某電力推進(jìn)船變頻電纜敷設(shè)工藝研究

程濤+劉波+許仲瑜+胡成

摘 要：本文通過對某電力推進(jìn)船變頻電纜的敷設(shè)工藝研究，提出一種緊湊艙室內(nèi)變頻電纜的敷設(shè)方法，為同類型船變頻電纜的敷設(shè)提供參考意見。

關(guān)鍵詞：電力推進(jìn)船；變頻電纜；敷設(shè)工藝

中圖分類號：U 671.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： By studying the variable-frequency cable laying process， this paper proposes a variable-frequency cable laying process for compact compartments of electrically propelled ship.

Key words： Electrically propelled ship； Variable-frequency cable； Cable laying process

1 前言

當(dāng)今，電力推進(jìn)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，電力推進(jìn)系統(tǒng)在半潛船、鉆井平臺和大型游輪等船舶上得到廣泛應(yīng)用。電力推進(jìn)系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)組發(fā)出電能，通過變頻裝置控制推進(jìn)電機(jī)，推進(jìn)電機(jī)通過軸系帶動螺旋槳，從而實(shí)現(xiàn)船舶推進(jìn)。

為降低與其他設(shè)備和電纜間的電磁干擾，應(yīng)對變頻電纜敷設(shè)進(jìn)行規(guī)劃，達(dá)到相關(guān)工藝技術(shù)要求。本文對采用電力推進(jìn)的某海洋石油工程船建造過程中變頻電纜敷設(shè)進(jìn)行研究探討，提出一種緊湊艙室內(nèi)的變頻電纜敷設(shè)工藝，并對施工難點(diǎn)提出了解決方案。

2 電力推進(jìn)系統(tǒng)簡介

本船電力推進(jìn)系統(tǒng)主要由以下部分組成：發(fā)電機(jī)組、主配電板、推進(jìn)變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)、螺旋槳等。電力推進(jìn)系統(tǒng)的各單元的組成，如圖1所示。

推進(jìn)電機(jī)至變頻器之間的電力電纜選用變頻電纜，敷設(shè)前規(guī)劃好電纜路徑，變頻電纜與常規(guī)電纜分開敷設(shè)，達(dá)到降低電纜間的電磁干擾的目的。

3 變頻電纜選擇

變頻器運(yùn)行過程中會產(chǎn)生基波和高次諧波，基波和高次諧波通過電纜進(jìn)行傳輸，會對附近系統(tǒng)、設(shè)備及電纜產(chǎn)生電磁干擾，形成電磁波環(huán)境污染，因此選用的電纜能應(yīng)對其進(jìn)行盡可能的屏蔽，降低對外干擾。從變頻器到電機(jī)之間的電力電纜應(yīng)選用帶屏蔽結(jié)構(gòu)的電纜并且盡量降低敷設(shè)長度，這樣可降低電磁輻射和漏電流；變頻電纜具備良好的抗干擾和低輻射性能，能有效屏蔽自身傳輸電流基波和高次諧波對外部設(shè)備的影響，同時能抑制外部電磁輻射對自身的干擾。在安裝工藝上，變頻器的進(jìn)線和出線按照廠家提出的安裝要求進(jìn)行，選用電磁兼容密封，進(jìn)一步降低電磁干擾。

根據(jù)以上原則，對變頻器的專用連接電纜作以下選型：外包絕緣材料方面，可采用硬質(zhì)乙丙橡膠和交聯(lián)聚乙烯，能承受較高電壓等級的電力負(fù)載；導(dǎo)體結(jié)構(gòu)方面，變頻電纜的導(dǎo)體一般采用符合IEC60228[1]要求的5類軟銅絲絞合導(dǎo)體，可較好地滿足變頻電纜的敷設(shè)空間較小、彎曲半徑小的特性；芯線結(jié)構(gòu)方面，變頻電纜主要有3芯、3+E芯和3+3E芯三種結(jié)構(gòu)，在理想的三相電力系統(tǒng)中，3+3E芯型為對稱結(jié)構(gòu)，可使三個絕緣接地線芯的相位一次滯后120°，形成一個對稱平衡的狀態(tài)，有效降低線芯間高次諧波對變頻電纜的影響；屏蔽材料方面，復(fù)合型的金屬屏蔽可有效屏蔽電磁波，避免電離現(xiàn)象對電力系統(tǒng)的影響。

本船的推進(jìn)用電源電壓為AC690 V，故變頻電纜須采用1.8/3 kV等級，結(jié)合上述要求，本船變頻電纜型號選用1.8/3 kV TFOI-EMC，規(guī)格為3×120+3×25 mm2如圖2所示。

4 變頻電纜敷設(shè)工藝

推進(jìn)電機(jī)的變頻電纜和電機(jī)變頻器內(nèi)部均存在分布式寄生電容，因?yàn)樽冾l器PWM輸出電壓波形為非線性的，可以分解為基波和高次諧波，通過變頻器內(nèi)部及變頻電纜的寄生電容產(chǎn)生基頻和高頻的電磁波，對其附近的設(shè)備和電纜產(chǎn)生電磁干擾。

考慮以上因素，變頻電纜的敷設(shè)工藝應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）與變頻器連接的變頻電纜，應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)在專門的電纜托架上，專用托架與其它電纜托架分開，并保持至少200 mm的間距；變頻電纜應(yīng)與其他低壓電纜盡可能遠(yuǎn)距離分開敷設(shè)，如果和控制電纜相交，交角要成90°直角（見圖3）；變頻電纜敷設(shè)時需注意電纜的保護(hù)層、屏蔽層的保護(hù)，不能出現(xiàn)破損表面；

