船舶中压电力系统简介

船舶中压电力系统简介【内容提要】船舶中压电力系统是我国海运界刚开始接触的崭新领域，此文以最近建造的“泰安口”半潜式电力推进特种运愉船的电力系统为例，简介船舶中压电力系统的结构和运行模式特点。关键词：船舶 中压电力系统有关中压电力系统的定义,世界各处以及在不同领域的标准不是完全一致的°IEEE标准100规定的中压交流电力系统定义是指额定电任大于1，000V，小于10,000V的电力系统；在中压之上，还有高压和超高压。对于额定频率为60%的电力系统，中压的额定值有2.3、4.16、6.6kv等等级；而额定频率为50HZ的电^力系统，中压的额定放有3.3、6.0、10KV等级。我们日常生活和动力用电中，常见的是额定电压为380V(50H)或440V(60H)Z Z的低压电力系统。低压电气设备的造价低，防止人身触电的安全性比中压电力系统高得多。但是当用电设备的功率很大时，作为低压系统，电流数值会很大，对于常用的电动机负载，起动时的电流更将大得惊人。因为决定绕组导休截面积的因素是I2R，大的电流要求大的导体截面积，而绕组的极大截面将使大功率的低压电机无法制作。同时，极大的线路传输电流会使线路的功率损耗很大，以及在发生短路时产生巨大的短路电流，使与之相配的导线和断路器等设备的设计制作将变得难以实现。为此，在电网中，除了为了避免长距离输电损耗而采用了高电压及超高电压输电技术之外，对于大功率的用电设备和供配电网还采用了中压标准。选择电机是否采用中压标准的传统功率值分界点是45Okw，但是这不是死规定，考虑具体条件和设计要求，会有更合理的不同数值。目前国内外建造的大多数交流船舶电网的额定电压是44OV，或者380V，这是属于低压交流电力系统。但是随着船舶用电最的增加，发电机容量的增加，持别是一些特种用途船舶所装备的大功率中压用电设备，使中压开始进人船舶电力系统和供配电装置领域。例如，一些大型集装箱船舶侧推器的中压电动机、变频控制装置和配电网络，电力推进船舶的中压发电、配电、用电设备和网络。本文将以2002年底新建成的“泰安口”半潜式电力推进特种运输船的中压电力系统为例，简介中压电力系统的结构和运行模式特点。1“泰安口”电力推进船的中压电力系统结构“泰安口”半潜船载重18000吨，总长156米，可以装载海洋钻井平台。船上安装了先进的卫星动态定位系统(DP)，船尾左舷和右舷安装了SIEMENS公司和SCHOTTEL公司联合生产的吊舱式电力推进系统(SiemensSchottelPropeller，简称SSP)，其螺旋桨可以360度回转，船舶在行驶时可以在极小的范围内灵活运动。图1是滚船的电力系统单线原理图。图中，电网由三个层次组成：一是6.6kV的中压主系统，二是450V的辅助低压系统・三是450V的应急系统。(l)6.6kV中压主电力系统的组成电源：3台5200KVA.720r/min,60HZ的主发电机组，柴油机为Warsila9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。其中NO.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应的货物电时，可以切换围2030KVA，600r/min，50Hz的模式运转，来单独为50Hz的货物负载电源洪电，此时，图中用于中压汇流排连接的断路器KSI应该处于分闸状态。负载：船尾左右舷各一台吊舱式电力推进器SSP的4.7MW永磁同步电动机及为其变频调速服务的变压器组、晶闸管装置；左右舷各一台侧推器的800kw电动机及为其变频

调速服务的变压器组、晶闸管装置；和可以为450V的辅助低压系统供电的2台9OOKVA、将电压从6.6kV转变为45OV的旋转变流器（在此没有采用变压器变压的原因，是因为带有大量变频调速负载的中压主电网的波形不好）。配电装置和输电电缆：在中压开关柜控制室共有12屏中压起电柜.分别用于3台上发电机的控制（PMA71电力自动管理系统通过电流互感器、电压互感器、中压断路器等对发电机组进行控制入2台电力推进装置SSP的供电，2台侧推器的供电，2台旋转变流器（机组）中压接线端的供电，2个汇流排连接断路器的控制，以及50Hz/60Hz货物负载电源供电的控制。另外，两台24VDCUPS控制柜也安装在中压开关柜控制室内。（2）450V/60Hz低压辅助电力系统电源：低压辅助电力系统的电源可以从三个来源提供。航行时，电源是来自中压系统的旋转变流器（机组），此时图l中旋转变流机组两端的断路器KS3、KS4、KS5、KS6都处于合闸位置。当旋转变流机组发生故障或俭修时，以及在码头没有载货物时，电源是来自l台1125KVA,900r/min,6OHz的辅助发电机组，柴油机是Warsila6L20，此时图l中旋转变流机组两端的断路器KS3、KS4、KS5、KS6都处于分闸位置。另外.在港内还可以连接岸电。a1“拳安担屠％也为推驻船的如力未现单觐牌理困a1“拳安担屠％也为推驻船的如力未现单觐牌理困负载：包括常规船舶运行时需要供电的各种设备，例如淡水循环泵、燃油传输泵、滑油传输泵、低温谈水泵、高温水循环泵、中央冷却海水泵、通风机、燃油锅炉、空压机、锚机、消防泵.