對船舶高壓供配電裝置中幾個問題的探討

溫 莉

(江蘇現代造船技術有限公司, 江蘇 鎮江 212003)

對船舶高壓供配電裝置中幾個問題的探討

溫 莉

(江蘇現代造船技術有限公司, 江蘇 鎮江 212003)

船舶電力系統采用高壓裝置時，應注意選擇中性點接地方式。船舶高壓配電系統設計時對三相三線中性點絕緣系統或三相三線中性點接地系統的選用，從理論和實際兩方面進行分析研究發現，船舶高壓電站的高壓發電機與主變壓器高壓側均宜采用三相三線中性點絕緣系統和岸電(3～10 kV電力系統)的中性點運行方式保持一致。根據各船舶規范的有關要求與岸電高壓系統防止誤操作的經驗，結合對多艘船舶高壓電力系統的設計與實踐，總結為“八防”功能。

高壓配壓；配電裝置；中性點；操作規程

0 引言

電力推進技術的廣泛應用，海洋工程船舶綜合功能的不斷提高以及艦船特定裝備對電力的需求，都使船舶主電站的功率越來越大。當前，絕大多數船舶主電站的電壓等級為三相交流400 V、440 V或690 V，采用放射式配電方式。面對功率日益增大的船舶電網，主電站若采用常規的低電壓等級，難以滿足電力系統的大功率需求。

在同等功率時，低壓電氣設備的體積與重量要比高壓電氣設備大得多，低電壓輸送電力所需要的電纜截面、短路電流、電壓降都要比高電壓大很多倍。在主電站功率較大時，若采用低壓供配電，不僅大量的低壓電纜不易敷設，而且低壓斷路器在短路條件下的分斷能力也難以滿足要求。如果主電站功率在10 MW以上，各種負面影響會更加突出。

由此可見，船舶電力系統采用高壓供配電，不僅能滿足大功率的要求，還能節能降損，提高電壓質量。但是，選擇船電高壓系統的中性點接地方式以及高壓裝置的防誤操作值得探討。

1 船電高壓系統中性點接地方式

設計船舶主電站時若選用高壓裝置時，應注意選擇中性點的接地方式。目前，對船電高壓系統中性點的接地方式無強制性規定。在GB 13031—1991《電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統》中，第4.3.1條對船舶高壓配電系統允許選用“三相三線中性點絕緣系統”或“三相三線中性點接地系統”，但第4.3.4.1條規定“變壓器高壓側的中性點不應接地”。

三相三線中性點絕緣系統發生單相接地時，接地電流僅為線路及設備的電容電流，每公里6～10 kV金屬鎧裝三相電力電纜的電容電流一般不超過1.8 A。按照高壓規程規定，中性點不接地系統發生單相接地時，允許暫時繼續運行2 h。這就足以有時間來排除接地故障，所以供電連續性最好。如果操作者萬一觸碰到單相帶電導體，觸電的后果也小得多。

船舶規范規定從高壓電網通過變壓器供電的低壓電網，應對由于初級和次級繞組間的絕緣故障所致的過電壓進行保護，提出“可借助低壓系統中點接地或者使用適當的中點限壓裝置來實現”。據此，當主電站選用高壓供電時，可將配電變壓器高壓側選用三相三線對船體絕緣系統，例如三角形接線，對其低壓側選用三相三線中性點接地系統，即星形中性點接地，變壓器聯結組別標號為Dyn11，屬于大接地電流系統，Dyn11聯結組別還有利抑制3次諧波。由于低壓側繞組中性點直接接地，當變壓器初次級繞組間發生絕緣故障時，限制了低壓電網發生過電壓，并能發出高壓單相接地報警信號。當低壓側發生接地短路故障時，保護裝置能瞬時動作，使開關跳閘，以利于迅速消除故障。

2 船電高壓系統中性點接地的不可行性

船舶規范要求“油船、化學品船、液化氣運輸船的交流配電系統一般不允許采用以船體為回路和無船體回路的中性點接地系統”，而且要求“其他船舶如采用中性點接地系統時，高壓中性點接地線中必須有一電阻或其他限流裝置，使故障時接地故障電流限至連接至配電板的最大發電機的滿載電流；然而，接地故障電流不應小于接地故障監測器最小閾電流的3倍”。船舶建造規范還要求應對具有中性點限流接地的裝置采取措施，以確保接地故障輸出的選擇性斷開。對地聯接應通過限流裝置接地并帶有分斷裝置等有關要求。這些規定使設計和安裝都比較復雜，還會由此額外增加相關設備的費用和安裝位置。

從圖3可知，如果船舶高壓電站的高壓側采用三相三線中性點接地系統，在接取6～10 kV三相高壓岸電電源后，便會引起岸電相關電網的繼電保護裝置動作。因此，船電高壓裝置若采用三相三線中性點接地系統接取岸電不具有可行性。

3 船電高壓供配電裝置的防誤操作

船電高壓供配電裝置的安全性十分重要。船舶規范要求抽出式開關裝置應可鎖定在工作位置，安裝在工作位置和斷開位置的裝置均為有效的機械連鎖裝置，即使當匯流排帶電時也能安全地進行功能測試和維護。

