深潛水工作母船中壓電力系統(tǒng)應(yīng)用研究

郭 寧，路澤文，張 敏，汪秉文

(武昌船舶重工有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430060)

深潛水工作母船中壓電力系統(tǒng)應(yīng)用研究

郭 寧，路澤文，張 敏，汪秉文

(武昌船舶重工有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430060)

隨著對(duì)船舶電站容量的需求不斷增大，采用中/高壓電力系統(tǒng)的船舶越來(lái)越多。深潛水工作母船是武昌船舶重工有限責(zé)任公司建造的首艘中壓電力系統(tǒng)船舶，為掌握中/高壓電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行深入分析和研究，為設(shè)計(jì)和建造中/高壓船舶電站提供技術(shù)支持和借鑒。

船舶；中/高壓電力系統(tǒng)；預(yù)充磁；虛擬脈沖

0 引 言

隨著海洋開(kāi)發(fā)和船舶技術(shù)的發(fā)展，賦予船舶的功能日漸增多，船舶系統(tǒng)和電力設(shè)備越來(lái)越多，船舶電站容量越來(lái)越大，傳統(tǒng)意義上的低壓電力系統(tǒng)已不能適應(yīng)大功率設(shè)備和大容量電站要求，人們開(kāi)始采用船舶中/高壓電力系統(tǒng)，促使船舶電站發(fā)生一次革命性飛躍，突破低壓電站局限性，滿足未來(lái)大型船舶電站發(fā)展需要。

“深潛”號(hào)深潛水工作母船是武昌船舶重工有限責(zé)任公司建造的首艘6 600 V中壓電力系統(tǒng)船舶，于2012年底交付上海打撈局。交付使用后，該船一直在深圳附近的南海海域進(jìn)行工程作業(yè)。使用表明，該船電力系統(tǒng)穩(wěn)定，各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，有力地保障了深潛水工作母船各項(xiàng)作業(yè)任務(wù)的順利進(jìn)行。

本文以“深潛”號(hào)深潛水工作母船6 600 V中壓電力系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)船舶中/高壓電力系統(tǒng)特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析研究，供類似船舶設(shè)計(jì)和建造借鑒。

1 深潛水工作母船電力系統(tǒng)

深潛水工作母船用于海上救撈作業(yè)，配備有水下遙控?zé)o人探測(cè)器(ROV)，具有對(duì)水下沉船、飛行器進(jìn)行探測(cè)和打撈能力，能作為300 m飽和潛水和常規(guī)空氣潛水的潛水作業(yè)支持母船。采用全電力推進(jìn)系統(tǒng)，滿足DP2動(dòng)力定位，電站容量達(dá)到了15 440 kW，采用6 600 V電力系統(tǒng)。深潛水工作母船電力設(shè)備配置見(jiàn)表1。

表1 電力設(shè)備配置表

深潛水工作母船電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單線圖如圖1所

示，其采用樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分區(qū)供電方式；采用6 600 V中壓電力系統(tǒng)；采用中壓電力推進(jìn)系統(tǒng)，提升船舶操控性；滿足DP2供電要求；采用2個(gè)380 V低壓配電板，救助系統(tǒng)和船舶系統(tǒng)相互獨(dú)立；主推進(jìn)系統(tǒng)采用虛擬24脈沖整流，減小電站諧波。

在設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷時(shí)，項(xiàng)目組借鑒360度考核法（通過(guò)上級(jí)、下級(jí)、內(nèi)部、外部等多個(gè)考核主體對(duì)考核對(duì)象進(jìn)行考核），調(diào)查黨內(nèi)人土和黨外人土，領(lǐng)導(dǎo)者和被領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)高?；鶎狱h建工作的看法。用雙因子方差分析法分析了調(diào)查對(duì)象的身份 （學(xué)生、教師或職員）和政治面貌是否對(duì)黨建工作評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響。假定方差齊性檢驗(yàn)用LSD，用全因子模型，結(jié)果P大于0.05，差異不顯著，即調(diào)查對(duì)象的身份和政治面貌是不影響黨建工作評(píng)價(jià)。

2深潛水工作母船中壓電力系統(tǒng)特點(diǎn)

中/高壓電力系統(tǒng)最本質(zhì)特點(diǎn)是大容量、高電壓、低電流，相關(guān)技術(shù)都是圍繞該特點(diǎn)展開(kāi)的。

圖1 電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Power system configuration

