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摘要：当前使用的内河船舶岸电系统安全性不高，且系统较为落后。文章针对内河典型货船设计出一套全新的船舶岸电系统，并用Copass Ser02軟件进行安全性验证，对船舶岸电的推广具有一定的指导意义。
关键词：船舶岸电系统;保护;自动转换;短路分析
中图分类号：U665文献标识码：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 051
文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0193 - 04
0 引言
船舶岸基供电技术是一项替代性解决靠港船舶大气污染的控制技术，是国家“十三五”期间重点推广的措施，也是港口行业践行生态文明建设的具体举措。近年来，随着清洁能源受到大力推广，我国岸基供电技术应用也获得积极推进。本文以一种内河典型货船为例，设计一套完整的岸电系统，并作出安全性分析。
1 船舶参数
选取的内河货船主尺度为：73.8 m（船长）×15.8 m（船宽）×5.7 m（型深），总吨数为2 437 t，该船型在当前内河特别是西江流域较为流行。岸电供电电压为380 V，属于低压岸电。
2 总体系统设计
根据国家岸电相关政策的要求以及船舶使用岸电的初衷，船舶在靠岸状态下，应停止使用船舶柴油发电机组，而使用岸电作为船舶主电源以减少污染，因此，上述用电设备清单中除了在进出港状态使用的艏锚机和艉锚机外，其他设备均应纳入岸电供电范围（见表1）。由此，可以计算得出岸电用电设备总功率为34 kW、总电流为97.9 A。国家海事局颁布的《内河船舶法定检验技术规则>（ 2018修改通过）的相关条款规定，船电和岸电之间的连接插座必须在“63 A、125 A、250 A”三种规格中选其一。根据该船的岸电用电设备总电流，应选择125 A规格的连接插座，为了与连接插座保持匹配，岸电箱的额定电流也应选择125 A。
上述用电设备中除了照明、分电箱、充电机要求220 V供电外，其余设备均要求380 V供电，因此岸电箱的额定电压应选择380 V。而220 V的用电设备可通过主配电板的配电功能以满足供电需要（岸电系统一样是通过主配电板来分配电能，380 V主配电板可提供380 V、220 V两种电压）。岸电箱的容量可通过下列计算式粗略估算：
P≈1. 732UI≈1.732×380 x125≈82 kW
岸电箱的容量满足要求。岸电箱的配电系统方面选择三相四线制系统，理由是该配电系统既可接受岸基三线四线制岸电输入，又可以接受岸基三相三线制岸电输入（只要把中性线接线端空置即可），同时又满足用电设备的供电需要。
3 岸电箱设计
岸电箱作为船舶岸电系统的核心，既承担了接受岸基岸电输入并向船舶用电设备输出电力的作用，又承担了在使用岸电时对整个船舶电网的控制和保护作用，因此岸电箱的设计至关重要。本文选择德力西CDM3 - 125S/4300 125 A空气开关作为岸电箱主开关，通过HDD-10型相序继电器来实现相序指示功能，同时加入相序自动转换功能，该功能通过CDQ1S - 125A双电源自动转换装置来实现。设计出的岸电箱原理图如图1所示。
该岸电箱具有岸电指示功能，即岸电箱内三相ABC接线端接线与岸基岸电输入不一致时，发出错相指示。更为重要的是，该岸电箱可通过电源转换装置实现自动纠错，使得岸电箱最终输出电力时的相序与岸基输入岸电的相序时保持一致，避免出现烧坏岸电箱和烧坏用电设备的情况出现。同时，选用的岸电箱主开关既能满足供电的需要，又可对岸电供电时的船舶电网起到通断和保护的作用。该岸电箱比目前内河船舶普遍使用的岸电箱更为安全和先进。
4 岸电供电系统总设计
根据上述设计选型，设计出船舶岸电供电系统图，如图2所示。
