小型船舶電站系統(tǒng)調(diào)試及系泊試驗(yàn)

左鼎 李超 柏君勵 王杰 吳漢波

摘 要：電站系統(tǒng)是船舶最主要的系統(tǒng)之一，電站系統(tǒng)的調(diào)試試驗(yàn)是系泊試驗(yàn)的重要內(nèi)容。本文根據(jù)船舶電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合某小型船舶電站系統(tǒng)調(diào)試和系泊試驗(yàn)中遇到的問題，詳細(xì)論述了電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作、試驗(yàn)流程、試驗(yàn)方法和注意事項(xiàng)，供相關(guān)技術(shù)人員參考，以確保電站系統(tǒng)試驗(yàn)順利進(jìn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足試驗(yàn)冊及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

關(guān)鍵詞：船舶電站;系泊試驗(yàn);穩(wěn)態(tài)特性;瞬態(tài)特性;電站監(jiān)控

中圖分類號：U665.12? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0062-04

船舶電站系統(tǒng)[1]包括柴油發(fā)電機(jī)組、主配電系統(tǒng)和電站監(jiān)控裝置等，是船舶的電力來源，為船上電氣設(shè)備提供電源。在系泊試驗(yàn)階段需進(jìn)行電站系統(tǒng)的調(diào)試及試驗(yàn)[2]，尤其是對于新設(shè)計(jì)的船型，若電站系統(tǒng)上船前未進(jìn)行聯(lián)調(diào)，則調(diào)試期間可能出現(xiàn)各種故障、問題[3-4]。通過對電站系統(tǒng)的調(diào)試，確保各設(shè)備間接口正確、信號暢通，保證發(fā)電機(jī)組及電站監(jiān)控設(shè)備工作的可靠性、穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，為船舶供電質(zhì)量和航行安全提供保障。

某小型新研船舶配置2臺額定功率為90kW、額定電壓為390V的三相交流無刷同步發(fā)電機(jī)，電站系統(tǒng)部分設(shè)備為新研產(chǎn)品，各設(shè)備上船前未進(jìn)行聯(lián)調(diào)。本文結(jié)合該船的電站系統(tǒng)調(diào)試及系泊試驗(yàn)，詳細(xì)論述調(diào)試試驗(yàn)的流程和方法。同時，對調(diào)試過程中可能存在的故障問題進(jìn)行簡要的探討和分析，以供相關(guān)人員參考。

1試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

系泊試驗(yàn)前，由試驗(yàn)牽頭單位組織召開船舶電站系泊試驗(yàn)協(xié)調(diào)會，明確試驗(yàn)的流程、職責(zé)分工、站位安排等。技術(shù)人員進(jìn)行試驗(yàn)技術(shù)交底，專職安全管理人員宣講試驗(yàn)過程中的安全注意事項(xiàng)及應(yīng)急預(yù)案等。

同時還應(yīng)做好下列準(zhǔn)備工作：

（1）技術(shù)資料準(zhǔn)備。主要包括：電力一次、電力二次、電站監(jiān)控、直流供電電氣系統(tǒng)圖和相應(yīng)接線圖，柴油發(fā)電機(jī)組、主配電板、電站監(jiān)控裝置、蓄電池和自動充放電裝置等設(shè)備（或系統(tǒng)）的技術(shù)、使用和維修說明書、試驗(yàn)冊等;

（2）調(diào)試儀表準(zhǔn)備。準(zhǔn)備試驗(yàn)用儀器及設(shè)備（萬用表、兆歐表、相序表、轉(zhuǎn)速表、秒表、干式負(fù)載電阻箱等）;

（3）調(diào)試前檢查。電工檢查發(fā)電機(jī)組、主配電板、電站監(jiān)控等設(shè)備安裝，保證設(shè)備安裝牢固;參照接線圖檢查電氣設(shè)備之間的接線;銘牌、標(biāo)牌等完整性檢查、相序一致性檢查、接地檢查、熱繼電器整定值檢查等。鉗工確保燃油、機(jī)油、冷卻水、排氣管路清潔、暢通。管路必須排列有序、連接牢固、密封可靠。

2系泊試驗(yàn)過程

船舶電站系泊試驗(yàn)包括絕緣電阻測量、機(jī)組安全保護(hù)及監(jiān)測報警、機(jī)組負(fù)載試驗(yàn)、機(jī)組調(diào)壓特性試驗(yàn)、電站試驗(yàn)等。

