對船舶高壓供配電裝置中幾個問題的探討

溫 莉

(江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

對船舶高壓供配電裝置中幾個問題的探討

溫 莉

(江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

船舶電力系統(tǒng)采用高壓裝置時，應(yīng)注意選擇中性點接地方式。船舶高壓配電系統(tǒng)設(shè)計時對三相三線中性點絕緣系統(tǒng)或三相三線中性點接地系統(tǒng)的選用，從理論和實際兩方面進行分析研究發(fā)現(xiàn)，船舶高壓電站的高壓發(fā)電機與主變壓器高壓側(cè)均宜采用三相三線中性點絕緣系統(tǒng)和岸電(3～10 kV電力系統(tǒng))的中性點運行方式保持一致。根據(jù)各船舶規(guī)范的有關(guān)要求與岸電高壓系統(tǒng)防止誤操作的經(jīng)驗，結(jié)合對多艘船舶高壓電力系統(tǒng)的設(shè)計與實踐，總結(jié)為“八防”功能。

高壓配壓；配電裝置；中性點；操作規(guī)程

0 引言

電力推進技術(shù)的廣泛應(yīng)用，海洋工程船舶綜合功能的不斷提高以及艦船特定裝備對電力的需求，都使船舶主電站的功率越來越大。當(dāng)前，絕大多數(shù)船舶主電站的電壓等級為三相交流400 V、440 V或690 V，采用放射式配電方式。面對功率日益增大的船舶電網(wǎng)，主電站若采用常規(guī)的低電壓等級，難以滿足電力系統(tǒng)的大功率需求。

在同等功率時，低壓電氣設(shè)備的體積與重量要比高壓電氣設(shè)備大得多，低電壓輸送電力所需要的電纜截面、短路電流、電壓降都要比高電壓大很多倍。在主電站功率較大時，若采用低壓供配電，不僅大量的低壓電纜不易敷設(shè)，而且低壓斷路器在短路條件下的分?jǐn)嗄芰σ搽y以滿足要求。如果主電站功率在10 MW以上，各種負(fù)面影響會更加突出。

由此可見，船舶電力系統(tǒng)采用高壓供配電，不僅能滿足大功率的要求，還能節(jié)能降損，提高電壓質(zhì)量。但是，選擇船電高壓系統(tǒng)的中性點接地方式以及高壓裝置的防誤操作值得探討。

1 船電高壓系統(tǒng)中性點接地方式

設(shè)計船舶主電站時若選用高壓裝置時，應(yīng)注意選擇中性點的接地方式。目前，對船電高壓系統(tǒng)中性點的接地方式無強制性規(guī)定。在GB 13031—1991《電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統(tǒng)》中，第4.3.1條對船舶高壓配電系統(tǒng)允許選用“三相三線中性點絕緣系統(tǒng)”或“三相三線中性點接地系統(tǒng)”，但第4.3.4.1條規(guī)定“變壓器高壓側(cè)的中性點不應(yīng)接地”。

三相三線中性點絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地電流僅為線路及設(shè)備的電容電流，每公里6～10 kV金屬鎧裝三相電力電纜的電容電流一般不超過1.8 A。按照高壓規(guī)程規(guī)定，中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，允許暫時繼續(xù)運行2 h。這就足以有時間來排除接地故障，所以供電連續(xù)性最好。如果操作者萬一觸碰到單相帶電導(dǎo)體，觸電的后果也小得多。

船舶規(guī)范規(guī)定從高壓電網(wǎng)通過變壓器供電的低壓電網(wǎng)，應(yīng)對由于初級和次級繞組間的絕緣故障所致的過電壓進行保護，提出“可借助低壓系統(tǒng)中點接地或者使用適當(dāng)?shù)闹悬c限壓裝置來實現(xiàn)”。據(jù)此，當(dāng)主電站選用高壓供電時，可將配電變壓器高壓側(cè)選用三相三線對船體絕緣系統(tǒng)，例如三角形接線，對其低壓側(cè)選用三相三線中性點接地系統(tǒng)，即星形中性點接地，變壓器聯(lián)結(jié)組別標(biāo)號為Dyn11，屬于大接地電流系統(tǒng)，Dyn11聯(lián)結(jié)組別還有利抑制3次諧波。由于低壓側(cè)繞組中性點直接接地，當(dāng)變壓器初次級繞組間發(fā)生絕緣故障時，限制了低壓電網(wǎng)發(fā)生過電壓，并能發(fā)出高壓單相接地報警信號。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生接地短路故障時，保護裝置能瞬時動作，使開關(guān)跳閘，以利于迅速消除故障。