甲板液压起货机、照明电力配电板、航海仪器供电，机舱监控系统的供电等。也包括电力推进装置的方位（即舵角的控制）控制泵，电力推进装置变压器、变频器的冷却，货物起重机，半潜船的压载水空压机，用于3台主发电机、辅助发电机、旋转变流机组、电力推进驱动装置的保温装置，动态定位（DP）系统的供电。配电装置和输电电缆：在低压配电板控制室共有17屏低压配电板，分别用于1台辅助发电机的控制，2台旋转变流器低压端的连接，1个汇流排连接断路器的控制，4个电动机组合起动屏，6个输出负载屏，以及为中压变频驱动器服务的低压负载的供电屏。（3）450V/60Hz应急电力系统电源：应急电力系统的电源可以从两个来源来是供。通常，电源是来自450v的辅助供配电系统，此时，图l中连接辅助电力系统和应急电力系统的断路KS7、KS8都处于合闸位置。应急时，电源是来自1台250KVA（300KVA）,900r/min,60Hz应急发电机组。负载：包括常规船舶应急时需要供电的各种设备，例如电池充放电板.应急照明、航行灯、雷达，电罗经・机舱通风机.消防系统、应急消防泵、电话、总报警系统等的供电。也包括半潜船的压载水控制台，SSP控制台，动态定位（DP）控制台的供电。配电装置和输电电缆：在应急发电机控制室共有3屏低压配电板分别用于应急发电机的控制，与450V辅助供配电系统的连接，电动机启动合输出负载的分配。2“泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模式表1“泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模式\船舶航\（亍模式设备是'、、、一y接通 、设备名称航行模式装载货物（需要50Hz电源）的模式机动操纵模式动态定位模式1动态定位模式2港内停泊模式1（不需50Hz中压货物电源）港内停泊模式2（需50Hz中压货物电源）应急工况港内停泊模式3（功率回馈模式）NM主柴油发电机组接通接通接通接通接通Nq2主柴油发电机组接通接通接通接通接通NM主柴油发电机组接通接通接通接通接通中压汇流排连接断路器KS1接通接通接通接通中压汇流排连接断路器KS2接通接通接通接通接通接通旋转变流器中压端断路器KS3接通接通接通接通接通旋转变流器中压端断路器KS4接通接通接通接通接通旋转变流器低压端断路器KS5接通接通接通接通接通旋转变流器低压端断路器KS6接通接通接通接通接通辅助柴油发电机组接通接通应急发电机组接通接通辅助电力系统和应急配电板之间连接的断路器KS7,KS8接通接通接通接通接通接通接通接通注：1）Nq1主柴油发电机组可以作为选择，连接到推进器汇流排2）作为选择，Nq2、Nq3主柴油发电机组可以代替Nq1、Nq3主柴油发电机组连接到汇流排（1）根据船舶不同运行状态时，对功率的不同需求，提供经济可靠的供电，“泰安口”半潜式电力推进船电力系统可以提供如表1中所示的几种运行模式（表1中所涉及的设备的连接关系，请参见图l）。（2）从图l的系统布置可以看出，以上不同运行模式的设置，是靠电力系统中发电机组、汇流排的不同连接组合实现的。电力系统设备中的断路器带有灭弧装置，是实施电气设备带负载分合闸，并能对系统进行保护的开关设备。以上各种运行模式的设置是由运行操作人员在配电板人工通过西门子PMA71电力自动管理系统的液晶显示操作板的键盘（或者在驾驶台的I-MAC55型集中监测控制系统的计算机工作站的显示界面上，使用鼠标轨迹球，输人命令，通过光纤网络）将断路器分合闸命令输人系统，控制相关断路器的连接或断开来实现的。中压、低压、应急发电机断路器、汇流排连接断路器的分合闸动作都是由PMA71电力自动管理系统的PLC单元进行控制的（在图l电力系统单线原理图中省略了PMA71电力自动管理系统）。当断路器两端都有电源时。断路器的合闸命令，将先由PMA71系统的PLC单元发出同步并联指令到PMA71系统中的GENOP71发电机保护/并车智能单元，经后者判断同步并车的条件之后，再由GENOP71,单元向断路器发出合闸控制信号。3中压电力系统的隔离开关和接地开关电工材料可以划分为导体和绝缘体，但是绝缘是相对的，当电压足够高时，绝缘体也会击穿。在高压电力系统，操作人员即使没有直接接触带电部分，如果不慎距离带电部分过近，小于规定的安全操作距离，将可能受到严重的触电伤害。因此，中压电气设备，例如变压器、电流互感器、电压互感器、断路器都安装在完全封闭的开关柜中。输电电缆采用的是绝缘性能极高的材料制成的。当需要带电操作接触带电部分时，要严格按照安全操作规程.使用合格的绝缘工具进行。维修清洁时，必须停电进行，同时，在电力系统的设计中也安装了必要的隔离开关和接地开关。以保证操作人员的安全。不同于船舶常见的低压电力系统，由于断路器的断开点在外部是看不见的，中压电力系统为了保证在维修时操作人员的人身安全，系统在中压主发电机断路器与中压汇流排连接点之间，在中压汇流排连接断路器的两端，在旋转变流机组的断路器与中压汇流排连接点之间.都串联了隔离开关。隔离开关是具有可见断开点的开关，但是没有灭弧装置，因此不能带负荷分合闸。在使用时