干式負載在船舶負載站中的應用

趙 群

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島 125003）

0 引言

傳統的船舶供電發電機組測試通常采用的是水負載進行靜態測試，但實際上，負載是隨時間、頻率、用電量變化而不斷變化的動態過程。當負載變化的時候，需要的發電機組數也變化的，形式非常復雜，因此靜態負載難以滿足實際發電機測試需要。船舶電力系統越來越龐大、用電量和使用頻率不斷增加，傳統的水電阻負載站已經不能滿足現代化船舶柴油發電機組性能檢測。而干式負載克服了傳統水電阻負載站的諸多缺點，并可與檢測系統集成使用組成智能柴油機組性能檢測系統。為船舶柴油發電機組正常給船舶電氣設備供電提供有力依據。所以新式測試系統采用干式負載代替水負載的進行動態測試，即自動交流負載測試系統。

1 自動交流負載使用意義

船舶作為獨立的活動單元，其電力系統與陸地電力系統相比，最顯著特點是船舶電力系統僅局限于一艘艦艇范圍內，其發電機的容量有限，不能像陸地電力系統那樣聯成無限大的電網。其次船舶長年累月航行，運行工況復雜，致使類型眾多的用電負載頻繁地起動或停止，故船舶電力系統的負荷變化要比陸地電力系統大得多。這對船舶發電機組提出了更高的要求。再者船舶電力系統的負載不斷地向大型化方向發展，其結構變得越來越復雜，造價和維護費用日益昂貴，其安全性、可靠性和對操作、維護人員的技能要求也越來越高。由于船舶上的用電負載大多數是靠安裝在船舶上的大量發電機組來連續供電的，發電機組一般由幾臺柴油發電機組成，所以，發電機組是交替為船舶上的用電設備供電的。發電機組是否能正常工作是船舶供電是否正常的重要前提。所以，對發電機組的測試是非常重要的。為了保證船舶用電設備正常運行，必須研究船舶發電機組在船舶電力系統中的動態性能，在整個船舶投入使用前對船舶的發電機組進行必要的測試，保證整個機組可以滿足船舶用電的所有需要。

2 自動交流負載系統對比

傳統船舶發動機組負載站測試系統主要由水負載、測量儀表、電纜組成。結構簡單、造價低廉、實際使用操作繁瑣。如圖1所示為傳統船舶負載站在對發電機組進行測量的方框圖，圖中水負載、測量儀表以獨立形式出現，測量時將水負載模擬成船舶用電設備，改變水負載中水量多少模擬船舶用電設備負載的變化，測量不同水量時的電量參數變化完成對發電機組的測試。在整個測試過程中必須人工干預并由人工記錄數據。在實際的操作時存在許多問題：首先水負載容易被海水侵蝕影響導電性能變化。其次由海水冷卻負載使得負載溫度變化大、冷卻后海水直接排入大海污染環境。再次數據需要人工記錄，數據為斷點式記錄，對數據后期處理不利。最后人員現場測量、記錄，危險系數大，費時費力，并容易產生人為誤差。最大的問題是傳統負載站沒有感性負載，而船舶電氣設備中最常用的負載如電動機等大多為感性負載，所以傳統負載站并不能完全模擬船舶電氣設備的動態特性。為了克服傳統負載站的缺點改用干式負載的新型新型船舶自動交流負載站。

圖1 傳統船舶負載站方框圖

新型船舶自動交流負載站解決了的傳統船舶負載站中存在的問題，并且可以實現遙控及自動智能測量。如圖2所示為新型船舶自動交流負載站方框圖。新型船舶自動交流負載站使用了干式負載與集成化的檢測系統，把所有的部件安裝在一個設備內組成一個整體化的帶有真實負載檢測系統，而傳統船舶負載站每個部件都是獨立的不利于操作。

圖2 新型船舶自動交流負載站方框圖

3 新型干式負載優點

新型船舶自動交流負載站最大的優點就是使用了干式負載。

該系統采用大功率交流干式負載，干式負載相比而言確實優勢很多，無論在安全性、可靠性和準確性上，只是目前成本相對較高。

1）干式負載可以節省很多人力，大大提高工作效率，免去了對水負載的維護工作。

2）干式負載為電子負載的一種，其原理是控制功率 MOSFET或晶體管的導通量（占空比大小），靠功率管的耗散功率消耗電能的設備。隨著功率場效應晶體管、絕緣柵雙極型晶體管等電力電子器件的出現以及電力電子變換器拓撲結構的發展，交流電子負載得到了實現。由于采用了電力電子開關器件作為電能消耗的載體，使得負載連續可調、易于控制，可以獲得更高的調節精度和穩定性。

3）干式負載可以配發電機組專用測試儀表并與計算機通信。通過試驗得到數據由軟件記錄與處理，并自動生成發電機組專業測試報告，在船舶驗收的時候會更具說服力。所得數據也可以作為后期維護的參考依據。

4）控制方式靈活多樣。可以在船上通過負載控制板進行控制，也可以通過RS232/RS485通訊口在120 m遠距離范圍內遙控進行發電機組的試驗，或者通過上位機軟件控制。對船體供電平臺發電機組動態特性的測試更加靈活，與上位計算機配合使用，實現智能化，自動完成對發電機組所有電參數的專項測試。

5）克服水負載極板會被海水腐蝕問題。海水是個復雜的反應體系，含有大量的有機物和無機物，還有一些細菌藻類。這些微生物吸附在鋼鐵材料表面，在新陳代謝過程中，直接或間接地參與了氧化-還原反應，海水中的一些陰陽離子對氧還原反應產生了一定的影響。此外.鋼鐵材料本身不穩定，鋼鐵材料組成復雜（含有碳、氮、硅、鉻、鎳、鉬等元素），結構也多樣（奧氏體、鐵泰體、滲碳體等），這也加速氧還原反應。

6）干式負載增加了感性負載，這是傳統負載站不可比擬的。感性負載的加入增加了測試系統的功能，完善了發電機組測試數據。使最終的測試數據更為準確和全面。

7）干式負載組成的自動交流負載站使用靈活。一套干式負載站不是只針對一條船或者一類船，而是可滿足多種規格發電機組的功率和特殊功能。如果發電機組功率大，負載也可以幾臺并機使用。

從以上幾點上講，干式負載克服了水負載的不足。 從長遠看，在大功率的發電機組測試上，干式負載會逐步取代水負載，進而得以普及。

4 結論

目前，水負載式負載站逐步被淘汰，干式負載自動交流負載測試系統逐漸被各大造船企業使用。新式干式負載自動交流負載測試系統可以用于整船系泊試驗、航行試驗、船用發電機組負荷試驗、靜態調壓特性試驗、調速特性試驗、過載保護試驗、逆功率和逆電流保護試驗、并車試驗等試驗等，解決了測試人員工作量大、操作繁瑣、危險系數大、數據處理復雜、不能有效的測試整船系統功能等問題。還可以為船舶后期維修提供有力的技術數據，通過測試數據與原有數據對比方便檢修故障點，簡化維修過程。方便研發新型船舶發電機組，縮短研制周期，提高系統質量從而加速航海領域技術更新。

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