艦船中壓電力系統(tǒng)標準規(guī)范研究

豐利軍 余林剛

（中國人民解放軍91224部隊，上海 200335）

0 引言

近年來，隨著大型艦船電力系統(tǒng)容量的不斷增長，艦船中壓電力系統(tǒng)也得到了逐步應用，然而與艦船中壓電力系統(tǒng)有關的標準規(guī)范建設卻沒有隨技術的進步而發(fā)展，造成在艦船中壓電力系統(tǒng)設計、研制、驗收等階段無標準可依的局面。因此，急需開展相關研究工作，為編制艦船中壓電力系統(tǒng)標準規(guī)范奠定堅實的基礎。

1 國外艦船中壓電力系統(tǒng)標準現狀

目前，國外船級社入級規(guī)范（如英國勞氏規(guī)范[1]、美國 ABS規(guī)范及 NVR規(guī)范[2]、德國 GL勞氏規(guī)范[3]、挪威 DNV規(guī)范[4]）、英國國防部海軍工程標準、IEC標準等，均有關于艦船中壓電力系統(tǒng)的要求或規(guī)定，以下為有關標準規(guī)范現狀及其主要內容。

1.1 英國勞氏船級社船舶入級規(guī)范（2004年）[1]

英國勞氏規(guī)范第6分冊第2章《電氣工程》的第15節(jié)《電力推進》規(guī)定了總則、功率要求、推進控制、推進系統(tǒng)的保護、儀表等內容。該節(jié)并未對中壓電力系統(tǒng)的電能品質、系統(tǒng)保護、電氣安全等要求提出具體要求，僅提出一些原則性的條款。

1.2 美國ABS船級社船舶入級規(guī)范（2007年）及NVR規(guī)范[2]

（1）美國ABS規(guī)范第8章《電氣系統(tǒng)》第5節(jié)《專用系統(tǒng)》第3小節(jié)《高壓系統(tǒng)》適用于額定電壓（線電壓）超過1 kV的交流系統(tǒng)，其主要內容包括系統(tǒng)設計、電路保護、設備設計（電氣間隙和爬電距離、斷路器和開關、旋轉電機、開關設備和控制機構、變壓器及電纜）、電纜安裝、設備安裝、試驗等要求。

（2）在上世紀90年代，ABS偕同NAVSEA進行了軍用標準（MIL-STD）和軍用規(guī)范（MIL-SPECs）的復審工作，并于1998年廢除了美國海軍艦船通用規(guī)范。此后雙方繼續(xù)深入合作，共同編制了軍艦規(guī)范（NVR）。

該軍規(guī)中有關綜合電力系統(tǒng)和電力推進系統(tǒng)的內容主要包括：電源、主配電系統(tǒng)、旋轉電機、變壓器和變流器、電力推進、綜合電力系統(tǒng)等要求。

1.3 德國GL勞氏船級社船舶入級規(guī)范[3]

德國GL勞氏規(guī)范第3章第8節(jié)《中壓裝置》適用于額定線電壓大于1 kV和不大于17.5 kV、額定頻率為50 Hz或60 Hz的電網。該節(jié)主要包括一般規(guī)定、電網設計和保護設備、電氣設備、以及電纜安裝和試驗要求。

1.4 英國國防部海軍工程標準

英國國防部海軍工程標準 NES—607《水面艦艇和潛艇中壓配電系統(tǒng)設計指導性文件》，適用于1 kV至15 kV的交流中壓配電系統(tǒng)，與低壓系統(tǒng)相關的內容應參照NES—532的要求。主要內容包括性能要求（電能品質、諧波等要求）、安全性、軍用要求（中壓要求、保護、接地、中線、設備要求、開關等）、設計要求（主配電系統(tǒng)、接口、控制、特殊要求、中壓系統(tǒng)集成、故障診斷等）。

