電力推進(jìn)船舶變頻器保護(hù)工藝的研究及應(yīng)用

羅婷 張宗川

摘 ? ?要：本文通過對電力推進(jìn)變頻器的設(shè)備組成、結(jié)構(gòu)及其對自身存儲(chǔ)和工作環(huán)境的要求進(jìn)行研究，結(jié)合電力推進(jìn)變頻器在船舶建造過程中面臨的復(fù)雜環(huán)境，對其在船舶建造各階段可能出現(xiàn)的損害，有針對性地提出了相應(yīng)的保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：變頻器;保護(hù);濕度;溫度

中圖分類號：U664.3 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： Through the study of the equipment composition， structure and the requirements of its own storage and working environment of marine electric propulsion frequency converter， combined with the complex environment faced by electric propulsion inverter in the process of ship construction， this paper puts forward corresponding protective measures for the possible damage of electric propulsion inverter in various stages of ship construction.

Key words： Frequency converter; Protection; Humidity; Temperature

1 ? ?前言

隨著國際海事組織對船舶排放方面的標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，綠色環(huán)保的電力推進(jìn)系統(tǒng)將成為未來船舶動(dòng)力發(fā)展的方向。

變頻器是電力推進(jìn)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵設(shè)備。船舶建造環(huán)境復(fù)雜多變，變頻器屬于電子器件裝置，對環(huán)境要求高，研究變頻器保護(hù)工藝方法，對今后電力推進(jìn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備的順利安裝、調(diào)試、系泊試驗(yàn)、航行試驗(yàn)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，是電力推進(jìn)船舶順利建造的保障。

2 ? ?變頻器的結(jié)構(gòu)和組成

現(xiàn)以某船電力推進(jìn)變頻器為例，介紹一下變頻器的結(jié)構(gòu)和組成。

電力推進(jìn)變頻器由水冷屏、控制屏、逆變屏、制動(dòng)屏、整流屏組成，外形尺寸為 5800mm ×2100mm×810mm，重量為4 400kg（干重）/4550kg（濕重），設(shè)備底座高度為100mm， 橡膠墊高度為10mm，底座總重量約300kg。電力推進(jìn)變頻器底座與船體通過焊接方式固定連接。

電力推進(jìn)變頻器有防冷凝加熱器。電力推進(jìn)變頻器的冷卻方式是水/水冷卻，側(cè)面進(jìn)出水，外部采用海水冷卻，與冷卻水的接口采用法蘭連接;內(nèi)部冷卻液是純水，在柜內(nèi)2臺冷卻泵的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)往復(fù)，通過與外部海水進(jìn)行熱交換，帶走柜內(nèi)元器件的熱量。圖1為電力推進(jìn)變頻器外觀圖。

3 ? ?影響電力推進(jìn)變頻器的環(huán)境因素

變頻器屬于電子器件裝置，環(huán)境因素是影響變頻器壽命及可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素：

（1）濕度影響：空氣中的相對濕度≤95%，沒有結(jié)露現(xiàn)象。過高的濕度而且濕度具有較大的變化幅度的時(shí)候，變頻器中可能會(huì)有結(jié)露， 從而減低了絕緣的性能，甚至可能引發(fā)短路事故;

（2）溫度影響：變頻器的使用環(huán)境溫度0 ℃～45 ℃之間。環(huán)境溫度每上升10 ℃，將減少近一半的變頻器壽命;

（3）粉塵影響：環(huán)境中的金屬導(dǎo)電性粉塵侵入變頻器后，將使變頻器的內(nèi)部線路造成短路，情況嚴(yán)重時(shí)還將使變頻器燒毀;環(huán)境中的非導(dǎo)電性粉塵較多地侵入變頻器后，將對散熱造成干擾，造成降低變頻器的輸出容量或出現(xiàn)故障;

（4）腐蝕性氣體影響：環(huán)境中的腐蝕性氣體濃度大時(shí)，不僅會(huì)腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會(huì)加速塑料器件的老化，降低絕緣性能。

