智能型干式負(fù)載在艦船電站系統(tǒng)試驗(yàn)中的應(yīng)用

朱 煒，陳紅佑

● （海軍駐上海滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍事代表室，上海 200129）

智能型干式負(fù)載在艦船電站系統(tǒng)試驗(yàn)中的應(yīng)用

朱 煒，陳紅佑

● （海軍駐上海滬東中華造船(集團(tuán))有限公司軍事代表室，上海 200129）

針對(duì)目前艦船電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)中使用水負(fù)載所帶來(lái)的一些不足，本文提出了以智能型干式負(fù)載替代原水負(fù)載的方案，并進(jìn)行實(shí)船試驗(yàn)驗(yàn)證。智能型干式負(fù)載集成了功率組件和控制系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單、可靠性高，提高了試驗(yàn)質(zhì)量，縮短了試驗(yàn)周期，取得了較好的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益

艦船電站系統(tǒng)；系泊試驗(yàn)；水負(fù)載；干式負(fù)載

0 引言

在艦船系泊試驗(yàn)中[1-3]，通常采用水電阻和電抗器作為發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功負(fù)載來(lái)完成電站系統(tǒng)的相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目。其中，水電阻的大小由水的導(dǎo)電性和極板在水中的面積決定，通過(guò)調(diào)節(jié)極板升降來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載大小，且水溫必須控制在一定限值以下（若水溫接近沸點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生氣泡，引起負(fù)載較大波動(dòng)）。同時(shí)水負(fù)載和電抗器只能分開(kāi)固定放置在碼頭，額外需配備試驗(yàn)連接電纜，這些都給試驗(yàn)帶來(lái)了不少困難和安全隱患。特別是在做發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)時(shí)，對(duì)負(fù)載的突加、突卸要求較高，水負(fù)載就顯得力不從心了。智能型干式負(fù)載[4]具有功率組件和控制系統(tǒng)集成一體化和戶外可移動(dòng)等特點(diǎn)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和強(qiáng)力風(fēng)冷技術(shù)，將電能通過(guò)電功率組件轉(zhuǎn)換成熱能，再通過(guò)負(fù)載箱內(nèi)風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)通過(guò)散熱口排出。

本文將某型AC450-5MVA的智能型干式負(fù)載應(yīng)用于某型艦船電站系統(tǒng)的系泊試驗(yàn)，順利完成了所有試驗(yàn)，提高了試驗(yàn)質(zhì)量，縮短了試驗(yàn)周期，取得了很好效果。

1 智能型干式負(fù)載的性能及特點(diǎn)

智能型干式負(fù)載主要由功率組件和控制系統(tǒng)兩部分組成，其中功率組件主要是指功率單元（電阻和電抗器）和照明電路、冷卻風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備；控制系統(tǒng)主要包括通過(guò)干式負(fù)載箱內(nèi)的微處理器實(shí)現(xiàn)的負(fù)載監(jiān)控、負(fù)載實(shí)際計(jì)算與控制以及通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)錄入等功能。

1.1 集成一體化設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)使用的電站負(fù)載基本都是水負(fù)載，設(shè)備多、安裝繁瑣、不便于移動(dòng)?？紤]到船廠使用的特殊性以及各個(gè)碼頭資源的共享等特點(diǎn)，試驗(yàn)用智能型干式負(fù)載采用了箱式一體化的設(shè)計(jì)理念，所有元器件都安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的20英尺集裝箱內(nèi)（尺寸可根據(jù)負(fù)載功率大小而定），船廠可根據(jù)需要隨時(shí)將負(fù)載箱吊裝到任務(wù)需要進(jìn)行電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)的碼頭或場(chǎng)地。此外，一個(gè)負(fù)載箱內(nèi)設(shè)計(jì)有兩套獨(dú)立的負(fù)載裝置及控制系統(tǒng)，且預(yù)留擴(kuò)展接口，這就方便用戶有了更大的靈活性和擴(kuò)展性。

1.2 負(fù)載（以一組為例，兩組相同）

試驗(yàn)用的阻性負(fù)載可滿足1kW～2200kW內(nèi)任意檔位組合，具體為1、2、2、5、10、10、20、50、100、…200共19檔，總功率2200kW，最小調(diào)節(jié)精度為1kW。阻性負(fù)載安裝在箱內(nèi)的上半部分，呈水平排列，分左右兩側(cè)安裝，可均衡熱量。其材料采用不銹鋼電阻器，特點(diǎn)是耐酸堿、耐鹽霧和使用壽命長(zhǎng)。