深潛水工作母船電站容量達(dá)到15 440kW，采用6 600V電力系統(tǒng)，最大電氣設(shè)備是尾部電力推進(jìn)系統(tǒng)，單套電力推進(jìn)系統(tǒng)功率達(dá)到3 500kW，因?yàn)椴捎弥袎?，電流并不大，從中壓配電板到尾部推進(jìn)系統(tǒng)只需3根3×95中壓電纜就可以滿足推進(jìn)系統(tǒng)額定電流載流量，這充分反映了船舶中壓電力系統(tǒng)優(yōu)越性。2臺(tái)側(cè)推和1臺(tái)可伸縮式推進(jìn)器功率分別為2 000kW和1 500kW，因?yàn)椴捎弥袎?，從中壓配電板到?cè)推和可伸縮式推進(jìn)器只需2根中壓3×50電纜。

從上述推進(jìn)系統(tǒng)電纜選擇可見(jiàn)，因?yàn)樵摯捎? 600V中壓電力系統(tǒng)，極大地減小了推進(jìn)系統(tǒng)電流，因此減少電纜的使用量，也節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)施工量和時(shí)間，同時(shí)也降低了電網(wǎng)和電力設(shè)備的電流熱損耗，有效地減小了電力設(shè)備體積。

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，目前大部分被調(diào)查種植戶屬自發(fā)式生產(chǎn)，種植品種以傳統(tǒng)蔬菜為主，優(yōu)質(zhì)品種較少，各菜農(nóng)憑自己的經(jīng)驗(yàn)種植，相關(guān)部門的調(diào)控能力較弱，較難讓蔬菜生產(chǎn)朝無(wú)公害蔬菜基地化、規(guī)范化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

目前船舶上中/高壓電力系統(tǒng)通常采用6.6kV和11kV兩種電制，一般電站容量達(dá)到12MW以上，采用6.6kV電制，電站容量達(dá)到20MW以上考慮采用11kV電制。

而我們景德鎮(zhèn)的陶瓷就具有鮮明的地域特色，它“始于漢唐，盛于宋元，精于明清，衰于近代，繁于當(dāng)今”。景德鎮(zhèn)的日用瓷、藝術(shù)瓷名滿全球，在進(jìn)入到九十年代之后，景德鎮(zhèn)的日用瓷慢慢藝術(shù)化，而藝術(shù)品也在悄悄轉(zhuǎn)變?nèi)沼没?。這種生活陶藝如同鮮花、綠草，綻放在我們現(xiàn)代開(kāi)放的陶瓷市場(chǎng)上。如今陶瓷市場(chǎng)的繁盛，琳瑯滿目的各種瓷品，都讓我們流連忘返，情趣盎然。

3 中/高壓電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)

3.1 采用高阻接地系統(tǒng)

一般低壓船舶電站容量不大，通常采用三相絕緣制，此時(shí)電網(wǎng)單相發(fā)生故障時(shí)，因?yàn)閷?duì)地是絕緣的，故障相不能形成回路，不會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，電網(wǎng)得以免受破壞，這就是三相絕緣的優(yōu)點(diǎn)。三相絕緣制適用于低壓小容量電站。

但是船舶電站容量太大，此時(shí)電網(wǎng)對(duì)地分布電容增加，發(fā)生單相短路故障時(shí)，雖不會(huì)產(chǎn)生短路電流，但是電網(wǎng)短路相電容電流較大，容易產(chǎn)生間歇性電弧，向電網(wǎng)電容反復(fù)充放電，由于對(duì)地電容中能量不能釋放，造成電壓升高，從而產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓或諧振過(guò)電壓，其值可達(dá)很高倍數(shù)額定電壓，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅，波及整個(gè)電網(wǎng)，使那些絕緣

3.3.2 深潛水工作母船中壓電力系統(tǒng)諧波

圖2 高阻接地系統(tǒng)故障原理圖Fig.2 High resistance grounding failure circuit diagram

薄弱環(huán)節(jié)相繼發(fā)生絕緣擊穿。為避免上述情況，目前船舶上大容量電站通常采取高阻接地，如圖2所示。如發(fā)生電弧接地，電弧點(diǎn)反復(fù)燃熄滅，大地通過(guò)接地點(diǎn)向故障相充電，形成振蕩過(guò)程，若使電荷在從電弧熄滅到重燃期間(半個(gè)工頻周期)通過(guò)中性點(diǎn)電阻器泄漏掉，過(guò)電壓就能降低，避免電弧振蕩。此時(shí)故障相與接地電阻、分布電容組成一階電路，線路對(duì)地電容向RN放電遵循e-t/T規(guī)律，設(shè)置合適的R值，保證在半個(gè)周期內(nèi)，大部分電荷可以通過(guò)電阻泄漏掉，不產(chǎn)生振蕩過(guò)電壓，因此在船舶中壓電力系統(tǒng)接入電阻后，可限制接地電流值，使達(dá)到接地電弧自行熄滅，保護(hù)裝置可不跳閘。這種高阻值接地方式比較適合于規(guī)模不大電力系統(tǒng)，接地故障電流不大于10 A，3～10 kV中壓電力系統(tǒng)，高阻接地通常運(yùn)用在大容量船舶電力系統(tǒng)中[2]。

