新型艦船岸電系統研究

姜 鵬，孫 盼，彭 威

（海軍工程大學電氣工程學院，武漢 430033）

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新型艦船岸電系統研究

姜 鵬，孫 盼，彭 威

（海軍工程大學電氣工程學院，武漢 430033）

摘 要：傳統的岸電系統配置已不能完全滿足艦船的需求，基于高壓供電技術的新型艦船岸電系統可以同時提供大功率的高壓和400 V低壓電能，實現對不同電壓等級艦船的安全可靠供電。新型艦船岸電系統與傳統岸電系統相比具有節能、減排、提高艦船戰斗力等優點，可減少目前艦船岸電系統的設備配置，占用碼頭空間小、操作簡單，可實現艦船岸電的安全、可靠、經濟運行。

0 引言

港口作為艦船補給和人員休整的重要場所，在艦船靠港時向其提供安全可靠的電能保障，滿足艦船的生活和訓練用電。隨著世界各國節能減排指標的日益嚴格，同時艦船靠港后所肩負的作戰和訓練任務也在不斷革新變化，港口岸電系統的重要性日益凸顯，其能否提供安全可靠充足的電能將直接影響到艦船靠港后的正常運行，關系到艦船的戰斗力和防御能力。

傳統的低壓岸電系統，低效耗能、容量小，只能給低壓電力艦船供電，已經不能適應當前大型艦船靠港后的供電需求。如何構建環保、安全、可靠、高效的大容量岸電系統是當前一個值得研究的課題。

與傳統低電壓、小容量的岸電系統不同，新型艦船岸電系統是采用高壓岸電技術，高低壓兼容的大容量岸電系統。該系統能夠提供大容量的電能，同時滿足低壓艦船和高壓艦船的靠港供電需求，為艦船完成多樣化任務提供電力保障。

1 構建新型艦船岸電系統的必要性

傳統的岸電系統以低壓岸電為主，供電功率小、電纜布設困難、兼容性差。6300 V中壓岸電系統是以日趨成熟的高壓岸電技術為基礎，以戰時和平時訓練需求為牽引，以綠色環保、節能減排為理念，以提高艦船生命力和戰斗力為總目標的岸電供電系統，它將為國家安全和海軍戰斗力發展打下堅實的技術基礎。

1.1新型船艦岸電系統將大大提高供電功率，保障船艦的靠港供電需求

隨著艦船各種新型武器的不斷出現，電磁炮、激光武器、電磁彈射等高能武器需要大容量的電能供應，艦船電力系統的總容量進一步增大，艦船自身要建設大容量的艦船電站，艦船靠港后為了完成正常的的保養、訓練和操演任務，同樣需要提供大容量的岸電電能。

艦船對隱身性能要求越來越高，最新設計的艦船普遍采用隱身全封閉技術，與傳統的開放式艦船相比，艦船生活保障（通風、空調及其他日常生活用電）所需電能功率越來越大，這就要求在靠泊時有大功率的供電電能。

新型艦船岸電系統的建成，將為艦船提供安全可靠的大容量電能保障，這不僅可以滿足艦船日常的生活和訓練需求，還可以在大容量電能的保障下，開展多樣化訓練和保障任務，提升艦船靠港的訓練和保障水平，促進艦船戰斗力的生成。

1.2新型船艦岸電系統是提高艦船和港口防御能力的重要保障

在傳統的低電壓小容量的岸電系統下，艦船由于缺少足夠容量的電力供應，武器系統無法轉入戰斗工況，僅僅可以開展保養和檢試。艦船自身失去了戰斗力，無法進行自身防御，很容易受到敵人的攻擊，只能依靠軍港基地的防空力量開展軍事防御。

采用新型船艦岸電系統后，在大容量的電力供應下，艦船的武器系統可以在所有工況下運行，艦船具有與海上航行時一樣的戰斗火力和防御能力，可以實現全時戒備，這將大大提升艦船靠港時的作戰效能和生命力。

1.3構建新型船艦岸電系統是滿足高壓電力艦船的供電需求

隨著艦船電力系統的發展，綜合電力系統是電力系統的發展趨勢。艦船綜合電力系統將傳統的機械推進用電與電力系統用電綜合起來，通過綜合電力系統向推進、高能武器及日常用電等全船所有的用電設備供電。而國內外的綜合電力系統目前普遍采用4000 V以上的中壓電，中壓電制與傳統的低壓岸電系統不兼容，中壓艦船無法在低壓港口停靠。因此構建新型船艦岸電系統可以解決這個問題，滿足高壓電力艦船的供電需求。

