EN
Hồ sơ mời thầu gồm hai mươi trang về các công trình dân dụng và một dòng nêu phạm vi điện: cung cấp và lắp đặt nguồn điện bờ 6,6 kV. Chúng tôi hỏi kỹ sư điện của cảng tần số hoạt động của đội tàu ghé thăm là bao nhiêu. Có một khoảng lặng, rồi câu trả lời: bất kỳ tần số nào là tiêu chuẩn. Câu hỏi chưa được trả lời duy nhất này quyết định cấp cách điện của bộ biến áp cấp điện bờ , liệu cầu cảng có thực sự cần bộ chuyển đổi tần số tĩnh hay không, và liệu một tàu du lịch có thể thực sự cắm vào hệ thống khi cập cảng hay không.
Việc cấp điện bờ (cold ironing) đã chuyển từ một mục trong dự án thí điểm thành điều kiện cấp phép tại ngày càng nhiều cảng, và gói thiết bị điện thường là phần được soạn thảo cuối cùng và xem xét ít nhất. Hướng dẫn này trình bày những điều kiện mà một bộ biến áp cấp điện bờ thiết bị cấp điện bờ phải đáp ứng tại cầu cảng, các giá trị cần đưa vào đặc tả kỹ thuật, cũng như các chi tiết về sóng hài và ăn mòn – những yếu tố quyết định việc thiết bị còn tiếp tục vận hành sau mười lăm năm trong môi trường không khí mặn.
Tải cấp điện bờ KHÔNG phải là tải tòa nhà
Một tàu đang cập cảng tắt động cơ phụ và lấy toàn bộ điện từ bờ: tải khách sạn, thiết bị làm lạnh (reefer), bơm, cần cẩu trên tàu tự dỡ hàng, và trên tàu du lịch là toàn bộ tải hệ thống điều hòa không khí (HVAC) và bếp. Công suất đỉnh rất cao và tăng đột ngột trong một lần duy nhất. Một vị trí cập cảng tàu du lịch lớn thường được thiết kế với công suất khoảng 7,2 MVA ở điện áp 6,6 kV, tương đương dòng thứ cấp khoảng 630 A; trong khi một vị trí cập cảng container có giá đỡ thiết bị làm lạnh thường nằm trong khoảng 1,5 đến 3 MVA.
Chế độ vận hành cũng mang tính lặp lại theo cách mà một máy biến áp phân phối chưa từng gặp phải. Mỗi lần kết nối tàu đều cấp điện cho máy biến áp bờ rồi đến máy biến áp riêng của tàu, do đó hiện tượng dòng đóng mạch (inrush) xảy ra nhiều lần mỗi ngày, đôi khi với cáp dài từ 200 đến 400 m nối giữa tủ đấu nối tại cầu cảng và tàu. Thêm vào đó là nhiệt độ môi trường 45 °C tại một cảng vùng Vịnh, độ ẩm tương đối 90 % và tuổi thọ thiết kế từ 20 đến 30 năm — lúc này khoảng dự phòng nhiệt vốn trông khá dồi dào trên bảng thông số kỹ thuật bắt đầu trở nên eo hẹp.
Điện áp, tần số và quyết định lựa chọn bộ chuyển đổi
Kết nối điện cao áp từ bờ đã được tiêu chuẩn hóa trong IEC/IEEE 80005-1 , và việc sửa đổi tiêu chuẩn này năm 2021 tồn tại chủ yếu vì hiện tượng đảo pha tại giao diện tàu–cảng đã gây ra sự cố trong thực tế vận hành. Thông tin thực tiễn dành riêng cho người mua máy biến áp là: cầu cảng phải cung cấp đúng điện áp và tần số mà tàu yêu cầu, trong khi máy biến áp chỉ là một thành phần trong chuỗi cung cấp đó.
