淺談干式負載箱系統在船舶電站調試中的應用

楊永順　王偉　楊亞男

摘? ? 要：在船舶發電機試驗過程中，傳統使用的水負載系統漸漸被新的干式負載箱系統所取代。干式負載箱系統能夠實現本地操作和電腦遠程操控、平滑加減負載、突加載負載和突卸載負載等功能，并具有占地面積小、自動化和智能化程度高、節約能源等優點。但在實際應用過程中也呈現了一些問題，例如要求操作人員熟練電腦操作、功能浪費和成本高等。本文結合實船應用，對干式負載箱系統進行介紹和分析。

關鍵詞：干式負載箱系統;發電機試驗;應用分析

中圖分類號：G644.5? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： In the process of marine generator test， the traditional water load system composed of water load and reactor is gradually replaced by the new dry load box system. The dry load box system can realize the functions of local operation and computer remote control， smooth load increase and decrease， sudden loading sudden unloading， and has the advantages of small area， high degree of automation and intelligence， energy saving. However， there are some problems in the practical application， such as requiring the operator to be skilled in computer operation， waste of functions and high cost. This paper introduces and analyzes the dry load box system combining with the application of it in real ships.

Key words： Dry load box system; Marine generator test; Application analysis

1? ? ?前言

傳統的水負載系統在發電機調試試驗中暴露出諸多問題，已不能滿足現代船舶碼頭建造階段發電機試驗對負載性能的要求，新的干式負載箱系統應運而生。

干式負載箱系統有效地解決了傳統水負載系統使用過程中呈現的體積大、占地面積大、提供負載不穩定、受水位變化波動大、操作復雜、安全可靠性不高、維修保養費用高等問題。干式負載箱系統能為發電機試驗提供一個性能穩定、安全可靠、連續可調的負載，能夠滿足試驗中負載試驗穩態調壓、調速試驗、瞬態轉速、電壓特性、并車試驗和自動電站監控系統試驗對負載的要求。但在實際試驗過程中也暴露出一些問題。本文針對暴露出的問題，對干式負載箱系統的結構組成、工作原理、負載選擇流程和在船舶電站調試中遇到的問題等方面進行了探索。

2? ? 干式負載箱系統的應用背景

船舶在建造過程中，電站系統的調試是一個非常重要的過程步驟。傳統電站調試過程中使用的是由水電阻和電抗器組成的水負載，其在調試過程中存在如下的問題：

（1）極板暴露在外面，易發生觸電安全事故;

（2）加減負載時人工干預多，導致精度不高、記錄數據不準確;

（3）多次使用后極板易腐蝕生銹、整體老化，導致水負載容量下降達不到試驗大綱要求;

（4）由于水電阻和電抗器是獨立運行的，所以功率因數穩定性差;

（5）在發電機瞬態調速性能試驗時，需要2臺水負載和1臺電抗器組合使用，線路復雜、占用碼頭資源大;

（6）使用淡水冷卻負載使得水溫度變化大，導致水電阻工作狀態負載不穩定，同時對水資源也是很大的浪費。

由于水負載存在的上述缺陷，所以需要一種新的艦船電站調試的負載形式，加上現代工業自動化程度的不斷增加，使干式負載箱系統應運而出。干式負載箱系統能夠智能控制負載的大小，減少了人工因素帶來的誤差，精準的負載設置保障系統的穩定運行，高度集成化的設計降低了連接線路的復雜性和碼頭資源的浪費。因此，干式負載箱系統在船舶電站調試試驗過程中被大量應用。

3? ? 干式負載箱系統的組成及優點

3.1? 系統組成

干式負載箱系統是由筆記本電腦、控制箱、電纜、風機、阻性負載、感性負載、PLC運算系統和繼電器等，集成在一個標準集裝箱內的負載箱組成，如圖1所示。其中，筆記本電腦中裝有負載控制軟件，可進行對負載的遠程控制操作;負載區A和B是兩個相同的單元，都是由上方的阻性負載電阻元件、中間的冷卻風機和下方的感性負載電抗器組成;電氣室中有很多繼電器，繼電器控制接入到匯流排上的阻性負載和感性負載;操作室中含有本地操作面板和PLC運算系統，可在本地操作面板中進行負載的本地設置;PLC運算系統根據遠程設置或本地設置的參數進行運算，并輸出信號控制相應繼電器的通斷;控制箱主要功能是電腦和負載箱間信號的轉換和傳遞，將電腦中設置的數據轉換成在負載箱中的PLC可識別的信號，以及將在負載箱中測量出的電壓、電流、溫度等信號轉換成電腦可識別的數據。

