淺談干式負(fù)載箱系統(tǒng)在船舶電站調(diào)試中的應(yīng)用

楊永順　王偉　楊亞男

摘? ? 要：在船舶發(fā)電機(jī)試驗(yàn)過程中，傳統(tǒng)使用的水負(fù)載系統(tǒng)漸漸被新的干式負(fù)載箱系統(tǒng)所取代。干式負(fù)載箱系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)本地操作和電腦遠(yuǎn)程操控、平滑加減負(fù)載、突加載負(fù)載和突卸載負(fù)載等功能，并具有占地面積小、自動(dòng)化和智能化程度高、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用過程中也呈現(xiàn)了一些問題，例如要求操作人員熟練電腦操作、功能浪費(fèi)和成本高等。本文結(jié)合實(shí)船應(yīng)用，對(duì)干式負(fù)載箱系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。

關(guān)鍵詞：干式負(fù)載箱系統(tǒng);發(fā)電機(jī)試驗(yàn);應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：G644.5? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In the process of marine generator test， the traditional water load system composed of water load and reactor is gradually replaced by the new dry load box system. The dry load box system can realize the functions of local operation and computer remote control， smooth load increase and decrease， sudden loading sudden unloading， and has the advantages of small area， high degree of automation and intelligence， energy saving. However， there are some problems in the practical application， such as requiring the operator to be skilled in computer operation， waste of functions and high cost. This paper introduces and analyzes the dry load box system combining with the application of it in real ships.

Key words： Dry load box system; Marine generator test; Application analysis

1? ? ?前言

傳統(tǒng)的水負(fù)載系統(tǒng)在發(fā)電機(jī)調(diào)試試驗(yàn)中暴露出諸多問題，已不能滿足現(xiàn)代船舶碼頭建造階段發(fā)電機(jī)試驗(yàn)對(duì)負(fù)載性能的要求，新的干式負(fù)載箱系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

干式負(fù)載箱系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)水負(fù)載系統(tǒng)使用過程中呈現(xiàn)的體積大、占地面積大、提供負(fù)載不穩(wěn)定、受水位變化波動(dòng)大、操作復(fù)雜、安全可靠性不高、維修保養(yǎng)費(fèi)用高等問題。干式負(fù)載箱系統(tǒng)能為發(fā)電機(jī)試驗(yàn)提供一個(gè)性能穩(wěn)定、安全可靠、連續(xù)可調(diào)的負(fù)載，能夠滿足試驗(yàn)中負(fù)載試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)調(diào)壓、調(diào)速試驗(yàn)、瞬態(tài)轉(zhuǎn)速、電壓特性、并車試驗(yàn)和自動(dòng)電站監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)負(fù)載的要求。但在實(shí)際試驗(yàn)過程中也暴露出一些問題。本文針對(duì)暴露出的問題，對(duì)干式負(fù)載箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、負(fù)載選擇流程和在船舶電站調(diào)試中遇到的問題等方面進(jìn)行了探索。

2? ? 干式負(fù)載箱系統(tǒng)的應(yīng)用背景

船舶在建造過程中，電站系統(tǒng)的調(diào)試是一個(gè)非常重要的過程步驟。傳統(tǒng)電站調(diào)試過程中使用的是由水電阻和電抗器組成的水負(fù)載，其在調(diào)試過程中存在如下的問題：

（1）極板暴露在外面，易發(fā)生觸電安全事故;

（2）加減負(fù)載時(shí)人工干預(yù)多，導(dǎo)致精度不高、記錄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確;

（3）多次使用后極板易腐蝕生銹、整體老化，導(dǎo)致水負(fù)載容量下降達(dá)不到試驗(yàn)大綱要求;

（4）由于水電阻和電抗器是獨(dú)立運(yùn)行的，所以功率因數(shù)穩(wěn)定性差;

（5）在發(fā)電機(jī)瞬態(tài)調(diào)速性能試驗(yàn)時(shí)，需要2臺(tái)水負(fù)載和1臺(tái)電抗器組合使用，線路復(fù)雜、占用碼頭資源大;

（6）使用淡水冷卻負(fù)載使得水溫度變化大，導(dǎo)致水電阻工作狀態(tài)負(fù)載不穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)水資源也是很大的浪費(fèi)。

由于水負(fù)載存在的上述缺陷，所以需要一種新的艦船電站調(diào)試的負(fù)載形式，加上現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷增加，使干式負(fù)載箱系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而出。干式負(fù)載箱系統(tǒng)能夠智能控制負(fù)載的大小，減少了人工因素帶來的誤差，精準(zhǔn)的負(fù)載設(shè)置保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，高度集成化的設(shè)計(jì)降低了連接線路的復(fù)雜性和碼頭資源的浪費(fèi)。因此，干式負(fù)載箱系統(tǒng)在船舶電站調(diào)試試驗(yàn)過程中被大量應(yīng)用。

