船舶高压电力系统电压选择及配电方式

船舶高压电力系统电压选择及配电方式

盖先科

威海中远造船科技有限公司 山东 威海 264200

摘要：随着我国经济、科技的快速发展，船舶高压电力系统的电压选择以及配电方式逐渐改革、完善与创新当中，针对电力系统设计的关键问题进行参数分析、计算与冲击电流解决优化措施的落实工作十分关键，需要保证整体中性点高阻接地变压器和接地参数的准确性与科学性，维持整体电力系统的正常运转，保证船舶交流高压电路系统的稳定运行，促进旅游行业与海洋经济的可持续、健康发展。

关键字：船舶、高压电力系统、电压选择方式、配电体系、优化与创新

一、前言

现阶段，我国各地区船舶高压电力系统正在逐渐发展中，可容纳的电站容量更高，能够应对更复杂的船舶交通运转体系，为提高交流低压电力系统与船舶交通体系的匹配力度需要对船舶运转过程中所涉及的电力技术与运行设备不断进行完善、改革与创新。其次，越来越多的船舶采用综合性的交流高压电力运转方式，尤其是一些具备特殊用途的船舶，如起重船、豪华游轮、铺管船、半潜船等。但大部分船舶电力系统即时需要应对容量较高的超高负荷运载，仍然采用交流低压电力系统的运转方式，已经不再适用于现阶段的高负荷用电需求，必须采用交流高压电力系统才能够满足特殊用途船舶的使用标准。根据电力系统设计的关键问题进行有针对性的改革与应用，落实参数优化、变压器应用、预防起电冲击等措施，可以起到保护与发展的作用，不断带来更好的社会效益和经济效益。

二、电压等级的选择

海洋工程所涉及的特殊船舶电力系统在进行交流电压装置安装、区分、应用与发展时，首先，需要划定额定频率，当额定频率在50Hz之间时，导体间的最高电压不能超过1000伏的交流系统，常用的电压幅度为220伏左右，交流高压电力系统需要保证额定电压的电压值维持在1kv和15kv之间，常用在10kv左右。

2.1交流低压电力系统

交流低压电力系统是船舶电站应用体系中最为常见的一种电压选择对象，设备及电缆的安装使用实验与维护工作较为简单、便捷，总体船舶电压所涉及的容量负荷较低，能够有效维持各船舶系统的正常运转。

2.2交流高压电力系统

现阶段，由于各种特殊船舶电站的应用与推广，交流低压电力系统已经不再适用于现阶段电气设备的选择与落实，电气设备与电缆装置的体积和重量不断上升，设备耗量也随之增加，船上空间又十分狭小，需要容纳各电机变换器、保护开关、电缆等高容量电力装置十分有限，为保证电力系统在高负荷运转后容量接近最高限度时仍然能够维持整体电力运转的安全性和可靠性，需要维持固定电压等级的额度范围，但由于交流高压电力系统的不健全、不匹配性，导致只能通过升高电压等级来扩大化发展，才能够维持正常用电负荷。

2.3电压等级的选择

电压等级与电力系统运转过程中所需最大容量负荷直接相关，尤其是短路容量所需电压高低对于整个电力系统最大电压断路器等级的分析与判断具有决定意义。大部分690V交流低压断路器的额定电流在6300A，分段能力最大可以达到100 KA，短路容量最高可以到达119MVA。基于此进行等级设置时，首先，需要根据符合计算数值确定整体发电机组所需功率和数量大小之后估算最大短路容量。再此，需要确定电压等级，根据短路电流容量进行依次划分。最后，判断断路器和配电网所需配电网络的设置数值。

当电力系统发生短路容量负荷的情况下，主要按照以下两种方式进行电量估算。首先，可以采用带变频器特性的反馈短路电流系统来提供带变频器的线路，此时，推进电机也可能存在短路电流为零的情况。其次，每个国家根据自己的电力系统应用情况不同，存在差异化的短路电流发动机额定数值的研究与制定，应符合企业的发展现状，我国一般参考英国的相关规范进行设置，按照额定数值10倍来计算，尤其是当出现异常情况时需要通过发电机馈送短路电流才可以利用额定功率来计算电动机负荷数值。如果按照60％来计算电站容量，需要用电网负荷减去带变频器负荷，峰值短路电流一般为短路电流2.5倍左右。基于此，进行断路器的校准与分断，以此来提高断路器的接触能力。

