溫 莉，韓 杰，周 洋

(江蘇省鎮(zhèn)江船廠集團(tuán)公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

船舶電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式

溫 莉，韓 杰，周 洋

(江蘇省鎮(zhèn)江船廠集團(tuán)公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

鑒于現(xiàn)代電力推進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促使船舶電網(wǎng)的功率越來越大；國際海事組織通過的船舶防污染國際公約與許多限制廢氣排放的國家規(guī)范發(fā)布等原因，迫使航運(yùn)業(yè)日益重視節(jié)能減排與降本增效。在此背景的綜合影響下，船舶電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，已成為必然趨勢。可編程序控制器與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)合、高壓電器技術(shù)與電力電子技術(shù)的發(fā)展，都為船舶電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)進(jìn)步提供了支撐?，F(xiàn)今，在船舶傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了船舶公用電網(wǎng)、高壓環(huán)形電網(wǎng)、變頻電網(wǎng)等結(jié)構(gòu)模式。各種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)既有共同要求，也有各自需要注意的方面。

船舶電網(wǎng)；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；高壓環(huán)形電網(wǎng)；變頻電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)模式

0 引言

20世紀(jì)90年代以來，可編程序控制器(PLC)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的結(jié)合，使船舶電站自動(dòng)化管理系統(tǒng)(PMS)具有通信、監(jiān)視、操作、運(yùn)算等功能，可以很方便地實(shí)現(xiàn)船舶電網(wǎng)智能化；絕緣新材料的問世、滅弧技術(shù)的提高，使高壓電器的體積日趨緊湊，斷流能力顯著提高，為高壓電機(jī)、高壓電纜、高壓開關(guān)等高壓電器應(yīng)用于船舶電力系統(tǒng)創(chuàng)造了條件；電力電子技術(shù)的發(fā)展，使具有驅(qū)動(dòng)功率小、飽和壓降低等特點(diǎn)的可控大功率器件(IGBT)普遍用于逆變與變頻，尤其是新型晶閘管器件IGCT與IEGT，不僅具備了IGBT的特點(diǎn)，而且功率密度大、電壓等級高、響應(yīng)速度快，把變流裝置的電壓等級提高到3.3 kV以上，使應(yīng)用成本進(jìn)一步降低。相關(guān)科技的進(jìn)步，為船舶電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的新模式提供了有力的支撐。在船舶傳統(tǒng)電網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了公用電網(wǎng)、高電壓環(huán)形電網(wǎng)與變頻電網(wǎng)等多種結(jié)構(gòu)模式。

1 船舶傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)智能化

船舶電網(wǎng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常是由2臺(tái)及以上由專用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的主發(fā)電機(jī)與1臺(tái)及以上由螺旋槳軸驅(qū)動(dòng)的軸帶發(fā)電機(jī)作為電源，向主配電板供電，主配電板采用放射式向各用電負(fù)載配電，同時(shí)還有應(yīng)急配電板與主配電板相聯(lián)接。電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)急配電板由主配電板供電，主配電板發(fā)生斷電時(shí)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，供電即切換至應(yīng)急發(fā)電機(jī)。在船舶正常航行工況下，通常由1臺(tái)軸帶發(fā)電機(jī)(SG)向主配電板供電；在進(jìn)、出港或港口作業(yè)工況下，由1臺(tái)及以上主發(fā)電機(jī)(DG)向主配電板供電；在停港工況下，如果用電負(fù)載不大，可以由應(yīng)急發(fā)電機(jī)(EG)作為停泊發(fā)電機(jī)向主配電板供電。船舶傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式如圖1所示。