2.1絕緣電阻測量

絕緣電阻測量分為冷態(tài)絕緣電阻測量和熱態(tài)絕緣電阻測量。冷態(tài)絕緣電阻在試驗(yàn)前測量，熱態(tài)絕緣電阻在試驗(yàn)結(jié)束后測量。

系泊試驗(yàn)開始后，設(shè)備運(yùn)行前應(yīng)測量主要電氣設(shè)備的冷態(tài)絕緣電阻。用兆歐表（500V）測量發(fā)電機(jī)組（發(fā)電機(jī)組定子繞組、發(fā)電機(jī)組防冷凝加熱器、輔機(jī)淡水預(yù)熱裝置、機(jī)油預(yù)供泵電動機(jī)、機(jī)旁控制箱等）、主配電板（匯流排對地及匯流排之間）和干式負(fù)載箱的冷態(tài)絕緣電阻。其中，發(fā)電機(jī)測量冷態(tài)絕緣電阻前控制器電源必須斷開，電機(jī)繞組應(yīng)全部放電，對地電位相同的電路應(yīng)相連，對地電位不同的電路應(yīng)斷開。若發(fā)現(xiàn)冷態(tài)絕緣電阻值（20℃時，冷態(tài)絕緣電阻≥2MΩ）過低，應(yīng)接通電加熱器開關(guān)，加熱繞組、驅(qū)除潮氣、提高絕緣，保證絕緣電阻值滿足規(guī)范要求后才能開展下一步試驗(yàn)。

在測量冷態(tài)絕緣電阻時，需重點(diǎn)關(guān)注干式負(fù)載電阻箱的冷態(tài)絕緣電阻值。通常，干式負(fù)載電阻箱是露天存放在躉船上，如果受潮或雨淋將導(dǎo)致干式負(fù)載電阻箱的冷態(tài)絕緣電阻降低或?yàn)榱悖荒軡M足系泊試驗(yàn)要求。因此，干式負(fù)載電阻箱在試驗(yàn)過程中，既要打開散熱蓋及時充分散熱，又要做好防雨防潮措施，防止干式負(fù)載電阻箱的冷態(tài)絕緣電阻降低。

2.2機(jī)組安全保護(hù)及監(jiān)測報警試驗(yàn)

絕緣電阻測試完畢后，進(jìn)行機(jī)組安全保護(hù)及監(jiān)測報警試驗(yàn)。

柴油發(fā)電機(jī)組安全保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下報警功能：機(jī)組超速保護(hù)、滑油壓力過低、緊急停車（機(jī)旁）、緊急停車（主配電板）、發(fā)電機(jī)繞組溫度過高、滑油壓力低、冷卻水溫高7個報警點(diǎn)。

柴發(fā)機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下報警功能：冷卻水溫度高、機(jī)油溫度高、機(jī)油壓力低、燃油泄漏、蓄電池電壓低、淡水壓力低、機(jī)油壓力過低和超速報警停機(jī)8個報警點(diǎn)。

除緊急停車試驗(yàn)需在發(fā)電機(jī)起機(jī)的工況下進(jìn)行外，其它安全及監(jiān)測報警試驗(yàn)均在停機(jī)工況下通過短接接線和使用模擬方法（壓力傳感器校驗(yàn)儀、PTC溫度控制器等）實(shí)現(xiàn)上述故障報警。開關(guān)量直接用短接和斷開線路進(jìn)行模擬。部分模擬量直接修改采集參數(shù)進(jìn)行模擬。當(dāng)出現(xiàn)故障報警時，能在發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制箱發(fā)出聲光報警，并同步在主配電板發(fā)出聲光報警及電站監(jiān)控裝置顯示屏上顯示報警信息。當(dāng)測量值超過規(guī)定值范圍時，需檢查排除故障。進(jìn)行此試驗(yàn)時，須有設(shè)備廠家技術(shù)人員配合完成相關(guān)工作，如有故障，需及時查清原因并排除故障。

2.3機(jī)組負(fù)載及并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)

安保及監(jiān)測報警試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)組帶載試驗(yàn)。試驗(yàn)采用干式負(fù)載電阻箱（最大負(fù)載4500kw）作為負(fù)載。將干式負(fù)載電阻箱通過電纜連接到主配電板匯流排，將電阻箱信號線連接至筆記本電腦，通過電腦軟件控制負(fù)載加減操作及功率因數(shù)設(shè)置。