4 ? 電力推進(jìn)變頻器在船舶建造過程中的基本流程

電力推進(jìn)變頻器在建造過程中，從設(shè)備入庫到交船所經(jīng)歷的各階段流程圖如圖2。

電力推進(jìn)變頻器入庫驗(yàn)收后在倉庫存放期間受溫、濕度及粉塵影響較大，特別是梅雨季節(jié)受濕度影響更為嚴(yán)重。由于電力推進(jìn)變頻器體積大，一般在總段、總組或船臺建造階段在主船體形成前提前進(jìn)艙。對整個(gè)建造周期來說電力推進(jìn)變頻器進(jìn)艙時(shí)間較早，進(jìn)艙以后相關(guān)艙室各種作業(yè)多（例如：船體結(jié)構(gòu)裝焊作業(yè)、火工校正作業(yè)、船體鐵舾件、管系、電氣安裝件裝焊、管系密試、艙室結(jié)構(gòu)壓水試驗(yàn)、清銹、涂裝油漆、絕緣敷設(shè)等），電力推進(jìn)變頻器將面臨非常惡劣的存儲(chǔ)和安裝環(huán)境，一旦出現(xiàn)疏忽，將給變頻器帶來嚴(yán)重的損傷。

5 ? 電力推進(jìn)變頻器在船舶建造各個(gè)階段的保護(hù)措施

5.1 ?倉庫儲(chǔ)存階段

電力推進(jìn)變頻器入庫驗(yàn)收時(shí)設(shè)備原包裝會(huì)拆除。由于電力推進(jìn)變頻器的到貨時(shí)間與裝船時(shí)間不完全一致，會(huì)出現(xiàn)電力推進(jìn)變頻器在倉庫儲(chǔ)存較長時(shí)間。此階段的保護(hù)措施要求如下：

（1）存放電力推進(jìn)變頻器的庫房應(yīng)清潔、干燥、地面平整，不應(yīng)同時(shí)儲(chǔ)存活性化學(xué)藥品和腐蝕性物品;

（2）檢查電力推進(jìn)變頻器柜內(nèi)干燥劑是否有效，酌情添加干燥劑;

（3）設(shè)備在倉庫存放時(shí)不許堆碼，下邊用木方等墊好，墊高不小于100 mm;

（4）要及時(shí)對電力推進(jìn)變頻器進(jìn)行防塵保護(hù)處理，盡量恢復(fù)原包裝，外露水管法蘭等用氣泡膜圍裹保護(hù);

（5）在電力推進(jìn)變頻器附近設(shè)置干濕溫度計(jì)，時(shí)刻關(guān)注倉庫溫濕度變化情況。當(dāng)倉庫溫濕度到達(dá)變頻器允許的臨界值時(shí)，要采取加熱/除濕/降溫等措施，確保存放區(qū)域溫濕度滿足變頻器存放技術(shù)要求。

5.2 ? 吊運(yùn)裝船階段

（1）電力推進(jìn)變頻器進(jìn)艙后其周圍的打磨、動(dòng)火、油漆等施工作業(yè)容易對電力推進(jìn)變頻器造成損害，因此必須在電力推進(jìn)變頻器進(jìn)艙前，確保艙室內(nèi)、外6個(gè)壁12個(gè)面的鐵舾裝件、基座、管路（與變頻器連接的冷卻管路進(jìn)機(jī)部分除外）等安裝并打磨、油漆完，地板、天花和壁板第一度油漆做完，減少變頻器進(jìn)艙后的產(chǎn)生粉塵的工作;艙室還應(yīng)具備通風(fēng)、照明、抽濕、消防保障條件，空調(diào)、設(shè)備冷卻循環(huán)水管路接口密封堵塞;電力推進(jìn)變頻器是封艙件，進(jìn)艙前必須組織相關(guān)作業(yè)人員按大型設(shè)備進(jìn)艙圖對進(jìn)艙路徑進(jìn)行確認(rèn)，確保進(jìn)艙路徑順暢;電力推進(jìn)變頻器進(jìn)行裝船前，要進(jìn)行包扎保護(hù);