圖1 船舶傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式示意圖

通過對PMS和FCS編制一定的程序，即可實(shí)現(xiàn)船舶傳統(tǒng)電網(wǎng)智能化，把主發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)或停止，軸帶發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁或滅磁，發(fā)電機(jī)的投網(wǎng)或撤出、并聯(lián)或解列，發(fā)電機(jī)的調(diào)頻、調(diào)載、有功功率與無功功率的分配，重載詢問以及將軸帶同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成 “助推電動(dòng)機(jī)”等，全部根椐負(fù)載對功率的需求與設(shè)備的狀況，進(jìn)行自動(dòng)控制，具備通訊功能的PMS與FCS相結(jié)合，可以將各臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的主要參數(shù)、開關(guān)位置、故障類型等完整信息，在中央監(jiān)控系統(tǒng)的模擬圖上動(dòng)態(tài)顯示并進(jìn)行記錄、打印與儲(chǔ)存，同時(shí)還具有對發(fā)電機(jī)進(jìn)行繼電保護(hù)與遠(yuǎn)程控制等功能。設(shè)計(jì)程序時(shí)應(yīng)做到一旦PMS或FCS出現(xiàn)故障，應(yīng)確保不降低電網(wǎng)向負(fù)載供電的可靠性。

2 公用電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，電力推進(jìn)(主推、Z推或側(cè)推)和大型起重機(jī)等專用設(shè)備，不僅功率很大，而且還要求預(yù)留較大的儲(chǔ)備功率以應(yīng)對特殊工況，其所需電力，一種是由專用發(fā)電機(jī)提供，另一種是由公用電網(wǎng)供給，即電力推進(jìn)等專用設(shè)備與船舶輔機(jī)等其他設(shè)備所需電力，全部由發(fā)電裝置組成的公共電網(wǎng)提供電源。

船舶電力負(fù)載的共同特點(diǎn)為電力推進(jìn)等專用設(shè)備與船舶輔機(jī)等其他用電設(shè)備的最大負(fù)載，不可能在同一時(shí)間出現(xiàn)。實(shí)踐說明采用公用電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，無論原動(dòng)機(jī)是柴油機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)，還是汽輪機(jī)，或者是不同能源的原動(dòng)機(jī)進(jìn)行組合，都通過發(fā)電機(jī)將能源電力化，對電力進(jìn)行綜合利用和分配調(diào)度，有利于提高發(fā)供電設(shè)備的利用率，能夠減少全船所需原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的裝機(jī)功率。公用電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式見圖2。

圖2 船舶公用電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式示意圖

當(dāng)采用公用電網(wǎng)向全船提供動(dòng)力時(shí)，除了應(yīng)具有專用發(fā)電機(jī)向電力推進(jìn)裝置、大型起重機(jī)、輸送貨物壓縮機(jī)等專用設(shè)備提供電力時(shí)必須滿足的各項(xiàng)規(guī)定外，還應(yīng)當(dāng)符合以下要求：

(1)公用電網(wǎng)的控制系統(tǒng)，應(yīng)保證在電力推進(jìn)和船舶其他用電負(fù)載之間，安全、合理地分配功率，在必要時(shí)應(yīng)當(dāng)能自動(dòng)卸載非重要設(shè)備。

(2)公用電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)和額定功率應(yīng)能在1臺(tái)機(jī)組停止工作時(shí)，余下的機(jī)組能提供所有重要和維持船舶正常負(fù)載所需功率，同時(shí)保持推進(jìn)功率在有效的程度。

(3)如果公用電網(wǎng)中所需電力正常由并聯(lián)工作的2臺(tái)或更多臺(tái)發(fā)電機(jī)組提供，當(dāng)1臺(tái)機(jī)組突然停止供電時(shí)，余下機(jī)組的功率應(yīng)足夠保證重要負(fù)載和有效程度的推進(jìn)功率不間斷地工作。

(4)提高公用電網(wǎng)的功率因數(shù)，確保電網(wǎng)動(dòng)態(tài)功率因數(shù)在0.95左右，同時(shí)也應(yīng)防止發(fā)生過補(bǔ)償。

3 高壓環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)把相電壓在1 kV以上的定為高壓。船舶三相交流高壓電力系統(tǒng)常見的標(biāo)稱電壓等級為線電壓3.3(3.0)、6.6(6.0)、11(10)、16.5(15) kV，通常把上述電壓等級稱為中壓，其標(biāo)稱頻率為60 Hz，括號中的電壓等級的標(biāo)稱頻率為50 Hz。

