对船舶高压供配电装置中几个问题的探讨

温 莉

(江苏现代造船技术有限公司, 江苏 镇江 212003)

对船舶高压供配电装置中几个问题的探讨

温 莉

(江苏现代造船技术有限公司, 江苏 镇江 212003)

船舶电力系统采用高压装置时，应注意选择中性点接地方式。船舶高压配电系统设计时对三相三线中性点绝缘系统或三相三线中性点接地系统的选用，从理论和实际两方面进行分析研究发现，船舶高压电站的高压发电机与主变压器高压侧均宜采用三相三线中性点绝缘系统和岸电(3～10 kV电力系统)的中性点运行方式保持一致。根据各船舶规范的有关要求与岸电高压系统防止误操作的经验，结合对多艘船舶高压电力系统的设计与实践，总结为“八防”功能。

高压配压；配电装置；中性点；操作规程

0 引言

电力推进技术的广泛应用，海洋工程船舶综合功能的不断提高以及舰船特定装备对电力的需求，都使船舶主电站的功率越来越大。当前，绝大多数船舶主电站的电压等级为三相交流400 V、440 V或690 V，采用放射式配电方式。面对功率日益增大的船舶电网，主电站若采用常规的低电压等级，难以满足电力系统的大功率需求。

在同等功率时，低压电气设备的体积与重量要比高压电气设备大得多，低电压输送电力所需要的电缆截面、短路电流、电压降都要比高电压大很多倍。在主电站功率较大时，若采用低压供配电，不仅大量的低压电缆不易敷设，而且低压断路器在短路条件下的分断能力也难以满足要求。如果主电站功率在10 MW以上，各种负面影响会更加突出。

由此可见，船舶电力系统采用高压供配电，不仅能满足大功率的要求，还能节能降损，提高电压质量。但是，选择船电高压系统的中性点接地方式以及高压装置的防误操作值得探讨。

1 船电高压系统中性点接地方式

设计船舶主电站时若选用高压装置时，应注意选择中性点的接地方式。目前，对船电高压系统中性点的接地方式无强制性规定。在GB 13031—1991《电压为1 kV以上至11 kV的船舶交流电力系统》中，第4.3.1条对船舶高压配电系统允许选用“三相三线中性点绝缘系统”或“三相三线中性点接地系统”，但第4.3.4.1条规定“变压器高压侧的中性点不应接地”。

三相三线中性点绝缘系统发生单相接地时，接地电流仅为线路及设备的电容电流，每公里6～10 kV金属铠装三相电力电缆的电容电流一般不超过1.8 A。按照高压规程规定，中性点不接地系统发生单相接地时，允许暂时继续运行2 h。这就足以有时间来排除接地故障，所以供电连续性最好。如果操作者万一触碰到单相带电导体，触电的后果也小得多。

船舶规范规定从高压电网通过变压器供电的低压电网，应对由于初级和次级绕组间的绝缘故障所致的过电压进行保护，提出“可借助低压系统中点接地或者使用适当的中点限压装置来实现”。据此，当主电站选用高压供电时，可将配电变压器高压侧选用三相三线对船体绝缘系统，例如三角形接线，对其低压侧选用三相三线中性点接地系统，即星形中性点接地，变压器联结组别标号为Dyn11，属于大接地电流系统，Dyn11联结组别还有利抑制3次谐波。由于低压侧绕组中性点直接接地，当变压器初次级绕组间发生绝缘故障时，限制了低压电网发生过电压，并能发出高压单相接地报警信号。当低压侧发生接地短路故障时，保护装置能瞬时动作，使开关跳闸，以利于迅速消除故障。

2 船电高压系统中性点接地的不可行性

船舶规范要求“油船、化学品船、液化气运输船的交流配电系统一般不允许采用以船体为回路和无船体回路的中性点接地系统”，而且要求“其他船舶如采用中性点接地系统时，高压中性点接地线中必须有一电阻或其他限流装置，使故障时接地故障电流限至连接至配电板的最大发电机的满载电流；然而，接地故障电流不应小于接地故障监测器最小阈电流的3倍”。船舶建造规范还要求应对具有中性点限流接地的装置采取措施，以确保接地故障输出的选择性断开。对地联接应通过限流装置接地并带有分断装置等有关要求。这些规定使设计和安装都比较复杂，还会由此额外增加相关设备的费用和安装位置。

从图3可知，如果船舶高压电站的高压侧采用三相三线中性点接地系统，在接取6～10 kV三相高压岸电电源后，便会引起岸电相关电网的继电保护装置动作。因此，船电高压装置若采用三相三线中性点接地系统接取岸电不具有可行性。

3 船电高压供配电装置的防误操作

船电高压供配电装置的安全性十分重要。船舶规范要求抽出式开关装置应可锁定在工作位置，安装在工作位置和断开位置的装置均为有效的机械连锁装置，即使当汇流排带电时也能安全地进行功能测试和维护。

