1000t海監(jiān)船電源改造方案

邱淑會　劉欣宇　張登明　張峰　朱慧敏

摘? ? 要：本文主要介紹了原遼寧1000t海監(jiān)船改裝為中美洲某國多用途巡邏船的電源改造方案。對電力系統(tǒng)、變頻電源選型及相關(guān)主干電纜拉敷進行分析比較，最終形成完整的改造方案，解決了電制不同的問題，保證船只的正常交付。

關(guān)鍵詞：電制;變頻電源;改裝

中圖分類號：U665.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： This paper mainly introduces the power supply transformation scheme of Liaoning 1000-ton marine surveillance ship. Through the analysis and comparison of power system， frequency conversion power supply selection and related trunk cable laying， a complete set of transformation scheme is finally formed to solve the problems of different power systems， and finally ensure the normal delivery of ship.

Key words： Power system ;Variable frequency power supply; Refit

1? ? ?前言

隨著近年來研發(fā)投入的不斷增加，公司的集裝箱船、挖泥船、海洋工程船發(fā)展迅速并遠銷海內(nèi)外。由于特定的歷史原因，公司的公務(wù)船建造僅立足于國內(nèi)政府部門，隨著公司規(guī)模不斷的壯大，公司希望公務(wù)船也能在國際市場上有所突破，打造黃埔文沖公務(wù)船在國際市場的知名度。

中美洲某國與我公司簽訂了一艘多用途巡邏船供應合同。這是公司首次承接國內(nèi)公務(wù)船轉(zhuǎn)軍貿(mào)船的改裝任務(wù)，將為公司公務(wù)船進入國際市場開辟一條新的道路，并在中美洲公務(wù)船市場上取得突破，獲得更多的國外公務(wù)船訂單。

簽訂的改裝船原為遼寧1 000 t海監(jiān)船，該船使用的是AC380 V/220 V? 50 Hz三相交流電，但中美洲某國使用的是AC440 V/110 V? 60 Hz三相交流電，兩國供電電制差異性較大。在船舶停靠碼頭使用岸電時，若將該國AC440 V 60 Hz的岸電電源直接應用在該船上，電壓和頻率的偏差已超過國家規(guī)定的允許值，對船上電感性負載或電容性負載有較大影響，因此供電電制不匹配問題需要解決。

2? ? 原船電制和供電系統(tǒng)

2.1? 供電系統(tǒng)

交流三相回路采用三相三線絕緣系統(tǒng);交流單相回路采用雙線絕緣系統(tǒng);直流回路采用雙線絕緣系統(tǒng)。

除儀表互感器次級繞組接地、抑制無線電干擾的電容接地，以及特制設(shè)備要求接地之外，全船所有系統(tǒng)都對地絕緣。

2.2? ?電制

主電源及配電系統(tǒng)的電制，見表1。

由表1可知：本船使用的是50 Hz 380/220 V電壓的供電電源，與國內(nèi)岸電供電電源電制一致;但中美洲某國使用的是440/110 V60 Hz的供電電源，供電電制差異性較大。若440 V60 Hz的電源直接應用在該船上，穩(wěn)態(tài)電壓波動率（440-380）/380=+15.8%，超過規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)態(tài)電壓波動率+6%～-10%的范圍;穩(wěn)態(tài)頻率波動率（60-50）/50=+20%，超過規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)態(tài)頻率波動率±5%的范圍。

電壓超差可能導致用電設(shè)備燒毀;頻率超差對電感性負載或電容性負載有較大影響，不能滿足船舶靠岸時的用電需求。因此，供電電制不匹配問題需要解決。

3? ? ?解決電制不匹配的方法

3.1? ?方案一：原船所有電氣設(shè)備更換為國外電氣設(shè)備

由于輸入電源與原船設(shè)備電制不匹配，將原船設(shè)備均改為符合中美洲某國電制的國外設(shè)備，即發(fā)電機、電控箱、燈具、插座、廣播、天線等電氣設(shè)備均改為440 V 60 Hz和110 V 60 Hz的國外設(shè)備。

此方法可以解決電制不匹配問題，但工程量浩大且工期過長，不可采取。

3.2? ?方案二：原船增加一個變頻電源

電源不匹配問題，不能修改末端電氣設(shè)備，那就需要修改起始端設(shè)備，即在輸入端與輸出端之間增加一個變頻電源。該設(shè)備作為一個中間設(shè)備，輸入是中美洲某國AC440 V/110 V? 3φ 60 Hz三相交流電，輸出為與原船設(shè)備相匹配的380/220 V 3φ 50 Hz三相交流電，這樣就可以解決此問題，又避免了大量修改。

4? ? 船岸變頻轉(zhuǎn)換設(shè)備選型

船岸變頻轉(zhuǎn)換設(shè)備選型，需對原船設(shè)備安裝位置、尺寸、功率匹配、散熱和環(huán)境等條件進行對比研究，對市場上主要的變頻轉(zhuǎn)換設(shè)備進行選型研究。