Ba cấu hình bao quát hầu hết các hồ sơ mời thầu, và mỗi cấu hình đòi hỏi một thông số kỹ thuật máy biến áp khác nhau.
| Cấu hình cầu cảng | Chế độ làm việc của máy biến áp | Những thay đổi trong thông số kỹ thuật |
| lưới điện 60 Hz, đội tàu 60 Hz | Chỉ giảm áp, ví dụ từ 33 kV xuống 6,6 kV | Gần giống nhất với một đơn vị phân phối thông thường: trở kháng tiêu chuẩn, làm mát kiểu ONAN hoặc ONAF, sơn lớp C5-M để chịu được môi trường biển |
| lưới điện 50 Hz, đội tàu 60 Hz | Cấp điện cho bộ chuyển đổi tần số tĩnh, hoặc được lắp đặt ở đầu ra của bộ chuyển đổi | Dòng điện giàu hài, thành phần một chiều trên đầu ra bộ chuyển đổi, tổn thất dòng xoáy và tổn thất rò rỉ cao hơn, thiết bị phụ trợ như quạt và bơm nằm ở phía bộ chuyển đổi |
| lưới điện 50 Hz, đội tàu 50 Hz (phà, tàu chở xe hơi và hàng hóa) | Chỉ giảm áp, ví dụ từ 11 kV xuống 6,6 kV | Tỷ số điện áp và dải điều chỉnh nấc được xác định dựa trên đội tàu thực tế, không phải cho đội tàu trong tương lai |
Khi tần số trùng khớp, một bộ biến áp cấp điện bờ là máy biến áp phân phối hoặc máy biến áp công suất thông thường với đặc tả chống ăn mòn bất thường. Khi tần số không trùng khớp, máy biến áp nằm phía hạ lưu bộ chuyển đổi và kế thừa dạng sóng của bộ chuyển đổi đó. Trường hợp thứ hai là nơi tập trung phần lớn rủi ro kỹ thuật, và cũng là nơi đánh giá tổn thất tiêu chuẩn một cách yên lặng trở nên sai lệch.
Nơi hài ảnh hưởng đến máy biến áp
Các bộ chỉnh lưu đầu vào của hệ thống cấp điện là nguồn phát sinh. Cấu hình sáu xung tạo ra các hài bậc 5 và bậc 7 đặc trưng; cấu hình mười hai xung đẩy các bậc hài chủ đạo lên đến bậc 11 và bậc 13. Dòng điện hài này đi qua máy biến áp, và tổn thất dòng xoáy trong dây quấn tăng xấp xỉ theo bình phương bậc hài, do đó hài bậc 11 và bậc 13 gây gia nhiệt trên mỗi ampe cao hơn nhiều so với thành phần tần số cơ bản.
Hai giá trị cần được nêu rõ trong đặc tả kỹ thuật. Thứ nhất là mức cho phép về tổn thất do hài, được biểu thị dưới dạng hệ số K hoặc dưới dạng phổ hài cụ thể mà thiết bị phải chịu đựng được ở dòng định mức mà không vượt quá giới hạn tăng nhiệt độ cho phép. Thứ hai là giới hạn méo điện áp tại điểm ghép nối chung, nơi mà Các giới hạn hài IEEE 519 quy định độ méo hài tổng cộng tối đa là 5% đối với các hệ thống có điện áp từ 1 kV đến 69 kV. Một cảng tiếp nhận điện áp 6,6 kV nằm trọn trong dải điện áp này.
Đây là phần mà hầu hết các thông số kỹ thuật cổng cảng thường bỏ sót. Việc tăng trở kháng biến áp để kiểm soát dòng sự cố cũng làm gia tăng độ méo điện áp đối với cùng một dòng hài, bởi vì phần lớn độ méo này xuất hiện trên chính biến áp. Trở kháng, số xung của bộ chuyển đổi và thiết kế bộ lọc phải được lựa chọn đồng bộ. Khi nhận yêu cầu khảo sát cổng cảng kèm thông số 8% trở kháng, bộ chuyển đổi 12 xung và không có bộ lọc, chúng tôi sẽ đánh dấu tổ hợp này ngay từ đầu trước khi báo giá.
Muối, độ ẩm và môi trường cổng cảng
Một cổng cảng là một địa điểm ven biển có khí quyển đặc biệt khắc nghiệt: sương muối, độ ẩm thủy triều, khí thải diesel và việc rửa bằng vòi nước gần tòa nhà đầu mối. Đối với lắp đặt ngoài trời tại cầu cảng, hệ thống sơn phải đạt tiêu chuẩn C5-M theo ISO 12944, sử dụng thép không gỉ loại 316 cho các chi tiết gắn kết lộ ra ngoài và bệ chứa không bị gỉ thủng tại các điểm neo. Khung bệ mạ kẽm nhúng nóng là giải pháp phổ biến; chúng tôi yêu cầu nêu rõ độ dày lớp phủ tính bằng micromet thay vì tên màu.
