陆地端变电所通信的岸电控制柜
图4
图5显示了一个岸上连接控制柜，该连接控制柜带有用于船岸通信的相关插头和插座连接。当船舶在码头时，连接船舶和岸上变电站的电缆和插头由码头操作员管理 ，通过专用起重机，将电缆排列到船体外壳的门上。 图6给出了所描述的配置的一个例子。
图5 图6
图7显示了由IEC / ISO / IEEE标准[6]定义的HVSC设备的一条线路图，其中岸边配电变压器的星形点通过具有专用中性线的中性电阻器连接到船体。 这种安排是必要的，因为在班轮上，每个发电机的星形点都通过高阻抗接地电阻接
注释
- 岸侧变电所 8. 船舶断路器箱
- 变压器主断路器 9. 岸电连接断路器
- 变压器二级断路器 10. 船舶受电配电板
- 中线接地电阻 11. 受电断路器
- 码头断路开关 12. 接地开关
- 码头接地开关 13. 船舶控制箱
- 船岸连接柜
提示：a. 可使用双辅助11 kV和6.6 kV变压器
b. 24V控制是24V直流电压，110V控制是110V直流电
图7
地，以便在接地故障时限制接地电流。 船舶在岸上作业时，保持相同的保护原则。 IEC / ISO / IEEE标准还要求在船体和岸上接地电极之间进行等电位连接。 接地连接应通过专用永久绝缘监测装置进行持续监测。 在失去等电位连接的情况下，应立即关闭船舶岸上连接，并通过主柴油发电机进行恢复供电。
海岸连接控制柜（图5）管理的信号如图8所示，包括接地检查监视报警设备，而图9显示了安装在HVSC柜上的电源插座上的电源和接地触点的详细信息.
图8
图9
C.大型全电动班轮HVSC程序
该程序实际上由电力管理系统（PMS）软件执行，即由船舶自动化系统的一部分专门用于控制船舶的发电系统，包括发电机的启动/停止和同步。 PMS还向发电厂的操作人员反馈发电设备的信息，包括可用功率，电网频率，kW，kVAR，kVA等的反馈信息。岸上连接顺序分为两个阶段:
·船舶网络的岸边连接，通电和设置;
.船边按顺序关闭
在第一阶段，PMS检查所有需要满足的联锁和条件，以便船舶从岸上变电站接收电力，具体如下：
·只有一组DG（柴油发电机）连接到船舶电网（船舶的转运操作只能在一组DG上进行）;
·所有断路器已准备好运行;
·所有插头连接正确;
·没有急停操作
当集控室中的操作员从PMS（电力管理系统）收到第一阶段完成的信息时，船舶通知岸上的变电站，船舶已做好接受岸上电力的准备。
一旦岸上变电站变压器的次级断路器闭合，并检查了岸电电压、频率和相序后，值班船务人员可以通过ECR工作站上的特殊命令启动闭合程序（第二阶段）。 PMS收到启动顺序命令后，立即关闭船舶断路器“A”，同时启动柴油发电机组。 首先，发电机电压通过自动电压调节器的调节使之与岸电电压相匹配，然后频率和相位角也通过柴油发电机的速度调节器调节。
一旦实现同步，断路器“B”关闭，PMS开始船岸传输程序。 作用于速度调节器和自动电压调节器的PMS将有功功率和无功功率从船舶传输到岸上。 当由柴油发电机产生的功率达到预定的阈值时，相关的断路器打开并且船舶从岸上接收电力。
从岸到船的顺序遵循相同的原则。 总之，首先，一台柴油发电机启动并同步并连接到从岸上供应的船舶网络，然后PMS管理从岸上到船舶的负载转移。 在序列结束时，岸电断路器会自动打开。 在岸上连接关闭的情况下，PMS通过主柴油发电机在停电后自动执行电力恢复操作。
V·岸电连接问题
C.岸电连接中的电气安全
关于HVSC，当全电动邮轮、商用船甚至某些军舰停泊在泊位上时，通常每艘船舶需要的电力供应为（1-20 MW）。除常规码头服务之外，HVSC电力需求还取决于船舶的数量，单个码头区域内可能需要数十兆瓦的电力供应。 这样的大功率需要100KV以上的高压供电，（有效电压取决于当地标准;例如在意大利，通常为132或220kV）。 与MV（中压）不同的是，超过100kV的高压网络通常以固定接地的中性点运行，这意味着在主电源的接地相接地故障时，将会有几千安培的
全文共8218字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[14010]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
