EN
Тендер пришел в виде двадцати страниц по гражданским работам и одной строки по электрическому разделу: поставка и монтаж берегового электропитания на 6,6 кВ. Мы спросили у электрического инженера порта, на какой частоте работают прибывающие суда. Последовала пауза, а затем ответ: «той, что является стандартной». Этот единственный нерешённый вопрос определяет класс трансформатора трансформаторе берегового электропитания , необходимость установки статического преобразователя частоты на причале и возможность фактического подключения круизного судна при его прибытии.
«Холодное железо» перешло от пункта пилотного проекта к условию выдачи разрешения во всё большем числе портов, причём электрический раздел обычно составляется последним и проверяется минимально. В этом руководстве рассматриваются требования к тому, что трансформаторе берегового электропитания должно выдерживать оборудование на причале, какие параметры следует указывать в техническом задании, а также детали, касающиеся гармоник и коррозии, которые определяют, будет ли устройство оставаться в эксплуатации спустя пятнадцать лет в условиях солёного воздуха.
Нагрузка «холодного железа» — это не нагрузка здания
Судно на причале выключает вспомогательные двигатели и получает всю необходимую электроэнергию от береговой сети: энергоснабжение для бытовых нужд, рефрижераторные контейнеры, насосы, краны на самоопорожняющихся судах, а на круизных судах — полную нагрузку систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и гальюна. Пиковая нагрузка велика и возникает одномоментно. Для крупного круизного причала типичной расчётной мощностью считается 7,2 МВА при напряжении 6,6 кВ, что соответствует примерно 630 А тока на вторичной стороне; для контейнерного причала с рефрижераторными стойками расчётная мощность обычно составляет от 1,5 до 3 МВА.
Режим работы также характеризуется повторяемостью, с которой распределительный трансформатор никогда не сталкивается. При каждом подключении судна трансформатор вводится в работу, а затем — собственный трансформатор судна, поэтому броски тока происходят несколько раз в день, иногда при длине кабеля между береговой коробкой и судном от 200 до 400 м. Добавьте температуру окружающей среды +45 °C в порту Залива, относительную влажность 90 % и расчётный срок службы 20–30 лет — и запас по температуре, который выглядел щедрым в технических характеристиках, начинает казаться недостаточным.
Напряжение, частота и выбор преобразователя
Высоковольтное береговое подключение стандартизировано в IEC/IEEE 80005-1 , а поправка 2021 года к этому стандарту была введена в основном из-за проблем, вызванных изменением порядка фаз на интерфейсе «судно–берег» в эксплуатации. Практический вывод для покупателя трансформатора более узкий: причал должен обеспечивать напряжение и частоту, ожидаемые судном, а трансформатор — лишь один элемент этой цепи.
Три конфигурации охватывают большинство тендеров, и каждая требует отдельной спецификации трансформатора.
| Конфигурация причала | Режим работы трансформатора | Что меняется в спецификации |
| сеть 60 Гц, флот 60 Гц | Только понижение напряжения, например, с 33 кВ до 6,6 кВ | Наиболее близко к обычному распределительному устройству: стандартное значение импеданса, охлаждение ONAN или ONAF, покрытие C5-M для морской атмосферы |
| сеть 50 Гц, флот 60 Гц | Питает статический преобразователь частоты или подключён к его выходу | Ток, богатый гармониками, постоянная составляющая на выходе преобразователя, повышенные вихревые и рассеянные потери, вспомогательные устройства (вентиляторы и насосы) — на стороне преобразователя |
| сеть 50 Гц, флот 50 Гц (паромы, суда типа RoRo) | Только понижающий трансформатор, например, с 11 кВ до 6,6 кВ | Соотношение напряжений и диапазон регулировки ответвлений подобраны под фактический флот, а не под будущий |
Где частоты совпадают, a трансформаторе берегового электропитания является обычным распределительным или силовым трансформатором с нестандартной спецификацией по коррозионной стойкости. Там, где частоты не совпадают, трансформатор расположен ниже по потоку относительно преобразователя и воспринимает его форму сигнала. Именно во втором случае сосредоточен основной инженерный риск, и именно там стандартная оценка потерь становится некорректной.