面對功率日益增大的船舶電網(wǎng)，若采用低壓電網(wǎng)供電，有數(shù)萬安培電流，傳輸電力所需要的電纜截面太大，其負(fù)面影響是多方面的。對于功率相同的負(fù)載，當(dāng)采用0.44 kV供電，與采用11 kV供電相比較，后者的負(fù)載電流約為前者的4%。若電纜電流密度不變，則后者所需電纜截面可比前者減少25倍，雖然后者內(nèi)阻會(huì)比前者增大約25倍，但短路電流釋放的熱功率卻比前者降低約90%，電壓損失可從前者的29.7%降為后者的1.2%，線損可從前者的17%降為后者的0.7%。由此可見，采用高壓供電，能夠節(jié)能降損，提高電壓質(zhì)量，減少有色金屬用量，便于電纜敷設(shè)，有利于減輕船舶自重和減小短路電流造成的危害，降低船舶建造成本與營運(yùn)費(fèi)用。

盡管高壓供電有許多優(yōu)越性，但要在全船都采用高壓電氣設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的。比較合理的方法是按不同的用途采用不同的電壓等級，對功率很大的電推等專用設(shè)備，由高電壓直接供電，采用高壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可通過專用變壓器將電壓降至驅(qū)動(dòng)裝置所需電壓等級，特別是需要進(jìn)行變頻控制時(shí)，可利用該專用變壓器可起到抑制諧波的作用；在船舶用電設(shè)備集中的區(qū)域，裝設(shè)配電變壓器，其初級電源(1級配電)采用高壓環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，次級(2級配電)采用低電壓向用電設(shè)備放射式供電。通過在各區(qū)域性配電變壓器初級電源控制開關(guān)進(jìn)線側(cè)形成的高壓環(huán)形電網(wǎng)，能為高壓配電板各段主匯流排提供互為備用的回路，可以選用多種配電方案，從而提高了供電的可靠性與靈活性。

高壓環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 船舶高壓環(huán)形電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式

在設(shè)計(jì)高壓環(huán)形電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)高壓配電板與環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)為封閉式金屬鎧裝型，通常為抽屜式或抽出式。高壓開關(guān)優(yōu)先選用真空斷路器或采用六氟化硫(SF6)斷路器，對其應(yīng)按最大可能通過的短路電流進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

(2)各屏高壓配電板之間應(yīng)完全隔開，其匯流排至少要分成獨(dú)立的2段，每段匯流排上至少有1臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)供電，也可提供至少2個(gè)及以上安裝在不同處所相互獨(dú)立的電源裝置進(jìn)行環(huán)網(wǎng)。

(3)應(yīng)當(dāng)通過高壓母排分段與母聯(lián)開關(guān)(如圖3中的H6與H7)來實(shí)現(xiàn)分段母排的并列運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)負(fù)載情況選擇一組環(huán)網(wǎng)柜的2臺(tái)環(huán)網(wǎng)開關(guān)與圖3中的高壓開關(guān)H1、H12實(shí)行“四合三”互鎖，例如選擇環(huán)網(wǎng)開關(guān)H23、H24與H1、H12這4只開關(guān)中同時(shí)只能有3臺(tái)合閘，以防止通過環(huán)網(wǎng)形成高壓分段母排并列的旁路，從而影響母聯(lián)開關(guān)的保護(hù)功能。若考慮當(dāng)高壓母排分段與母聯(lián)開關(guān)無法合閘時(shí)，需要用環(huán)網(wǎng)作為高壓分段母排并列的備用回路，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按其可能通過的電流選配環(huán)網(wǎng)電纜與環(huán)網(wǎng)開關(guān)容量。

(4)高壓配電板與環(huán)網(wǎng)柜都應(yīng)具備“五防”功能，應(yīng)裝設(shè)帶電顯示閉鎖裝置與防淋露自動(dòng)加熱器。

(5)高壓配電變壓器可選用三相雙繞組干式變壓器。除規(guī)范限制外，高壓側(cè)宜采用中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，在非限制類船舶中的“地”即“船體”，高壓側(cè)中性點(diǎn)接地，有利于防止初、次級繞組之間可能發(fā)生的絕緣降低而產(chǎn)生的過電壓。但中性點(diǎn)對地連接應(yīng)通過阻抗器等限流裝置，使接地故障電流既不小于接地故障監(jiān)測保護(hù)裝置所需最小動(dòng)作電流的3倍，又要不高于連接至配電板的最大發(fā)電機(jī)的額定滿載電流(此處所指電流均為電流互感器的二次電流)，以滿足保護(hù)裝置的選擇性與靈敏度。