（2）電力推進(jìn)變頻器裝船后將面臨極為惡劣的環(huán)境條件，裝船前的專業(yè)保護(hù)工作能為裝船后的保護(hù)工作打下良好的基礎(chǔ)。在密封包扎前需檢查電力推進(jìn)變頻器內(nèi)的干燥劑是否有效;然后用PVC膜對電力推進(jìn)變頻器的前、后、左、右、頂、底部六面進(jìn)行全方位的密封包扎，包裹面不存在透孔、縫隙及容易積水面;包扎完后掛上“重要設(shè)備，嚴(yán)禁碰撞！”的紅色警示牌;電力推進(jìn)變頻器上的屏幕、儀表、指示燈、開關(guān)等位置應(yīng)先采用透明PVC膜墊底，再用厚度≥30 mm以上的硬底PV泡沫或者海綿墊板固定保護(hù)，并放置警示標(biāo)語;另外，還需要根據(jù)電力推進(jìn)變頻器的尺寸，提前制作好保護(hù)木罩及白鐵皮罩的散裝件，供變頻器裝船后保護(hù)用;

（3）由于電力推進(jìn)變頻器屬于精密儀器，體積大、重量重，吊運(yùn)過程中稍有不慎極易造成碰撞，對電力推進(jìn)變頻器產(chǎn)生較大損害。因此，在吊運(yùn)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備廠提供的吊裝方法和要求進(jìn)行吊裝和運(yùn)輸作業(yè)，嚴(yán)禁野蠻操作，防止設(shè)備吊裝變形和意外墜落及機(jī)械損壞。另外，還需注意室外天氣變化，嚴(yán)禁在下雨、大風(fēng)或朝濕等惡劣天氣進(jìn)行室外吊裝、運(yùn)輸作業(yè)。

5.3 ? 艙室貯存階段

電力推進(jìn)變頻器裝船后船上環(huán)境復(fù)雜，船體打磨、燒焊、油漆、等各項(xiàng)工作交叉進(jìn)行，產(chǎn)生的煙霧、非導(dǎo)電性粉塵、金屬導(dǎo)電性粉塵等嚴(yán)重威脅變頻器的性能，對變頻器的保護(hù)進(jìn)入最為嚴(yán)謹(jǐn)階段。主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面保護(hù)工作：

（1）電力推進(jìn)變頻器安裝艙室的設(shè)備進(jìn)艙工藝開孔應(yīng)當(dāng)優(yōu)先進(jìn)行合攏施工，盡快讓電力推進(jìn)變頻器處于相對封閉環(huán)境;鐵焊、打磨、油漆、絕緣敷設(shè)工作，應(yīng)在合攏段吊裝完成后盡快完成;

（2）設(shè)備吊裝到位后，檢查設(shè)備的各保護(hù)部位是否受到損壞，保證保護(hù)層完好;

（3）電力推進(jìn)變頻器安裝后，先用三防布罩將推進(jìn)變頻器罩好，仔細(xì)檢查三防布罩底部的密封性;然后用預(yù)先制作好的木罩材料現(xiàn)場拼罩在三防布罩外面，防止電力推進(jìn)變頻器受到碰撞;最后用預(yù)先制作好的白鐵皮罩材料現(xiàn)場拼罩在木罩外面，防止焊渣引燃保護(hù)罩;

（4）在最醒目處懸掛設(shè)備保護(hù)標(biāo)識卡，標(biāo)識卡要注明設(shè)備保護(hù)責(zé)任單位和責(zé)任人、聯(lián)系人電話號碼、標(biāo)識日期等;

（5）在電力推進(jìn)變頻器安裝艙室放置干濕溫度計(jì)，時(shí)刻關(guān)注艙室溫、濕度變化情況，確保存艙室溫、濕度滿足變頻器存放技術(shù)要求;

（6）電力推進(jìn)變頻器安裝艙室內(nèi)有修改的項(xiàng)目在作業(yè)時(shí)，相關(guān)作業(yè)區(qū)應(yīng)先確認(rèn)設(shè)備保護(hù)措施，施工過程中嚴(yán)禁火花濺到設(shè)備上;而且在施工時(shí)要有抽風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，防止打磨的鐵銹和粉塵進(jìn)入機(jī)柜;

（7）在設(shè)備裝船后，每日對設(shè)備保護(hù)完好性進(jìn)行檢查，對相關(guān)艙室及設(shè)備外表面進(jìn)行清潔;并控制人員進(jìn)入電力推進(jìn)變頻器安裝艙室，對進(jìn)出該艙室的人員做好記錄。