三、船舶高压电力系统的配电方式

交流低压电力系统，高压电力系统的配电方式是存在差异的，在参数计算上，也存在不同可能性，可以采用中性点，直接接地低电阻接地，不接地或高电阻接地的途径来提高配电方式的合理性和科学性。

3.1交流低压电力系统

交流低压电力系统通常会采用中性点，不接地的方式来提高接电电路的容量负荷，维持电力系统的稳定状态。

3.2交流高压电力系统

中性点经高电阻接地方式为船舶交流高压电力系统最常见的一种连接形式，符合高压电流的容量负荷，满足不同使用场景下特殊船舶设备的应用需求。在使用时整体流量偏高，尤其是针对交联聚乙烯绝缘的电缆，当发生集体故障，如果采用高电阻接地的方式不会引发接地电核的紊乱而自动熄灭，减少火灾的发生。其次，为有效维持电压运转状态的稳定性，需要保证电流容量超过正常耐受限度后，及时设置相关数值，避免出现高压电力设备的整体电压水平比低压电力设备更低的情况。此时，设备稳定运行状态会被打破，如果采用不接地系统会导致电压过高，容量负荷过重。

针对于交流高压电力系统来说，中性点接高地是为了限制电流进入，防止接地线路故障。因此，总体上接地原则是需要保证电流流通数值稍大于接地电容电流数值，维持电容电流的正常运行状态，并在实际运行下进行测量，保证高压发电机电缆的电容电流维持在正常运行状态。通过电容电流累加即可得出接地电容数值，基于此，来分析交流高压电力系统中性点高电阻的接地方式，主要采用系统中性点直接介入的措施，每台发电机均可配备，不断提高电阻器的耐高压性和抗阻性，维持电流较小、稳定的状态。其次，利用系统中性点进行发电机中性点测量时主要利用单相降压变压器进行接地处理，采用一侧线圈接地的形式，接到单向减压变压器的二次侧发电机，所有发电机均一二次侧直接相连。最后，中性点中直接引出一根单芯电缆直接接地，副边开口呈现三角形接地的状态，每段汇流均需配置此接地方式。

四、预防启动冲击电流的措施

高压电力系统在进行电压选择、启动与电动机应用时为预防启动时产生过高的冲击电流而影响设备正常运行状态，需要限制周期分量的额定电流，尤其是在接地状态下高压变压器的重量一般较大，瞬间的冲击电流会引发电压跌落、跳闸等危险事故。为了更好的维持设备运行状态，需要有效减少此类现象的发生，针对大容量变压器可以采用预充磁方式进行启动，此方法能够在大容量变压器开关合闸时对内部进行预磁填充，建立微稳的交变磁场，保证开关合闸期间内部磁场和电流通路的稳定性，不会引发突变，直至冲击电流消失。大容量变压器在进行预充磁启动与维稳的过程中主要产于两种方式进行，一方面，主路断器先不进行合闸，利用初级绕阻装置接通高压配电线路的母线，并进行有效预充磁，可以在合闸大容量变压器的约束下切断充磁电阻器，至此，完成整体稳定状态下的起动过程。另一方面，在投入大容量变压器应用之前需要进行大容量变压器预充磁，经变压后可以将变压器投入应用并切除冲击电流倍数较大的工作对象，此时电流基数小，不会对高压交变电流的电力系统产生较大危害，维持正常、稳定的运行状态。

五、总结

总的来说，综合性的解决并优化船舶高压电力系统电压选择与配电方式能够符合当今海洋经济与文化旅游产业的快速发展，综合性的提高并推进整体船舶品类与数量的应用，能够满足现阶段交流高压电力系统供电额度的支持并匹配创新性技术的发展。本文通过交流高压电力系统进行针对性的选择与配电体系数据的应用和落实，不断进行探究与发展能够为整体船舶交流高压电力系统的发展提供更好的前景与方向，带来更优的社会效益和经济效益。

参考文献

[1]舰船高压电力系统非准确信息资源滤除技术[J].王平,王力.舰船科学技术.2019(14):91-93

[2]船舶电力系统的设计与研究[J].王亚荣. 船舶物资与市场.2019(12):68-70+62