(6)應(yīng)當(dāng)保證中性點(diǎn)接地的連續(xù)性。當(dāng)一屏高壓配電板分為獨(dú)立運(yùn)行的分段或有幾屏單獨(dú)的高壓配電板時(shí),應(yīng)為每個(gè)分段或每一屏高壓配電板設(shè)置單獨(dú)的中性點(diǎn)接地，并有措施以保證當(dāng)發(fā)電機(jī)被隔離時(shí),接地連接線不會(huì)被開路。

(7)高壓電纜的電壓等級與載流能力應(yīng)符合要求。在中性點(diǎn)對地絕緣的系統(tǒng)中，電纜相與地額定電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓；在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，電纜的相與相額定電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓；環(huán)網(wǎng)電纜有可能會(huì)取代高壓配電板的某段主匯流排進(jìn)行放射式配電。例如圖3中當(dāng)高壓配電板的11 kVⅡ段失電，由高壓環(huán)網(wǎng)電纜向11 kVⅡ段供電時(shí)，H1出線電纜與各高壓環(huán)網(wǎng)電纜應(yīng)具備相應(yīng)的載流能力。

(8)應(yīng)當(dāng)有效地進(jìn)行無功補(bǔ)償。對大功率電感性設(shè)備，宜進(jìn)行無功就地補(bǔ)償；對各區(qū)域配電變壓器，可以分區(qū)進(jìn)行無功自動(dòng)補(bǔ)償，以提高發(fā)、配電設(shè)備的利用率，減少線路損耗，提高電壓質(zhì)量。

(9)高壓配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)宜采用帶通訊接口的數(shù)字式綜合保護(hù)裝置進(jìn)行主保護(hù)與后備保護(hù)。

4 變頻電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在多臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，總負(fù)載功率中有功功率分配的理想狀況是各臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載與其額定功率的比值均等，主要通過各臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)速器根據(jù)有功負(fù)載的變化來調(diào)節(jié)進(jìn)油量實(shí)現(xiàn)的，維持轉(zhuǎn)速始終趨向于額定轉(zhuǎn)速，通常穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)選擇為4%范圍內(nèi)；總負(fù)載功率中無功功率分配的理想狀況是各臺(tái)發(fā)電機(jī)的電流與其額定電流的比值均等，可通過各臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器(AVR)根據(jù)負(fù)載電流的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)，通常穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)選擇2%范圍內(nèi)。對于功率經(jīng)常處于非常大范圍變化的負(fù)載，船舶電網(wǎng)有可能發(fā)生持續(xù)波動(dòng)，比較難以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將電源頻率、相位、電壓都調(diào)節(jié)到允許范圍之內(nèi)，一旦引起電網(wǎng)失步，可能導(dǎo)致設(shè)備損毀。

變頻電網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用AC-DC-AC變換模式，即各臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流后送到配電板上進(jìn)行直流并網(wǎng)，再通過變頻器或逆變器將直流電變換成交流電，向用電設(shè)備進(jìn)行放射式供電。由于整流器的輸出電壓值與輸入電壓值成一定比例，與輸入電源頻率變化無關(guān)，因而可將原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)成與負(fù)載閉環(huán)控制。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加；當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低。變頻電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對中頻發(fā)電機(jī)應(yīng)用于船舶，對不同參數(shù)、不同能源的發(fā)電裝置容易并網(wǎng)運(yùn)行及采用直流輸電，都成為現(xiàn)實(shí)；在避免發(fā)生同步故障，提高電網(wǎng)調(diào)控能力，降損增效等方面，都具有實(shí)質(zhì)性的意義。

