干式負(fù)載在船舶負(fù)載站中的應(yīng)用

趙 群

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125003）

0 引言

傳統(tǒng)的船舶供電發(fā)電機(jī)組測(cè)試通常采用的是水負(fù)載進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，但實(shí)際上，負(fù)載是隨時(shí)間、頻率、用電量變化而不斷變化的動(dòng)態(tài)過程。當(dāng)負(fù)載變化的時(shí)候，需要的發(fā)電機(jī)組數(shù)也變化的，形式非常復(fù)雜，因此靜態(tài)負(fù)載難以滿足實(shí)際發(fā)電機(jī)測(cè)試需要。船舶電力系統(tǒng)越來越龐大、用電量和使用頻率不斷增加，傳統(tǒng)的水電阻負(fù)載站已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化船舶柴油發(fā)電機(jī)組性能檢測(cè)。而干式負(fù)載克服了傳統(tǒng)水電阻負(fù)載站的諸多缺點(diǎn)，并可與檢測(cè)系統(tǒng)集成使用組成智能柴油機(jī)組性能檢測(cè)系統(tǒng)。為船舶柴油發(fā)電機(jī)組正常給船舶電氣設(shè)備供電提供有力依據(jù)。所以新式測(cè)試系統(tǒng)采用干式負(fù)載代替水負(fù)載的進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，即自動(dòng)交流負(fù)載測(cè)試系統(tǒng)。

1 自動(dòng)交流負(fù)載使用意義

船舶作為獨(dú)立的活動(dòng)單元，其電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)相比，最顯著特點(diǎn)是船舶電力系統(tǒng)僅局限于一艘艦艇范圍內(nèi)，其發(fā)電機(jī)的容量有限，不能像陸地電力系統(tǒng)那樣聯(lián)成無限大的電網(wǎng)。其次船舶長年累月航行，運(yùn)行工況復(fù)雜，致使類型眾多的用電負(fù)載頻繁地起動(dòng)或停止，故船舶電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化要比陸地電力系統(tǒng)大得多。這對(duì)船舶發(fā)電機(jī)組提出了更高的要求。再者船舶電力系統(tǒng)的負(fù)載不斷地向大型化方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，造價(jià)和維護(hù)費(fèi)用日益昂貴，其安全性、可靠性和對(duì)操作、維護(hù)人員的技能要求也越來越高。由于船舶上的用電負(fù)載大多數(shù)是靠安裝在船舶上的大量發(fā)電機(jī)組來連續(xù)供電的，發(fā)電機(jī)組一般由幾臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組成，所以，發(fā)電機(jī)組是交替為船舶上的用電設(shè)備供電的。發(fā)電機(jī)組是否能正常工作是船舶供電是否正常的重要前提。所以，對(duì)發(fā)電機(jī)組的測(cè)試是非常重要的。為了保證船舶用電設(shè)備正常運(yùn)行，必須研究船舶發(fā)電機(jī)組在船舶電力系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)性能，在整個(gè)船舶投入使用前對(duì)船舶的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行必要的測(cè)試，保證整個(gè)機(jī)組可以滿足船舶用電的所有需要。

