港口多功能低压大容量岸电接电箱电路

摘要

本发明公开了一种港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，包括三相防雷电与电涌保护器SPD、接电箱主断路器Q、三相多功能监视器MPS、熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU、熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F、熔断器4F、熔断器5F、电流互感器T、电源指示灯H、多功能仪表P，本发明接电箱的岸电接口符合国际标准，确保兼容性，接电箱具备防雷电与电涌过电压的功能，接电箱能防止插接件带电插拔，接电箱满足国际标准要求的保护要求，接电箱备有岸电指示和计量仪表，接电箱电路原理满足故障安全原则的设计要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，属于船舶电气设备技术领域。

背景技术

全世界关于限制船舶在靠港期间排放大气污染物的法规日趋严格，许多国家都发布文件规定船舶靠港期间需停止船上发电机运行，靠港船舶使用岸电，已成为航运业的必然趋势。

我国是“巴黎气候协定”的缔约国，近几年来，国家有关部门相继发布了一系列关于靠港船舶接用岸电的政策、规范与标准，仅交通运输部就发布了十多项文件，强调环境保护，大力推动船舶靠港期间使用岸电。

2019年12月，交通运输部又以第45号令发布《港口和船舶岸电管理办法》，要求“码头工程项目单位应当按照法律法规和强制性标准等要求，对新建、改建、扩建码头工程(油气化工码头除外)同步设计、建设岸电设施”；并要求“在船舶大气污染排放控制区靠泊的中国籍船舶，需要满足大气污染排放要求加装船舶受电设施的，相应水路运输经营者应当制定船舶受电设施安装计划并组织实施”。

在2020年的全球气候雄心峰会上，我国提出了相比2005年减少65％碳排放量的宏伟目标。船舶靠港期间使用岸电，与船舶使用燃油发电相比，可大幅减少船舶靠港期间的硫化物、氮氧化物、颗粒物等污染物排放，是建设绿色港航、实现节能减排的重要途径。因此，推广靠港船舶使用岸电是实现减排宏伟目标的一项重要措施。

国际电工委员会(IEC)在2016年对IEC/IEEE 80005-3：2014《港口公共连接设施—第3部分：低压岸电连接(LVSC)系统—一般要求》[Utility connections in port-Part3：Low Voltage Shore Connection(LVSC)Systems—General requirements]进行了修订。随后，国际、国内有关部门也相应修订和制定了一批有关低压岸电系统的标准/规范，国家电网公司为规范港口岸电设施的建设，发布了Q/GDW11468.2-2016《港口岸电设备技术规范第2部分：低压大容量电源》、Q/GDW 11468.3-2016《港口岸电设备技术规范第3部分：低压小容量电源》、Q/GDW 11468.4-2016《港口岸电设备技术规范第4部分：船岸连接和接口设备》；交通运输部为规范岸电设施系统设计技术标准，提高我国码头岸电设施建设质量，发布了JTS155-2019《码头岸电设施建设技术规范》、JTS155.1-2019《码头岸电设施检测技术规范》；中国船级社(CCS)发布的《船舶岸电岸上供电设施检验指南2018》，对港口码头岸电设施的安全技术等方面提出了相关要求。

为满足IEC/IEEE80005-3的技术和安全规定，IEC 60309-5：2017发布配套标准《工业用插头插座和耦合器—第5部分：船舶低压岸电(LVSC)系统用插座、插头—船用连接器和船用输入口的尺寸兼容性和互换性要求》[Plugs,socket-outlets and couplers forindustrial purposes-Part 5:Dimensional compatibility and interchangeabilityrequirements for plugs,socket-outlets,ship connectors and ship inlets forlow-voltage shore connection systems(LVSC)]，该标准在前言中说明：“60309的本部分所述单一类型的插头、插座—船用连接器和船用输入口(以下简称为附件)，专门适用于将船舶连接到IEC/IEEE80005-3标准所述的岸上低压岸电供电系统。”[This part of60309applies to a single type of plug,socket-outlet,ship connector and ship inlet,hereinafter referred to as accessories,intended to connect ships to dedicatedshore supply systems described in IEC/IEEE 80005-3]，并说明“1EC 60309的本部分适用于带有接地触点和四个控制触点的三相附件”[This part of 1EC60309 applies tothree-phase accessories with an earth contact and with fourpilot contacts]。IEC 60309-5：2017在第5章“标准额定值”规定岸电系统的附件“最大交流工作电压为690伏50/60赫兹”[The maximumAC operating voltage is 690V 50/60Hz]，“最大额定电流为350A”[The maximumrated current is 350A]，并规定“插头、插座、船用连接器和船用输入口的额定值应为最小预期短路电流16kA(有效值)1s，最大额定峰值耐受电流为40kA”[Theplug,socket-outlet,ship inlet and ship connector shall be rated with aminimum prospective short-circuit current withstand of 16kA root mean square(RMS)for 1s,and with a maximum ratedpeak withstand current of40 kA]。