最近，為美國某公司建造的PSV船有4臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)額定電壓AC 690 V，轉(zhuǎn)速900～1 800 r/min時(shí)頻率為45～90 Hz。1號與2號發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流后向主配電板Ⅰ段直流匯流排供電，3號與4號發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流后向主配電板Ⅱ段直流匯流排供電，2段直流匯流排額定電壓均為DC 930 V。在2段直流母排上各接有多臺(tái)變頻器，其中共有4臺(tái)變頻器用AC 690 V分別向主電推、側(cè)電推與Z電推供電；此外在2段直流母排上各接有1臺(tái)逆變器將DC 930 V直流電變換成60 Hz、690 V交流電，分別向1號和2號主變壓器供電，2臺(tái)主變壓器的次級分別用60 Hz、440 V供電給2段交流匯流排，再放射式向輔機(jī)及全船其他負(fù)載供電，其電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

通過在該船調(diào)試過程中所遇到的問題，有幾點(diǎn)值得在進(jìn)行變頻電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)試時(shí)作為參考：

(1)整流器的AC-DC變換電路，應(yīng)根據(jù)負(fù)載特性而定，可采用三相半控橋式整流電路，也可采用帶有平衡電抗器的雙反星形可控整流電路或晶閘管三相全控橋式整流電路，但都應(yīng)當(dāng)備有與負(fù)載電流閉環(huán)控制的電壓負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，其響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過AVR。在設(shè)計(jì)或調(diào)試中，應(yīng)考慮管壓降、漏抗壓降和線路壓降等因素。對AVR的整定，宜將發(fā)電機(jī)空載時(shí)的輸出電壓調(diào)節(jié)得高于額定電壓，但不應(yīng)高于發(fā)電機(jī)額定電壓的6%；通過對整流器穩(wěn)壓環(huán)節(jié)的整定，宜將整流器的輸出電壓調(diào)節(jié)得高于直流額定電壓，但不應(yīng)高于直流額定電壓的10%，而且此時(shí)三相半控橋初始控制角應(yīng)大于0°。這種設(shè)置，可以保證在負(fù)載劇烈變化時(shí)，發(fā)電機(jī)與整流器的電壓都有足夠的調(diào)節(jié)范圍。當(dāng)多臺(tái)整流器并列運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)壓環(huán)節(jié)應(yīng)保持響應(yīng)速度同步；整流器輸出端應(yīng)并聯(lián)續(xù)流二極管，以防止迅速將可控硅控制角調(diào)到0°或緊急切斷控制電路時(shí)，可能發(fā)生的可控硅關(guān)不斷現(xiàn)象。在大多數(shù)情況下，整流器的交流電源輸入需要通過1臺(tái)兼作抑制諧波用的整流變壓器，把電壓變換到需要的數(shù)值。該變壓器的變壓比，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)過比較精確的計(jì)算。圖4中，整流器輸入端電壓是AC 690 V，如果不通過整流變壓器將AC 690 V升高到一定的程度，即使把整流電路的控制角調(diào)節(jié)到0°，只要輸出端稍加負(fù)載，整流器輸出端的電壓肯定會(huì)低于DC 930 V，由此會(huì)產(chǎn)生不良影響，重負(fù)載時(shí)有可能造成整個(gè)變流系統(tǒng)瓦解。

圖4 船舶變頻電網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)例示意圖

(2)變頻器與逆變器中的DC-AC變換電路，通常采用IGBT半橋電路。高電壓時(shí)可選用IGCT或IEGT半橋電路，控制方式為可逆脈寬調(diào)制(PWM)，也可采用智能化功率模塊(IPM)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)。應(yīng)考慮由換向或其他工況所產(chǎn)生的過電壓尖峰或振蕩，不應(yīng)導(dǎo)致供電電壓波形從一個(gè)疊加的等效正弦波偏離該等效正弦波最大值超過10%。