除三相絕緣系統(tǒng)、高阻接地外，還有直接接地系統(tǒng)和經(jīng)過(guò)消弧線圈接地。直接接地系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)故障相斷電，影響船舶電網(wǎng)供電；消弧線圈接地方式一般適用于接地故障電流較大電網(wǎng)，船舶電網(wǎng)接地電流一般在10 A左右，因此也不采用。常用電站接地方式比較見(jiàn)表2。深潛水工作母船電站容量達(dá)到15 440 kW，采用高阻接地方式。

表2 電站接地方式

式中：KTA1和KTA2為變壓器兩側(cè)電流互感器的電流比；KT為變壓器的電壓比。

1.2.6 序列比對(duì) 參考序列數(shù)據(jù)來(lái)自UCSC Genome Browser(http:∥genome.ucsc.edu)數(shù)據(jù)庫(kù)，序列版本號(hào)：GRCh37/hg19。

為保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，一般對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)，船舶規(guī)范要求大于1 500 kVA設(shè)備采用差動(dòng)進(jìn)行保護(hù)。在船舶低壓電力系統(tǒng)中，變壓器容量小，不采用差動(dòng)保護(hù)，而中高壓船舶電力系統(tǒng)船舶電站容量大，變壓器容量大，通常大于1 500 kVA，需要采用變壓器差動(dòng)保護(hù)。

變壓器差動(dòng)保護(hù)原理基于基爾霍夫電流定律，把變壓器看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，正常時(shí)流進(jìn)和流出變壓器電流相等，差動(dòng)電流等于0。圖3為雙繞組單相變壓器縱差保護(hù)原理圖，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，差動(dòng)電流大于0，當(dāng)差動(dòng)電流大于差動(dòng)保護(hù)裝置整定值時(shí)，差動(dòng)將動(dòng)作，被保護(hù)設(shè)備各側(cè)斷路器跳開(kāi)，故障變壓器斷開(kāi)電源而受到保護(hù)。圖中把變壓器看成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在正常運(yùn)行或外部短路時(shí)，流入差動(dòng)繼電器KD電流為ir=iⅠ+iⅡ，考慮變壓器原副邊變比，理想情況下iⅠ=0，但變壓器內(nèi)部故障時(shí)，流過(guò)差動(dòng)繼電器KD電流ir=iⅠ+iⅡ≠0，當(dāng)該電流大于設(shè)定值時(shí)，繼電器KD動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)。實(shí)際上存在誤差因素，流過(guò)繼電器存在不平衡電流，但該不平衡電流比較小，不會(huì)引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。 為防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，選擇變壓器正常工作時(shí)，2個(gè)二次電流相等，所以令：

3.2 變壓器差動(dòng)保護(hù)

圖3 變壓器差動(dòng)保護(hù)電路Fig.3 Tansformer difference protection circuit

船舶電站為三相電源，變壓器原副邊均需3個(gè)電流互感器，根據(jù)變壓器三相線圈星三角接法采取相位補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)變壓器的差動(dòng)保護(hù)。在船舶電力系統(tǒng)中，除了變壓器差動(dòng)保護(hù)外，為保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定，也有發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、母線排差動(dòng)保護(hù)，采用何種保護(hù)，除滿足規(guī)范外，可根據(jù)船舶電站選擇。深潛水工作母船電站容量大，對(duì)2臺(tái)3 500 kVA主變壓器和4臺(tái)發(fā)電機(jī)采用了差動(dòng)保護(hù)。

