艦船中壓電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究

豐利軍 余林剛

（中國(guó)人民解放軍91224部隊(duì)，上海 200335）

0 引言

近年來(lái)，隨著大型艦船電力系統(tǒng)容量的不斷增長(zhǎng)，艦船中壓電力系統(tǒng)也得到了逐步應(yīng)用，然而與艦船中壓電力系統(tǒng)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)卻沒有隨技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，造成在艦船中壓電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制、驗(yàn)收等階段無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依的局面。因此，急需開展相關(guān)研究工作，為編制艦船中壓電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 國(guó)外艦船中壓電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前，國(guó)外船級(jí)社入級(jí)規(guī)范（如英國(guó)勞氏規(guī)范[1]、美國(guó) ABS規(guī)范及 NVR規(guī)范[2]、德國(guó) GL勞氏規(guī)范[3]、挪威 DNV規(guī)范[4]）、英國(guó)國(guó)防部海軍工程標(biāo)準(zhǔn)、IEC標(biāo)準(zhǔn)等，均有關(guān)于艦船中壓電力系統(tǒng)的要求或規(guī)定，以下為有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范現(xiàn)狀及其主要內(nèi)容。

1.1 英國(guó)勞氏船級(jí)社船舶入級(jí)規(guī)范（2004年）[1]

英國(guó)勞氏規(guī)范第6分冊(cè)第2章《電氣工程》的第15節(jié)《電力推進(jìn)》規(guī)定了總則、功率要求、推進(jìn)控制、推進(jìn)系統(tǒng)的保護(hù)、儀表等內(nèi)容。該節(jié)并未對(duì)中壓電力系統(tǒng)的電能品質(zhì)、系統(tǒng)保護(hù)、電氣安全等要求提出具體要求，僅提出一些原則性的條款。

1.2 美國(guó)ABS船級(jí)社船舶入級(jí)規(guī)范（2007年）及NVR規(guī)范[2]

（1）美國(guó)ABS規(guī)范第8章《電氣系統(tǒng)》第5節(jié)《專用系統(tǒng)》第3小節(jié)《高壓系統(tǒng)》適用于額定電壓（線電壓）超過(guò)1 kV的交流系統(tǒng)，其主要內(nèi)容包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路保護(hù)、設(shè)備設(shè)計(jì)（電氣間隙和爬電距離、斷路器和開關(guān)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、開關(guān)設(shè)備和控制機(jī)構(gòu)、變壓器及電纜）、電纜安裝、設(shè)備安裝、試驗(yàn)等要求。

（2）在上世紀(jì)90年代，ABS偕同NAVSEA進(jìn)行了軍用標(biāo)準(zhǔn)（MIL-STD）和軍用規(guī)范（MIL-SPECs）的復(fù)審工作，并于1998年廢除了美國(guó)海軍艦船通用規(guī)范。此后雙方繼續(xù)深入合作，共同編制了軍艦規(guī)范（NVR）。

該軍規(guī)中有關(guān)綜合電力系統(tǒng)和電力推進(jìn)系統(tǒng)的內(nèi)容主要包括：電源、主配電系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器和變流器、電力推進(jìn)、綜合電力系統(tǒng)等要求。

1.3 德國(guó)GL勞氏船級(jí)社船舶入級(jí)規(guī)范[3]

德國(guó)GL勞氏規(guī)范第3章第8節(jié)《中壓裝置》適用于額定線電壓大于1 kV和不大于17.5 kV、額定頻率為50 Hz或60 Hz的電網(wǎng)。該節(jié)主要包括一般規(guī)定、電網(wǎng)設(shè)計(jì)和保護(hù)設(shè)備、電氣設(shè)備、以及電纜安裝和試驗(yàn)要求。

1.4 英國(guó)國(guó)防部海軍工程標(biāo)準(zhǔn)

英國(guó)國(guó)防部海軍工程標(biāo)準(zhǔn) NES—607《水面艦艇和潛艇中壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)性文件》，適用于1 kV至15 kV的交流中壓配電系統(tǒng)，與低壓系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)容應(yīng)參照NES—532的要求。主要內(nèi)容包括性能要求（電能品質(zhì)、諧波等要求）、安全性、軍用要求（中壓要求、保護(hù)、接地、中線、設(shè)備要求、開關(guān)等）、設(shè)計(jì)要求（主配電系統(tǒng)、接口、控制、特殊要求、中壓系統(tǒng)集成、故障診斷等）。