3.2? 工作原理

干式負載的系統在某船舶發電機組調試中應用的連接框圖，見圖2。

從圖2中可知：干式負載箱系統的負載是由阻性負載的干電阻和感性負載的電抗器組成，電阻、電抗器、風機等是集成在集裝箱內。阻性負載可滿足1 kW～1350 kW有功功率的消耗;干電阻是由11個112.7 kW、45.2 kW、2個22.5 kW、11.3 kW、5.0 kW、2個2.5 kW、112 kW和一個無級可調電阻組成;感性負載可滿足1 kV～1 470 kV無功功率的消耗;電抗器是由6個198.1 kV、142.1 kV、71.4 kV、35.1kV、17.8 kV、2個7.1 kV、3.6 kV、1.8 kV和1個無級極可調電抗組成。

干負載箱系統主要是在本地面板或遠程控制電腦中設置試驗所需有功功率值和功率因素值后，通過數據線接入到可編程邏輯控制器PLC中。在可編程邏輯控制器中通過運算計算出所需的電阻值和電抗值，通過邏輯排列選出要接入電路中的電阻和電抗對應的繼電器信號，控制相應繼電器動作，最后通過無極可調電阻和電抗的自動調節從而完成負載的設置，達到調節發電機負載電路中負載值的目的。干式負載箱系統的工作流程圖，見圖3。

3.3? 干負載箱系統的優點

（1）智能化操控。干負載箱系統既可遠程電腦操控，也可通過本地面板操控進行負載值的設置;

（2）可調精度高。因使用多個電阻、電抗器和無極可調電阻電抗的組合，可實現其負載調節精度在1kW和1 kVar，并且連續可調;

（3）穩定性強。在負載相中由冷卻風機對工作的負載進行冷卻，可有效地克服電阻因溫度變化導致的阻值變化，從而使負載維持在穩定設定值上;

（4）安全可靠。干負載箱系統使用干電阻、電抗和繼電器組成的電路，很容易實現過流、過壓、熱保護和短路等保護。

4? ? 試驗過程中存在的問題及解決方法

4.1? 干負載箱系統功能未能充分利用

在進行發電機瞬態電壓特性試驗時，還需要使用到另一個瞬態電壓顯示設備。而在干負載箱系統使用說明書中可以查到，干負載箱系統的負載可突加和突卸，并能將電路中電壓、電流、功率等變化曲線圖顯示出來，可知干負載箱系統是可以直接做發電機瞬態電壓特性試驗的。

至于為什么還要使用另一個瞬態電壓顯示設備，主要原因是負載電纜上存在電壓降，使得負載箱中匯流排上電壓與發電機端電壓存在差異，而負載箱電腦中顯示的電壓是匯流排上電壓，所以只通過負載箱系統無法準確地顯示發電機端電壓的變化過程。針對這個問題，可以在發電機端增加一個電壓互感器，將測得的電壓信號輸入到電腦，在電腦中將其電壓值隨時間變化的曲線顯示出來，這樣就可使干負載箱系統能夠獨立地完成發電機瞬態電壓特性試驗。

4.2? 操作人員素質有待提高

使用干負載箱系統進行發電機負載試驗，要求操作人員具有熟練的電腦操作技能，對整個負載箱系統工作原理和操作步驟有足夠的了解。

干負載箱系統是一個高度集成化和智能化的系統，將阻性負載、冷卻風機、感性負載、本地操作面板等集成在一個標準集裝箱內，并可通過遠程筆記本電腦操控。其智能化就是體現在筆記本電腦遠程操作上，主要工作也是通過筆記本電腦的遠程操作完成，所以操作人員要具備熟練的電腦操作技能，以免對設備造成損害。例如，當對發電機加載負載時，由于操作人員操作不當將負載從0%直接加載到110%，此時發電機會產生一個很大的沖擊電流對發電機造成損害。為此，可在操作人員實際工作前對其進行電腦操作、干負載箱系統工作原理和維修保養等方面的培訓，從而減少誤操作對發電機和負載箱系統的影響。

4.3? 工作效率未充分發揮

干負載箱系統相對于傳統水負載系統有很大優勢，操作方便快捷、安全可靠、性能穩定、可調精度高和功能多樣等，生產效率應該會有所提高，但在實際應用中發現工作效率并未有顯著提高。其主要原因是在工作時間內等待的時間太多，等待其他部門的配合、等待船東和船檢的到來等，很多時候負載箱系統各項準備工作已經做好，卻由于其他人員未到位而不能正常工作。因此，加強部門之間的協調配合和完善工作計劃安排，可有效地解決這個問題，充分發揮干負載箱系統的優越性，提高工作效率。

5? ? 結論

干負載箱系統取代傳統水負載系統已成為未來發展趨勢之一。雖然干負載箱系統在實際應用中也暴露出一些問題，但憑借其先進的智能性、精確的負載調節性、穩定的運行狀態、安全可靠的保護系統、先進的試驗方法等優點，能夠很好地滿足發電機組試驗調試所需的負載性能。只要解決好實際應用中顯露出的問題，就能夠更加安全高效地完成發電機組調試試驗，給船東和船檢提供一個更加可靠的數據。

參考文獻

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