3.3 船舶中壓電力系統(tǒng)諧波

中/高壓船舶電站一般容量大，電氣設(shè)備多，電力系統(tǒng)復(fù)雜，如果采用電力推進(jìn)系統(tǒng)和其他大型電氣設(shè)備，將會(huì)產(chǎn)生明顯的諧波而帶來(lái)危害，需要采用措施減少諧波。通常電力系統(tǒng)諧波主要是晶閘管逆變、整流元件等產(chǎn)生，深潛水工作母船電力推進(jìn)系統(tǒng)是船舶電網(wǎng)諧波產(chǎn)生主要來(lái)源，采取控制電力推進(jìn)系統(tǒng)諧波措施，經(jīng)過(guò)整流電壓諧波分析，變頻器整流脈沖數(shù)m越多，產(chǎn)生的諧波幅值越低，因此一般通過(guò)提高變頻器整理脈沖m數(shù)量減小電網(wǎng)的諧波含量[3]。

3.3.1 采用虛擬24脈沖整流

變壓器簡(jiǎn)化等效電路見(jiàn)圖6，變壓器空載合閘可看作二次側(cè)開(kāi)路時(shí)一次側(cè)投入電網(wǎng)，一次電路電壓方程為：

四小姐站在石西岳側(cè)面，先是漠然，既而似笑非笑說(shuō)：“既然你又多了一名嫌疑犯，我就不帶走他了。石處長(zhǎng)，好好斷一斷眼前這樁風(fēng)流案吧?！?/p>

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圖4 虛擬24脈沖整流原理框圖Fig.4 Virtual 24 pulse converter circuit diagram

從上式可知，電網(wǎng)中諧波含量很少，虛擬24脈沖整流方式提高了船舶電網(wǎng)品質(zhì)。

兩邊積分可得：

Um=N1dI/d，得dI/d=Umcos[ωt+θ]/N1，

圖5 24脈沖電力推進(jìn)系統(tǒng)Fig.5 24 pulse electric power propulsion system

● 誤食酒精、咖啡、香水等少量誤食不會(huì)發(fā)生急性中毒，如果誤食的量較大，給予牛奶（或豆?jié){、蛋清）或水，嘗試催吐，緊急就醫(yī)。

推進(jìn)器是船舶電網(wǎng)諧波的主要來(lái)源，深潛水工作母船配備了5臺(tái)推進(jìn)器，其中：

1)2臺(tái)主電力推進(jìn)系統(tǒng)，單臺(tái)電力推進(jìn)功率達(dá)到3 500kW，采用12脈沖變頻控制，2臺(tái)電力推進(jìn)系統(tǒng)組成虛擬24脈沖變頻整流；

2)1臺(tái)可伸縮推進(jìn)器，功率為1 500kW，采用12脈沖變頻控制；

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，彎道在較低一側(cè)的路面開(kāi)裂比較高一側(cè)嚴(yán)重，如表2所示，且較高一側(cè)的部分裂縫是由較低一側(cè)的裂縫延伸過(guò)去形成的，可見(jiàn)，較低一側(cè)的開(kāi)裂行為對(duì)整個(gè)路面開(kāi)裂的影響不容忽視。

3)2臺(tái)側(cè)推，功率為2 000kW，采用軟啟動(dòng)。

深潛水工作母船2臺(tái)主推進(jìn)系統(tǒng)采用虛擬24脈沖變頻推進(jìn)系統(tǒng)，減小電站諧波；側(cè)推采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后切換到全壓運(yùn)行，對(duì)電站影響不大；可伸縮推進(jìn)器采用12脈沖變頻控制，功率不大，對(duì)電站影響有限。為控制諧波，對(duì)深潛水工作母船電站進(jìn)行計(jì)算，先對(duì)主發(fā)電機(jī)、推進(jìn)變壓器、變頻器等效成數(shù)學(xué)模型再進(jìn)行計(jì)算，電站諧波量理論值和實(shí)際實(shí)驗(yàn)值見(jiàn)表3。

表3 電力系統(tǒng)諧波量

從表中可看出，電站諧波理論值和實(shí)際值有一定差距，經(jīng)分析實(shí)際船舶電網(wǎng)中存在電容，將諧波放大，因此在進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)，需要考慮電網(wǎng)中放大因素，保證電網(wǎng)諧波理論值更加接近實(shí)際值。

3.2.5 皮膚的護(hù)理 由于腹股溝清掃術(shù)后的患者臥床時(shí)間較長(zhǎng)，開(kāi)始時(shí)又有沙袋加壓，所以皮膚問(wèn)題顯得尤為重要。沙袋加壓期間給予翻身墊，每次翻身的角度45°，2 h翻身1次，夜間減少為4 h 1次。骶尾部墊干燥的小毛巾，潮濕后及時(shí)更換。撤除沙袋后，患者可以自主翻身，翻身時(shí)動(dòng)作輕、柔。尤其是護(hù)士在交接班時(shí)做到嚴(yán)密觀察皮膚情況。

