海洋工程船舶综合电力推进系统关键技术分析 徐芳

海洋工程船舶综合电力推进系统关键技术分析徐芳

发表时间：2018-02-28T10:30:36.660Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：徐芳

[导读] 摘要：随着现代技术的迅猛发展，由综合电力推进技术所代表的船舶工程已逐渐成为高科技船舶动力系统发展的主流趋势。

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摘要：随着现代技术的迅猛发展，由综合电力推进技术所代表的船舶工程已逐渐成为高科技船舶动力系统发展的主流趋势。因此，该系统广泛应用于我国高电压电力系统和区域直流配电系统的船舶工程船舶中。根据相关IEC标准和其他相关理论以及船级社规范，针对海洋工程船舶复杂的环形供电技术，直流配电技术、中性接地保护技术、谐波抑制、相关分析和研究等关键技术提出了相关的设计方法和思想，为综合电力推进系统以后的设计提供一个参考。

关键词：海洋工程；综合电力；推进系统

1前言

随着现代技术的快速发展，特别是大容量电力电子组件的快速发展，综合电力推进技术已经成为当前高技术船用动力系统的必然发展趋势，其为结合船舶动力系统和辅助动力系统的一个综合的技术，可实现能源的充分利用，并能提高船舶操作的灵活性，尤其是在配备多个推进系统以及有动态定位能力的船舶上能更全面地反映。

2综合电力推进系统简介

与传统的常规船舶动力系统相比，海洋工程船舶电力系统的总装机容量已经达到了几十兆瓦，甚至达到了几百兆瓦。考虑到高电流低电压电力系统存在电缆外径大安装困难、电缆数量多空间要求高，主汇流排温升高，对断路器的分断能力要求较高等限制因素，此时海洋工程的高压电力系统已广泛应用于船舶，针对大容量、多单位、环形供电系统的复杂结构而言，有效的控制和保护更加困难。此外，海洋工程船舶有大量的变频驱动设备，全面的因素考虑之下将计划使用地区直流配电系统，虽然美国、英国已经有数十年的研究和使用经验，但海洋工程综合电力推进系统关键技术研究与设计还在初始阶段，综合电力系统的整体理解还不够成熟，综合电力推进系统将对设计提出更高的要求。

除了电力负荷的配置主推进，船舶也包含各种各样的其他高功率负载，如定位锚绞车、大功率起重铺管设备、伸缩推进，船首推进器，等非线性负荷所占比例在80%以上的总负荷，系统为了避免低压带来的大电流问题，使用电力系统在6.6Vk，减少系统额定电流，减少电缆的数量；此外，由于工程船舶空间有限，采用区域性直流配电系统，更强大的集中配电变频电机，更有效地降低了整体成本，提高了冗余度和其它因素。

3综合电力系统关键技术

3.1中性点接地技术

海洋工程船舶在高压电源网络中立点接地方式选择是总体考虑综合电力系统的几个方面，对比综合高压电力系统与传统的低压电力系统在绝缘的主要问题上的一些不同。目前，常用的高压电力系统电压等级有3.3KV，6.3KV，11KV，有些甚至已经达到15kV，当发生单相接地故障时，接地电流故障点电弧不能自行熄灭，同时，过电压通常会使使间歇电弧故障。在船舶动力系统设计中，首先考虑的是电容电流、高压设备、输电线路和配电线路在正常运行时产生的电磁场效应，即有地电容的存在。目前，船舶中压电源网络中立点接地方式主要包括中性点接地、中性点通过弧抑制线圈接地、电阻（低阻接地和高阻接地）等。

考虑系统电容电流，设备成本、安装技术和继电保护程度等因素，海洋工程船舶目前主要是使用高电阻接地这种方式，当出现单相接地故障的零序电压和零序电流，检测、保护装置可以更敏感。高阻接地方法适用于10kv及以下电力系统，电力系统高电压时，接地电容电流超过极限，这种方式不适用，此时应使用主汇流排的每个部分开放后三角变压器接地方法。对于海洋工程船舶动力系统，同步发电机是最重要的设备之一，在确定高阻接地电阻时，应首先确定建立发电机的安全性。在发电机中性点高阻接地的情况下，应限制电弧电压的多倍，且应限制故障电流，应满足继电器保护的要求。根据国际测试数据，发电机的电压为1.5UN（2.6倍相电压）和以下电压是安全的，发电机的过电压不应超过2.6倍的电压。总之，高阻接地是为了限制单相接地的故障电流，因此为了在原理上得到满足：高阻接地装置的电流等于或略大于系统的电容电流。因此，如何确定系统的电容电流成为确定接地电阻的关键。

3.2系统保护技术

海洋工程船舶在高压电力系统相比传统的低压电力系统保护是非常不同的，除了低压电力系统，传统的保护（过电流、短路、欠压、过压、逆功率），中性接地方法应该考虑高压电力系统，当发生接地故障时，系统应该遵循最快的秩序，从而增加接地保护的监测和保护，也增加差动保护，比如零序电流和零序电压等等。此外，在并行操作模式下为海洋工程船舶可以使用更多的权力，高压电力系统要考虑对跳线的保护；如何设计复杂环供电系统的保护策略，是高电压电力系统实现选择性保护与协调的实际问题。低压电力系统的主要保护是由空气断路器自身完成的，主要保护中的高压电力系统是需要集成数字继电器保护装置和真空断路器来完成一项任务。

3.3谐波抑制技术

目前，综合电力推进系统广泛用于海洋工程船舶，电力推进功率约占电力系统总容量的80%，产生的结果是大量的谐波电力电子设备会使船舶电力系统将产生更大的危害，污染电网波形，各种电气设备的正常运行。因此，有必要在综合电力推进系统中研究谐波及其治理，采取有效措施抑制和防止谐波产生的严重后果。目前，国内和国外通用电力系统总谐波电压THD指数用于评价电能质量分析，电网高压电网在大多数的船级社中都不能超过10%，在低压日用电网汇流排上的THD小于5%。船用变频器抑制谐波的方法主要是补偿和预防。补偿是加一个额外的过滤器，它被分为被动过滤和主动过滤器。预防模式的设计是来自电力系统本身的非谐波通信器。

3.4区域直流配电技术

对于船舶工程，除变频驱动外，有许多变频驱动装置，在此考虑使用区域直流电源分配系统，通常包括变压器、整流器、直流母线、逆变器和直升机线路及负载设备。中压配电板通过接触电缆将电力输送到区域直流配电中心，该中心负责电力的转换和分配。区域直流配电系统适合多台大功率变频电机的情况，如海洋工程船舶起重和锚绞车等设备在同一时间启动多个电动机，采用直流配电板供电技术给各逆变器统一供电，能够实现多台电机的馈电共享和循环利用，缓解传统变频控制装置的负面影响，减少变压器的电网规范要求，减少穿插电缆和变频设备的数量，减少复杂性系统过滤、整体优化的系统架构，旨在降低成本，提高系统的活力等等。