2 船電高壓系統(tǒng)中性點接地的不可行性

船舶規(guī)范要求“油船、化學(xué)品船、液化氣運輸船的交流配電系統(tǒng)一般不允許采用以船體為回路和無船體回路的中性點接地系統(tǒng)”，而且要求“其他船舶如采用中性點接地系統(tǒng)時，高壓中性點接地線中必須有一電阻或其他限流裝置，使故障時接地故障電流限至連接至配電板的最大發(fā)電機的滿載電流；然而，接地故障電流不應(yīng)小于接地故障監(jiān)測器最小閾電流的3倍”。船舶建造規(guī)范還要求應(yīng)對具有中性點限流接地的裝置采取措施，以確保接地故障輸出的選擇性斷開。對地聯(lián)接應(yīng)通過限流裝置接地并帶有分?jǐn)嘌b置等有關(guān)要求。這些規(guī)定使設(shè)計和安裝都比較復(fù)雜，還會由此額外增加相關(guān)設(shè)備的費用和安裝位置。

從圖3可知，如果船舶高壓電站的高壓側(cè)采用三相三線中性點接地系統(tǒng)，在接取6～10 kV三相高壓岸電電源后，便會引起岸電相關(guān)電網(wǎng)的繼電保護裝置動作。因此，船電高壓裝置若采用三相三線中性點接地系統(tǒng)接取岸電不具有可行性。

3 船電高壓供配電裝置的防誤操作

船電高壓供配電裝置的安全性十分重要。船舶規(guī)范要求抽出式開關(guān)裝置應(yīng)可鎖定在工作位置，安裝在工作位置和斷開位置的裝置均為有效的機械連鎖裝置，即使當(dāng)匯流排帶電時也能安全地進行功能測試和維護。

根據(jù)各船級社的有關(guān)要求與岸電高壓系統(tǒng)防止誤操作的經(jīng)驗，結(jié)合對多艘船舶高壓電力系統(tǒng)的設(shè)計與實踐，總結(jié)為防誤操作規(guī)程共八條，簡稱“八防”功能。高壓開關(guān)設(shè)備是手動操作或是電動操作，高壓金屬封閉式配電柜是可移開式或是固定式，均應(yīng)在接通和斷開兩個位置裝設(shè)機械閉鎖與電氣互鎖，實現(xiàn)“八防”功能。

(1)防止誤合斷路器(含負(fù)荷開關(guān)、接觸器)。只有在相關(guān)的隔離開關(guān)合閘后或相關(guān)的隔離觸頭插入后，在工作位置的斷路器才能合閘；如果是移開式開關(guān)裝置，斷路器的可移開部件才可以插入，否則被閉鎖無法操作。

(2)防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)或隔離觸頭。隔離開關(guān)或隔離觸頭應(yīng)聯(lián)鎖得只有在斷路器切斷后才能接通或斷開。當(dāng)斷路器在合閘狀態(tài)時，相關(guān)的隔離開關(guān)或隔離觸頭被閉鎖，無法接通或斷開，只有當(dāng)相關(guān)的斷路器在分閘后才能接通或斷開；如果是移開式開關(guān)裝置，斷路器的可移開部件在試驗位置或完全拉出后，相關(guān)的隔離開關(guān)或隔離觸頭才能接通或斷開。

(3)防止帶電合接地開關(guān)。斷路器、隔離開關(guān)與相關(guān)的接地開關(guān)之間應(yīng)加裝互鎖。在合閘狀態(tài)時，接地開關(guān)被閉鎖無法合閘。如果是移開式開關(guān)裝置，只有當(dāng)可移開部件在試驗位置或完全拉出時，接地開關(guān)才能合閘。

(4)防止帶接地線送電。在接地開關(guān)未分閘前，斷路器被鎖住無法合閘。如果是移開式開關(guān)裝置，只有當(dāng)接地開關(guān)處在分閘位置時，可移開部件才能推入到工作位置。