1.5 IEC 60092-501（2007）專輯—電力推進(jìn)裝置

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了全電力推進(jìn)裝置的要求，主要包括系統(tǒng)（系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)責(zé)任、扭振應(yīng)力和扭振等等、運(yùn)行穩(wěn)定性、防潮和防冷凝水、勵(lì)磁系統(tǒng)、電纜、母線和管道系統(tǒng)的要求）、電磁兼容性和諧波畸變、原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、推進(jìn)變壓器、變流器、諧波濾波、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)及試驗(yàn)等要求。

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于涉及到中壓電制帶來(lái)的技術(shù)內(nèi)容并未包括，例如標(biāo)稱電壓和頻率、電氣間隙和爬電距離、接地、配電系統(tǒng)等一系列規(guī)定。

1.6 IEC 60092-503（2007）專輯—電壓1 kV以上至小于及等于15 kV的交流電源系統(tǒng)

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電壓 1 kV以上至小于及等于15 kV的交流電源系統(tǒng)的要求，主要內(nèi)容包括電壓和頻率、報(bào)警、通訊、絕緣水平、電氣間隙和爬電距離、接地、電氣保護(hù)、交流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備和控制機(jī)構(gòu)裝配件（開關(guān)板）、開關(guān)設(shè)備、控制機(jī)構(gòu)、熔斷器以及電纜等要求。

1.7 小結(jié)

由于船舶電站裝置、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率大，它的供電和配電絕大部分采用中壓（或稱高壓）系統(tǒng)，而從以上船級(jí)社規(guī)范來(lái)看，英國(guó)勞氏規(guī)范，中壓（高壓）和低壓的供電和配電系統(tǒng)合并在一個(gè)章節(jié)。美國(guó)ABS和德國(guó)GL勞氏規(guī)范電氣部分的《中壓或高壓系統(tǒng)》與低壓供電和配電系統(tǒng)分列不同的章節(jié)，二者均對(duì)中壓系統(tǒng)和設(shè)備的全面要求作了規(guī)定，對(duì)于與其他日用供電和配電系統(tǒng)相同的要求，通過(guò)引用相應(yīng)條款予以規(guī)定。

英國(guó)國(guó)防部海軍工程標(biāo)準(zhǔn)NES—607對(duì)中壓系統(tǒng)提出了具體要求，具有重要參考意義，但缺少詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)要求等；IEC 60092-501（2007）是目前國(guó)際上最新的電力推進(jìn)裝置標(biāo)準(zhǔn)，是電力推進(jìn)裝置設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)與集成；IEC 60092-503（2007）是目前中壓電力系統(tǒng)規(guī)定最為全面、內(nèi)容最為豐富的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

2 國(guó)內(nèi)中壓電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)中壓電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范十分匱乏。

GB/T 13030-2009《船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)條件》規(guī)定了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的分類、技術(shù)和試驗(yàn)要求，適用于電力推進(jìn)系統(tǒng)主要機(jī)械和設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中壓電壓等級(jí)進(jìn)行了分類，補(bǔ)充了電壓和頻率波動(dòng)、諧波成分以及高壓電氣裝置的特殊要求等，但該標(biāo)準(zhǔn)并未突出系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、電磁兼容性、諧波畸變和濾波要求等，內(nèi)容還不夠完整。

GB/T 13031-1991《電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統(tǒng)》中對(duì)船舶中壓電力系統(tǒng)只提出了概括性要求，尚未形成較為系統(tǒng)完整的中壓電力系統(tǒng)要求。

GB/T13032－2010《船用柴油發(fā)電機(jī)組》對(duì)機(jī)組的電壓等級(jí)和功率進(jìn)行了擴(kuò)展，但沒有對(duì)中高壓機(jī)組特殊的技術(shù)要求進(jìn)行具體闡述。船舶用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)還處于空白階段，在科研及工程實(shí)際中缺少可以遵循的依據(jù)，因此需要進(jìn)行深入的研究。

GB/T12325—2008《供電電壓偏差》對(duì)低、中、高壓的供電電壓允許偏差分別進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)于下一步制定適合船舶中壓電力系統(tǒng)的電能品質(zhì)有關(guān)要求很有參考意義。