根据各船级社的有关要求与岸电高压系统防止误操作的经验，结合对多艘船舶高压电力系统的设计与实践，总结为防误操作规程共八条，简称“八防”功能。高压开关设备是手动操作或是电动操作，高压金属封闭式配电柜是可移开式或是固定式，均应在接通和断开两个位置装设机械闭锁与电气互锁，实现“八防”功能。

(1)防止误合断路器(含负荷开关、接触器)。只有在相关的隔离开关合闸后或相关的隔离触头插入后，在工作位置的断路器才能合闸；如果是移开式开关装置，断路器的可移开部件才可以插入，否则被闭锁无法操作。

(2)防止带负荷分、合隔离开关或隔离触头。隔离开关或隔离触头应联锁得只有在断路器切断后才能接通或断开。当断路器在合闸状态时，相关的隔离开关或隔离触头被闭锁，无法接通或断开，只有当相关的断路器在分闸后才能接通或断开；如果是移开式开关装置，断路器的可移开部件在试验位置或完全拉出后，相关的隔离开关或隔离触头才能接通或断开。

(3)防止带电合接地开关。断路器、隔离开关与相关的接地开关之间应加装互锁。在合闸状态时，接地开关被闭锁无法合闸。如果是移开式开关装置，只有当可移开部件在试验位置或完全拉出时，接地开关才能合闸。

(4)防止带接地线送电。在接地开关未分闸前，断路器被锁住无法合闸。如果是移开式开关装置，只有当接地开关处在分闸位置时，可移开部件才能推入到工作位置。

(5)防止误入带电间隔。只有当高压隔室的元器件不带电并且已接地的情况下，隔室的门、盖板才能开启。高压配电板上需装设高压带电显示闭锁装置，高压有电时发出灯光指示并闭锁电缆室的门无法打开。当断路器在合闸状态时，开关柜各隔室的门被闭锁无法打开；通向接近高压隔室的门应联锁使其只有在接地开关合闸后才能打开。移开式开关装置的固定触头，在抽出时其带电的触头部件应自动被挡板遮盖或者只有在其已被遮盖后，才可能完全拉出。

(6)防止辅助回路开路。手车式配电柜应防止手车在工作位置时拔除二次插头；断路器只有在与自动分闸相关的辅助回路都已接通时，才可以在工作位置合闸。相反地，断路器在工作位置处于合闸状态时，辅助回路不能被断开。

(7)防止辅助电源失电。对于高压装置的控制、操作等辅助电路的供电，应设有两个独立的不间断电源：如果这些不间断电源中有一个损坏，则剩下的装置应能对所有的配电板区段供电，应自动地向备用电源转换，且发出报警。一个不间断电源应从应急配电板馈电，而另一不间断电源应从主配电板馈电；如果辅助电路是直流电源，一个不间断电源应从充放电板馈电，另一个不间断电源应从应急配电板馈电。

(8)防止船电与岸电并网。对船舶停泊时需要由高压岸电提供电源的电站，应将主配电板上的岸电联络开关与各发电机主开关进行互锁，以防止将船电与岸电并网；如果允许短暂并网转移负载的系统，需装设逆功率保护。

上述“八防”功能中，大多为机械方式进行闭锁。有些可以利用开关的辅助触头或位置开关的触头在控制回路中设置电气互锁。为防止误入带电间隔和误开柜门，可利用带电显示器配置电磁锁将门锁住，从而有效地杜绝在任何形式下可能发生的误操作。

4 结语

船舶高压配电系统允许选用三相三线中性点绝缘系统或三相三线中性点接地系统，在理论上可行，在实际应用还存在困难。通过理论和实际两方面分析研究后发现，船舶高压电站的高压发电机与主变压器高压侧均宜采用三相三线中性点绝缘系统，这也符合岸电电网系统的实际状况。船舶高压配电系统和岸电(3～10 kV电力系统)的中性点运行方式保持一致，有利于船舶停靠港口时接取岸电电源。

高压装置的优点虽然很多，但对安全的要求也很高，应当把“八防”功能作为强制性要求。

[1] 国家技术监督局.电压为1 kV以上至11 kV的船舶交流电力系统:GB13031—1991[S].北京：中国标准出版社，1992：2-3.

[2] 中国船级社.钢质海船入级规范[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 法国船级社.钢质海船入级规范[M].上海：上海科学普及出版社，2002.

[4] 周洋.三相系统中相电压不平衡及电压降计算[C]//1990年江苏省造船工程学会论文集.南京：江苏省造船工程学会，1990.

[5] 周洋，王德义.船舶高压电力装置的安全防护[C]//1993年江苏省造船工程学会论文集.南京：江苏省造船工程学会，1993.

U665.14

A

2017-05-27

温莉(1979—)，女，硕士，工程师，从事船电工程设计。