该岸电供电系统由岸电箱作为主电源，由主配电板对电力进行分配，供电范围涵盖了船舶靠岸停泊状态下所需用电的所有用电设备。该系统拥有三级保护：初级保护是各用电设备在主配电板上对应的断路器;二级保护是主配电板上的岸电开关（选用德力西CDM3 - 125S/4300型空气开关）;三级保护是岸电箱内的主开关（具体型号见上文）。
5 对船舶岸电系统的安全验证
在船舶岸电系统发生短路情况下，是否会对岸基岸电供电系统产生冲击，这是船东和岸基岸电供电方普遍关心的问题，也是关系到岸电用电安全的关键问题。以下通过Copass Ser02 （Ver 2018）计算软件的短路电流计算功能来对该船舶岸电系统进行安全验证。
5.1 系统建模
系统模型见图3。
5.2 计算结果
按照系统模型里的参数输入数据，经过计算（计算过程复杂冗长，本文不详细列出）可得到计算结果（见表2～3）。
以SCP-消防泵短路点为例，该点发生短路时，其峰值短路电流为1058 A，大于保护开关的瞬时脱扣电流140 A，能立即引起保护动作，不会引起上一级断路器的保护动作。同理，如SCP- HSB短路点发生短路时，其峰值短路电流为1 155 A，大于保护开关的瞬时脱扣电流875 A，能立即引起保护动作，不会对岸上供电系统造成影响，其他各短路点可以此类推。
通过分析可以得出结论：该岸电供电系统任一点发生短路，均会引起保护开关的保护动作，不会对岸基供电系统造成冲击和影响。
6 结语
本文中设计的岸电供电系统的特点是：（1）既具有多级保护，又具有错相指示功能，自身安全性高;（2）实用性好，满足船舶在靠岸状态下的所有用电需求;（3）灵活方便，即可接受三相四线制岸电输入，又可接受三相三线制岸电输入;（4）具备一定的自动化功能，错相状态下不用人工干预，可实现自动纠错。通过计算软件的验证证实该岸电供电系统对岸基供电系的安全性是满足要求的，因此，在内河船舶推广此系统，将有利于岸电使用的普及，对内河航运产生有益的推动作用。
参考文献
[1]黄建章.船舶设计使用手册（电气分册）[M].北京：国防工业出版社，2013.
[2]中华人民其和国海事局，内河船舶法定检验技术规则[Z].2018.
作者简介：钟伟强（1985-），验船师，从事内河船舶、船用产品的法定检验以及船舶设计图纸的审查工作。
关键词：船舶岸电系统;保护;自动转换;短路分析
中图分类号：U665文献标识码：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 051
文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0193 - 04
0 引言
船舶岸基供电技术是一项替代性解决靠港船舶大气污染的控制技术，是国家“十三五”期间重点推广的措施，也是港口行业践行生态文明建设的具体举措。近年来，随着清洁能源受到大力推广，我国岸基供电技术应用也获得积极推进。本文以一种内河典型货船为例，设计一套完整的岸电系统，并作出安全性分析。
1 船舶参数
选取的内河货船主尺度为：73.8 m（船长）×15.8 m（船宽）×5.7 m（型深），总吨数为2 437 t，该船型在当前内河特别是西江流域较为流行。岸电供电电压为380 V，属于低压岸电。
2 总体系统设计
根据国家岸电相关政策的要求以及船舶使用岸电的初衷，船舶在靠岸状态下，应停止使用船舶柴油发电机组，而使用岸电作为船舶主电源以减少污染，因此，上述用电设备清单中除了在进出港状态使用的艏锚机和艉锚机外，其他设备均应纳入岸电供电范围（见表1）。由此，可以计算得出岸电用电设备总功率为34 kW、总电流为97.9 A。国家海事局颁布的《内河船舶法定检验技术规则>（ 2018修改通过）的相关条款规定，船电和岸电之间的连接插座必须在“63 A、125 A、250 A”三种规格中选其一。根据该船的岸电用电设备总电流，应选择125 A规格的连接插座，为了与连接插座保持匹配，岸电箱的额定电流也应选择125 A。