中壓配電設(shè)備的許多標(biāo)準(zhǔn)均是等同采用 IEC標(biāo)準(zhǔn)，主要針對(duì)陸用產(chǎn)品，并不完全適用船舶環(huán)境，如 GB1984—2003《高壓交流斷路器》、GB3804—2004《3.6 kV至40.5 kV高壓交流負(fù)荷開關(guān)》、GB/T15166.2—2008《高壓交流熔斷器 第2部分：限流熔斷器》等，以上標(biāo)準(zhǔn)為編制形成滿足軍用要求的船舶配電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)提供了參考。國(guó)標(biāo)中關(guān)于中壓配電板的要求很少，但是船舶標(biāo)準(zhǔn)對(duì)配電設(shè)備的要求非常詳細(xì)具體和成系統(tǒng)，其配電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)于編制形成船用中壓配電系統(tǒng)規(guī)范具有較高的參考價(jià)值。

中壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)目前已有很多。如GB/T17755—1999《額定電壓 6 kV、10 kV、15 kV擠包絕緣單芯和三芯船用電力電纜》、GB/T12706.2—2008《額定電壓1 kV至35 kV擠包絕緣電力電纜及附件 第2部分：額定電壓6kV至30 kV電纜》等，均為等同采用相應(yīng)IEC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)中壓電纜的選用具有很好的指導(dǎo)意義。

2.2 軍用標(biāo)準(zhǔn)

目前，軍用標(biāo)準(zhǔn)中還沒有專門針對(duì)中壓電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)行參照的標(biāo)準(zhǔn)具有一定局限性，對(duì)中壓電力系統(tǒng)的特點(diǎn)考慮不足。例如，GJB4000-2000、GJB1988-1994等關(guān)于發(fā)電機(jī)組技術(shù)要求的描述雖詳盡而具體，但是還沒有向中、高壓和電力推進(jìn)方向擴(kuò)展。

《艦船通用規(guī)范3組》體系結(jié)構(gòu)較完整，從電力系統(tǒng)、電源設(shè)備、配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電氣集中控制和監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組保障系統(tǒng)、電纜敷設(shè)、專用項(xiàng)目等八個(gè)方面對(duì)涉及艦船電力系統(tǒng)發(fā)電、配電、變電、用電等環(huán)節(jié)的設(shè)備選型、性能指標(biāo)、使用條件等進(jìn)行了全面的規(guī)范和約束，是我海軍船舶電氣領(lǐng)域相關(guān)設(shè)備或系統(tǒng)選型、設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)的規(guī)范文件，在各型艦船電力系統(tǒng)研制過(guò)程中發(fā)揮了巨大的作用。但該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要適用于常規(guī)低壓電力系統(tǒng)，缺少對(duì)中高壓電力系統(tǒng)的有關(guān)要求。

《艦船電氣安全通用要求》規(guī)定了艦船電氣系統(tǒng)和設(shè)備安全的基本要求，適用于艦船電氣系統(tǒng)和設(shè)備，具體為額定電壓在1000 V以下的電氣設(shè)備。其中，一般要求規(guī)定了通則、環(huán)境適用性、材料、電氣間隙和爬電距離、匯漏電流、安全接地、靜電防護(hù)、電磁防護(hù)、爆炸性氣體防護(hù)、雷電防護(hù)、觸電防護(hù)、灼傷防護(hù)、過(guò)熱防護(hù)、電氣火災(zāi)防護(hù)、防止誤操作、標(biāo)志和標(biāo)牌。詳細(xì)要求規(guī)定了電氣系統(tǒng)安全（供電連續(xù)性、電氣系統(tǒng)保護(hù)、電氣設(shè)備保護(hù)）和電氣設(shè)備安全。上述內(nèi)容不能完全滿足中壓電力系統(tǒng)的安全要求，但無(wú)論是低壓或中壓電力系統(tǒng)，電氣安全是設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，因此該標(biāo)準(zhǔn)涉及的安全范圍是可借鑒的。

中壓配電板幾乎沒有軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，《艦船用配電裝置和控制裝置通用規(guī)范》、《艦船電力配電系統(tǒng)通用規(guī)范》、《艦船用分配電箱通用規(guī)范》、《艦用框架式低壓斷路器通用規(guī)范》和《艦用直流（大電流）空氣斷路器通用規(guī)范》中，相關(guān)條款只涉及到AC1000V或DC1200V電壓等級(jí)，對(duì)于中壓配電系統(tǒng)均不適用。