Где гармоники воздействуют на трансформатор
Источником являются выпрямительные входы судовых электростанций. Шестипульсная схема создаёт характерные 5-ю и 7-ю гармоники; двенадцатипульсная схема смещает доминирующие гармоники к 11-й и 13-й. Эти токи проходят через трансформатор, а вихревые потери в обмотках возрастают приблизительно пропорционально квадрату порядка гармоники, поэтому 11-я и 13-я гармоники вызывают значительно больший нагрев на ампер, чем основная частота.
В техническое задание включают два параметра. Первый — допустимые потери на гармоники, выраженные либо коэффициентом K, либо конкретным спектром гармоник, который устройство должно выдерживать при номинальном токе без превышения установленного предела повышения температуры. Второй — предел искажения напряжения в точке общего подключения, где Ограничения гармоник по стандарту IEEE 519 устанавливают общий уровень гармонических искажений на уровне 5 % для систем с напряжением от 1 кВ до 69 кВ. Береговой пункт на 6,6 кВ однозначно попадает в этот диапазон.
Вот та часть, которую чаще всего упускают из виду при указании технических характеристик портовых подстанций. Повышение импеданса трансформатора для ограничения тока короткого замыкания одновременно увеличивает искажение напряжения при том же гармоническом токе, поскольку большая доля искажений приходится непосредственно на трансформатор. Импеданс, количество импульсов преобразователя и конструкция фильтра должны подбираться комплексно. Когда поступает запрос на причал с импедансом 8 %, двенадцатиимпульсным преобразователем и отсутствием фильтра, мы заранее отмечаем такую комбинацию до формирования коммерческого предложения.
Соль, влажность и среда причала
Причал — это прибрежный объект с исключительно агрессивной атмосферой: солевой туман, приливная влажность, выхлопные газы дизельных двигателей и мойка струёй воды вблизи здания терминала. Для наружной установки на причальной эстакаде система окраски должна соответствовать классу C5-M стандарта ISO 12944; для открытых крепёжных элементов следует использовать нержавеющую сталь марки 316, а основание резервуара — такое, которое не проржавеет в точках крепления. Широко применяются базовые рамы с горячим цинкованием; мы запрашиваем толщину покрытия в микрометрах, а не название цвета.
Корпус и система охлаждения определяются местом установки. Маслонаполненные трансформаторы подходят для наружной установки на площадке рядом с причалом; трансформаторы сухого типа с литой изоляцией из эпоксидной смолы подходят для внутренней установки в здании терминала, где требования к пожарной нагрузке и прокладке кабелей делают предпочтительными устройства без жидкого наполнителя. В обоих случаях укажите минимальную степень защиты IP54, нагревательные элементы против конденсации в низковольтном отсеке и класс повышения температуры, рассчитанный на реальную температуру окружающей среды на месте установки, а не на стандартные 40 °C, указанные в каталоге.
Один важный момент, который мы поднимаем на раннем этапе — поскольку его устранение обойдётся дорого позже: отказ вентилятора. Трансформатор с естественным масляным охлаждением и принудительной воздушной циркуляцией (ONAF), рассчитанный на полную нагрузку причала при работающих вентиляторах, потеряет от 25 до 30 % своей мощности при заклинивании двигателя вентилятора в августе. Либо предусмотрите сигнализацию отказа группы вентиляторов, подключённую к системе мониторинга порта, либо выберите номинальную мощность трансформатора с естественным масляным и воздушным охлаждением (ONAN) исходя из реальной постоянной нагрузки, рассматривая ступень принудительного охлаждения как резерв мощности для пиковой нагрузки отельных объектов.
Что разместить в Трансформаторе берегового электропитания Спецификация
В приведённой ниже таблице указан минимальный набор данных, необходимый для корректного расчёта стоимости причального подключения. Отсутствующие данные рассматриваются как предположения, а предположения оформляются в виде изменений в заказе. Если строка также присутствует в стандарте IEC/IEEE 80005-1, укажите рядом с ней соответствующий пункт стандарта, чтобы поставщик и инспектор порта руководствовались одними и теми же требованиями.