1.5 IEC 60092-501（2007）專輯—電力推進裝置

該標準規(guī)定了全電力推進裝置的要求，主要包括系統(tǒng)（系統(tǒng)設計、系統(tǒng)責任、扭振應力和扭振等等、運行穩(wěn)定性、防潮和防冷凝水、勵磁系統(tǒng)、電纜、母線和管道系統(tǒng)的要求）、電磁兼容性和諧波畸變、原動機、發(fā)電機、推進變壓器、變流器、諧波濾波、推進電動機、控制系統(tǒng)及試驗等要求。

該標準對于涉及到中壓電制帶來的技術內容并未包括，例如標稱電壓和頻率、電氣間隙和爬電距離、接地、配電系統(tǒng)等一系列規(guī)定。

1.6 IEC 60092-503（2007）專輯—電壓1 kV以上至小于及等于15 kV的交流電源系統(tǒng)

該標準規(guī)定了電壓 1 kV以上至小于及等于15 kV的交流電源系統(tǒng)的要求，主要內容包括電壓和頻率、報警、通訊、絕緣水平、電氣間隙和爬電距離、接地、電氣保護、交流發(fā)電機和電動機、變壓器、開關設備和控制機構裝配件（開關板）、開關設備、控制機構、熔斷器以及電纜等要求。

1.7 小結

由于船舶電站裝置、推進電動機功率大，它的供電和配電絕大部分采用中壓（或稱高壓）系統(tǒng)，而從以上船級社規(guī)范來看，英國勞氏規(guī)范，中壓（高壓）和低壓的供電和配電系統(tǒng)合并在一個章節(jié)。美國ABS和德國GL勞氏規(guī)范電氣部分的《中壓或高壓系統(tǒng)》與低壓供電和配電系統(tǒng)分列不同的章節(jié)，二者均對中壓系統(tǒng)和設備的全面要求作了規(guī)定，對于與其他日用供電和配電系統(tǒng)相同的要求，通過引用相應條款予以規(guī)定。

英國國防部海軍工程標準NES—607對中壓系統(tǒng)提出了具體要求，具有重要參考意義，但缺少詳細的技術指標要求等；IEC 60092-501（2007）是目前國際上最新的電力推進裝置標準，是電力推進裝置設計、生產、試驗、運行經驗的總結與集成；IEC 60092-503（2007）是目前中壓電力系統(tǒng)規(guī)定最為全面、內容最為豐富的國際標準。

2 國內中壓電力系統(tǒng)標準現狀

2.1 國家標準

我國現有國家標準中有關中壓電力系統(tǒng)的標準規(guī)范十分匱乏。

GB/T 13030-2009《船舶電力推進系統(tǒng)技術條件》規(guī)定了船舶電力推進系統(tǒng)的分類、技術和試驗要求，適用于電力推進系統(tǒng)主要機械和設備的設計、制造和試驗。該標準對中壓電壓等級進行了分類，補充了電壓和頻率波動、諧波成分以及高壓電氣裝置的特殊要求等，但該標準并未突出系統(tǒng)設計要求、電磁兼容性、諧波畸變和濾波要求等，內容還不夠完整。

GB/T 13031-1991《電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統(tǒng)》中對船舶中壓電力系統(tǒng)只提出了概括性要求，尚未形成較為系統(tǒng)完整的中壓電力系統(tǒng)要求。

GB/T13032－2010《船用柴油發(fā)電機組》對機組的電壓等級和功率進行了擴展，但沒有對中高壓機組特殊的技術要求進行具體闡述。船舶用燃氣輪機發(fā)電機組的相關標準，目前我國還處于空白階段，在科研及工程實際中缺少可以遵循的依據，因此需要進行深入的研究。

GB/T12325—2008《供電電壓偏差》對低、中、高壓的供電電壓允許偏差分別進行了規(guī)定，對于下一步制定適合船舶中壓電力系統(tǒng)的電能品質有關要求很有參考意義。