根據各船級社的有關要求與岸電高壓系統防止誤操作的經驗，結合對多艘船舶高壓電力系統的設計與實踐，總結為防誤操作規程共八條，簡稱“八防”功能。高壓開關設備是手動操作或是電動操作，高壓金屬封閉式配電柜是可移開式或是固定式，均應在接通和斷開兩個位置裝設機械閉鎖與電氣互鎖，實現“八防”功能。

(1)防止誤合斷路器(含負荷開關、接觸器)。只有在相關的隔離開關合閘后或相關的隔離觸頭插入后，在工作位置的斷路器才能合閘；如果是移開式開關裝置，斷路器的可移開部件才可以插入，否則被閉鎖無法操作。

(2)防止帶負荷分、合隔離開關或隔離觸頭。隔離開關或隔離觸頭應聯鎖得只有在斷路器切斷后才能接通或斷開。當斷路器在合閘狀態時，相關的隔離開關或隔離觸頭被閉鎖，無法接通或斷開，只有當相關的斷路器在分閘后才能接通或斷開；如果是移開式開關裝置，斷路器的可移開部件在試驗位置或完全拉出后，相關的隔離開關或隔離觸頭才能接通或斷開。

(3)防止帶電合接地開關。斷路器、隔離開關與相關的接地開關之間應加裝互鎖。在合閘狀態時，接地開關被閉鎖無法合閘。如果是移開式開關裝置，只有當可移開部件在試驗位置或完全拉出時，接地開關才能合閘。

(4)防止帶接地線送電。在接地開關未分閘前，斷路器被鎖住無法合閘。如果是移開式開關裝置，只有當接地開關處在分閘位置時，可移開部件才能推入到工作位置。

(5)防止誤入帶電間隔。只有當高壓隔室的元器件不帶電并且已接地的情況下，隔室的門、蓋板才能開啟。高壓配電板上需裝設高壓帶電顯示閉鎖裝置，高壓有電時發出燈光指示并閉鎖電纜室的門無法打開。當斷路器在合閘狀態時，開關柜各隔室的門被閉鎖無法打開；通向接近高壓隔室的門應聯鎖使其只有在接地開關合閘后才能打開。移開式開關裝置的固定觸頭，在抽出時其帶電的觸頭部件應自動被擋板遮蓋或者只有在其已被遮蓋后，才可能完全拉出。

(6)防止輔助回路開路。手車式配電柜應防止手車在工作位置時拔除二次插頭；斷路器只有在與自動分閘相關的輔助回路都已接通時，才可以在工作位置合閘。相反地，斷路器在工作位置處于合閘狀態時，輔助回路不能被斷開。

(7)防止輔助電源失電。對于高壓裝置的控制、操作等輔助電路的供電，應設有兩個獨立的不間斷電源：如果這些不間斷電源中有一個損壞，則剩下的裝置應能對所有的配電板區段供電，應自動地向備用電源轉換，且發出報警。一個不間斷電源應從應急配電板饋電，而另一不間斷電源應從主配電板饋電；如果輔助電路是直流電源，一個不間斷電源應從充放電板饋電，另一個不間斷電源應從應急配電板饋電。

(8)防止船電與岸電并網。對船舶停泊時需要由高壓岸電提供電源的電站，應將主配電板上的岸電聯絡開關與各發電機主開關進行互鎖，以防止將船電與岸電并網；如果允許短暫并網轉移負載的系統，需裝設逆功率保護。

上述“八防”功能中，大多為機械方式進行閉鎖。有些可以利用開關的輔助觸頭或位置開關的觸頭在控制回路中設置電氣互鎖。為防止誤入帶電間隔和誤開柜門，可利用帶電顯示器配置電磁鎖將門鎖住，從而有效地杜絕在任何形式下可能發生的誤操作。

4 結語

船舶高壓配電系統允許選用三相三線中性點絕緣系統或三相三線中性點接地系統，在理論上可行，在實際應用還存在困難。通過理論和實際兩方面分析研究后發現，船舶高壓電站的高壓發電機與主變壓器高壓側均宜采用三相三線中性點絕緣系統，這也符合岸電電網系統的實際狀況。船舶高壓配電系統和岸電(3～10 kV電力系統)的中性點運行方式保持一致，有利于船舶停靠港口時接取岸電電源。

高壓裝置的優點雖然很多，但對安全的要求也很高，應當把“八防”功能作為強制性要求。

[1] 國家技術監督局.電壓為1 kV以上至11 kV的船舶交流電力系統:GB13031—1991[S].北京：中國標準出版社，1992：2-3.

[2] 中國船級社.鋼質海船入級規范[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 法國船級社.鋼質海船入級規范[M].上海：上海科學普及出版社，2002.

[4] 周洋.三相系統中相電壓不平衡及電壓降計算[C]//1990年江蘇省造船工程學會論文集.南京：江蘇省造船工程學會，1990.

[5] 周洋，王德義.船舶高壓電力裝置的安全防護[C]//1993年江蘇省造船工程學會論文集.南京：江蘇省造船工程學會，1993.

U665.14

A

2017-05-27

溫莉(1979—)，女，碩士，工程師，從事船電工程設計。