(3)變流裝置的額定功率應(yīng)按所需工作方式確定,并且要考慮峰值負(fù)載、系統(tǒng)瞬態(tài)及過電壓等情況。變流裝置應(yīng)能在穩(wěn)態(tài)短路狀態(tài)下，至少必須能在3 s時(shí)間內(nèi)承受≥3倍滿載額定電流。DC-AC或AC-AC逆變器，宜通過逆變變壓器進(jìn)行輸入與輸出隔離，以提高系統(tǒng)安全性和抗沖擊能力，同時(shí)可以滿足對輸出電壓的要求。

(4)應(yīng)考慮變流裝置的無功需求和諧波抑制。整流器、變頻器與逆變器這類變流裝置不但不能為電網(wǎng)提供無功功率，反而要吸收無功功率。比較簡便的方法是并聯(lián)濾波電容器模塊，容抗比一般選7%，船舶電網(wǎng)的無功補(bǔ)償方式宜采用末端補(bǔ)償和分區(qū)補(bǔ)償。末端補(bǔ)償是就地平衡無功功率，效果最好，且無需增加控制開關(guān)，通常用于單臺(tái)功率較大的設(shè)備并與其同時(shí)投切；分區(qū)補(bǔ)償?shù)臒o功功率一般難以準(zhǔn)確計(jì)算，可按區(qū)域配電變壓器額定容量的20%～30%配置容性無功功率，并將其分成幾組，采用無功功率補(bǔ)償控制器對其進(jìn)行自動(dòng)投切。變流裝置都必然因非線性而產(chǎn)生高次諧波，有時(shí)會(huì)造成十分嚴(yán)重的后果。在船舶電網(wǎng)中，采用變流回路的多重化(例如圖2中在變頻器進(jìn)線端安裝接線組別為V/Y/△的變壓器)，也可采用LC無源濾波器或有源電力濾波裝置(APF)等方法，對抑制諧波、提供容性無功功率，都有較好的效果。

(5)發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，實(shí)際上是電流(或功率)正反饋系統(tǒng)。由于是變頻調(diào)速模式，對頻率的變化率已不再有嚴(yán)格要求，但在額定功率與額定功率因數(shù)工況下，仍需將原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到最高額定轉(zhuǎn)速；若只有1臺(tái)發(fā)電機(jī)在網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載下降至發(fā)電機(jī)額定功率的25%以下時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)自動(dòng)降低至最高額定轉(zhuǎn)速的50%左右；若是多臺(tái)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行機(jī)組的轉(zhuǎn)速已降至最高額定轉(zhuǎn)速的50%時(shí)，總負(fù)載功率仍小于并網(wǎng)發(fā)電機(jī)總功率的25%。PMS是維持多臺(tái)發(fā)電機(jī)低速并列運(yùn)行，還是將其中1臺(tái)或幾臺(tái)發(fā)電機(jī)自動(dòng)撤出電網(wǎng)，應(yīng)事先與船級社進(jìn)行磋商確定。

5 結(jié)語

一個(gè)安全、可靠、環(huán)保、節(jié)能的船舶電網(wǎng)對船舶的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。各種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，既有共同要求，即船舶規(guī)范與SOLAS公約的各項(xiàng)規(guī)定；也有各自需要注意的方面，即設(shè)計(jì)與調(diào)試中需要引起重視的問題。在實(shí)踐中，各類船舶不一定局限于某一種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式，經(jīng)常是幾種不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用，在此情況下，應(yīng)當(dāng)在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，采用比較先進(jìn)的技術(shù)。受篇幅限制，在本文中未對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的技術(shù)設(shè)計(jì)層面進(jìn)行展開討論，所提出的觀點(diǎn)主要是在長期實(shí)踐中，不斷遇到和不斷解決的問題，可供船電設(shè)計(jì)、產(chǎn)品訂貨與性能調(diào)試時(shí)參考。

[1]周洋.末端補(bǔ)償?shù)睦碚摵蛯?shí)施[J].電工技術(shù)，1989(10)：3-7.

2014-08-26

溫莉(1979-)，女，工程師，從事船舶電氣設(shè)計(jì)；韓杰(1982-)，男，工程師，從事船舶電氣質(zhì)量檢驗(yàn)；周洋(1943-)，男，高級工程師，從事電氣設(shè)計(jì)研究與教學(xué)。

U665.12

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