3? ? 干式負(fù)載箱系統(tǒng)的組成及優(yōu)點(diǎn)

3.1? 系統(tǒng)組成

干式負(fù)載箱系統(tǒng)是由筆記本電腦、控制箱、電纜、風(fēng)機(jī)、阻性負(fù)載、感性負(fù)載、PLC運(yùn)算系統(tǒng)和繼電器等，集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)的負(fù)載箱組成，如圖1所示。其中，筆記本電腦中裝有負(fù)載控制軟件，可進(jìn)行對(duì)負(fù)載的遠(yuǎn)程控制操作;負(fù)載區(qū)A和B是兩個(gè)相同的單元，都是由上方的阻性負(fù)載電阻元件、中間的冷卻風(fēng)機(jī)和下方的感性負(fù)載電抗器組成;電氣室中有很多繼電器，繼電器控制接入到匯流排上的阻性負(fù)載和感性負(fù)載;操作室中含有本地操作面板和PLC運(yùn)算系統(tǒng)，可在本地操作面板中進(jìn)行負(fù)載的本地設(shè)置;PLC運(yùn)算系統(tǒng)根據(jù)遠(yuǎn)程設(shè)置或本地設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，并輸出信號(hào)控制相應(yīng)繼電器的通斷;控制箱主要功能是電腦和負(fù)載箱間信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳遞，將電腦中設(shè)置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在負(fù)載箱中的PLC可識(shí)別的信號(hào)，以及將在負(fù)載箱中測量出的電壓、電流、溫度等信號(hào)轉(zhuǎn)換成電腦可識(shí)別的數(shù)據(jù)。

3.2? 工作原理

干式負(fù)載的系統(tǒng)在某船舶發(fā)電機(jī)組調(diào)試中應(yīng)用的連接框圖，見圖2。

從圖2中可知：干式負(fù)載箱系統(tǒng)的負(fù)載是由阻性負(fù)載的干電阻和感性負(fù)載的電抗器組成，電阻、電抗器、風(fēng)機(jī)等是集成在集裝箱內(nèi)。阻性負(fù)載可滿足1 kW～1350 kW有功功率的消耗;干電阻是由11個(gè)112.7 kW、45.2 kW、2個(gè)22.5 kW、11.3 kW、5.0 kW、2個(gè)2.5 kW、112 kW和一個(gè)無級(jí)可調(diào)電阻組成;感性負(fù)載可滿足1 kV～1 470 kV無功功率的消耗;電抗器是由6個(gè)198.1 kV、142.1 kV、71.4 kV、35.1kV、17.8 kV、2個(gè)7.1 kV、3.6 kV、1.8 kV和1個(gè)無級(jí)極可調(diào)電抗組成。

干負(fù)載箱系統(tǒng)主要是在本地面板或遠(yuǎn)程控制電腦中設(shè)置試驗(yàn)所需有功功率值和功率因素值后，通過數(shù)據(jù)線接入到可編程邏輯控制器PLC中。在可編程邏輯控制器中通過運(yùn)算計(jì)算出所需的電阻值和電抗值，通過邏輯排列選出要接入電路中的電阻和電抗對(duì)應(yīng)的繼電器信號(hào)，控制相應(yīng)繼電器動(dòng)作，最后通過無極可調(diào)電阻和電抗的自動(dòng)調(diào)節(jié)從而完成負(fù)載的設(shè)置，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)負(fù)載電路中負(fù)載值的目的。干式負(fù)載箱系統(tǒng)的工作流程圖，見圖3。

3.3? 干負(fù)載箱系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）智能化操控。干負(fù)載箱系統(tǒng)既可遠(yuǎn)程電腦操控，也可通過本地面板操控進(jìn)行負(fù)載值的設(shè)置;

（2）可調(diào)精度高。因使用多個(gè)電阻、電抗器和無極可調(diào)電阻電抗的組合，可實(shí)現(xiàn)其負(fù)載調(diào)節(jié)精度在1kW和1 kVar，并且連續(xù)可調(diào);

（3）穩(wěn)定性強(qiáng)。在負(fù)載相中由冷卻風(fēng)機(jī)對(duì)工作的負(fù)載進(jìn)行冷卻，可有效地克服電阻因溫度變化導(dǎo)致的阻值變化，從而使負(fù)載維持在穩(wěn)定設(shè)定值上;

（4）安全可靠。干負(fù)載箱系統(tǒng)使用干電阻、電抗和繼電器組成的電路，很容易實(shí)現(xiàn)過流、過壓、熱保護(hù)和短路等保護(hù)。