5.4 ? 設(shè)備接線階段

此時(shí)電力推進(jìn)變頻器的白鐵皮保護(hù)罩、保護(hù)木罩需全面拆除，艙室內(nèi)禁止焊接、打磨、油漆、絕緣敷設(shè)等工作。因此，電力推進(jìn)變頻器安裝艙室內(nèi)其它專業(yè)施工必須全部報(bào)驗(yàn)完工才能滿足變頻器接線條件。在不影響生產(chǎn)進(jìn)度的前提下，接線工作應(yīng)盡可能安排在船舶出塢后進(jìn)行。此階段電力推進(jìn)變頻器的保護(hù)措施如下：

（1）電力推進(jìn)變頻器艙室全面清潔，先清潔艙室其他設(shè)備和裝置，再對電力推進(jìn)變頻器外邊面進(jìn)行清潔;

（2）在電力推進(jìn)變頻器接線前，電纜不能拉敷進(jìn)入設(shè)備內(nèi);具備接線條件時(shí)，電纜方能進(jìn)入設(shè)備進(jìn)線孔;

（3）在接線階段應(yīng)避免其他工種進(jìn)入電力推進(jìn)變頻器艙室進(jìn)行作業(yè);

（4）設(shè)備進(jìn)線口及電纜通艙件在未做水密前要用抹布做臨時(shí)封口，防止灰塵進(jìn)入;

（5）接線時(shí)，用PVC膜或三防布將不接線的部位遮蓋住，盡量減少灰塵的進(jìn)入;

（6）每次接線工作結(jié)束后，要將設(shè)備內(nèi)部和艙室內(nèi)的雜物清理干凈，將拆開的保護(hù)措施還原到位;

（7）電纜金屬編織層、芯線、絕緣皮等需要剪斷時(shí)，必須在柜體外部進(jìn)行剪斷，不得將碎屑留在機(jī)柜內(nèi)。每次接線完后，要檢查是否有殘留線頭、碎屑等留在機(jī)柜內(nèi)，必須全部清除干凈，避免通電時(shí)碎屑吸入設(shè)備元器件內(nèi)損壞設(shè)備。

5.5 ? 系泊、航行試驗(yàn)階段

系泊、航行試驗(yàn)時(shí)變頻器進(jìn)入通電、工作、調(diào)試階段，此階段要嚴(yán)格按照設(shè)備制造廠要求進(jìn)行操作才能確保設(shè)備本體安全。設(shè)備保護(hù)要求如下：

（1）設(shè)備調(diào)試前，設(shè)備外部由工廠采用專用清潔工具進(jìn)行清潔;設(shè)備內(nèi)部由設(shè)備廠采用專用清潔工具進(jìn)行內(nèi)部清潔，確保無金屬粉塵;

（2）系泊試驗(yàn)首次通電前，應(yīng)對設(shè)備安裝、接線正確性和完整性、設(shè)備內(nèi)部清潔情況，電源和冷卻水情況進(jìn)行檢查;并要求設(shè)備廠人員對所有相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查并簽字確認(rèn)后才可進(jìn)行通電;

（3）設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，必須按設(shè)備要求提供必要的空調(diào)、通風(fēng)等作業(yè)環(huán)境條件;

（4）檢查變頻器安裝艙室的通風(fēng)、空調(diào)工作情況，確保艙室的溫度和濕度滿足變頻器的環(huán)境指標(biāo)要求;

（5）調(diào)試人員在設(shè)備不工作時(shí)，應(yīng)及時(shí)蓋上相應(yīng)保護(hù)罩，減少粉塵進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。

6 ? ?結(jié)束語

隨著船舶電力推進(jìn)時(shí)代的到來，電力推進(jìn)變頻器將成為船舶推進(jìn)系統(tǒng)不可缺少的重要部分，對變頻器在船舶建造過程的保護(hù)研究，將為變頻器的順利安裝及使用提供有力保障。我公司建造的某型全電力推進(jìn)船舶在生產(chǎn)建造過程中，通過對變頻器的保護(hù)工藝進(jìn)行研究，在船舶建造的各不同階段對變頻器有針對性地采取相對應(yīng)的保護(hù)措施，使變頻器在船舶施工過程中得到了較好的保護(hù)，避免了因保護(hù)不當(dāng)造成的設(shè)備損傷，實(shí)現(xiàn)了變頻器順利裝船，保證了變頻器性能的正常發(fā)揮，為該船變頻器的安裝、調(diào)試、系泊試驗(yàn)、航行試驗(yàn)的順利進(jìn)行提供了有力保障。