3.4 大容量變壓器預(yù)充磁

中/高壓電力系統(tǒng)因電站容量大，通常會(huì)使用大容量船用變壓器，大容量變壓器空載合閘會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，變壓器合閘時(shí)電流一般能達(dá)到其自身額定值的4～6倍，沖擊電流將導(dǎo)致變壓器保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作，影響整個(gè)船用電網(wǎng)穩(wěn)定性和供電連續(xù)性。為限制大容量變壓器空載合閘產(chǎn)生空載合閘沖擊電流，在合閘之前需要對(duì)變壓器副邊進(jìn)行預(yù)充磁。

3.4.1 變壓器空載合閘電流分析

學(xué)校把改善辦學(xué)條件作為教育落實(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)。一是不斷改善班級(jí)、功能室的設(shè)施設(shè)備，配齊配足各項(xiàng)儀器。目前，學(xué)校擁有科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、微機(jī)室、圖書館、電子閱覽室、音樂(lè)室、美術(shù)室、舞蹈室、綜合實(shí)踐活動(dòng)室、書法室、心健室、醫(yī)務(wù)室、塑膠跑道、籃（足）球場(chǎng)等。實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)班班通，學(xué)生上機(jī)“一人一機(jī)”，教師辦公人手一機(jī)，并對(duì)校園計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面更新升級(jí)。學(xué)校成立了網(wǎng)絡(luò)信息管理中心和教學(xué)資源庫(kù)，建立校園網(wǎng)、校園廣播系統(tǒng)、FTP傳輸系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)，極大地提高了教育教學(xué)質(zhì)量。

深潛水工作母船通過(guò)2套12脈沖電力推進(jìn)系統(tǒng)組成虛擬24脈沖整流變頻，減小諧波。實(shí)現(xiàn)方法：將其中1套電力推進(jìn)系統(tǒng)電源移相15°，使2套經(jīng)過(guò)12脈沖整流得到的直流波形的紋波相互錯(cuò)開(kāi)15°，疊加后得到24脈沖的直流波形，原理如圖4所示，假設(shè)第2臺(tái)變壓器原邊超前第1臺(tái)原邊15°，則線電流也比第1臺(tái)超前15°(15°移相可以通過(guò)變壓器原邊延邊三角形接法實(shí)現(xiàn)變壓器移相)，則iA″超前iA′15°，對(duì)于iA′則有：

U1=Umcos[ωt+θ]=i1R1+N1dI/d。式中：U1為變壓器一次側(cè)電壓；Um為變壓器一次側(cè)電壓峰值；θ為變壓器合閘瞬間初始角，由于變壓器等效電阻R1較小，可以將其忽略不計(jì)，因此上式可以簡(jiǎn)化為：

近年來(lái)出現(xiàn)36脈沖、54脈沖、72脈沖變頻整流，這類變頻器由1臺(tái)主變壓器和幾臺(tái)副變壓器組成，每個(gè)副變壓器偏移一定角度，組成一定脈沖整流，為安裝方便，主副變壓器集成為1臺(tái)變壓器，諧波控制效果也很好，是一種比較有潛力的變頻器，相信以后會(huì)逐步在船舶上使用。

根據(jù)目前船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)配置，通過(guò)2套12脈沖整流變壓器實(shí)現(xiàn)虛擬24脈沖整流，是一種效果好，成本較低的諧波控制方式，因此在船舶上經(jīng)常使用。如再減小諧波，可采取更高波次整流，如48脈沖整流，采用2套24脈沖電力推進(jìn)系統(tǒng)組成虛擬48脈沖整流，此時(shí)每套電力推進(jìn)系統(tǒng)需要2臺(tái)變壓器，如圖5所示，不僅增加成本，也給現(xiàn)場(chǎng)布置和施工帶來(lái)難度，目前48脈沖整流電力推進(jìn)運(yùn)用很少，只在部分鋪管船方案設(shè)計(jì)中出現(xiàn)過(guò)。