1.4構建新型船艦岸電系統可以有效減少廢物排放，保護港口環境

艦船在碼頭靠泊時的污染問題從廢棄物治理、污油水治理到大氣排放物治理經歷了一個不斷發展升級的過程，目前的電壓岸電系統由于與大型艦船的電制不兼容，大型艦船靠港時必須由船上的發電機組供電，因而在港口海域產生大量復合污染物，污染水環境，給港口所在城市環境帶來嚴峻挑戰，采用6300 V中壓岸電系統可以直接給大型艦船供電，滿足艦船的訓練、維護和日常用電需求，避免了因發電機組工作而產生的廢物排放問題，保護了生態環境。

2 新型艦船岸電系統的基本方案

2.1新型艦船系統供電方案

新型艦船岸電系統方案如圖1所示。系統主要包括以下幾個組成部分：高壓變電配電房、高/低壓接線箱、高/低壓電纜、電纜卷車。

圖1 新型艦船岸電系統示意圖

高壓配電變電房將10 kV民用高壓電進行降壓，可以根據不同高壓艦船的電壓等級調整配電房的電壓輸出值，從而實現與不同電壓等級艦船的匹配，高壓配電房輸出電壓有高壓配電和低壓配電兩種，高壓配電主要為6.3 kV，低壓配電為0.4 kV。同時高壓變電配電房內設置高/低壓配電屏和并車屏，當高/低壓接線箱將艦船上的高/低壓電纜接入岸電系統后，高壓變電配電房可以實現高壓岸電與艦船電力系統的并車操作和大負荷轉移，當同時為多條船供電時，進行負荷的分配和有效調度，保障艦船的供電需求。

2.2 新型艦船系統的優點

新型艦船岸電系統使用較為靈活，無需碼頭提供額外電氣設施。當采用高壓供電時，只需一根電纜上船，安裝便捷，且可實現不間斷供電，供電均有岸側管理，岸側管理設有保護及配電參數檢測功能，包括電流保護、岸電供電接線箱的相序相位一致性保護、總供電線路的電壓電流及功率檢測功能，運行方便，并可實現同時給多艘不同電壓等級的艦船同時供電。

3 新型艦船岸電系統的關鍵技術

1）大負荷或全功率船艦岸電供給：不斷電與船艦配電系統安全并車轉移負荷技術。

2）高壓電安全使用：船電系統、岸電系統網絡安全技術，含人員安全技術、設備安全技術、網絡安全技術（系統安全技術設計與應急處置技術）。

3）岸電設備集約化、通用化、標準化：供電功能組件岸上設備模塊化、集裝化、系列化技術，艦上受電轉換功能簡化技術，依托岸勤或編隊保障船攜行保障技術。

4）艦船岸電交互系統：艦船岸電連接電纜、接地方式及繼電保護配置方式。

4 總結

新型艦船岸電系統在節能減排，提高艦船生命力和綜合戰斗力具有優點，與低壓岸電系統相比在安裝便捷、接用方便、自動化程度高、實用性強方面具有突出優勢。新型艦船岸電系統將會是今后國內外艦船港口發展的主要趨勢，故其關鍵技術是今后岸電系統研究的主要方向。

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A New Shore Power System of A Warship

Jiang Peng,Sun Pan,Peng Wei
（College of Electrical Engineering,Naval University of engineering,Wuhan430033,china）

Abstract:Traditional shore power system(SPS) can’t meet the requirements of a warship.The new high voltage power supply-based SPS proposed in the paper can provide high power at both high voltage and low voltage at 400 V,to ensure the safety of power supply on the warship at different voltage classes.Compared with traditional SPS,the new SPS has advantages of energy saving,low emission,high warship fighting capacity,ship space saving by reducing equipments of ship SPS,as well as the safe,reliable,and economic operation.

Keywords:warship; new ship power system; high voltage

作者簡介：姜鵬（1987-），男，工學碩士。研究方向：電機與電器。

基金項目：海軍工程大學科學研究基金資助項目（435517J4097）

收稿日期：2015-11-19

中圖分類號：TM621.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-4862（2016）02-0078-03

關鍵字：艦船 新型岸電系統 高壓