IEC 60309-5：2017标准给出了标准额定值为690V、350A的插座/插头标准结构图与船用连接器/船用输入口标准结构图，其主触点和控制触点均为L1+L2+L3+E+P1+P2+P3+P4，与IEC/IEEE 80005-3标准对岸电连接附件的触点布置相一致，请参见说明书附图1、附图2。CCS最新发布的船舶建造规范修改通报，明确要求船载低压岸电箱的输入口插接件应符合公认的IEC 60309-5：2017标准或其他等效的标准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，接电箱的岸电接口符合国际标准，确保兼容性，接电箱具备防雷电与电涌过电压的功能，接电箱能防止插接件带电插拔，接电箱满足国际标准要求的保护要求，接电箱备有岸电指示和计量仪表，接电箱电路原理满足故障安全原则的设计要求。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，包括三相防雷电与电涌保护器SPD、接电箱主断路器Q、三相多功能监视器MPS、熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU、熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F、熔断器4F、熔断器5F、电流互感器T、电源指示灯H、多功能仪表P，主断路器Q配置电子脱扣器PR222DS/PD，所述三相防雷电与电涌保护器SPD的一端接地，另一端分别经熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU接港口岸电电源的A相、B相、C相，所述三相多功能监视器MPS的L1端、L2端、L3端分别经熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F接港口岸电电源的A相、B相、C相，所述多功能仪表P的L1端、L2端、L3端分别与三相多功能监视器MPS的L1端、L2端、L3端相连，所述多功能仪表P的N端与港口岸电电源的N相相连，多功能仪表P的In端接地，电源指示灯H接于三相多功能监视器MPS的L1端、L2端之间，接电箱主断路器Q的主触点进线端的四极分别与港口岸电电源的N相、A相、B相、C相相连，接电箱主断路器Q的主触点出线端四极分别与接电箱插座XS的N端、L1端、L2端、L3端相连，安装于岸电电源主电路的电流互感器T为星形接法，电流互感器T二次绕组一端接地，另一端分别接多功能仪表P的Ia端、Ib端、Ic端，接电箱主断路器Q的故障脱扣信号指示触点SY的两端接于接电箱插座XS的P3端、P4端之间，熔断器4F、熔断器5F的一端与DC24V电源正、负极相连，熔断器4F的另一端与接电箱主断路器Q的失压线圈YU的一端相连，接电箱主断路器Q的失压线圈YU的另一端接接电箱插座XS的P1端，熔断器5F的另一端与切断按钮1S、三相多功能监视器MPS的输出继电器R1动合触点15-18端、三相多功能监视器MPS的输出继电器R2动合触点25-28端串联后接接电箱插座XS的P2端。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，其中三相防雷电与电涌保护器SPD的型号为3×OVR BT23N-8KA/20uS；三相多功能监视器MPS的型号为CM-MPS.43；多功能仪表P的型号为IM301。

前述港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，主断路器Q配置的电子脱扣器PR222DS/PD带无线通讯单元BT030，无线通讯单元BT030连接在主断路器Q前面板的测试连接器上，通过5G手机或手提电脑下载运行数据和进行通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：接电箱的岸电接口符合国际标准，确保兼容性，接电箱具备防雷电与电涌过电压的功能，接电箱能防止插接件带电插拔，接电箱满足国际标准要求的保护要求，接电箱备有岸电指示和计量仪表，接电箱电路原理满足故障安全原则的设计要求。