I=Imsin(ωt+θ)+C。

假設(shè)變壓器鐵芯在t=0時(shí)刻無(wú)剩磁(即Ⅰt=0=0)，則C=Ⅱmsinθ，變壓器空載合閘磁通表達(dá)式為：

Ⅰ=Ⅰmmsinθ。

從該式可知空載啟動(dòng)與額定運(yùn)行時(shí)差異是因?yàn)榇嬖贑，從定性分析，空載啟動(dòng)除了磁通平滑正弦變化外，還增加一個(gè)突變值C，使變壓器空載合閘磁通由周期分量Imsin(ωt+θ)和非周期分量Imsinθ兩部分組成。當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)電壓初始相角θ=90°時(shí)，合閘磁通表達(dá)式為：I=Imm，此時(shí)變壓器空載合閘磁通最大能達(dá)到額定磁通2倍，實(shí)際考慮到變壓器剩磁，這個(gè)數(shù)將在2倍以上。由圖7可看出，變壓器額定工作狀態(tài)均在膝點(diǎn)附近A點(diǎn)，此時(shí)鐵芯已接近飽和，如磁通達(dá)到2倍以上，此時(shí)變壓器工作在B點(diǎn)，將導(dǎo)致變壓器高度飽和，勵(lì)磁電流很大，此時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流80～100倍，盡管有功電流不大，但合成空載電流仍達(dá)到變壓器額定電流4～6倍，引起沖擊電流[4]。

綜上所述，急診醫(yī)務(wù)人員血源性職業(yè)暴露現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)重視，并通過(guò)教育、考核等方式，提高醫(yī)務(wù)人員對(duì)血源性職業(yè)暴露的重視，以降低職業(yè)暴露發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 變壓器簡(jiǎn)化等效電路Fig.6 Transformer equivalet diagram

圖7 變壓器磁化曲線Fig.7 Transformer magnetization

從上面公式推導(dǎo)中可知，變壓器合閘沖擊電流與合閘時(shí)電網(wǎng)的值有關(guān)，并在0°～360°變化，因此變壓器合閘沖擊電流值存在一定的隨機(jī)性。但船舶使用三相變壓器，每相相差120°，一般三相電源中總有一相電流接近0或者等于0，總有一相合閘電流較大，因此大容量變壓器需要采取預(yù)充磁方式減小變壓器空載合閘電流。

預(yù)充磁變壓器的連接方式如圖8所示，一般其容量為主變壓器1%，變比相當(dāng)。進(jìn)行預(yù)充磁時(shí)，主變壓器為預(yù)充磁變壓器的負(fù)載，相對(duì)于變壓器正常工作狀態(tài)，預(yù)充磁變壓器工作一段時(shí)間之后，主變壓器內(nèi)部通過(guò)預(yù)充磁建立穩(wěn)態(tài)的交變磁通，此時(shí)變壓器主開(kāi)關(guān)合上時(shí)，由于內(nèi)部磁通已穩(wěn)定，不會(huì)造成系統(tǒng)磁通突變，無(wú)沖擊電流，啟動(dòng)完成后，取消預(yù)勵(lì)磁，主變壓器正常運(yùn)行。需要注意的是，變壓器采用預(yù)勵(lì)磁時(shí)，需要考慮預(yù)勵(lì)磁電源，一般船舶低壓電源是通過(guò)變壓器提供，在設(shè)計(jì)預(yù)勵(lì)磁時(shí)需要考慮。

圖8 變壓器預(yù)勵(lì)磁電路圖Fig.8 Transformer pre-excitation digram

3.4.2 深潛水工作母船大容量變壓器調(diào)試

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，單臺(tái)變壓器達(dá)到發(fā)電機(jī)容量1/2時(shí)需要考慮加裝預(yù)勵(lì)磁變壓器，深潛水工作母船配置4臺(tái)大容量變壓器：2臺(tái)3 500 kVA變壓器和2臺(tái)2 000 kVA變壓器，這些變壓器應(yīng)采用預(yù)勵(lì)磁啟動(dòng)，但實(shí)際進(jìn)行電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只有3 500 kVA變壓器采用預(yù)勵(lì)磁啟動(dòng)，2 000 kVA變壓器沒(méi)有采用預(yù)勵(lì)磁，結(jié)果調(diào)試時(shí)2 000 kVA變壓器，因?yàn)榭蛰d啟動(dòng)電流大，中壓配電板上真空斷路器發(fā)生不能合閘的情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，10次合閘7次成功，3次失敗，滿足實(shí)際使用，2 000 kVA變壓器合閘存在一定的隨機(jī)性，根據(jù)前面分析，正好說(shuō)明：變壓器合閘沖擊電流與合閘時(shí)電網(wǎng)值有關(guān)，當(dāng)三相某相接近90°時(shí)，變壓器合閘沖擊電流大，導(dǎo)致真空斷路器不能合閘，三相與90°相差較大，真空斷路器能合閘，因此電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，大容量變壓器必須采用預(yù)勵(lì)磁啟動(dòng)。