2.3 中國(guó)船級(jí)社《鋼質(zhì)海船入級(jí)建造規(guī)范》

中國(guó)船級(jí)社在《鋼質(zhì)海船入級(jí)建造規(guī)范》（2009年修改通報(bào)）中補(bǔ)充了“冗余推進(jìn)系統(tǒng)”和“電力推進(jìn)船舶附加規(guī)定”的有關(guān)要求，首次對(duì)電力推進(jìn)系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行了規(guī)定，并提出了中壓配電系統(tǒng)的一些原則性要求，如中壓配電板的運(yùn)行模式、電氣間隙、爬電距離、防護(hù)等級(jí)、保護(hù)等要求，也可作為編制軍用標(biāo)準(zhǔn)的借鑒。

2.4 小結(jié)

從以上國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的分析可以看出，我國(guó)已有的中壓電力系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，大多數(shù)都是適合陸用的，適合船用的標(biāo)準(zhǔn)其內(nèi)容還不夠全面，只是較為概括的進(jìn)行規(guī)定。軍用標(biāo)準(zhǔn)中基本沒有中壓電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重滯后于技術(shù)的發(fā)展，急需開展有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的專題研究與編制工作。中國(guó)船級(jí)社規(guī)范已有中壓電力系統(tǒng)的要求，但其主要適用于民用電力推進(jìn)船舶，對(duì)軍用艦船的一些特殊要求均缺少考慮，可作為編制軍用標(biāo)準(zhǔn)的參考。

3 標(biāo)準(zhǔn)需求

目前急需解決現(xiàn)實(shí)裝備研制需求與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)滯后之間的矛盾，制定中壓電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以此作為各單位設(shè)計(jì)指導(dǎo)依據(jù)，統(tǒng)一各分系統(tǒng)及設(shè)備之間的界面電能品質(zhì)、接口參數(shù)要求，確保研制進(jìn)度及質(zhì)量，降低研制風(fēng)險(xiǎn)。

目前，急需對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行研究，確定合理可行的技術(shù)指標(biāo)。例如三相供電電壓允差，在GB/T12325—2008《供電電壓偏差》中規(guī)定，10 kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的±7%，220 V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱電壓的+7%~-10%，GJB4000—2000僅規(guī)定低壓情況下該值+6%~-10%，對(duì)中壓時(shí)電壓允差并未規(guī)定；而國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定照明用戶以±5%—±6%為多，最大為±10%，動(dòng)力用戶以±10%為多，ABS規(guī)范中為+6%~-10%，要求最嚴(yán)的為德國(guó)，照明±3%，動(dòng)力±5%；國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）、國(guó)際發(fā)供電聯(lián)盟（UNIPEDE）為±10%。從上述情況可以看出，我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外先進(jìn)水平仍有不小的差距，對(duì)于軍用艦船來(lái)說(shuō)，其指標(biāo)應(yīng)不低于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求定。

此外，對(duì)于中壓電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電能品質(zhì)、系統(tǒng)保護(hù)、電氣安全、沖擊振動(dòng)、電磁兼容等內(nèi)容，都需要盡快編制形成相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為艦船中壓電力系統(tǒng)論證、設(shè)計(jì)、研制等工作提供標(biāo)準(zhǔn)化依據(jù)，解決后續(xù)工作中存在的諸多標(biāo)準(zhǔn)化問題。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)艦船中壓電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的需求情況，下一步應(yīng)重點(diǎn)開展以下標(biāo)準(zhǔn)化工作：

（1）針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外已有中壓電力系統(tǒng)方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，進(jìn)一步深入分析其對(duì)艦船中壓電力系統(tǒng)的適用性。

（2）梳理現(xiàn)有艦船中壓電力系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提出標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)需求，形成艦船中壓電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系。

（3）對(duì)艦船中壓電力系統(tǒng)急需的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，應(yīng)盡快組織各有關(guān)單位開展專題研究與編制工作，為工程研制提供標(biāo)準(zhǔn)化依據(jù)與支撐。

（4）根據(jù)艦船中壓電力系統(tǒng)研制進(jìn)度，對(duì)設(shè)計(jì)、研制、使用等階段不斷反映出的問題，做好標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的試驗(yàn)驗(yàn)證工作，確保標(biāo)準(zhǔn)維護(hù)信息的及時(shí)反饋，保證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的正確性和有效性。

[1]船舶入級(jí)規(guī)范和規(guī)則【M】, 英國(guó)勞氏船級(jí)社,2004,7.

[2]Rules for Building and Classing Steel Vessels [M].American Bureau of Shipping. 2008.

[3]Rules for Classification and Construction of Ships [M].Germanisher Lloyd, June, 2002.

[4]Rules for Classification of Ships[M]. Det Norske Veritas, July, 2008.