(5)防止誤入帶電間隔。只有當(dāng)高壓隔室的元器件不帶電并且已接地的情況下，隔室的門、蓋板才能開啟。高壓配電板上需裝設(shè)高壓帶電顯示閉鎖裝置，高壓有電時發(fā)出燈光指示并閉鎖電纜室的門無法打開。當(dāng)斷路器在合閘狀態(tài)時，開關(guān)柜各隔室的門被閉鎖無法打開；通向接近高壓隔室的門應(yīng)聯(lián)鎖使其只有在接地開關(guān)合閘后才能打開。移開式開關(guān)裝置的固定觸頭，在抽出時其帶電的觸頭部件應(yīng)自動被擋板遮蓋或者只有在其已被遮蓋后，才可能完全拉出。

(6)防止輔助回路開路。手車式配電柜應(yīng)防止手車在工作位置時拔除二次插頭；斷路器只有在與自動分閘相關(guān)的輔助回路都已接通時，才可以在工作位置合閘。相反地，斷路器在工作位置處于合閘狀態(tài)時，輔助回路不能被斷開。

(7)防止輔助電源失電。對于高壓裝置的控制、操作等輔助電路的供電，應(yīng)設(shè)有兩個獨立的不間斷電源：如果這些不間斷電源中有一個損壞，則剩下的裝置應(yīng)能對所有的配電板區(qū)段供電，應(yīng)自動地向備用電源轉(zhuǎn)換，且發(fā)出報警。一個不間斷電源應(yīng)從應(yīng)急配電板饋電，而另一不間斷電源應(yīng)從主配電板饋電；如果輔助電路是直流電源，一個不間斷電源應(yīng)從充放電板饋電，另一個不間斷電源應(yīng)從應(yīng)急配電板饋電。

(8)防止船電與岸電并網(wǎng)。對船舶停泊時需要由高壓岸電提供電源的電站，應(yīng)將主配電板上的岸電聯(lián)絡(luò)開關(guān)與各發(fā)電機主開關(guān)進行互鎖，以防止將船電與岸電并網(wǎng)；如果允許短暫并網(wǎng)轉(zhuǎn)移負(fù)載的系統(tǒng)，需裝設(shè)逆功率保護。

上述“八防”功能中，大多為機械方式進行閉鎖。有些可以利用開關(guān)的輔助觸頭或位置開關(guān)的觸頭在控制回路中設(shè)置電氣互鎖。為防止誤入帶電間隔和誤開柜門，可利用帶電顯示器配置電磁鎖將門鎖住，從而有效地杜絕在任何形式下可能發(fā)生的誤操作。

4 結(jié)語

船舶高壓配電系統(tǒng)允許選用三相三線中性點絕緣系統(tǒng)或三相三線中性點接地系統(tǒng)，在理論上可行，在實際應(yīng)用還存在困難。通過理論和實際兩方面分析研究后發(fā)現(xiàn)，船舶高壓電站的高壓發(fā)電機與主變壓器高壓側(cè)均宜采用三相三線中性點絕緣系統(tǒng)，這也符合岸電電網(wǎng)系統(tǒng)的實際狀況。船舶高壓配電系統(tǒng)和岸電(3～10 kV電力系統(tǒng))的中性點運行方式保持一致，有利于船舶停靠港口時接取岸電電源。

高壓裝置的優(yōu)點雖然很多，但對安全的要求也很高，應(yīng)當(dāng)把“八防”功能作為強制性要求。

[1] 國家技術(shù)監(jiān)督局.電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統(tǒng):GB13031—1991[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992：2-3.

[2] 中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 法國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范[M].上海：上海科學(xué)普及出版社，2002.

[4] 周洋.三相系統(tǒng)中相電壓不平衡及電壓降計算[C]//1990年江蘇省造船工程學(xué)會論文集.南京：江蘇省造船工程學(xué)會，1990.

[5] 周洋，王德義.船舶高壓電力裝置的安全防護[C]//1993年江蘇省造船工程學(xué)會論文集.南京：江蘇省造船工程學(xué)會，1993.

U665.14

A

2017-05-27

溫莉(1979—)，女，碩士，工程師，從事船電工程設(shè)計。