4 中/高壓電纜終端接線工藝

中/高壓電力系統(tǒng)除在設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)方法，同時(shí)也要考慮相應(yīng)中壓工藝，保證電力系統(tǒng)可靠性，因此中/高壓電力工藝成為船舶建造的研究對(duì)象，中/高壓電纜終端安裝工藝在船舶涉及范圍較大，關(guān)系船舶電網(wǎng)安全，成為中/高壓船舶設(shè)計(jì)和建造中重要內(nèi)容。

（8）昨晚那六十兩銀子，原恐怕他喬腔，就要拿出見(jiàn)物來(lái)買告，見(jiàn)他有個(gè)體面，不好當(dāng)面褻瀆。（明·西周生《醒世姻緣傳》第14回）

中/高壓電纜因?yàn)檩斔偷碾妷焊撸瑸楦纳齐娎|導(dǎo)體電極表面電場(chǎng)分布和絕緣表面耐電強(qiáng)度，在金屬導(dǎo)體和絕緣外層安裝了一層擠包半導(dǎo)電屏蔽層。導(dǎo)體帶電時(shí)，導(dǎo)電線芯與屏蔽層之間將形成徑向分布的電場(chǎng)，電纜的電場(chǎng)只有從導(dǎo)線沿半徑向屏蔽層的電力線，沒(méi)有芯線軸向的電場(chǎng)(電力線)，且電場(chǎng)分布是均勻的。但在制做電纜接頭時(shí)，需要?jiǎng)內(nèi)テ帘螌?，將改變電纜原有電氣結(jié)構(gòu)，原電場(chǎng)分布發(fā)生改變，產(chǎn)生對(duì)絕緣極為不利切向電場(chǎng)(沿導(dǎo)線軸向的電力線)。微準(zhǔn)確計(jì)算電纜斷口處電場(chǎng)，可以根據(jù)電纜端部及其表面等效電路進(jìn)行計(jì)算，等效電氣圖如圖9所示，Yv為單位長(zhǎng)度電纜絕緣層的體積導(dǎo)納，Ys為單位長(zhǎng)度電纜絕緣層表面導(dǎo)納，在交流電壓下，絕緣層表面任一點(diǎn)的電壓和電流有關(guān)系如下：

經(jīng)一系列推導(dǎo)，可得電纜端部電場(chǎng)最大，屏蔽層斷口處最容易發(fā)生放電部位，此時(shí)電纜端部電場(chǎng)分布如圖10所示，電場(chǎng)集中易發(fā)生電暈，產(chǎn)生熱量破壞電纜絕緣，加速電纜絕緣老化，縮短電纜壽命，嚴(yán)重會(huì)發(fā)生短路，引起事故[6]。

DN315、DN250、DN200、DN160 等管溝采用斗寬1.2 m的挖掘機(jī)開(kāi)挖，人工輔助底面修整，管溝斷面為矩形，自地面向下1.8m，管溝底寬1.2 m， 底部應(yīng)平順；DN110、DN90、DN75、DN63、DN50、DN32、DN25、DN20各種管溝采用人工開(kāi)挖，人工底面修整，管溝斷面為矩形，自地面向下0.8m，管溝底寬0.5m，底部應(yīng)平順。管溝開(kāi)挖應(yīng)根據(jù)管道敷設(shè)方向合理確定開(kāi)挖區(qū)段，分段施工，敞溝時(shí)間盡量縮短。

圖9 電纜端部及表面電場(chǎng)等效電路Fig.9 Cable-end and surface electric field l equivalentd circuit

圖10 電纜端部及表面電場(chǎng)分布Fig.10 Cable-end electric field distribution

為克服中/高壓電纜端部發(fā)生電暈，保證電纜絕緣可靠性，需要對(duì)中/高壓電纜端部采取相應(yīng)措施。根據(jù)目前船舶實(shí)際施工條件和材料，可以采用應(yīng)力管改善中高壓電纜終端電場(chǎng)分布，緩和電應(yīng)力的作用。應(yīng)力管材質(zhì)構(gòu)成是由多種高分子材料共混或共聚而成，基材是極性高分子，再加入高介電常數(shù)的填料。應(yīng)力控制材料介電常數(shù)都大于20，體積電阻率為108～1 012Ω·cm。安裝應(yīng)力管后可以改善電纜端部電場(chǎng)分布，分散電纜端部電場(chǎng)，安裝應(yīng)力管后電場(chǎng)分布如圖11所示，此時(shí)電場(chǎng)在電纜端部均勻分布，較好地解決電場(chǎng)集中問(wèn)題。