2 自動(dòng)交流負(fù)載系統(tǒng)對(duì)比

傳統(tǒng)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)組負(fù)載站測(cè)試系統(tǒng)主要由水負(fù)載、測(cè)量儀表、電纜組成。結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、實(shí)際使用操作繁瑣。如圖1所示為傳統(tǒng)船舶負(fù)載站在對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行測(cè)量的方框圖，圖中水負(fù)載、測(cè)量儀表以獨(dú)立形式出現(xiàn)，測(cè)量時(shí)將水負(fù)載模擬成船舶用電設(shè)備，改變水負(fù)載中水量多少模擬船舶用電設(shè)備負(fù)載的變化，測(cè)量不同水量時(shí)的電量參數(shù)變化完成對(duì)發(fā)電機(jī)組的測(cè)試。在整個(gè)測(cè)試過程中必須人工干預(yù)并由人工記錄數(shù)據(jù)。在實(shí)際的操作時(shí)存在許多問題：首先水負(fù)載容易被海水侵蝕影響導(dǎo)電性能變化。其次由海水冷卻負(fù)載使得負(fù)載溫度變化大、冷卻后海水直接排入大海污染環(huán)境。再次數(shù)據(jù)需要人工記錄，數(shù)據(jù)為斷點(diǎn)式記錄，對(duì)數(shù)據(jù)后期處理不利。最后人員現(xiàn)場測(cè)量、記錄，危險(xiǎn)系數(shù)大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并容易產(chǎn)生人為誤差。最大的問題是傳統(tǒng)負(fù)載站沒有感性負(fù)載，而船舶電氣設(shè)備中最常用的負(fù)載如電動(dòng)機(jī)等大多為感性負(fù)載，所以傳統(tǒng)負(fù)載站并不能完全模擬船舶電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性。為了克服傳統(tǒng)負(fù)載站的缺點(diǎn)改用干式負(fù)載的新型新型船舶自動(dòng)交流負(fù)載站。

圖1 傳統(tǒng)船舶負(fù)載站方框圖

新型船舶自動(dòng)交流負(fù)載站解決了的傳統(tǒng)船舶負(fù)載站中存在的問題，并且可以實(shí)現(xiàn)遙控及自動(dòng)智能測(cè)量。如圖2所示為新型船舶自動(dòng)交流負(fù)載站方框圖。新型船舶自動(dòng)交流負(fù)載站使用了干式負(fù)載與集成化的檢測(cè)系統(tǒng)，把所有的部件安裝在一個(gè)設(shè)備內(nèi)組成一個(gè)整體化的帶有真實(shí)負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)，而傳統(tǒng)船舶負(fù)載站每個(gè)部件都是獨(dú)立的不利于操作。

圖2 新型船舶自動(dòng)交流負(fù)載站方框圖

3 新型干式負(fù)載優(yōu)點(diǎn)

新型船舶自動(dòng)交流負(fù)載站最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用了干式負(fù)載。

該系統(tǒng)采用大功率交流干式負(fù)載，干式負(fù)載相比而言確實(shí)優(yōu)勢(shì)很多，無論在安全性、可靠性和準(zhǔn)確性上，只是目前成本相對(duì)較高。

1）干式負(fù)載可以節(jié)省很多人力，大大提高工作效率，免去了對(duì)水負(fù)載的維護(hù)工作。

2）干式負(fù)載為電子負(fù)載的一種，其原理是控制功率 MOSFET或晶體管的導(dǎo)通量（占空比大?。?，靠功率管的耗散功率消耗電能的設(shè)備。隨著功率場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管等電力電子器件的出現(xiàn)以及電力電子變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展，交流電子負(fù)載得到了實(shí)現(xiàn)。由于采用了電力電子開關(guān)器件作為電能消耗的載體，使得負(fù)載連續(xù)可調(diào)、易于控制，可以獲得更高的調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性。

3）干式負(fù)載可以配發(fā)電機(jī)組專用測(cè)試儀表并與計(jì)算機(jī)通信。通過試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)由軟件記錄與處理，并自動(dòng)生成發(fā)電機(jī)組專業(yè)測(cè)試報(bào)告，在船舶驗(yàn)收的時(shí)候會(huì)更具說服力。所得數(shù)據(jù)也可以作為后期維護(hù)的參考依據(jù)。

4）控制方式靈活多樣。可以在船上通過負(fù)載控制板進(jìn)行控制，也可以通過RS232/RS485通訊口在120 m遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)遙控進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的試驗(yàn)，或者通過上位機(jī)軟件控制。對(duì)船體供電平臺(tái)發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試更加靈活，與上位計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)智能化，自動(dòng)完成對(duì)發(fā)電機(jī)組所有電參數(shù)的專項(xiàng)測(cè)試。