Việc bao bọc và làm mát phụ thuộc vào vị trí lắp đặt. Các bộ biến áp ngâm dầu thích hợp để lắp đặt ngoài trời trên bệ cạnh cầu cảng; các bộ biến áp khô kiểu nhựa đúc thích hợp để lắp đặt trong nhà tại tòa nhà đầu cuối, nơi yêu cầu về tải cháy và cách đi dây cáp thuận lợi hơn cho loại không sử dụng chất lỏng. Trong cả hai trường hợp, cần quy định cấp bảo vệ tối thiểu IP54, bộ gia nhiệt chống ngưng tụ hơi nước ở khoang điện áp thấp (LV), và cấp tăng nhiệt độ phải vẫn đảm bảo được ở nhiệt độ môi trường thực tế tại hiện trường thay vì ở mức mặc định 40 °C trong danh mục sản phẩm.
Một chi tiết chúng tôi nêu ra sớm vì việc xử lý sau này sẽ tốn kém: sự cố quạt làm mát. Một bộ biến áp kiểu ONAF có công suất định mức đủ đáp ứng toàn bộ tải cầu cảng khi quạt đang hoạt động sẽ mất từ 25 đến 30% công suất khi động cơ quạt bị kẹt vào tháng Tám. Do đó, cần lựa chọn một trong hai phương án: (i) quy định hệ thống cảnh báo nhóm quạt được nối dây tới hệ thống giám sát của cảng, hoặc (ii) chọn công suất định mức kiểu ONAN phù hợp với tải liên tục thực tế và coi giai đoạn làm mát cưỡng bức như dự phòng cho tải đỉnh của khách sạn.
Điều gì nên đặt vào Bộ biến áp cấp điện bờ Thông số kỹ thuật
Bảng dưới đây là tập dữ liệu tối thiểu chúng tôi cần trước khi có thể định giá chính xác báo giá cho vị trí cập cảng. Các dòng thiếu sẽ được xử lý như các giả định, và các giả định này sẽ dẫn đến yêu cầu thay đổi. Đối với các dòng cũng xuất hiện trong tiêu chuẩn IEC/IEEE 80005-1, vui lòng ghi rõ điều khoản tiêu chuẩn bên cạnh, để nhà cung cấp và thanh tra cảng cùng tham chiếu tới cùng một yêu cầu.
| Tham số | Yêu cầu điển hình cho vị trí cập cảng | Tại sao điều này quan trọng |
| Công suất định mức | 7,2 MVA mỗi vị trí cập cảng tàu du lịch; 1,5 đến 3 MVA mỗi vị trí cập cảng container | Xác định toàn bộ thiết kế nhiệt và kích thước cáp từ hộp vị trí cập cảng |
| Tỷ số điện áp | điện áp sơ cấp 33 kV hoặc 11 kV, điện áp thứ cấp 6,6 kV hoặc 11 kV | Phải phù hợp với bảng phân phối điện trên tàu, không phải với lưới điện cảng |
| Tần số | 60 Hz đối với đội tàu vận hành ở tần số 60 Hz, 50 Hz đối với đội tàu vận hành ở tần số 50 Hz; sử dụng bộ biến đổi tần số khi hai tần số khác nhau | Quyết định việc có sử dụng bộ biến đổi hay không, cũng như phổ hài của bộ biến đổi đó trong thiết kế |
| Trở kháng | thông thường từ 6 đến 8%, được phối hợp với mức dòng ngắn mạch | Giá trị quá thấp khiến bảng phân phối điện trên tàu chịu dòng ngắn mạch quá lớn; giá trị quá cao làm gia tăng méo dạng điện áp |
| Tải sóng hài | Phổ đã nêu hoặc hệ số K, độ méo hài tổng (THDv) 5% tại điểm nối chung (PCC) | Ngăn ngừa các điểm nóng trên cuộn dây mà thử nghiệm tổn hao tiêu chuẩn nào cũng không phát hiện được |
| Làm mát | Làm mát bằng dầu tự nhiên với giai đoạn làm mát cưỡng bức bằng quạt (ONAN với ONAF), cảnh báo quạt gửi tới hệ thống SCADA cổng | Giữ cầu cảng hoạt động bình thường ngay cả khi một quạt bị hỏng |
| Sự ăn mòn | Sơn lớp C5-M theo tiêu chuẩn ISO 12944, bu-lông inox 316, cấp bảo vệ IP54 | Mười lăm năm tiếp xúc với không khí mặn mới là bài kiểm tra chấp nhận thực tế |
| KIỂM NGHIỆM | Các thử nghiệm định kỳ, chạy thử tăng nhiệt, đo phóng điện cục bộ (PD) đối với loại máy biến áp đổ khuôn bằng nhựa epoxy | Cung cấp cho cảng một tiêu chuẩn để so sánh trong lần mời thầu tiếp theo |
Ryan tiếp cận yêu cầu về cầu cảng như thế nào
Chúng tôi sản xuất các máy biến áp ngâm dầu và máy biến áp đổ khuôn bằng nhựa epoxy trong nhà máy có diện tích 120.000 m², trang bị hơn 180 bộ thiết bị sản xuất và kiểm tra, được hỗ trợ bởi 37 bằng sáng chế; từ năm 2023, chúng tôi hoạt động với tư cách là đối tác liên doanh của Eaton. Điều này ít quan trọng hơn cuộc trao đổi kỹ thuật, nhưng nó đồng nghĩa với việc yêu cầu về cầu cảng sẽ đến tay những người từng tranh luận về trở kháng.