（2）連接變頻器與推進(jìn)電機(jī)的電纜，如果是多根并聯(lián)的方式，電纜拉敷和接線后，并聯(lián)電纜的長度應(yīng)相同，保證阻抗一致；

（3）變壓器與變頻器、變頻器與電機(jī)之間的變頻電纜鎧裝層/屏蔽層和接地線要求可靠接地（360°環(huán)形可靠接地），鎧裝層（屏蔽層）接地點(diǎn)是離開電纜連接處最近的接地銅排，電纜的兩端鎧裝層/屏蔽層和接地線都要求可靠接地；

（4）禁止將過長的電纜盤成圈狀放在變頻機(jī)柜內(nèi)，圈在一起將引起電纜發(fā)熱和增加電磁輻射干擾；

（5）變頻器、推進(jìn)馬達(dá)變頻電纜的接地，應(yīng)嚴(yán)格按照ROXTEC EMC模塊安裝指導(dǎo)進(jìn)行。本船采用的變頻電力電纜必須采取可靠接地措施，在電纜兩端點(diǎn)做好內(nèi)、外兩層屏蔽的接地處理，所有電纜屏蔽層都要可靠接到PE點(diǎn)上，為避免變頻器通過電纜對外干擾，接地電阻應(yīng)不大于10 mΩ；

（6）推進(jìn)變壓器及推進(jìn)變頻器底部穿甲板電纜密封，采用DGM-NG型密封裝置，在設(shè)備底部利用設(shè)備自帶的模塊式密封裝置密封好后，再對設(shè)備底部甲板進(jìn)行密封。

5 應(yīng)用情況

某采用電力推進(jìn)的海洋石油工程船，主電源采用AC6600V、50 Hz柴油發(fā)電機(jī)組，主推進(jìn)變壓器（6 600 V/690 V）、推進(jìn)電機(jī)（交流690 V）布置在尾部，主機(jī)和煙囪位于首部，分前后主機(jī)艙，采用多股屏蔽電纜對推進(jìn)電機(jī)進(jìn)行供電，每臺變頻器到電機(jī)有20余根3×120 mm2的電纜；另一方面，該種船型的船體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，冗余設(shè)備多，艙室電纜通道的綜合布置難度較大，對變頻電纜敷設(shè)要求較高。

本船在變頻電纜敷設(shè)規(guī)劃時，根據(jù)工藝要求，主要考慮以下幾個方面：電纜的分類敷設(shè)要求、電纜彎曲半徑、電纜之間隔離、電纜的梁上開孔要滿足規(guī)范要求。具體措施如下：

（1）變頻電纜敷設(shè)長度盡可能一致。主變頻器到電機(jī)的電纜長度至少10 m以上，同時滿足電纜的彎曲半徑為10倍電纜外徑；變壓器分別由前后機(jī)艙供電，經(jīng)變頻器再至推進(jìn)電機(jī)，艙內(nèi)的相關(guān)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離變頻電纜布置位置，避免交叉布置；變頻電纜敷設(shè)需考慮中壓、低壓電力、通信、控制等電纜的綜合布置。

本船在兩舷側(cè)采用2 000×1 100 mm2的A60電纜通道（見圖4），實(shí)現(xiàn)中壓、低壓、信號電纜分隔布置；尾部電機(jī)進(jìn)出艙的兩個水密艙蓋位置避免在該位置布置電纜和設(shè)備，防止以后擋住電機(jī)出艙維修；

（2）為方便電纜布置，要求變頻器、變壓器等設(shè)備對稱布置，變頻器到推進(jìn)變壓器的16根3×70 mm2變頻電纜由上平臺下改到平臺上（即變頻器室地板夾層內(nèi)），同時把變頻器基座提高，解決設(shè)備進(jìn)線及電纜彎曲半徑的要求，減少了推進(jìn)電機(jī)上方電纜較多的壓力；另外，推進(jìn)電機(jī)的變頻電纜從底部敷設(shè)，采用電纜槽安裝保護(hù)；詳見圖5及圖6。

（3）合理規(guī)劃走線，確保大電纜有足夠的彎曲空間，電纜的內(nèi)外屏蔽層都要可靠接地，電纜連接到端子前要有一定的長度余量，電纜的重量不能加到母線排和接線端子上，擰緊螺栓時不能踩踏母線排；

（4）外接電纜由配電板底部進(jìn)線，進(jìn)線處用MCT密封，中壓電纜端頭采用專用的冷縮套管進(jìn)行處理，選用EMC（電磁兼容式密封件）密封，控制電磁干擾。

6 結(jié)束語

變頻電纜是電力推進(jìn)系統(tǒng)的重要組成部分，合理敷設(shè)變頻電纜，可以有效降低對附近低壓控制設(shè)備的電磁干擾，確保設(shè)備正常工作。通過對某電力推進(jìn)海工船的施工設(shè)計(jì)，總結(jié)出變頻電纜的敷設(shè)工藝，經(jīng)實(shí)船驗(yàn)證取得了預(yù)期效果，為后續(xù)建造的同類型電力推進(jìn)船提供了較好的借鑒。

參考文獻(xiàn)

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