4.1? ?變頻電源裝置安裝位置的選取

變頻電源作為電源中間轉(zhuǎn)換裝置，它的布置位置需要方便輸入和輸出端使用。經(jīng)過調(diào)研和論證分析，并與設(shè)計院、船東溝通，最終位置選在首樓甲板的專用儲藏室。此房間左邊通道布置有岸電電纜卷車，方便AC440 V/110 V? 3φ 60 Hz三相交流岸電的輸入;同時，此房間甲板底部跨越在岸電配電室和No.1空調(diào)器室之間，對于原船需要的380/220 V? 3φ 50 Hz三相交流電的輸出也方便。

4.2? ?變頻電源裝置的選型

4.2.1 變頻電源容量計算

本船原設(shè)備及船東增加設(shè)備后，停泊工況下全船電力負荷表，如表2所示。根據(jù)表2，選用300 kVA變頻電源。

4.2.2變頻設(shè)備選型

綜合各廠商主流設(shè)備技術(shù)特點，變頻設(shè)備選型對比分析見表3。

綜合以上三款變頻電源裝置的設(shè)備組成、特點及所需要的安裝位置等因素，ABB公司和博奧斯公司所提供的設(shè)備均需其它設(shè)備組合后才能使用，而實船布置空間有限，無法留出足夠空間布置以上設(shè)備;并且其供貨周期較長，無法滿足周期需求。因此，我們最終選用江蘇常熟瑞特電氣股份有限公司生產(chǎn)的300 kV大功率變頻電源。

4.2.3? 江蘇常熟瑞特公司變頻電源系統(tǒng)

300 kV變頻電源系統(tǒng)采用IGBT逆變技術(shù)及數(shù)字化處理技術(shù)，將440 V/60 Hz三相電能變換為380 V/50 Hz三相電能。系統(tǒng)主要由輸入交流電抗器、進口專用變頻器、正弦波濾波器、隔離輸出變壓器、輸出電量檢測單元及相關(guān)儀表等組成，如圖1所示。

（1）C濾波器屬于進線側(cè)電抗器，主要作用是抑制進線電源的網(wǎng)側(cè)諧波，增大進線電源主回路的短路阻抗;

（2）專用變頻器選用VACON偉肯公司生產(chǎn)的NXP系列變頻器，通過變頻器將輸入3P AC440 V 60 Hz電源轉(zhuǎn)換為3P AC380 V 50 Hz;

（3）正弦濾波器為一種選頻裝置，可以使信號中設(shè)定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率的成分。通過濾波器減少專用變頻器輸出的電源中的雜波成分，提高電力品質(zhì);

（4）隔離變壓器的作用為電氣隔離變頻器和負載側(cè)，避免負載側(cè)的故障引起變頻器損壞;

（5）PI調(diào)節(jié)器根據(jù)輸出端的電壓和頻率，調(diào)整變頻器系統(tǒng)與設(shè)定之間的偏差，實行閉環(huán)控制。

該系統(tǒng)是專門針對船舶、岸邊碼頭等高溫、高濕、高腐蝕性、大負荷沖擊等惡劣使用環(huán)境而設(shè)計的大功率變頻電源系統(tǒng)，技術(shù)較為成熟，其尺寸滿足實船安裝布置要求;其電源采用世界知名品牌偉肯公司的風冷變頻器，采用DSP數(shù)字化控制技術(shù)、新型IGBT逆變及光纖驅(qū)動技術(shù)，以易操作、高可靠、高效率為設(shè)計目標，能滿足船舶、船舶制造及修理廠、遠洋鉆井平臺、岸邊碼頭等需要電源電壓頻率變換場合的供電需要。主要技術(shù)指標，見表4。

5? ? 相關(guān)電纜的優(yōu)化

在解決電制的同時，根據(jù)船東要求增加一些其它大功率設(shè)備，如更換大功率電纜絞車、廚房設(shè)備更換、增加水紋絞車等，導致岸電容量增加，相關(guān)設(shè)備也需作相應修改：

（1）船上原有的2根3X70從主配電板到岸電箱的電力電纜，可承受最大功率166.3 kW，小于停泊工況下岸電所需功率205.87 kW，需在原有的基礎(chǔ)上再增加一根3X70的電力電纜以滿足使用要求;

（2）原岸電箱和主配電板的岸電開關(guān)容量均為250 A，可承受最大功率131.6 kW，小于停泊工況下岸電所需功率205.87 kW，需將岸電箱和主配電板的岸電開關(guān)改為400 A。

更改前、后系統(tǒng)圖，見圖2和圖3。

6? ? ?結(jié)束語

本文以國產(chǎn)遼寧1 000 t海監(jiān)船上的設(shè)備電制與中美洲某國電制不同為前提，通過對兩國電制以及不同廠家變頻電源的對比研究，確定最終電源修改方案;同時經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，使該船在最少修改量、最快時間內(nèi)完成了改裝任務(wù)，順利交付。希望能夠為今后類似的改裝項目提供借鑒。

參考文獻

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