附图说明

图1是IEC60309-5；2017给出的标准额定值插座/插头结构图；

图2是IEC60309-5：2017给出的标准额定值船用连接器/船用输入口标准结构图；

图3是港口多功能低压大容量岸电接电箱电路原理图；

图4是港口多功能低压大容量岸电接电箱与船载低压单回路岸电箱供电图；

图5是岸电连接方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图3所示，一种港口多功能低压大容量岸电接电箱电路，包括三相防雷电与电涌保护器SPD、接电箱主断路器Q、三相多功能监视器MPS、熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU、熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F、熔断器4F、熔断器5F、电流互感器T、电源指示灯H、多功能仪表P，主断路器Q配置电子脱扣器PR222DS/PD，电子脱扣器使用DC24V电源供电，所述三相防雷电与电涌保护器SPD的一端接地，另一端分别经熔断器1FU、熔断器2FU、熔断器3FU接港口岸电电源的A相、B相、C相，所述三相多功能监视器MPS的L1端、L2端、L3端分别经熔断器1F、熔断器2F、熔断器3F接港口岸电电源的A相、B相、C相，所述多功能仪表P的L1端、L2端、L3端分别与三相多功能监视器MPS的L1端、L2端、L3端相连，所述多功能仪表P的N端与港口岸电电源的N相相连，多功能仪表P的In端接地，电源指示灯H接于三相多功能监视器MPS的L1端、L2端之间，接电箱主断路器Q的主触点进线端的四极分别与港口岸电电源的N相、A相、B相、C相相连，接电箱主断路器Q的主触点出线端四极分别与接电箱插座XS的N端、L1端、L2端、L3端相连，安装于岸电电源主电路的电流互感器T为星形接法，电流互感器T二次绕组一端接地，另一端分别接多功能仪表P的Ia端、Ib端、Ic端，接电箱主断路器Q的故障脱扣信号指示触点SY的两端接于接电箱插座XS的P3端、P4端之间，熔断器4F、熔断器5F的一端与DC24V电源正、负极相连，熔断器4F的另一端与接电箱主断路器Q的失压线圈YU的一端相连，接电箱主断路器Q的失压线圈YU的另一端接接电箱插座XS的P1端，熔断器5F的另一端与切断按钮1S、三相多功能监视器MPS的输出继电器R1动合触点15-18端、三相多功能监视器MPS的输出继电器R2动合触点25-28端串联后接接电箱插座XS的P2端。

接电箱电路中的电气元器件型号规格请见表1。

表1港口多功能低压大容量岸电接电箱电气元器件表

本发明的技术特征如下：

⑴接电箱的岸电接口为国际标准，确保兼容性。

我国海事局发布的《船舶与海上设施法定检验规则》及CCS发布的船舶建造规范，把船舶分为国际航行海船、国内航行海船及内河船舶。IEC/IEEE80005-3和IEC60309-5发布的有关低压岸电连接系统的技术标准，显然是针对国际海船连接港口低压岸电，即国网公司Q/GDW 11468.2-2016规范所述港口岸电设备中的低压大容量电源向船舶供电。除邮轮、冷藏集装箱船等船型外，海船对低压岸电的需求量如同IEC/IEEE80005-3第7章的表1“连接数量与电力需求及电压的关系”[Number of connections as a function of powerdemand and voltage]所述，需求容量通常为250kVA～1000kVA，其中容量250kVA(相当于440V/328A或690V/209A)为单回路连接岸电。港口接电箱的插座和插头是岸电输出口，船载岸电箱的船用连接器/船用输入口是岸电输入口，两者之间的兼容性是保证船舶方便连接岸电的前提。否则，无法推动船舶靠港期间使用岸电。

接电箱的岸电输出口采用国际标准规定的“标准额定值”AC690V、50/60Hz、350A，触点为国际标准L1+L2+L3+E+P1+P2+P3+P4，适用于向符合IEC/IEEE80005-3和IEC60309-5标准的船载低压岸电箱供电。由于船、岸两侧岸电受电与供电装置的接口均为国际统一标准的附件，单一类型，容量相符，确保了兼容性和使用方便。