中壓配電設備的許多標準均是等同采用 IEC標準，主要針對陸用產品，并不完全適用船舶環(huán)境，如 GB1984—2003《高壓交流斷路器》、GB3804—2004《3.6 kV至40.5 kV高壓交流負荷開關》、GB/T15166.2—2008《高壓交流熔斷器 第2部分：限流熔斷器》等，以上標準為編制形成滿足軍用要求的船舶配電設備標準提供了參考。國標中關于中壓配電板的要求很少，但是船舶標準對配電設備的要求非常詳細具體和成系統(tǒng)，其配電設備標準體系對于編制形成船用中壓配電系統(tǒng)規(guī)范具有較高的參考價值。

中壓電纜的標準目前已有很多。如GB/T17755—1999《額定電壓 6 kV、10 kV、15 kV擠包絕緣單芯和三芯船用電力電纜》、GB/T12706.2—2008《額定電壓1 kV至35 kV擠包絕緣電力電纜及附件 第2部分：額定電壓6kV至30 kV電纜》等，均為等同采用相應IEC標準，對中壓電纜的選用具有很好的指導意義。

2.2 軍用標準

目前，軍用標準中還沒有專門針對中壓電力系統(tǒng)的標準規(guī)范，現行參照的標準具有一定局限性，對中壓電力系統(tǒng)的特點考慮不足。例如，GJB4000-2000、GJB1988-1994等關于發(fā)電機組技術要求的描述雖詳盡而具體，但是還沒有向中、高壓和電力推進方向擴展。

《艦船通用規(guī)范3組》體系結構較完整，從電力系統(tǒng)、電源設備、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電氣集中控制和監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電機組保障系統(tǒng)、電纜敷設、專用項目等八個方面對涉及艦船電力系統(tǒng)發(fā)電、配電、變電、用電等環(huán)節(jié)的設備選型、性能指標、使用條件等進行了全面的規(guī)范和約束，是我海軍船舶電氣領域相關設備或系統(tǒng)選型、設計、研制、試驗的規(guī)范文件，在各型艦船電力系統(tǒng)研制過程中發(fā)揮了巨大的作用。但該標準規(guī)范主要適用于常規(guī)低壓電力系統(tǒng)，缺少對中高壓電力系統(tǒng)的有關要求。

《艦船電氣安全通用要求》規(guī)定了艦船電氣系統(tǒng)和設備安全的基本要求，適用于艦船電氣系統(tǒng)和設備，具體為額定電壓在1000 V以下的電氣設備。其中，一般要求規(guī)定了通則、環(huán)境適用性、材料、電氣間隙和爬電距離、匯漏電流、安全接地、靜電防護、電磁防護、爆炸性氣體防護、雷電防護、觸電防護、灼傷防護、過熱防護、電氣火災防護、防止誤操作、標志和標牌。詳細要求規(guī)定了電氣系統(tǒng)安全（供電連續(xù)性、電氣系統(tǒng)保護、電氣設備保護）和電氣設備安全。上述內容不能完全滿足中壓電力系統(tǒng)的安全要求，但無論是低壓或中壓電力系統(tǒng)，電氣安全是設計的基本內容，因此該標準涉及的安全范圍是可借鑒的。

中壓配電板幾乎沒有軍用標準規(guī)范，《艦船用配電裝置和控制裝置通用規(guī)范》、《艦船電力配電系統(tǒng)通用規(guī)范》、《艦船用分配電箱通用規(guī)范》、《艦用框架式低壓斷路器通用規(guī)范》和《艦用直流（大電流）空氣斷路器通用規(guī)范》中，相關條款只涉及到AC1000V或DC1200V電壓等級，對于中壓配電系統(tǒng)均不適用。

