1000t海監船電源改造方案

邱淑會　劉欣宇　張登明　張峰　朱慧敏

摘? ? 要：本文主要介紹了原遼寧1000t海監船改裝為中美洲某國多用途巡邏船的電源改造方案。對電力系統、變頻電源選型及相關主干電纜拉敷進行分析比較，最終形成完整的改造方案，解決了電制不同的問題，保證船只的正常交付。

關鍵詞：電制;變頻電源;改裝

中圖分類號：U665.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： This paper mainly introduces the power supply transformation scheme of Liaoning 1000-ton marine surveillance ship. Through the analysis and comparison of power system， frequency conversion power supply selection and related trunk cable laying， a complete set of transformation scheme is finally formed to solve the problems of different power systems， and finally ensure the normal delivery of ship.

Key words： Power system ;Variable frequency power supply; Refit

1? ? ?前言

隨著近年來研發投入的不斷增加，公司的集裝箱船、挖泥船、海洋工程船發展迅速并遠銷海內外。由于特定的歷史原因，公司的公務船建造僅立足于國內政府部門，隨著公司規模不斷的壯大，公司希望公務船也能在國際市場上有所突破，打造黃埔文沖公務船在國際市場的知名度。

中美洲某國與我公司簽訂了一艘多用途巡邏船供應合同。這是公司首次承接國內公務船轉軍貿船的改裝任務，將為公司公務船進入國際市場開辟一條新的道路，并在中美洲公務船市場上取得突破，獲得更多的國外公務船訂單。

簽訂的改裝船原為遼寧1 000 t海監船，該船使用的是AC380 V/220 V? 50 Hz三相交流電，但中美洲某國使用的是AC440 V/110 V? 60 Hz三相交流電，兩國供電電制差異性較大。在船舶?？看a頭使用岸電時，若將該國AC440 V 60 Hz的岸電電源直接應用在該船上，電壓和頻率的偏差已超過國家規定的允許值，對船上電感性負載或電容性負載有較大影響，因此供電電制不匹配問題需要解決。

2? ? 原船電制和供電系統

2.1? 供電系統

交流三相回路采用三相三線絕緣系統;交流單相回路采用雙線絕緣系統;直流回路采用雙線絕緣系統。

除儀表互感器次級繞組接地、抑制無線電干擾的電容接地，以及特制設備要求接地之外，全船所有系統都對地絕緣。

2.2? ?電制

主電源及配電系統的電制，見表1。

由表1可知：本船使用的是50 Hz 380/220 V電壓的供電電源，與國內岸電供電電源電制一致;但中美洲某國使用的是440/110 V60 Hz的供電電源，供電電制差異性較大。若440 V60 Hz的電源直接應用在該船上，穩態電壓波動率（440-380）/380=+15.8%，超過規范規定的穩態電壓波動率+6%～-10%的范圍;穩態頻率波動率（60-50）/50=+20%，超過規范規定的穩態頻率波動率±5%的范圍。

電壓超差可能導致用電設備燒毀;頻率超差對電感性負載或電容性負載有較大影響，不能滿足船舶靠岸時的用電需求。因此，供電電制不匹配問題需要解決。

3? ? ?解決電制不匹配的方法

3.1? ?方案一：原船所有電氣設備更換為國外電氣設備

由于輸入電源與原船設備電制不匹配，將原船設備均改為符合中美洲某國電制的國外設備，即發電機、電控箱、燈具、插座、廣播、天線等電氣設備均改為440 V 60 Hz和110 V 60 Hz的國外設備。

此方法可以解決電制不匹配問題，但工程量浩大且工期過長，不可采取。

3.2? ?方案二：原船增加一個變頻電源

電源不匹配問題，不能修改末端電氣設備，那就需要修改起始端設備，即在輸入端與輸出端之間增加一個變頻電源。該設備作為一個中間設備，輸入是中美洲某國AC440 V/110 V? 3φ 60 Hz三相交流電，輸出為與原船設備相匹配的380/220 V 3φ 50 Hz三相交流電，這樣就可以解決此問題，又避免了大量修改。