圖11 改善后的電纜端部及表面電場(chǎng)分布Fig.11 Cable-end electric field distribution after amelioration

根據(jù)上述方法編制深潛水工作母船中/高壓電纜終端接線工藝，現(xiàn)場(chǎng)按照該方法施工，經(jīng)檢測(cè)高壓電纜絕緣值很大，絕大部分處于47 000～69 000MΩ，趨向于無(wú)窮大，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求6 600V電氣絕緣值7.6MΩ，且漏電流很小，約為15μA。測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)明該工藝效果極好，滿足規(guī)范要求。

5 中/高壓電力系統(tǒng)在其他船型上的應(yīng)用

因?yàn)榇爸?高壓電力系統(tǒng)高電壓、大容量、低電流特點(diǎn)，滿足未來(lái)大容量船舶電站要求，比較適合大容量船舶，主要適用工程船和海洋平臺(tái)：工程船對(duì)操作性要求比較高，采用DP2或者DP3定位，大部分采用電力推進(jìn)，電站容量一般比較大，目前普遍采用中高電力系統(tǒng)，如DCV5000鋪管船采用DP3定位，除起重、鋪管設(shè)備外，配置8臺(tái)電力推進(jìn)器，電站容量很大，采用11 kV電站；海洋平臺(tái)系統(tǒng)多，因?yàn)楣こ套鳂I(yè)，帶有較大系統(tǒng)或者設(shè)備，導(dǎo)致電站容量比較大，一般采用中高壓電力系統(tǒng)；散貨船、客滾船，因?yàn)楹叫薪?jīng)濟(jì)性，一般采用柴油機(jī)推進(jìn)，且船舶系統(tǒng)和設(shè)備不多，電站容量不大，一般采用低壓電站；冷藏集裝箱船，因?yàn)楹叫薪?jīng)濟(jì)性，一般采用柴油機(jī)推進(jìn)，船舶主要系統(tǒng)為冷藏集裝箱設(shè)備，而每個(gè)冷藏集裝箱功率通常只有11 kW，如果考慮同時(shí)工作系數(shù)，1 000個(gè)冷藏集裝箱需要的功率也只有約4 000 kW，因此這些電站容量一般不大，一般不采用中/高壓電力系統(tǒng)。

6 結(jié) 語(yǔ)

船舶中/高壓電力系統(tǒng)能夠得到發(fā)展，是因?yàn)槠渥陨硖攸c(diǎn)符合了未來(lái)大型船舶發(fā)展的需要，采用中/高壓電力系統(tǒng)將是未來(lái)船舶電站的發(fā)展趨勢(shì)，相信在以后的船舶設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，將會(huì)遇到越來(lái)越多中/高壓電站船舶。全面把握中壓電力系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和工藝，需要進(jìn)行大量的學(xué)習(xí)和研究。

[1] 陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)(2版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 王鵬.船舶中壓電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式研究[J].船舶，2007(3)：49-54.

[3] 黃俊，王兆安.電力電子變流技術(shù)(3版)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

[4] 李發(fā)海,朱東起.電機(jī)學(xué)(4版)[M].北京：中國(guó)科學(xué)出版社,2007.

[5] 孔德武.交聯(lián)聚乙烯電纜的試驗(yàn)終端[J].電線電纜，1993(6):32-37.

[6] 沈其工,方瑜,周澤存，等.高電壓技術(shù)(4版)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

Research and application on middle voltage power system of the deep diving work supply vessel

GUO Ning，LU Ze-wen,ZHANG ming,WANG Bing-wen

(Wuchang Shipbuilding Industry Co.，Ltd,Wuhan 430060，China)

With the increasing of vessel power capacity,the middle/high voltage power system vessels are more and more,deep diving work supply vessel is the first middle voltage power system vessel built by Wuchang Shipbuilding Industry Co.,Ltd.,to digest and absorb the related technology,we analyse middle/high voltage power system,and master the core technology of power system,provide technical support for middle/high voltage power system vessel design and build in future.

vessel;middle/high voltage power system;pre-excitation;virtual pulse

2014-02-14；

2014-03-03

郭寧(1958-)，男，研究員，主要從事船電設(shè)計(jì)及自控技術(shù)研究。

U674.2

A

1672-7649(2014)03-0099-07

10.3404/j.issn.1672-7649.2014.03.021