大功率电力系统船舶的设计

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1、大功率电力系统船舶的设计徐丹铮缪燕华吴斐文关键词：大功率电力系统；中压电力系统；船舶设计摘要：本文针对具有大功率电力系统的船舶，提出了一些富有新意的船舶电气设计思想和设计原则。诸如怎样进行多工况的电力负荷计算；如何按短路容量选择系统电压等级；为何中压电力系统采用中性点高阻接地系统；发电机组如何实现冗余；怎样控制系统谐波电压和电压跌落指标等。最后，介绍了中压电力系统主要设备特有的性能或结构，包括发电机、中压配电板、中性点接地电阻箱、中压电缆等。虽然，本文以大型海洋工程船，特别是起重船为主要例子作为依托，但这些设计思想和原则应具有普遍意义，可

2、引伸应用于具有大功率电力系统的其他船舶的开发研究和工程设计中去。2009年7月221.概述以大型海洋工程船为代表的具有大功率电力系统的一系列船舶的出现，正在创造着许多富有新意的船舶电气设计思想。自从4000t起重/打捞工程船设计建造运行以来，对于具有大功率中压电力系统的一些船舶设计理念，正在陆续不断地体现在一些新颖的船舶设计中。正如笔者在接受中国船舶报记者采访中所说的“我国自主成功开发船舶中压电力系统具有十分积极的意义。……使我国在船舶总体设计领域能为国内企业提供更多、更好、更便捷的船电配套解决方案。……为我国造船界进一步开发高技术、高附

3、加值船舶和海工装备奠定了基础”（见2009.4.15第27期第6版）。大功率电力系统，目前常称为中压电力系统，与常规船舶的低压电力系统有着天壤之别。“中压”按照国际电工委员会（IEC）标准而言，是指1kV~15kV。约十余年前，最高电压还在11kV；若干年后，是否再会升高，笔者抱着看好的态度。毕竟，在陆用上中压概念可以到52kV。大功率是一个没有上限的概念。然而，电器设备包括电机、变压器、开关、电缆等在某个电压等级范畴内的容量是有限的，这是由其技术经济性能所决定的。当容量超过了这个限度后，就只能靠电压等级的升高来扩大容量。目前，常用的电压

4、等级为6kV，3kV已基本不用了，而在研制2×8000t起重船（半潜式）时，已升级到11kV了。本文所要讨论的是，在面临大功率电力系统时，船舶设计应具有的原则。这些，可能在低压电力系统中是没有的，或者无论在质和量的方面有较大的不同。虽然，船级社的规范中都有一节“高压电力系统”的要求，但它主要局限于对设备本身的要求，而对船舶设计中的各种具体问题较少涉及，这就是本文研究的初衷。2.大功率电力系统负荷分析及计算2.1.负荷类型2.1.1.工作机械负荷22在各种海洋工程船上有着各种不同的工作机械，表1列出了大型起重船的相关参数。表1大型起重船工作

5、机械负荷参数船型工作机械主要参数驱动形式同时使用总功率4000t起重/打捞船（华天龙）起重机主钩4×850kW，副钩4×850kW，变幅2×850kW，回转8×400kW等交流变频调速4900kW2×8000t起重/铺管船起重机铺管系统主钩4×1600kW，副钩2×1600kW，变幅2×2100kW，回转12×550kW等/每台张紧器3×1500kW，收/放绞车1×4500kW等交流变频调速交流变频调速17800kW~7000kW2×7500t起重/铺管船（HMC）起重机铺管系统不详不详交流变频调速交流变频调速17200kW11800kW

6、1200t起重/铺管船（海洋石油“202”）起重机铺管系统主钩2×600kW，副钩2×600kW，变幅2×500kW，回转6×165kW小钩2×400kW等张紧器2×640kW，收/放绞车2×630kW等交流变频调速交流变频调速2200kW2034kW4400t起重/铺管船（伊朗）起重机铺管系统主钩4×850kW，副钩2×850kW，变幅2×850kW，回转8×280kW等张紧器6×320kW，收/放绞车3×445kW，托管架1×400kW，理管系统2×600kW+3×80kW等交流变频调速交流变频调速3900kW~2500kW22每种船

7、型都有其特有的机械，可根据具体船型分析，例如，钻井船的钻机、泥桨泵等，铺管船的张紧器、收/放绞车、电焊机、理管机等，打捞船的高压水泵、空压机等，物探船的空压机、电缆绞车等，布缆船的履带机、埋设犁等，挖泥船的泥泵等。对于某些非自航船舶（上述1200t起重/铺管船）和航速较低电推自航船（上述4000t起重/打捞船）而言，其工作机械负荷是船舶电站的主要负荷。2.1.2.船舶运动负荷为了配合工作机械的作业，船舶需进行定位、移位、升沉等运动。包括各种推进器（主推进器、可伸缩全回转舵桨及隧道式侧向推进器），定位锚绞车、压载泵、升降机械等。表2列出了大

8、型起重船的相关参数。表2大型起重船船舶运动负荷参数船型设备主要参数驱动形式同时使用总功率4000t起重/打捞船（华天龙）推进器压载泵定位锚绞车主推2×1500kW，侧推1×2000kW均为调距