| Параметр | Типичные требования к причалу | Почему это важно |
| Номинальная мощность | 7,2 МВА на причал для круизных судов; от 1,5 до 3 МВА на контейнерный причал | Определяет всю тепловую конструкцию и сечение кабеля от бокса причала |
| Коэффициент трансформации | первичное напряжение — 33 кВ или 11 кВ, вторичное — 6,6 кВ или 11 кВ | Должно соответствовать распределительному щиту судна, а не портовой электросети |
| Частота | 60 Гц для флота с частотой 60 Гц, 50 Гц для флота с частотой 50 Гц; преобразователь при несоответствии частот | Определяет необходимость применения преобразователя и его гармонического спектра в конструкции |
| Импеданс | обычно от 6 до 8 %; согласуется с уровнем тока короткого замыкания | Слишком низкое значение приводит к чрезмерному току КЗ на судовом распределительном щите; слишком высокое — к росту искажения напряжения |
| Гармоническая нагрузка | Заявленный спектр или коэффициент K, коэффициент гармоник напряжения (THDv) 5 % в точке присоединения к сети (PCC) | Предотвращает перегрев отдельных участков обмотки, который не выявляется при стандартных испытаниях на потери |
| Охлаждение | Система охлаждения ONAN с дополнительным этапом ONAF, сигнал тревоги вентилятора передаётся в систему SCADA порта | Обеспечивает сохранение причала в рабочем состоянии при отказе одного из вентиляторов |
| Коррозия | Антикоррозионное покрытие C5-M по стандарту ISO 12944, крепёж из нержавеющей стали марки 316, степень защиты IP54 | Реальным испытанием на пригодность служит эксплуатация в течение пятнадцати лет в условиях морского климата |
| Тесты | Рутинные испытания, проверка нагрева при нагрузке, измерение частичных разрядов для трансформаторов с литой изоляцией | Позволяет порту использовать полученные данные как эталон для сравнения при следующем тендере |
Как Райан подходит к запросу о причале
Мы производим маслонаполненные и трансформаторы с литой изоляцией на заводе площадью 120 000 м², оснащённом более чем 180 комплектами производственного и испытательного оборудования; наша деятельность поддерживается 37 патентами, а с 2023 года мы действуем как партнёр по совместному предприятию компании Eaton. Это имеет меньшее значение по сравнению с инженерным диалогом, однако означает, что запрос о причале попадает к специалистам, которые уже неоднократно обсуждали вопросы импеданса.
Для смешанного парка полезным вариантом является двойное вторичное напряжение с выбором отпаек вне цепи, благодаря чему одна конструкция подходит для судов на 6,6 кВ и 11 кВ без необходимости хранить на месте второй резервный агрегат. Отпайки вне цепи также являются самым экономичным способом компенсации колебаний сетевого напряжения относительно проектных значений. Каждый агрегат покидает производственную площадку с записанными результатами стандартных испытаний в виде измеренных значений, испытанием на нагрев при номинальном токе и фотографией таблички, сделанной до упаковки, поскольку табличка — это первое, что проверяет инспектор порта при прибытии.
Интерфейс высоковольтного берегового подключения — это место, где возникает большинство споров, и обычно они происходят между тремя сторонами, которые никогда не встречаются лично: электротехническим консультантом порта, техническим менеджером судна и поставщиком трансформаторов. Мы запрашиваем однолинейную схему судна на раннем этапе. Двенадцатипульсный преобразователь на борту изменяет гармоническую нагрузку на нашей обмотке, а судно с распределительным щитом 6,6 кВ и генератором 60 Гц невозможно подключить к причалу 50 Гц без преобразователя, независимо от того, насколько впечатляющими выглядят номинальные параметры трансформатора в документации.
Если вы сейчас составляете техническое задание на причал, направьте нам информацию о составе флота, напряжении и частоте сети, а также уровне тока короткого замыкания в распределительном устройстве причала. Эти три параметра определяют больше всего характеристик трансформаторе берегового электропитания чем любая другая страница тендера, и зачастую именно они поступают последними. Наши инженеры предоставят письменное заключение с указанием номинальных параметров, рекомендуемого значения импеданса и допустимого уровня гармоник, чтобы электротехническое решение можно было рассмотреть до начала бетонных работ.
О авторе эта статья подготовлена инженерной командой компании Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) — производителя трансформаторов, основанной в 2007 году и с 2023 года являющейся совместным предприятием Eaton. Команда разрабатывает маслонаполненные, литые эпоксидные и башмачные трансформаторы для портовых объектов, центров обработки данных, энергосистем и промышленных проектов, а также оказывает поддержку заказчикам на этапе проверки технических требований до подачи тендерных заявок. Для запросов по причалам обращайтесь по адресу [email protected].