準(zhǔn)備工作完成后，開始進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)單機(jī)帶載試驗(yàn)。分別給1、2號發(fā)電機(jī)組依次加25%、50%、75%、100%、110%負(fù)載，各個負(fù)載工況下，記錄滑油溫度及壓力、冷卻水溫度、排氣溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)值。在調(diào)節(jié)負(fù)載值時，應(yīng)平穩(wěn)緩慢有規(guī)律調(diào)整，不應(yīng)跨度過大，且不得跳躍加載，避免損壞柴油發(fā)電機(jī)。其中，25%、50%、75%負(fù)載需各運(yùn)行10分鐘，100%負(fù)載需運(yùn)行4小時，110%負(fù)載需運(yùn)行1小時。帶載試驗(yàn)過程宜連續(xù)進(jìn)行，不間斷，以檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時各項(xiàng)性能參數(shù)的可靠性和穩(wěn)定性。100%負(fù)載結(jié)束后，應(yīng)測量發(fā)電機(jī)各部分的熱態(tài)絕緣電阻值。當(dāng)出現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值相差太大時，或者負(fù)載脫落時，應(yīng)立即停機(jī)檢查，查找原因，排除故障，重新進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。

試驗(yàn)中，電流會由滯后變?yōu)槌埃藭r，功率因數(shù)由感性變?yōu)槿菪浴楸ＷC電流的滯后狀態(tài)，應(yīng)調(diào)整主配電板的調(diào)壓器，使功率因數(shù)維持在0.8左右（滯后）。

單機(jī)負(fù)載試驗(yàn)結(jié)束后，在保證試驗(yàn)結(jié)果正常的情況下，進(jìn)行發(fā)電機(jī)組并車試驗(yàn)，以20%額定負(fù)載為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過負(fù)載控制軟件調(diào)節(jié)并聯(lián)機(jī)組的負(fù)載，使有功功率和無功功率分配基本一致，均功后不允許進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，然后單方向改變負(fù)載，20%→50%→75%→100%→75%→50%→20%，保持負(fù)載功率因數(shù)為0.8左右，運(yùn)轉(zhuǎn)一定時間，測量并記錄每臺發(fā)電機(jī)的有功功率、電壓、功率因數(shù)、電流和頻率。有功功率及無功功率的分配需滿足試驗(yàn)要求。

2.4機(jī)組調(diào)壓特性試驗(yàn)

機(jī)組負(fù)載試驗(yàn)結(jié)束后，保證試驗(yàn)結(jié)果符合要求的情況下，進(jìn)行機(jī)組調(diào)壓特性試驗(yàn)。機(jī)組調(diào)壓特性試驗(yàn)分為穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率和瞬時電壓調(diào)整率。

2.4.1機(jī)組穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率及電壓調(diào)整率的測定

通過穩(wěn)態(tài)調(diào)速率的檢查，確定機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率范圍。柴油發(fā)電機(jī)組在調(diào)定的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率下穩(wěn)定運(yùn)行，在額定負(fù)載時通過調(diào)節(jié)主配電板的電位器將電壓整定為額定電壓，保持功率因數(shù)0.8（滯后），調(diào)節(jié)負(fù)載控制軟件使機(jī)組負(fù)載從額定負(fù)載到空載（按照100%→75%→50%→20%→0順序調(diào)節(jié)負(fù)載），再從空載到額定負(fù)載（按照0→25%→50%→75%→100%順序調(diào)節(jié)負(fù)載），單方向緩慢變化，其測點(diǎn)不少于5點(diǎn)，并包括25%額定負(fù)載點(diǎn)，記錄各點(diǎn)的負(fù)載，電流、電壓和頻率值。在功率因數(shù)0.8（滯后）時，測量各個測點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電壓波動率。試驗(yàn)結(jié)果中穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率|δu|≤2%，且所有機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率基本一致;穩(wěn)態(tài)電壓波動率應(yīng)不超過平均電壓的±0.5%。注意：功率因數(shù)為0.6（滯后）、0.9（滯后）時，額定負(fù)載需重新計(jì)算。具體計(jì)算方法為：通過功率因數(shù)0.8（滯后）時的額定功率P（此功率為有功功率，值為90kW）計(jì)算出視在功率S，視在功率S為112.5 kW。功率因數(shù)為0.6（滯后）時，用視在功率S乘以相應(yīng)的功率因數(shù)得到額定負(fù)載為67.5kW;功率因數(shù)為0.9（滯后）時，用視在功率S乘以相應(yīng)的功率因數(shù)得到額定負(fù)載為101.25kW。然后按照功率因數(shù)0.8（滯后）時的試驗(yàn)步驟分別重復(fù)上述測試。