4? ? 船岸變頻轉換設備選型

船岸變頻轉換設備選型，需對原船設備安裝位置、尺寸、功率匹配、散熱和環境等條件進行對比研究，對市場上主要的變頻轉換設備進行選型研究。

4.1? ?變頻電源裝置安裝位置的選取

變頻電源作為電源中間轉換裝置，它的布置位置需要方便輸入和輸出端使用。經過調研和論證分析，并與設計院、船東溝通，最終位置選在首樓甲板的專用儲藏室。此房間左邊通道布置有岸電電纜卷車，方便AC440 V/110 V? 3φ 60 Hz三相交流岸電的輸入;同時，此房間甲板底部跨越在岸電配電室和No.1空調器室之間，對于原船需要的380/220 V? 3φ 50 Hz三相交流電的輸出也方便。

4.2? ?變頻電源裝置的選型

4.2.1 變頻電源容量計算

本船原設備及船東增加設備后，停泊工況下全船電力負荷表，如表2所示。根據表2，選用300 kVA變頻電源。

4.2.2變頻設備選型

綜合各廠商主流設備技術特點，變頻設備選型對比分析見表3。

綜合以上三款變頻電源裝置的設備組成、特點及所需要的安裝位置等因素，ABB公司和博奧斯公司所提供的設備均需其它設備組合后才能使用，而實船布置空間有限，無法留出足夠空間布置以上設備;并且其供貨周期較長，無法滿足周期需求。因此，我們最終選用江蘇常熟瑞特電氣股份有限公司生產的300 kV大功率變頻電源。

4.2.3? 江蘇常熟瑞特公司變頻電源系統

300 kV變頻電源系統采用IGBT逆變技術及數字化處理技術，將440 V/60 Hz三相電能變換為380 V/50 Hz三相電能。系統主要由輸入交流電抗器、進口專用變頻器、正弦波濾波器、隔離輸出變壓器、輸出電量檢測單元及相關儀表等組成，如圖1所示。

（1）C濾波器屬于進線側電抗器，主要作用是抑制進線電源的網側諧波，增大進線電源主回路的短路阻抗;

（2）專用變頻器選用VACON偉肯公司生產的NXP系列變頻器，通過變頻器將輸入3P AC440 V 60 Hz電源轉換為3P AC380 V 50 Hz;

（3）正弦濾波器為一種選頻裝置，可以使信號中設定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率的成分。通過濾波器減少專用變頻器輸出的電源中的雜波成分，提高電力品質;

（4）隔離變壓器的作用為電氣隔離變頻器和負載側，避免負載側的故障引起變頻器損壞;

（5）PI調節器根據輸出端的電壓和頻率，調整變頻器系統與設定之間的偏差，實行閉環控制。

該系統是專門針對船舶、岸邊碼頭等高溫、高濕、高腐蝕性、大負荷沖擊等惡劣使用環境而設計的大功率變頻電源系統，技術較為成熟，其尺寸滿足實船安裝布置要求;其電源采用世界知名品牌偉肯公司的風冷變頻器，采用DSP數字化控制技術、新型IGBT逆變及光纖驅動技術，以易操作、高可靠、高效率為設計目標，能滿足船舶、船舶制造及修理廠、遠洋鉆井平臺、岸邊碼頭等需要電源電壓頻率變換場合的供電需要。主要技術指標，見表4。

5? ? 相關電纜的優化

在解決電制的同時，根據船東要求增加一些其它大功率設備，如更換大功率電纜絞車、廚房設備更換、增加水紋絞車等，導致岸電容量增加，相關設備也需作相應修改：

（1）船上原有的2根3X70從主配電板到岸電箱的電力電纜，可承受最大功率166.3 kW，小于停泊工況下岸電所需功率205.87 kW，需在原有的基礎上再增加一根3X70的電力電纜以滿足使用要求;

（2）原岸電箱和主配電板的岸電開關容量均為250 A，可承受最大功率131.6 kW，小于停泊工況下岸電所需功率205.87 kW，需將岸電箱和主配電板的岸電開關改為400 A。

更改前、后系統圖，見圖2和圖3。

6? ? ?結束語

本文以國產遼寧1 000 t海監船上的設備電制與中美洲某國電制不同為前提，通過對兩國電制以及不同廠家變頻電源的對比研究，確定最終電源修改方案;同時經過優化設計，使該船在最少修改量、最快時間內完成了改裝任務，順利交付。希望能夠為今后類似的改裝項目提供借鑒。

參考文獻

[1]徐海.變頻器原理及應用.變頻器原理及應用[M].北京：清華大學出版社. 2017.

[2]中國船舶工業總公司.船舶設計實用手冊-電氣分冊[M].北京：國防工業出版社. 2002.

[3]中國船級社.鋼質海船入級規范[M].北京：人民交通出版社. 2018.