2.3 中國船級社《鋼質海船入級建造規(guī)范》

中國船級社在《鋼質海船入級建造規(guī)范》（2009年修改通報）中補充了“冗余推進系統(tǒng)”和“電力推進船舶附加規(guī)定”的有關要求，首次對電力推進系統(tǒng)的內容進行了規(guī)定，并提出了中壓配電系統(tǒng)的一些原則性要求，如中壓配電板的運行模式、電氣間隙、爬電距離、防護等級、保護等要求，也可作為編制軍用標準的借鑒。

2.4 小結

從以上國內標準的分析可以看出，我國已有的中壓電力系統(tǒng)國家標準中，大多數都是適合陸用的，適合船用的標準其內容還不夠全面，只是較為概括的進行規(guī)定。軍用標準中基本沒有中壓電力系統(tǒng)的標準，嚴重滯后于技術的發(fā)展，急需開展有關標準的專題研究與編制工作。中國船級社規(guī)范已有中壓電力系統(tǒng)的要求，但其主要適用于民用電力推進船舶，對軍用艦船的一些特殊要求均缺少考慮，可作為編制軍用標準的參考。

3 標準需求

目前急需解決現實裝備研制需求與相關標準規(guī)范建設滯后之間的矛盾，制定中壓電力系統(tǒng)的標準規(guī)范，以此作為各單位設計指導依據，統(tǒng)一各分系統(tǒng)及設備之間的界面電能品質、接口參數要求，確保研制進度及質量，降低研制風險。

目前，急需對有關問題進行研究，確定合理可行的技術指標。例如三相供電電壓允差，在GB/T12325—2008《供電電壓偏差》中規(guī)定，10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為標稱電壓的±7%，220 V單相供電電壓允許偏差為標稱電壓的+7%~-10%，GJB4000—2000僅規(guī)定低壓情況下該值+6%~-10%，對中壓時電壓允差并未規(guī)定；而國外標準中規(guī)定照明用戶以±5%—±6%為多，最大為±10%，動力用戶以±10%為多，ABS規(guī)范中為+6%~-10%，要求最嚴的為德國，照明±3%，動力±5%；國際電工委員會（IEC）、國際發(fā)供電聯盟（UNIPEDE）為±10%。從上述情況可以看出，我國現行標準與國外先進水平仍有不小的差距，對于軍用艦船來說，其指標應不低于我國國家標準的要求定。

此外，對于中壓電力系統(tǒng)的配電網絡結構、電能品質、系統(tǒng)保護、電氣安全、沖擊振動、電磁兼容等內容，都需要盡快編制形成相應標準規(guī)范，為艦船中壓電力系統(tǒng)論證、設計、研制等工作提供標準化依據，解決后續(xù)工作中存在的諸多標準化問題。

4 結束語

針對艦船中壓電力系統(tǒng)標準規(guī)范的需求情況，下一步應重點開展以下標準化工作：

（1）針對目前國內外已有中壓電力系統(tǒng)方面的標準規(guī)范，進一步深入分析其對艦船中壓電力系統(tǒng)的適用性。

（2）梳理現有艦船中壓電力系統(tǒng)相關標準規(guī)范，提出標準建設需求，形成艦船中壓電力系統(tǒng)標準體系。

（3）對艦船中壓電力系統(tǒng)急需的標準規(guī)范，應盡快組織各有關單位開展專題研究與編制工作，為工程研制提供標準化依據與支撐。

（4）根據艦船中壓電力系統(tǒng)研制進度，對設計、研制、使用等階段不斷反映出的問題，做好標準規(guī)范的試驗驗證工作，確保標準維護信息的及時反饋，保證標準規(guī)范的正確性和有效性。

[1]船舶入級規(guī)范和規(guī)則【M】, 英國勞氏船級社,2004,7.

[2]Rules for Building and Classing Steel Vessels [M].American Bureau of Shipping. 2008.

[3]Rules for Classification and Construction of Ships [M].Germanisher Lloyd, June, 2002.

[4]Rules for Classification of Ships[M]. Det Norske Veritas, July, 2008.