2.4.2瞬時電壓調(diào)整率測定及恢復(fù)時間測定

在機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率測定后，開始進(jìn)行瞬時電壓調(diào)整率測定試驗(yàn)。將柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速（1500r/min）和接近額定電壓（UN為390V）的空載狀態(tài)下，施加一個功率因數(shù)不超過0.4（滯后）、阻抗標(biāo)幺值為2的三相平衡負(fù)載（額定功率為90 kW的三相交流無刷同步發(fā)電機(jī)，經(jīng)計(jì)算可得，施加的電流為100A，施加的負(fù)載為27kW），調(diào)節(jié)負(fù)載控制軟件，輸入負(fù)載為27kW，待機(jī)組帶載運(yùn)行穩(wěn)定后突卸該負(fù)載，記錄三相電壓和相電流的變化，記錄時間不少于10s。為減少單次試驗(yàn)帶來的誤差，對瞬時電壓調(diào)整率測定試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行3次，記錄試驗(yàn)結(jié)果并求取平均值。試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)結(jié)果需滿足以下要求：發(fā)電機(jī)輸出端的電壓跌落突加該負(fù)載時，最低不超過-14%UN，突卸負(fù)載時，最高不超過+20%UN;電壓恢復(fù)并保持與最終額定電壓的偏差±1% UN（或3% UN）以內(nèi)，所需時間不超過1s（或設(shè)定的0.75s）

2.5電站監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)

電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有：手動、半自動、自動三種控制方式，在主配電板上設(shè)置控制方式轉(zhuǎn)換面板，對控制方式進(jìn)行選擇。控制方式的優(yōu)先順序?yàn)椋菏謩?gt;半自動>自動，系統(tǒng)發(fā)生故障時，不應(yīng)影響手動功能。電站監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)包括半自動控制功能試驗(yàn)、調(diào)頻調(diào)載試驗(yàn)和自動控制方式試驗(yàn)。

2.5.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

在試驗(yàn)之前，由電站監(jiān)控裝置設(shè)備廠家技術(shù)人員根據(jù)接口協(xié)議，調(diào)試電站監(jiān)控裝置的程序，使得電站監(jiān)控裝置、主推進(jìn)監(jiān)控裝置延伸報警箱和駕控臺監(jiān)視屏之間能夠同步接收和顯示安全及監(jiān)控報警信號、發(fā)電機(jī)組參數(shù)信息等。

用兆歐表（量程500V）測量電站監(jiān)控裝置的電源輸入端與地的冷態(tài)絕緣電阻和熱態(tài)絕緣電阻，其阻值均應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。檢查各報警點(diǎn)報警的正確性和可靠性，檢查各測量點(diǎn)的測量精度，電壓、電流、功率的測量精度不大于滿量程的±2.5%，其他模擬量精度為1%。

2.5.2半自動控制功能試驗(yàn)

在各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求后，開始進(jìn)行半自動控制功能試驗(yàn)，將發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制箱的控制位置選擇開關(guān)置于“遙控”處，主配電板上的控制方式的選擇開關(guān)置于“半自動”位置，通過發(fā)電機(jī)組操縱面板（安裝于主配電板）上的按鍵人工手動進(jìn)行啟動、合閘、分閘、停機(jī)等控制試驗(yàn)，檢查控制功能的正確性和可靠性。

2.5.3調(diào)頻調(diào)載試驗(yàn)

半自動控制試驗(yàn)完成后，進(jìn)行調(diào)頻調(diào)載試驗(yàn)。在負(fù)載控制軟件上設(shè)置功率因數(shù)為0.8（滯后），額定功率為90kW，負(fù)載值設(shè)定順序?yàn)?0%、50%、75%、100%、75%、50%、20%，除100%負(fù)載運(yùn)行10分鐘外，其他負(fù)載運(yùn)行5分鐘。試驗(yàn)過程中記錄各機(jī)組的有功功率、頻率和功率因數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果需滿足下列要求：單機(jī)運(yùn)行時，穩(wěn)頻精度為50±0.5Hz;雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，有功分配精度≤±5%Pe，穩(wěn)頻精度為50±0.5Hz。