⑵接电箱能满足预期的短路故障电流。

IEC/IEEE80005-3标准第4.7“电气要求”[Electrical requirements]规定：“插头、插座、连接器和入口的额定值应至少为16kA均方根值，持续1s，峰值为40kA”[Plugs,sockets-outlets,inlets and connectors shall be rated for minimum of 16kAr.m.s.for 1s,and 40kA peak。]接电箱选用“标准额定值”AC690V、50/60Hz、350A的插头、插座，最小预期短路电流额定值≥16kA(均方根值)、额定峰值耐受电流≥40kA，能满足IEC/IEEE80005-3对附件耐受短路电流的要求。

⑶接电箱具备防雷电与电涌过电压的功能。

接电箱电源进线端设有三相防雷电与电涌保护器SPD，能将雷电与电涌形成的过电压泄放入地。

⑷接电箱能防止插接件带电插拔。

接电箱的欠压脱扣回路中串联了船、岸两侧插接件的控制触点P1、P2，只有在船岸两侧的插接件都完成连接后，岸侧主断路器Q才具备合闸条件；在接通岸电后，任一侧在拔出插接件过程中，岸侧主断路器Q先跳闸，能满足国际、国内有关岸电标准/规范关于“防止插接件带电插拔”的规定。

⑸接电箱满足国际标准的保护要求。

接电箱主断路器Q配置电子脱扣器PR222DS/PD带无线通讯单元BT030，具备反时限过载保护、延时短路故障保护、瞬时短路故障保护、接地故障保护等功能，完全符合国际、国内标准对低压岸电连接系统的保护要求，保护阈值调节范围广，能满足不同需求；无线通讯单元BT030连接在Q前面板的测试连接器上，可通过5G手机或手提电脑下载所有的运行数据和进行通讯。

⑹接电箱电路中预留有增设保护的接口。

在接电箱安全电路中预留有港口其它保护与联锁装置及紧急切断的接口2XT。可以很方便地将增设其它保护与控制功能(例如系统需要由岸电与船舶电站短暂并联转移负载应加装逆功率保护，高/低频保护，遥控紧急切断等)，其动断触点可很方便地串联接入控制回路。

⑺在接电箱主断路器Q上配备辅助触点AUX250V，AUX250V可提供以下电气信号：

Q—主断路器断开/闭合位置辅助触点(有3对C/O触点)：分别用于主断路器Q分/合闸信号指示、跳闸报警和联锁。

SY—脱扣器脱扣指示辅助触点(有1对C/O触点)：指示由于过载或短路、欠电压脱扣等引起脱扣的电气信号，用于和船侧岸电箱联锁。

⑻接电箱备有岸电指示和计量仪表。

在接电箱电源进线侧装有电源指示灯H和多功能仪表P，可指示岸电有电和显示三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率及电量。

⑼接电箱电路原理满足故障安全原则的设计要求。

接电箱电路原理按IEC/IEEE80005-3第4.6“设计要求”[Design requirements]规定：“保护和安全系统应根据故障安全原则进行设计”[Protection and safety systemsshall be designed based on the fail safe principle]，三相多功能监视器MPS为闭路原则；MPS的相序监视功能按IEC/IEEE80005-3第5章“低压岸电系统要求”[LV shoresupply system requirements]：“相序应为L1-L2-L3或1-2-3或A-B-C或R-S-T，逆时针方向。在LVSC通电或并联之前，相序指示器必须指示正确的相序”[the phase sequenceshall be L1-L2-L3 or 1-2-3or A-B-C or R-S-T,counter clockwise.A phasesequence indicator must indicate correct sequence prior to energizing orparalleling LVSC]，按此规定将接电箱的相序保护按正相序设定；在三相电压正常和相序正确时，MPS的2只输出继电器R1、R2均吸合，其动合触点15-18、25-28接通欠压控制回路；当过电压时R1复位，欠电压时R2复位，当三相电压相序不正确或(和)缺相或(和)相不平衡超过阈值或(和)MPS器件及其线路损坏时，R1与R2均复位，触点15-18、25-28复位切断控制回路，确保故障安全。

