對(duì)船舶高壓供配電裝置中幾個(gè)問題的探討

溫 莉

(江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

對(duì)船舶高壓供配電裝置中幾個(gè)問題的探討

溫 莉

(江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司, 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

船舶電力系統(tǒng)采用高壓裝置時(shí)，應(yīng)注意選擇中性點(diǎn)接地方式。船舶高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)三相三線中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)或三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的選用，從理論和實(shí)際兩方面進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，船舶高壓電站的高壓發(fā)電機(jī)與主變壓器高壓側(cè)均宜采用三相三線中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)和岸電(3～10 kV電力系統(tǒng))的中性點(diǎn)運(yùn)行方式保持一致。根據(jù)各船舶規(guī)范的有關(guān)要求與岸電高壓系統(tǒng)防止誤操作的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合對(duì)多艘船舶高壓電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，總結(jié)為“八防”功能。

高壓配壓；配電裝置；中性點(diǎn)；操作規(guī)程

0 引言

電力推進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，海洋工程船舶綜合功能的不斷提高以及艦船特定裝備對(duì)電力的需求，都使船舶主電站的功率越來越大。當(dāng)前，絕大多數(shù)船舶主電站的電壓等級(jí)為三相交流400 V、440 V或690 V，采用放射式配電方式。面對(duì)功率日益增大的船舶電網(wǎng)，主電站若采用常規(guī)的低電壓等級(jí)，難以滿足電力系統(tǒng)的大功率需求。

在同等功率時(shí)，低壓電氣設(shè)備的體積與重量要比高壓電氣設(shè)備大得多，低電壓輸送電力所需要的電纜截面、短路電流、電壓降都要比高電壓大很多倍。在主電站功率較大時(shí)，若采用低壓供配電，不僅大量的低壓電纜不易敷設(shè)，而且低壓斷路器在短路條件下的分?jǐn)嗄芰σ搽y以滿足要求。如果主電站功率在10 MW以上，各種負(fù)面影響會(huì)更加突出。

由此可見，船舶電力系統(tǒng)采用高壓供配電，不僅能滿足大功率的要求，還能節(jié)能降損，提高電壓質(zhì)量。但是，選擇船電高壓系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式以及高壓裝置的防誤操作值得探討。

1 船電高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式

設(shè)計(jì)船舶主電站時(shí)若選用高壓裝置時(shí)，應(yīng)注意選擇中性點(diǎn)的接地方式。目前，對(duì)船電高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式無強(qiáng)制性規(guī)定。在GB 13031—1991《電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統(tǒng)》中，第4.3.1條對(duì)船舶高壓配電系統(tǒng)允許選用“三相三線中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)”或“三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)”，但第4.3.4.1條規(guī)定“變壓器高壓側(cè)的中性點(diǎn)不應(yīng)接地”。

三相三線中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地電流僅為線路及設(shè)備的電容電流，每公里6～10 kV金屬鎧裝三相電力電纜的電容電流一般不超過1.8 A。按照高壓規(guī)程規(guī)定，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，允許暫時(shí)繼續(xù)運(yùn)行2 h。這就足以有時(shí)間來排除接地故障，所以供電連續(xù)性最好。如果操作者萬一觸碰到單相帶電導(dǎo)體，觸電的后果也小得多。

船舶規(guī)范規(guī)定從高壓電網(wǎng)通過變壓器供電的低壓電網(wǎng)，應(yīng)對(duì)由于初級(jí)和次級(jí)繞組間的絕緣故障所致的過電壓進(jìn)行保護(hù)，提出“可借助低壓系統(tǒng)中點(diǎn)接地或者使用適當(dāng)?shù)闹悬c(diǎn)限壓裝置來實(shí)現(xiàn)”。據(jù)此，當(dāng)主電站選用高壓供電時(shí)，可將配電變壓器高壓側(cè)選用三相三線對(duì)船體絕緣系統(tǒng)，例如三角形接線，對(duì)其低壓側(cè)選用三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，即星形中性點(diǎn)接地，變壓器聯(lián)結(jié)組別標(biāo)號(hào)為Dyn11，屬于大接地電流系統(tǒng)，Dyn11聯(lián)結(jié)組別還有利抑制3次諧波。由于低壓側(cè)繞組中性點(diǎn)直接接地，當(dāng)變壓器初次級(jí)繞組間發(fā)生絕緣故障時(shí)，限制了低壓電網(wǎng)發(fā)生過電壓，并能發(fā)出高壓?jiǎn)蜗嘟拥貓?bào)警信號(hào)。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)發(fā)生接地短路故障時(shí)，保護(hù)裝置能瞬時(shí)動(dòng)作，使開關(guān)跳閘，以利于迅速消除故障。