感性負(fù)載可滿足1kvar～1800kvar范圍內(nèi)任意檔位組合，具體為1、2、2、5、10、10、20、50、100、…200共 16檔，總功率1800kvar，最小調(diào)節(jié)精度為1kvar。感性負(fù)載采用進(jìn)口矽鋼片，安裝在箱體內(nèi)底部?jī)蓚?cè)位置。它和阻性負(fù)載配合，可在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)負(fù)荷率和負(fù)載功率因素。

1.3 冷卻風(fēng)機(jī)

設(shè)計(jì)位于阻性負(fù)載下方箱體中部，冷卻進(jìn)風(fēng)從箱體兩側(cè)百葉窗吸入，冷卻阻性負(fù)載后從箱體頂部排風(fēng)口排出。這種設(shè)計(jì)一方面符合了熱量向上的原則；另一方面也考慮了運(yùn)行時(shí)對(duì)周圍來(lái)往工人的安全因素。

1.4 控制及數(shù)據(jù)采集單元

負(fù)載箱內(nèi)的微處理器，主要完成功率組件短路或過(guò)載保護(hù)，根據(jù)指令控制功率單元接觸器的通斷等功能，并提供外部的通信接口，從而與計(jì)算機(jī)相連實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。用戶操作端運(yùn)用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力及友好的操作界面，對(duì)電站系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和記錄。傳統(tǒng)的水負(fù)載都是采用人工按鈕式的操作方式，一方面一次性加減載負(fù)載的精度不夠；另一方面缺乏應(yīng)有的保護(hù)，萬(wàn)一誤操作加載過(guò)度很可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)中的發(fā)電機(jī)組造成損傷。通過(guò)計(jì)算機(jī)操作，則可以通過(guò)輸入目標(biāo)負(fù)載功率，一次加載且可調(diào)加載精度，同時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)最大功率進(jìn)行了限制，不會(huì)出現(xiàn)加載過(guò)度的現(xiàn)象。

1.5 維護(hù)和保養(yǎng)

傳統(tǒng)的水負(fù)載維護(hù)程序繁多，諸如清潔水池、維護(hù)極板、檢查電機(jī)和鋼絲繩等等，為了提高水的沸點(diǎn)，使用中還需要加鹽，水負(fù)載本身還需要接水冷卻。

智能型干式負(fù)載在日常的維護(hù)保養(yǎng)上則無(wú)需花費(fèi)太多的成本，每次試驗(yàn)完畢后，使冷卻風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間便可對(duì)箱體進(jìn)行充分冷卻，平時(shí)只需對(duì)箱內(nèi)元器件進(jìn)行常規(guī)檢查即可。根據(jù)船廠生產(chǎn)管理部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，它不但節(jié)約了水資源（系泊試驗(yàn)約 2000t/船），同時(shí)能有效縮短試驗(yàn)用負(fù)載電纜的長(zhǎng)度（每臺(tái)負(fù)載箱約省1200m），降低了生產(chǎn)成本，表1對(duì)其性能和特點(diǎn)進(jìn)行了歸納。

在負(fù)載箱工作時(shí)，箱內(nèi)的散熱很重要，因此冷卻風(fēng)機(jī)

表1 水負(fù)載和干式負(fù)載的比較

2 智能型干式負(fù)載的使用

基于智能型干式負(fù)載原理較簡(jiǎn)單，在其使用中將著重說(shuō)明計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程智能控制實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程及帶來(lái)的種種便利。

2.1 系統(tǒng)軟件啟動(dòng)

在啟動(dòng)軟件后，點(diǎn)擊聯(lián)機(jī)后，按照頁(yè)面的提示依次設(shè)置負(fù)載參數(shù)、啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、打開(kāi)總開(kāi)關(guān)后(圖1)，即在計(jì)算機(jī)與負(fù)載箱之間建立了正常通信，如圖2所示。