4? ? 試驗(yàn)過程中存在的問題及解決方法

4.1? 干負(fù)載箱系統(tǒng)功能未能充分利用

在進(jìn)行發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電壓特性試驗(yàn)時(shí)，還需要使用到另一個(gè)瞬態(tài)電壓顯示設(shè)備。而在干負(fù)載箱系統(tǒng)使用說明書中可以查到，干負(fù)載箱系統(tǒng)的負(fù)載可突加和突卸，并能將電路中電壓、電流、功率等變化曲線圖顯示出來，可知干負(fù)載箱系統(tǒng)是可以直接做發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電壓特性試驗(yàn)的。

至于為什么還要使用另一個(gè)瞬態(tài)電壓顯示設(shè)備，主要原因是負(fù)載電纜上存在電壓降，使得負(fù)載箱中匯流排上電壓與發(fā)電機(jī)端電壓存在差異，而負(fù)載箱電腦中顯示的電壓是匯流排上電壓，所以只通過負(fù)載箱系統(tǒng)無法準(zhǔn)確地顯示發(fā)電機(jī)端電壓的變化過程。針對(duì)這個(gè)問題，可以在發(fā)電機(jī)端增加一個(gè)電壓互感器，將測得的電壓信號(hào)輸入到電腦，在電腦中將其電壓值隨時(shí)間變化的曲線顯示出來，這樣就可使干負(fù)載箱系統(tǒng)能夠獨(dú)立地完成發(fā)電機(jī)瞬態(tài)電壓特性試驗(yàn)。

4.2? 操作人員素質(zhì)有待提高

使用干負(fù)載箱系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)負(fù)載試驗(yàn)，要求操作人員具有熟練的電腦操作技能，對(duì)整個(gè)負(fù)載箱系統(tǒng)工作原理和操作步驟有足夠的了解。

干負(fù)載箱系統(tǒng)是一個(gè)高度集成化和智能化的系統(tǒng)，將阻性負(fù)載、冷卻風(fēng)機(jī)、感性負(fù)載、本地操作面板等集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集裝箱內(nèi)，并可通過遠(yuǎn)程筆記本電腦操控。其智能化就是體現(xiàn)在筆記本電腦遠(yuǎn)程操作上，主要工作也是通過筆記本電腦的遠(yuǎn)程操作完成，所以操作人員要具備熟練的電腦操作技能，以免對(duì)設(shè)備造成損害。例如，當(dāng)對(duì)發(fā)電機(jī)加載負(fù)載時(shí)，由于操作人員操作不當(dāng)將負(fù)載從0%直接加載到110%，此時(shí)發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的沖擊電流對(duì)發(fā)電機(jī)造成損害。為此，可在操作人員實(shí)際工作前對(duì)其進(jìn)行電腦操作、干負(fù)載箱系統(tǒng)工作原理和維修保養(yǎng)等方面的培訓(xùn)，從而減少誤操作對(duì)發(fā)電機(jī)和負(fù)載箱系統(tǒng)的影響。

4.3? 工作效率未充分發(fā)揮

干負(fù)載箱系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)水負(fù)載系統(tǒng)有很大優(yōu)勢(shì)，操作方便快捷、安全可靠、性能穩(wěn)定、可調(diào)精度高和功能多樣等，生產(chǎn)效率應(yīng)該會(huì)有所提高，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)工作效率并未有顯著提高。其主要原因是在工作時(shí)間內(nèi)等待的時(shí)間太多，等待其他部門的配合、等待船東和船檢的到來等，很多時(shí)候負(fù)載箱系統(tǒng)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作已經(jīng)做好，卻由于其他人員未到位而不能正常工作。因此，加強(qiáng)部門之間的協(xié)調(diào)配合和完善工作計(jì)劃安排，可有效地解決這個(gè)問題，充分發(fā)揮干負(fù)載箱系統(tǒng)的優(yōu)越性，提高工作效率。

5? ? 結(jié)論

干負(fù)載箱系統(tǒng)取代傳統(tǒng)水負(fù)載系統(tǒng)已成為未來發(fā)展趨勢(shì)之一。雖然干負(fù)載箱系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中也暴露出一些問題，但憑借其先進(jìn)的智能性、精確的負(fù)載調(diào)節(jié)性、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)、安全可靠的保護(hù)系統(tǒng)、先進(jìn)的試驗(yàn)方法等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足發(fā)電機(jī)組試驗(yàn)調(diào)試所需的負(fù)載性能。只要解決好實(shí)際應(yīng)用中顯露出的問題，就能夠更加安全高效地完成發(fā)電機(jī)組調(diào)試試驗(yàn)，給船東和船檢提供一個(gè)更加可靠的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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