5）克服水負(fù)載極板會(huì)被海水腐蝕問題。海水是個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)體系，含有大量的有機(jī)物和無機(jī)物，還有一些細(xì)菌藻類。這些微生物吸附在鋼鐵材料表面，在新陳代謝過程中，直接或間接地參與了氧化-還原反應(yīng)，海水中的一些陰陽離子對(duì)氧還原反應(yīng)產(chǎn)生了一定的影響。此外.鋼鐵材料本身不穩(wěn)定，鋼鐵材料組成復(fù)雜（含有碳、氮、硅、鉻、鎳、鉬等元素），結(jié)構(gòu)也多樣（奧氏體、鐵泰體、滲碳體等），這也加速氧還原反應(yīng)。

6）干式負(fù)載增加了感性負(fù)載，這是傳統(tǒng)負(fù)載站不可比擬的。感性負(fù)載的加入增加了測(cè)試系統(tǒng)的功能，完善了發(fā)電機(jī)組測(cè)試數(shù)據(jù)。使最終的測(cè)試數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確和全面。

7）干式負(fù)載組成的自動(dòng)交流負(fù)載站使用靈活。一套干式負(fù)載站不是只針對(duì)一條船或者一類船，而是可滿足多種規(guī)格發(fā)電機(jī)組的功率和特殊功能。如果發(fā)電機(jī)組功率大，負(fù)載也可以幾臺(tái)并機(jī)使用。

從以上幾點(diǎn)上講，干式負(fù)載克服了水負(fù)載的不足。 從長遠(yuǎn)看，在大功率的發(fā)電機(jī)組測(cè)試上，干式負(fù)載會(huì)逐步取代水負(fù)載，進(jìn)而得以普及。

4 結(jié)論

目前，水負(fù)載式負(fù)載站逐步被淘汰，干式負(fù)載自動(dòng)交流負(fù)載測(cè)試系統(tǒng)逐漸被各大造船企業(yè)使用。新式干式負(fù)載自動(dòng)交流負(fù)載測(cè)試系統(tǒng)可以用于整船系泊試驗(yàn)、航行試驗(yàn)、船用發(fā)電機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)、靜態(tài)調(diào)壓特性試驗(yàn)、調(diào)速特性試驗(yàn)、過載保護(hù)試驗(yàn)、逆功率和逆電流保護(hù)試驗(yàn)、并車試驗(yàn)等試驗(yàn)等，解決了測(cè)試人員工作量大、操作繁瑣、危險(xiǎn)系數(shù)大、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜、不能有效的測(cè)試整船系統(tǒng)功能等問題。還可以為船舶后期維修提供有力的技術(shù)數(shù)據(jù)，通過測(cè)試數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)對(duì)比方便檢修故障點(diǎn)，簡化維修過程。方便研發(fā)新型船舶發(fā)電機(jī)組，縮短研制周期，提高系統(tǒng)質(zhì)量從而加速航海領(lǐng)域技術(shù)更新。

[1] 于亮. 船舶電站運(yùn)行的負(fù)載管理. 機(jī)電設(shè)備， 2009.

[2] 王小勇. 艦船電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬負(fù)載特性仿真控制研究. 華中科技大學(xué)，2004.

[3] 楊憲惠, 陽佃福, 伊紅衛(wèi)等. 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 第1版. 北京: 清華大學(xué)出版社, 1999.

[4] 劉淑春. 發(fā)電機(jī)電參量測(cè)試裝置的研制[D]. 重慶大學(xué), 2007.

[5] 莫宏偉. 船舶電站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D]. 哈爾濱工程大學(xué), 2001.

[6] 郭江榮. 船舶電站可靠性研究[D]. 上海海事大學(xué),2004.

[7] 方杰. 船舶電站自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 武漢理工大學(xué), 2011.

[8] 安亮. 基于網(wǎng)絡(luò)控制的船舶電站的研究與設(shè)計(jì)[D].大連海事大學(xué), 2009.

[9] 盛健. 船舶電站的實(shí)用性能研究[D]. 哈爾濱工程大學(xué), 2001.

[10] 劉淑春. 發(fā)電機(jī)電參量測(cè)試裝置的研制[D]. 重慶大學(xué), 2007.