舰船中压电力系统标准规范研究

2012-04-01丰利军余林刚

船电技术 2012年4期

丰利军余林刚

（中国人民解放军91224部队，上海 200335）

0 引言

近年来，随着大型舰船电力系统容量的不断增长，舰船中压电力系统也得到了逐步应用，然而与舰船中压电力系统有关的标准规范建设却没有随技术的进步而发展，造成在舰船中压电力系统设计、研制、验收等阶段无标准可依的局面。因此，急需开展相关研究工作，为编制舰船中压电力系统标准规范奠定坚实的基础。

1 国外舰船中压电力系统标准现状

目前，国外船级社入级规范（如英国劳氏规范[1]、美国 ABS规范及 NVR规范[2]、德国 GL劳氏规范[3]、挪威 DNV规范[4]）、英国国防部海军工程标准、IEC标准等，均有关于舰船中压电力系统的要求或规定，以下为有关标准规范现状及其主要内容。

1.1 英国劳氏船级社船舶入级规范（2004年）[1]

英国劳氏规范第6分册第2章《电气工程》的第15节《电力推进》规定了总则、功率要求、推进控制、推进系统的保护、仪表等内容。该节并未对中压电力系统的电能品质、系统保护、电气安全等要求提出具体要求，仅提出一些原则性的条款。

1.2 美国ABS船级社船舶入级规范（2007年）及NVR规范[2]

（1）美国ABS规范第8章《电气系统》第5节《专用系统》第3小节《高压系统》适用于额定电压（线电压）超过1 kV的交流系统，其主要内容包括系统设计、电路保护、设备设计（电气间隙和爬电距离、断路器和开关、旋转电机、开关设备和控制机构、变压器及电缆）、电缆安装、设备安装、试验等要求。

（2）在上世纪90年代，ABS偕同NAVSEA进行了军用标准（MIL-STD）和军用规范（MIL-SPECs）的复审工作，并于1998年废除了美国海军舰船通用规范。此后双方继续深入合作，共同编制了军舰规范（NVR）。

该军规中有关综合电力系统和电力推进系统的内容主要包括：电源、主配电系统、旋转电机、变压器和变流器、电力推进、综合电力系统等要求。

1.3 德国GL劳氏船级社船舶入级规范[3]

德国GL劳氏规范第3章第8节《中压装置》适用于额定线电压大于1 kV和不大于17.5 kV、额定频率为50 Hz或60 Hz的电网。该节主要包括一般规定、电网设计和保护设备、电气设备、以及电缆安装和试验要求。

1.4 英国国防部海军工程标准

英国国防部海军工程标准 NES—607《水面舰艇和潜艇中压配电系统设计指导性文件》，适用于1 kV至15 kV的交流中压配电系统，与低压系统相关的内容应参照NES—532的要求。主要内容包括性能要求（电能品质、谐波等要求）、安全性、军用要求（中压要求、保护、接地、中线、设备要求、开关等）、设计要求（主配电系统、接口、控制、特殊要求、中压系统集成、故障诊断等）。

1.5 IEC 60092-501（2007）专辑—电力推进装置

该标准规定了全电力推进装置的要求，主要包括系统（系统设计、系统责任、扭振应力和扭振等等、运行稳定性、防潮和防冷凝水、励磁系统、电缆、母线和管道系统的要求）、电磁兼容性和谐波畸变、原动机、发电机、推进变压器、变流器、谐波滤波、推进电动机、控制系统及试验等要求。

该标准对于涉及到中压电制带来的技术内容并未包括，例如标称电压和频率、电气间隙和爬电距离、接地、配电系统等一系列规定。

1.6 IEC 60092-503（2007）专辑—电压1 kV以上至小于及等于15 kV的交流电源系统

该标准规定了电压 1 kV以上至小于及等于15 kV的交流电源系统的要求，主要内容包括电压和频率、报警、通讯、绝缘水平、电气间隙和爬电距离、接地、电气保护、交流发电机和电动机、变压器、开关设备和控制机构装配件（开关板）、开关设备、控制机构、熔断器以及电缆等要求。

1.7 小结

由于船舶电站装置、推进电动机功率大，它的供电和配电绝大部分采用中压（或称高压）系统，而从以上船级社规范来看，英国劳氏规范，中压（高压）和低压的供电和配电系统合并在一个章节。美国ABS和德国GL劳氏规范电气部分的《中压或高压系统》与低压供电和配电系统分列不同的章节，二者均对中压系统和设备的全面要求作了规定，对于与其他日用供电和配电系统相同的要求，通过引用相应条款予以规定。

英国国防部海军工程标准NES—607对中压系统提出了具体要求，具有重要参考意义，但缺少详细的技术指标要求等；IEC 60092-501（2007）是目前国际上最新的电力推进装置标准，是电力推进装置设计、生产、试验、运行经验的总结与集成；IEC 60092-503（2007）是目前中压电力系统规定最为全面、内容最为丰富的国际标准。

2 国内中压电力系统标准现状

2.1 国家标准

我国现有国家标准中有关中压电力系统的标准规范十分匮乏。

GB/T 13030-2009《船舶电力推进系统技术条件》规定了船舶电力推进系统的分类、技术和试验要求，适用于电力推进系统主要机械和设备的设计、制造和试验。该标准对中压电压等级进行了分类，补充了电压和频率波动、谐波成分以及高压电气装置的特殊要求等，但该标准并未突出系统设计要求、电磁兼容性、谐波畸变和滤波要求等，内容还不够完整。

GB/T 13031-1991《电压为1 kV以上至11 kV的船舶交流电力系统》中对船舶中压电力系统只提出了概括性要求，尚未形成较为系统完整的中压电力系统要求。