2.5.4自動控制方式試驗(yàn)

試驗(yàn)時，將發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制箱的控制位置選擇開關(guān)置于“遙控”處，主配電板上的控制方式的選擇開關(guān)置于“自動”位置。自動控制方式，指系統(tǒng)通過電站監(jiān)控軟件對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行自動控制，對機(jī)組的狀態(tài)變化及故障進(jìn)行自動處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動運(yùn)行。自動控制方式試驗(yàn)包括自動起動及自動解列和停車兩項(xiàng)試驗(yàn)。

（1）柴油發(fā)電機(jī)組自動起動。當(dāng)電網(wǎng)失電時，電站監(jiān)控系統(tǒng)將起動全部備用機(jī)組，先建壓（大于額定電壓的85%，頻率為50±0.5Hz）機(jī)組投網(wǎng);當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增加至在網(wǎng)柴油發(fā)電機(jī)組額定總功率的90%，且持續(xù)30秒時，電站監(jiān)控系統(tǒng)將起動備用機(jī)組自動投網(wǎng);當(dāng)機(jī)組發(fā)生一類故障時，電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并立即對故障機(jī)組解列、停車，同時自動起動并投入備用機(jī)組;當(dāng)機(jī)組發(fā)生二類故障時，電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，同時自動起動并投入備用機(jī)組，故障機(jī)組自動進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移、解列和停車;具有三次起動功能，機(jī)組起動指令的發(fā)出不超過三次，當(dāng)三次起動均未成功時，送出起動失敗信號并鎖止再次起動。

（2）柴油發(fā)電機(jī)組自動解列和停車。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷減小至在網(wǎng)機(jī)組30%Pe以下時，指定機(jī)組能自動解列，并延時1min 停車;在系統(tǒng)執(zhí)行功率減機(jī)功能前，可通過控制方式轉(zhuǎn)換面板上“1#優(yōu)先減機(jī)”按鈕指定1#柴油發(fā)電機(jī)組優(yōu)先解列，系統(tǒng)默認(rèn)2#機(jī)組優(yōu)先減機(jī)。機(jī)組解列時，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)移至10%Pe以下發(fā)出分閘信號;機(jī)組解列時，若電網(wǎng)總負(fù)載又大于在網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的90%Pe，則自動取消解列指令，并重新進(jìn)入調(diào)頻調(diào)載;在解列過程中，除一類故障外，均能平滑的轉(zhuǎn)移負(fù)荷。

3 系泊試驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)不得安排燒焊、切割、打磨、涂刷油漆等影響試驗(yàn)的工作;

（2）在參試設(shè)備周圍安放固定的、明顯的安全警示標(biāo)志，并在試驗(yàn)過程中有專人看護(hù)，禁止非相關(guān)人員的接近;

（3）試驗(yàn)前，電工操作人員需提前進(jìn)行干式負(fù)載控制軟件的培訓(xùn)，確保試驗(yàn)順利進(jìn)行;

（4）設(shè)備接線、維修及保養(yǎng)需在停機(jī)、斷電的情況下進(jìn)行，嚴(yán)禁帶電操作;

4 結(jié)語

本文對船舶電站系泊試驗(yàn)的流程、方法進(jìn)行詳細(xì)論述，對試驗(yàn)過程中的常見問題和注意事項(xiàng)進(jìn)行分析和探討，以供相關(guān)人員參考和借鑒。對于新設(shè)計(jì)研發(fā)的船型，在開展系泊試驗(yàn)前還需重點(diǎn)開展各設(shè)備間的對接接口檢查，以確保接口間通信暢通、信號傳遞無誤。

參考文獻(xiàn)：

[1]何首賢.邢迎春.船舶電站供配電系統(tǒng)的研究[J].中國水運(yùn).2013/07.

[2]陳玉華.船舶電站系泊調(diào)試[J].船舶機(jī)電設(shè)備.2012/01：58～62.

[3]李騰騰.船舶電站系統(tǒng)管理及故障排除[J].中國水運(yùn).2021/08.

[4]楊冬.船舶電站并車與故障探討[J].中國水運(yùn).2010/03.