2 船電高壓系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的不可行性

船舶規(guī)范要求“油船、化學(xué)品船、液化氣運(yùn)輸船的交流配電系統(tǒng)一般不允許采用以船體為回路和無船體回路的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)”，而且要求“其他船舶如采用中性點(diǎn)接地系統(tǒng)時(shí)，高壓中性點(diǎn)接地線中必須有一電阻或其他限流裝置，使故障時(shí)接地故障電流限至連接至配電板的最大發(fā)電機(jī)的滿載電流；然而，接地故障電流不應(yīng)小于接地故障監(jiān)測(cè)器最小閾電流的3倍”。船舶建造規(guī)范還要求應(yīng)對(duì)具有中性點(diǎn)限流接地的裝置采取措施，以確保接地故障輸出的選擇性斷開。對(duì)地聯(lián)接應(yīng)通過限流裝置接地并帶有分?jǐn)嘌b置等有關(guān)要求。這些規(guī)定使設(shè)計(jì)和安裝都比較復(fù)雜，還會(huì)由此額外增加相關(guān)設(shè)備的費(fèi)用和安裝位置。

從圖3可知，如果船舶高壓電站的高壓側(cè)采用三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，在接取6～10 kV三相高壓岸電電源后，便會(huì)引起岸電相關(guān)電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。因此，船電高壓裝置若采用三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)接取岸電不具有可行性。

3 船電高壓供配電裝置的防誤操作

船電高壓供配電裝置的安全性十分重要。船舶規(guī)范要求抽出式開關(guān)裝置應(yīng)可鎖定在工作位置，安裝在工作位置和斷開位置的裝置均為有效的機(jī)械連鎖裝置，即使當(dāng)匯流排帶電時(shí)也能安全地進(jìn)行功能測(cè)試和維護(hù)。

根據(jù)各船級(jí)社的有關(guān)要求與岸電高壓系統(tǒng)防止誤操作的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合對(duì)多艘船舶高壓電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，總結(jié)為防誤操作規(guī)程共八條，簡(jiǎn)稱“八防”功能。高壓開關(guān)設(shè)備是手動(dòng)操作或是電動(dòng)操作，高壓金屬封閉式配電柜是可移開式或是固定式，均應(yīng)在接通和斷開兩個(gè)位置裝設(shè)機(jī)械閉鎖與電氣互鎖，實(shí)現(xiàn)“八防”功能。

(1)防止誤合斷路器(含負(fù)荷開關(guān)、接觸器)。只有在相關(guān)的隔離開關(guān)合閘后或相關(guān)的隔離觸頭插入后，在工作位置的斷路器才能合閘；如果是移開式開關(guān)裝置，斷路器的可移開部件才可以插入，否則被閉鎖無法操作。

(2)防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)或隔離觸頭。隔離開關(guān)或隔離觸頭應(yīng)聯(lián)鎖得只有在斷路器切斷后才能接通或斷開。當(dāng)斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)，相關(guān)的隔離開關(guān)或隔離觸頭被閉鎖，無法接通或斷開，只有當(dāng)相關(guān)的斷路器在分閘后才能接通或斷開；如果是移開式開關(guān)裝置，斷路器的可移開部件在試驗(yàn)位置或完全拉出后，相關(guān)的隔離開關(guān)或隔離觸頭才能接通或斷開。

(3)防止帶電合接地開關(guān)。斷路器、隔離開關(guān)與相關(guān)的接地開關(guān)之間應(yīng)加裝互鎖。在合閘狀態(tài)時(shí)，接地開關(guān)被閉鎖無法合閘。如果是移開式開關(guān)裝置，只有當(dāng)可移開部件在試驗(yàn)位置或完全拉出時(shí)，接地開關(guān)才能合閘。

(4)防止帶接地線送電。在接地開關(guān)未分閘前，斷路器被鎖住無法合閘。如果是移開式開關(guān)裝置，只有當(dāng)接地開關(guān)處在分閘位置時(shí)，可移開部件才能推入到工作位置。