GB/T13032－2010《船用柴油发电机组》对机组的电压等级和功率进行了扩展，但没有对中高压机组特殊的技术要求进行具体阐述。船舶用燃气轮机发电机组的相关标准，目前我国还处于空白阶段，在科研及工程实际中缺少可以遵循的依据，因此需要进行深入的研究。

GB/T12325—2008《供电电压偏差》对低、中、高压的供电电压允许偏差分别进行了规定，对于下一步制定适合船舶中压电力系统的电能品质有关要求很有参考意义。

中压配电设备的许多标准均是等同采用 IEC标准，主要针对陆用产品，并不完全适用船舶环境，如 GB1984—2003《高压交流断路器》、GB3804—2004《3.6 kV至40.5 kV高压交流负荷开关》、GB/T15166.2—2008《高压交流熔断器第2部分：限流熔断器》等，以上标准为编制形成满足军用要求的船舶配电设备标准提供了参考。国标中关于中压配电板的要求很少，但是船舶标准对配电设备的要求非常详细具体和成系统，其配电设备标准体系对于编制形成船用中压配电系统规范具有较高的参考价值。

中压电缆的标准目前已有很多。如GB/T17755—1999《额定电压 6 kV、10 kV、15 kV挤包绝缘单芯和三芯船用电力电缆》、GB/T12706.2—2008《额定电压1 kV至35 kV挤包绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压6kV至30 kV电缆》等，均为等同采用相应IEC标准，对中压电缆的选用具有很好的指导意义。

2.2 军用标准

目前，军用标准中还没有专门针对中压电力系统的标准规范，现行参照的标准具有一定局限性，对中压电力系统的特点考虑不足。例如，GJB4000-2000、GJB1988-1994等关于发电机组技术要求的描述虽详尽而具体，但是还没有向中、高压和电力推进方向扩展。

《舰船通用规范3组》体系结构较完整，从电力系统、电源设备、配电系统、照明系统、电气集中控制和监控系统、发电机组保障系统、电缆敷设、专用项目等八个方面对涉及舰船电力系统发电、配电、变电、用电等环节的设备选型、性能指标、使用条件等进行了全面的规范和约束，是我海军船舶电气领域相关设备或系统选型、设计、研制、试验的规范文件，在各型舰船电力系统研制过程中发挥了巨大的作用。但该标准规范主要适用于常规低压电力系统，缺少对中高压电力系统的有关要求。

《舰船电气安全通用要求》规定了舰船电气系统和设备安全的基本要求，适用于舰船电气系统和设备，具体为额定电压在1000 V以下的电气设备。其中，一般要求规定了通则、环境适用性、材料、电气间隙和爬电距离、汇漏电流、安全接地、静电防护、电磁防护、爆炸性气体防护、雷电防护、触电防护、灼伤防护、过热防护、电气火灾防护、防止误操作、标志和标牌。详细要求规定了电气系统安全（供电连续性、电气系统保护、电气设备保护）和电气设备安全。上述内容不能完全满足中压电力系统的安全要求，但无论是低压或中压电力系统，电气安全是设计的基本内容，因此该标准涉及的安全范围是可借鉴的。

中压配电板几乎没有军用标准规范，《舰船用配电装置和控制装置通用规范》、《舰船电力配电系统通用规范》、《舰船用分配电箱通用规范》、《舰用框架式低压断路器通用规范》和《舰用直流（大电流）空气断路器通用规范》中，相关条款只涉及到AC1000V或DC1200V电压等级，对于中压配电系统均不适用。

2.3 中国船级社《钢质海船入级建造规范》

中国船级社在《钢质海船入级建造规范》（2009年修改通报）中补充了“冗余推进系统”和“电力推进船舶附加规定”的有关要求，首次对电力推进系统的内容进行了规定，并提出了中压配电系统的一些原则性要求，如中压配电板的运行模式、电气间隙、爬电距离、防护等级、保护等要求，也可作为编制军用标准的借鉴。

2.4 小结

从以上国内标准的分析可以看出，我国已有的中压电力系统国家标准中，大多数都是适合陆用的，适合船用的标准其内容还不够全面，只是较为概括的进行规定。军用标准中基本没有中压电力系统的标准，严重滞后于技术的发展，急需开展有关标准的专题研究与编制工作。中国船级社规范已有中压电力系统的要求，但其主要适用于民用电力推进船舶，对军用舰船的一些特殊要求均缺少考虑，可作为编制军用标准的参考。

3 标准需求

目前急需解决现实装备研制需求与相关标准规范建设滞后之间的矛盾，制定中压电力系统的标准规范，以此作为各单位设计指导依据，统一各分系统及设备之间的界面电能品质、接口参数要求，确保研制进度及质量，降低研制风险。

目前，急需对有关问题进行研究，确定合理可行的技术指标。例如三相供电电压允差，在GB/T12325—2008《供电电压偏差》中规定，10 kV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的±7%，220 V单相供电电压允许偏差为标称电压的+7%~-10%，GJB4000—2000仅规定低压情况下该值+6%~-10%，对中压时电压允差并未规定；而国外标准中规定照明用户以±5%—±6%为多，最大为±10%，动力用户以±10%为多，ABS规范中为+6%~-10%，要求最严的为德国，照明±3%，动力±5%；国际电工委员会（IEC）、国际发供电联盟（UNIPEDE）为±10%。从上述情况可以看出，我国现行标准与国外先进水平仍有不小的差距，对于军用舰船来说，其指标应不低于我国国家标准的要求定。

此外，对于中压电力系统的配电网络结构、电能品质、系统保护、电气安全、冲击振动、电磁兼容等内容，都需要尽快编制形成相应标准规范，为舰船中压电力系统论证、设计、研制等工作提供标准化依据，解决后续工作中存在的诸多标准化问题。