Đối với đội tàu hỗn hợp, lựa chọn hữu ích là điện áp thứ cấp kép kèm bộ chọn liên kết ngoài mạch, nhờ đó một thiết kế duy nhất có thể phục vụ cả tàu điện áp 6,6 kV và 11 kV mà không cần dự trữ thêm một bộ dự phòng tại hiện trường. Các liên kết điều chỉnh điện áp ngoài mạch cũng là giải pháp chi phí thấp nhất để bù đắp cho sự dao động của điện áp lưới so với giá trị ghi trên bản vẽ. Mỗi thiết bị đều được xuất xưởng kèm theo biên bản thử nghiệm định kỳ ghi rõ các giá trị đo được, thử nghiệm tăng nhiệt độ ở dòng định mức và ảnh chụp nhãn hiệu được thực hiện trước khi đóng gói, bởi vì nhãn hiệu là thành phần đầu tiên mà thanh tra cảng đọc ngay khi thiết bị đến nơi.
Giao diện kết nối bờ điện áp cao là nơi diễn ra phần lớn các tranh luận, và thường là giữa ba bên chưa từng gặp mặt: chuyên gia tư vấn điện của cảng, quản lý kỹ thuật tàu và nhà cung cấp máy biến áp. Chúng tôi yêu cầu bản vẽ sơ đồ một dây của tàu ngay từ sớm. Bộ chuyển đổi 12 xung trên tàu làm thay đổi mức độ sóng hài tác động lên cuộn dây của chúng tôi, và một tàu có tủ phân phối điện 6,6 kV cùng máy phát điện 60 Hz không thể được phục vụ bởi bến cảng 50 Hz nếu không có bộ chuyển đổi — bất kể công suất định mức của máy biến áp trông có vẻ hào phóng đến đâu trên giấy.
Nếu bạn đang soạn thảo đặc tả bến cảng ngay lúc này, hãy gửi cho chúng tôi danh sách đội tàu, điện áp và tần số lưới điện, cũng như mức ngắn mạch tại hộp bến cảng. Ba thông số đầu vào này quyết định nhiều hơn bất kỳ trang nào khác trong hồ sơ mời thầu, và thường là ba thông số đến muộn nhất. bộ biến áp cấp điện bờ kỹ sư của chúng tôi sẽ phản hồi bằng văn bản với công suất định mức đề xuất, khuyến nghị trở kháng và giới hạn sóng hài, để gói thiết bị điện có thể được rà soát trước khi thi công phần xây dựng.
Về tác giả bài viết này được thực hiện bởi đội ngũ kỹ thuật của Ryan Electric (Công ty TNHH Ryan Electric Giang Tô), một nhà sản xuất máy biến áp được thành lập năm 2007 và là đối tác liên doanh của Eaton kể từ năm 2023. Đội ngũ này thiết kế các máy biến áp ngâm dầu, máy biến áp đổ resin và máy biến áp lắp trên bệ dùng cho các dự án cảng, trung tâm dữ liệu, lưới điện và công nghiệp, đồng thời hỗ trợ khách hàng thông qua việc rà soát đặc tả trước khi đấu thầu. Để biết thêm thông tin về chỗ neo tàu, vui lòng liên hệ [email protected].