⑽接电箱可适用于不同电制的船舶连接岸电。

接电箱主断器Q为4极(A、B、C、N)，船舶电力系统为三相三线绝缘系统，或中性点接地的四线系统，或利用船体作为中性线回路的三线系统的船载低压岸电箱，均可与接电箱连接。

⑾接电箱安全控制电路能满足国际和国内标准/规范的各项安全技术要求。

接电箱用船岸联动原理与互锁原理建立的安全控制电路，能做到下列任何一种情况下，主断路器Q无法合闸，已合闸时瞬时跳闸：①辅助电源失电；②插接件连接失效(安全电路未建立)；③连接岸电的柔性电缆故障；④紧急切断设施动作；⑤MPS未吸合或已复位；⑥船侧岸电断路器故障跳闸；⑦预留的港口其它保护与联锁装置中任一保护动作。

⑿有利于港口低压大容量岸电接电箱产品实现标准化。

接电箱电路中的电气元器件选型全部为标准电器产品，其中岸侧供电点岸电输出与船侧受电点岸电输入接口均为国际标准的单一类型附件，标准统一；接电箱内各元器之间全部为国际标准和CCS规范规定的硬线连接，易于制造，便于维护，有利于港口低压大容量岸电接电箱产品实现标准化。

接电箱应用举例：

如图4所示，使用“舰船接入低压岸电专用软电缆”(以下简称柔性电缆，中国专利号：201920185630.8)，将接电箱和“船载低压单回路岸电箱”(以下简称岸电箱，中国专利号：202010263258.6)进行连接，岸电箱与接电箱的连接方式，符合IEC60309-5:2017标准的图501和QGDW11468.4-2015规范的图A.1所介绍的岸电连接方式，如图5所示。

本发明的低压大容量岸电接电箱电路工作原理如下：

⑴当港口岸电电源接至接电箱进线端A、B、C、N，如果三相电压正常和相序正确，MPS的2只输出继电器R1、R2均吸合，其动合触点15-18、25-28接通欠压控制回路，允许Q合闸；如果三相电压相序不正确或(和)缺相或(和)相不平衡超过阈值或(和)MPS器件及其线路损坏时，R1与R2均复位，触点15-18、25-28复位切断控制回路，Q无法合闸。

(2)如图4所示，接电箱一侧的插头XP安装在柔性电缆岸侧端部，船用连接器XP1安装在柔性电缆船侧端部，当XP插入接电箱的插座XS和XP1插入岸电箱的输入口XS1后，接电箱主断路器Q和岸电箱主断路器QF的欠压脱扣回路接通。

⑶将接电箱的Q和岸电箱的QF合闸，岸电接通。

⑷船侧可将按钮开关SA断开，不允许接电箱合闸。

⑸接电箱的主断路器Q因过载、短路等故障脱扣，辅助触点AUX的故障脱扣信号指示触点SY的15/16动断，切断船侧岸电箱主断路器QF的欠压回路使QF跳闸。

⑹接电箱的三相多功能监视器MPS监测到过电压时触点R1复位，欠电压时触点R2复位，当三相电压相序不正确或(和)缺相或(和)相不平衡超过阈值或(和)MPS器件及其线路损坏时，R1与R2均复位，触点15-18、25-28复位切断Q的欠压控制回路，Q跳闸。

⑺当发生雷电或电涌过电压时，三相防雷与电涌保护器SPD动作，将雷电与电涌形成的过电压泄放入地。

⑻在试图带电拔除船侧连接器XP1或岸侧插头XP的过程中，安全控制回中的控制触点P1、P2、P3、P4因先于主触点断开，使船岸两侧欠压保护回路失电，使断路器Q与QF同时跳闸；船侧连接器XP1或岸侧插头XP未完成插接前，接电箱的Q无法合闸，故不会发生带电插接。

⑼岸侧接电箱或船侧岸电箱(包括连接岸电的柔性电缆和辅助电源)发生故障保护动作时，或接电箱的切断按钮1S未复位，或岸电箱的切断按钮S未复位，由控制触点P1、P2、P3、P4建立的安全回路被切断，船、岸两侧断路器均无法合闸，已合闸的瞬时跳闸。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。