上述用电设备中除了照明、分电箱、充电机要求220 V供电外，其余设备均要求380 V供电，因此岸电箱的额定电压应选择380 V。而220 V的用电设备可通过主配电板的配电功能以满足供电需要（岸电系统一样是通过主配电板来分配电能，380 V主配电板可提供380 V、220 V两种电压）。岸电箱的容量可通过下列计算式粗略估算：
P≈1. 732UI≈1.732×380 x125≈82 kW
岸电箱的容量满足要求。岸电箱的配电系统方面选择三相四线制系统，理由是该配电系统既可接受岸基三线四线制岸电输入，又可以接受岸基三相三线制岸电输入（只要把中性线接线端空置即可），同时又满足用电设备的供电需要。
3 岸电箱设计
岸电箱作为船舶岸电系统的核心，既承担了接受岸基岸电输入并向船舶用电设备输出电力的作用，又承担了在使用岸电时对整个船舶电网的控制和保护作用，因此岸电箱的设计至关重要。本文选择德力西CDM3 - 125S/4300 125 A空气开关作为岸电箱主开关，通过HDD-10型相序继电器来实现相序指示功能，同时加入相序自动转换功能，该功能通过CDQ1S - 125A双电源自动转换装置来实现。设计出的岸电箱原理图如图1所示。
该岸电箱具有岸电指示功能，即岸电箱内三相ABC接线端接线与岸基岸电输入不一致时，发出错相指示。更为重要的是，该岸电箱可通过电源转换装置实现自动纠错，使得岸电箱最终输出电力时的相序与岸基输入岸电的相序时保持一致，避免出现烧坏岸电箱和烧坏用电设备的情况出现。同时，选用的岸电箱主开关既能满足供电的需要，又可对岸电供电时的船舶电网起到通断和保护的作用。该岸电箱比目前内河船舶普遍使用的岸电箱更为安全和先进。
4 岸电供电系统总设计
根据上述设计选型，设计出船舶岸电供电系统图，如图2所示。
该岸电供电系统由岸电箱作为主电源，由主配电板对电力进行分配，供电范围涵盖了船舶靠岸停泊状态下所需用电的所有用电设备。该系统拥有三级保护：初级保护是各用电设备在主配电板上对应的断路器;二级保护是主配电板上的岸电开关（选用德力西CDM3 - 125S/4300型空气开关）;三级保护是岸电箱内的主开关（具体型号见上文）。
5 对船舶岸电系统的安全验证
在船舶岸电系统发生短路情况下，是否会对岸基岸电供电系统产生冲击，这是船东和岸基岸电供电方普遍关心的问题，也是关系到岸电用电安全的关键问题。以下通过Copass Ser02 （Ver 2018）计算软件的短路电流计算功能来对该船舶岸电系统进行安全验证。
5.1 系统建模
系统模型见图3。
5.2 计算结果
按照系统模型里的参数输入数据，经过计算（计算过程复杂冗长，本文不详细列出）可得到计算结果（见表2～3）。
以SCP-消防泵短路点为例，该点发生短路时，其峰值短路电流为1058 A，大于保护开关的瞬时脱扣电流140 A，能立即引起保护动作，不会引起上一级断路器的保护动作。同理，如SCP- HSB短路点发生短路时，其峰值短路电流为1 155 A，大于保护开关的瞬时脱扣电流875 A，能立即引起保护动作，不会对岸上供电系统造成影响，其他各短路点可以此类推。
通过分析可以得出结论：该岸电供电系统任一点发生短路，均会引起保护开关的保护动作，不会对岸基供电系统造成冲击和影响。
6 结语
本文中设计的岸电供电系统的特点是：（1）既具有多级保护，又具有错相指示功能，自身安全性高;（2）实用性好，满足船舶在靠岸状态下的所有用电需求;（3）灵活方便，即可接受三相四线制岸电输入，又可接受三相三线制岸电输入;（4）具备一定的自动化功能，错相状态下不用人工干预，可实现自动纠错。通过计算软件的验证证实该岸电供电系统对岸基供电系的安全性是满足要求的，因此，在内河船舶推广此系统，将有利于岸电使用的普及，对内河航运产生有益的推动作用。
参考文献
[1]黄建章.船舶设计使用手册（电气分册）[M].北京：国防工业出版社，2013.
[2]中华人民其和国海事局，内河船舶法定检验技术规则[Z].2018.
作者简介：钟伟强（1985-），验船师，从事内河船舶、船用产品的法定检验以及船舶设计图纸的审查工作。