智能新能源船舶技术创新案例 ⑥厦门港电动拖轮-全自动插拔充电系统

为系统总结最新成果、凝聚产业协同合力，智能新能源船舶技术创新产业联盟持续发起全国性创新案例的深度征集。本次汇编严格遴选了覆盖绿色动力、核心装备、智能驾驶、船岸协同、安全保障等前沿领域的代表性案例。本次活动得到高校、行业科研院所、船舶制造企业、航运公司等单位的积极响应，经过严格评审，最终遴选出10项具有代表性的优秀案例。这些案例集中展现了我国智能新能源船舶从单点攻关迈向全链条融合、从示范验证迈向规模化落地的壮阔进程，为全球水运装备绿色智能转型提供了极具技术先进性与经济社会效益的中国方案。

厦门港4条纯电动拖轮直流岸电充电设备的接口装置，包含岸端的电缆提升输送装⑥置和船端的驳船插座箱；通过电缆提升输送装置将直流供电电缆及直流供电插头输送至船舶上使用，并能通过监测电缆的张力情况自动收放电缆用以适应码头潮汐的涨落；驳船插座箱用以与直流供电插头耦合受电，并能满足船舶使用环境要求。该项目采用了行业内首套基于最新国家标准的直流大功率全自动插拔和接入技术，通过一键操作实现岸基超过2MW直流电源全自动接入船舶进行充电，不仅大幅提升了作业效率、保证了安全系数，还为电动船舶行业树立了新的技术标杆，成功填补了国内外电动船舶大功率全自动接入领域的技术空白。其核心技术“一种插头到位定位方法和定位装置”已获得国家发明专利（证书号第7852337号），彰显了我国在绿色新能源船舶装备领域的自主技术创新能力。

图1 自主研发的直流岸电充电设备的接口装置

该系统的核心在于其全自动化的充电过程与智能化的定位与插拔机制。整个过程由PLC（可编程逻辑控制器）主导，结合北斗卫星定位、激光传感、无线通信等多重技术，实现了高精度、全自动的电缆连接和电能传输。

（1）一键启动与通信传输：当电动拖轮靠泊码头需要充电时，操作人员仅需按压“充电”按钮，信号即通过插座箱PLC输入，经PLC处理由通信模块传输至无线电台，无线电台通过无线电信号传输至岸端电缆提升输送装置的无线电台，实现岸基与船基的实时数据交换。

（2）精准定位与动态调整‌：通过码头基站的北斗卫星系统，精确获取电动拖轮插座箱与电缆提升臂的三维坐标。岸端电缆提升输送装置的PLC据此计算距离与角度，驱动岸端电缆提升输送装置准确的操作动作，先旋转到位、后伸出到位、最后下放电缆到位的先后动作顺序；在此过程中通过角度编码器、拉线位移传感器等传感器获取实时控制数据反馈给岸端电缆提升输送装置的PLC，并通过数据实时不断重新计算与纠正形成闭环控制，确保动作路径的精确性。

（3）智能插拔与安全保护‌：插头装置下放过程中，驳船插座箱上的四组激光传感器实时监测位置，有一个或多个激光传感器感应到下放的直流插头箱时，通过船端和岸端的无线电通讯，将暂停下放电缆，此时驳船插座箱顶端的防水门经液压驱动自主打开，打开到位后液压缸向上，电缆继续下放，开始接收下放的插头箱；当插头箱完全进入驳船插座箱并四周紧密贴实后，驳船插座箱携带的电磁铁得电并牢固吸附住插头箱；同时驳船插座箱插座上方的二层防水盖将打开，打开到位后液压缸向下，执行耦合插头及插座动作，耦合完毕信号接通后此时一键操作动作完成。插头箱还采用了万向轮引导等多项技术进一步保障插合稳定性；张力传感器则动态调整电缆松紧，防止船舶晃动潮汐涨落引起导致拉扯损伤系统。

在充电完成后，仍可通过一键按钮（收缆动作），系统将反向操作上述步骤，直至驳船插座箱盖完全收起，岸端电缆提升输送装置完全归位至原始状态。

（1）耦合的定位精度‌：通过岸端电缆提升输送装置的角速度编码器与拉绳位移传感器协同，并与船端的驳船插座箱上的激光传感器和北斗数据协同，将插头箱引导至插座箱正上方，误差控制在极低范围。

（2）全流程自动化‌：从信号触发到插合完成，无需人工干预，通过岸端与船端的无线电台通讯协同，实现全流程自动化操作，大幅降低操作风险与时间成本。实际测试情况显示，从船舶靠泊稳定开始，一键启动到自动充电过程，只需要5分钟左右，比原来人工操作的效率提高了5倍。

（3）高可靠性设计‌：驳船插座箱设置有双层防水盖、电磁锁紧及液压缓冲机制，确保了恶劣海洋环境下的耐用性与安全性。

加速港口零碳转型‌：2MW直流快充技术缩短了船舶充电时间，提升了电动拖轮运营效率，为全球港口减排提供了可行方案。

降低运营成本‌：全自动插拔减少了人力依赖，避免了传统缆线操作中的磨损与事故，延长了设备寿命。

引领技术标准化‌：该系统的模块化设计（如PLC控制、无线通信接口）可为其他电动船舶项目复制，推动行业制定统一的智能充电标准。

核心技术装备名称

2WM大容量自研滑环装置、自动定位和插拔装置

核心技术装备参数

1.载流能力：2400A

2.电压等级：DC1500V

3.短路能力：≥16KA

核心技术装备的特点、创新点及技术先进性

通过自研和创新研发了直流专用的大容量滑环装置：

1.适配直流系统专用接口要求的信号传输

2.适配大容量直流充电需求的载流能力

3.具有温度监控功能