(5)防止誤入帶電間隔。只有當(dāng)高壓隔室的元器件不帶電并且已接地的情況下，隔室的門、蓋板才能開啟。高壓配電板上需裝設(shè)高壓帶電顯示閉鎖裝置，高壓有電時(shí)發(fā)出燈光指示并閉鎖電纜室的門無法打開。當(dāng)斷路器在合閘狀態(tài)時(shí)，開關(guān)柜各隔室的門被閉鎖無法打開；通向接近高壓隔室的門應(yīng)聯(lián)鎖使其只有在接地開關(guān)合閘后才能打開。移開式開關(guān)裝置的固定觸頭，在抽出時(shí)其帶電的觸頭部件應(yīng)自動(dòng)被擋板遮蓋或者只有在其已被遮蓋后，才可能完全拉出。

(6)防止輔助回路開路。手車式配電柜應(yīng)防止手車在工作位置時(shí)拔除二次插頭；斷路器只有在與自動(dòng)分閘相關(guān)的輔助回路都已接通時(shí)，才可以在工作位置合閘。相反地，斷路器在工作位置處于合閘狀態(tài)時(shí)，輔助回路不能被斷開。

(7)防止輔助電源失電。對(duì)于高壓裝置的控制、操作等輔助電路的供電，應(yīng)設(shè)有兩個(gè)獨(dú)立的不間斷電源：如果這些不間斷電源中有一個(gè)損壞，則剩下的裝置應(yīng)能對(duì)所有的配電板區(qū)段供電，應(yīng)自動(dòng)地向備用電源轉(zhuǎn)換，且發(fā)出報(bào)警。一個(gè)不間斷電源應(yīng)從應(yīng)急配電板饋電，而另一不間斷電源應(yīng)從主配電板饋電；如果輔助電路是直流電源，一個(gè)不間斷電源應(yīng)從充放電板饋電，另一個(gè)不間斷電源應(yīng)從應(yīng)急配電板饋電。

(8)防止船電與岸電并網(wǎng)。對(duì)船舶停泊時(shí)需要由高壓岸電提供電源的電站，應(yīng)將主配電板上的岸電聯(lián)絡(luò)開關(guān)與各發(fā)電機(jī)主開關(guān)進(jìn)行互鎖，以防止將船電與岸電并網(wǎng)；如果允許短暫并網(wǎng)轉(zhuǎn)移負(fù)載的系統(tǒng)，需裝設(shè)逆功率保護(hù)。

上述“八防”功能中，大多為機(jī)械方式進(jìn)行閉鎖。有些可以利用開關(guān)的輔助觸頭或位置開關(guān)的觸頭在控制回路中設(shè)置電氣互鎖。為防止誤入帶電間隔和誤開柜門，可利用帶電顯示器配置電磁鎖將門鎖住，從而有效地杜絕在任何形式下可能發(fā)生的誤操作。

4 結(jié)語

船舶高壓配電系統(tǒng)允許選用三相三線中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)或三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，在理論上可行，在實(shí)際應(yīng)用還存在困難。通過理論和實(shí)際兩方面分析研究后發(fā)現(xiàn)，船舶高壓電站的高壓發(fā)電機(jī)與主變壓器高壓側(cè)均宜采用三相三線中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，這也符合岸電電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際狀況。船舶高壓配電系統(tǒng)和岸電(3～10 kV電力系統(tǒng))的中性點(diǎn)運(yùn)行方式保持一致，有利于船舶?？扛劭跁r(shí)接取岸電電源。

高壓裝置的優(yōu)點(diǎn)雖然很多，但對(duì)安全的要求也很高，應(yīng)當(dāng)把“八防”功能作為強(qiáng)制性要求。

[1] 國家技術(shù)監(jiān)督局.電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統(tǒng):GB13031—1991[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1992：2-3.

[2] 中國船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 法國船級(jí)社.鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范[M].上海：上海科學(xué)普及出版社，2002.

[4] 周洋.三相系統(tǒng)中相電壓不平衡及電壓降計(jì)算[C]//1990年江蘇省造船工程學(xué)會(huì)論文集.南京：江蘇省造船工程學(xué)會(huì)，1990.

[5] 周洋，王德義.船舶高壓電力裝置的安全防護(hù)[C]//1993年江蘇省造船工程學(xué)會(huì)論文集.南京：江蘇省造船工程學(xué)會(huì)，1993.

U665.14

A

2017-05-27

溫莉(1979—)，女，碩士，工程師，從事船電工程設(shè)計(jì)。