圖1 聯(lián)機(jī)設(shè)置

圖2 軟件運(yùn)行工作界面

2.2 負(fù)載控制

在圖2中，點(diǎn)擊控制下拉菜單中的手動(dòng)穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)后，即可通過(guò)操作實(shí)現(xiàn)最基本的功率設(shè)定如有功功率、功率因素，并可分配2套負(fù)載各自加載的功率，如圖3所示。設(shè)置好功率后，便進(jìn)入了所有穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)通用的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面（圖4）。其界面十分直觀，左上方顯示了負(fù)載信息，之后是步進(jìn)加載顯示（最小調(diào)節(jié)精度為1kW）；在監(jiān)測(cè)界面的下方，試驗(yàn)人員可查看總參數(shù)（即所有負(fù)載的電流、有功功率、視在功率、功率因素、運(yùn)行時(shí)間等）和單機(jī)參數(shù)，還可單擊底部標(biāo)簽，切換顯示電壓、電流等曲線圖。而參數(shù)顯示方式也有數(shù)字顯示和模擬表盤(pán)顯示兩種方式，可根據(jù)使用習(xí)慣切換。

圖3 功率設(shè)定

圖4 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

2.3 數(shù)據(jù)處理

在基于計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制與實(shí)現(xiàn)中，數(shù)據(jù)的采集和處理就顯得更為便捷和直觀。在實(shí)現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上，可自動(dòng)生成數(shù)據(jù)表格或曲線供分析。與傳統(tǒng)水負(fù)載相比，干式負(fù)載在試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

圖5為使用干式負(fù)載完成的發(fā)電機(jī)瞬態(tài)測(cè)試記錄。不難看出，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間之短和超調(diào)量之小都為高質(zhì)量完成電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)提供了有力保證。

3 試驗(yàn)過(guò)程及分析

在某型艦船電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)過(guò)程中，在所有用到智能型干式負(fù)載的試驗(yàn)場(chǎng)合，無(wú)論是發(fā)電機(jī)組調(diào)速、調(diào)壓特性試驗(yàn)，還是電站系統(tǒng)的負(fù)載試驗(yàn)，或是電站系統(tǒng)自動(dòng)控制功能試驗(yàn)，干式負(fù)載最小調(diào)節(jié)單位僅為 1kW，這顯著提高了負(fù)載調(diào)節(jié)精度。較之水負(fù)載試驗(yàn)中外接電流表、功率表等附加儀表參考記錄的傳統(tǒng)做法，試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)干式負(fù)載控制計(jì)算機(jī)采集完成，數(shù)據(jù)的采集和處理更加迅速、準(zhǔn)確，試驗(yàn)記錄更加完整、直觀，極大提升了試驗(yàn)質(zhì)量。整個(gè)電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)從以往的30個(gè)工作日左右縮短為12個(gè)工作日左右，提高了試驗(yàn)效率，縮短了試驗(yàn)周期。

4 結(jié)語(yǔ)

以智能型干式負(fù)載替代傳統(tǒng)水負(fù)載應(yīng)用于電站系統(tǒng)系泊試驗(yàn)，從某種意義上說(shuō)，只是試驗(yàn)方法上很小的改進(jìn)，但卻因?yàn)椴捎昧烁墒截?fù)載集成一體化設(shè)計(jì)并引入了計(jì)算機(jī)控制，使得試驗(yàn)的組織、過(guò)程、效果及效率都發(fā)生了較大變化。在艦船裝備監(jiān)造工作中，還有很多新技術(shù)、新工藝和新方法的應(yīng)用需要去嘗試和實(shí)踐。

圖5 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)記錄

[1] 蘭海,盧芳,孟杰.艦船電力系統(tǒng)[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2013.

[2] 潘德華,羅寰.船舶電站碼頭試驗(yàn)設(shè)備分析[J]. 船電技術(shù), 2012, 32(11): 19-21.

[3] 陳玉華.船舶電站系泊調(diào)試[J]. 機(jī)電設(shè)備, 2012(1):58-62.

[4] 邵開(kāi)文,馬云義.凱翔干式負(fù)載在各行業(yè)的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用, 2009(2): 67-69.

Application of Intelligent Dry Load in Mooring Test of Warship Power Station System

ZHU Wei, CHEN Hong-you
(Navy Representatives Office of HuDong-ZhongHua Shipbuilding Co.,Ltd.，Shanghai 200129, China)

Aiming at a couple of disadvantages created by using water load in mooring test of warship power station system, a proposal of intelligent dry load substitute for water load is submitted, which is verified by the experimental results in warship.Intelligent dry load integrates power devices and control system, resulting in easy operation and high reliability, which can improve the experimental quality, short the cycle, and then the preferable economic and military benefits can be obtained.

warship power station system; mooring test; water load; dry load

TB02

A

朱煒（1979-），男，工程師，博士，從事艦船監(jiān)造工作，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。