电力推进船舶变频器保护工艺的研究及应用

罗婷 张宗川

摘    要：本文通过对电力推进变频器的设备组成、结构及其对自身存储和工作环境的要求进行研究，结合电力推进变频器在船舶建造过程中面临的复杂环境，对其在船舶建造各阶段可能出现的损害，有针对性地提出了相应的保护措施。

关键词：变频器;保护;湿度;温度

中图分类号：U664.3                              文献标识码：A

Abstract： Through the study of the equipment composition， structure and the requirements of its own storage and working environment of marine electric propulsion frequency converter， combined with the complex environment faced by electric propulsion inverter in the process of ship construction， this paper puts forward corresponding protective measures for the possible damage of electric propulsion inverter in various stages of ship construction.

Key words： Frequency converter; Protection; Humidity; Temperature

1    前言

隨着国际海事组织对船舶排放方面的标准越来越严格，绿色环保的电力推进系统将成为未来船舶动力发展的方向。

变频器是电力推进系统的核心关键设备。船舶建造环境复杂多变，变频器属于电子器件装置，对环境要求高，研究变频器保护工艺方法，对今后电力推进船舶动力系统设备的顺利安装、调试、系泊试验、航行试验有着重要的现实意义，是电力推进船舶顺利建造的保障。

2    变频器的结构和组成

现以某船电力推进变频器为例，介绍一下变频器的结构和组成。

电力推进变频器由水冷屏、控制屏、逆变屏、制动屏、整流屏组成，外形尺寸为 5800mm ×2100mm×810mm，重量为4 400kg（干重）/4550kg（湿重），设备底座高度为100mm， 橡胶垫高度为10mm，底座总重量约300kg。电力推进变频器底座与船体通过焊接方式固定连接。

电力推进变频器有防冷凝加热器。电力推进变频器的冷却方式是水/水冷却，侧面进出水，外部采用海水冷却，与冷却水的接口采用法兰连接;内部冷却液是纯水，在柜内2台冷却泵的驱动下循环往复，通过与外部海水进行热交换，带走柜内元器件的热量。图1为电力推进变频器外观图。

3    影响电力推进变频器的环境因素

变频器属于电子器件装置，环境因素是影响变频器寿命及可靠运行的关键因素：

（1）湿度影响：空气中的相对湿度≤95%，没有结露现象。过高的湿度而且湿度具有较大的变化幅度的时候，变频器中可能会有结露， 从而减低了绝缘的性能，甚至可能引发短路事故;

（2）温度影响：变频器的使用环境温度0 ℃～45 ℃之间。环境温度每上升10 ℃，将减少近一半的变频器寿命;

（3）粉尘影响：环境中的金属导电性粉尘侵入变频器后，将使变频器的内部线路造成短路，情况严重时还将使变频器烧毁;环境中的非导电性粉尘较多地侵入变频器后，将对散热造成干扰，造成降低变频器的输出容量或出现故障;

（4）腐蚀性气体影响：环境中的腐蚀性气体浓度大时，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能。

4   电力推进变频器在船舶建造过程中的基本流程

电力推进变频器在建造过程中，从设备入库到交船所经历的各阶段流程图如图2。

电力推进变频器入库验收后在仓库存放期间受温、湿度及粉尘影响较大，特别是梅雨季节受湿度影响更为严重。由于电力推进变频器体积大，一般在总段、总组或船台建造阶段在主船体形成前提前进舱。对整个建造周期来说电力推进变频器进舱时间较早，进舱以后相关舱室各种作业多（例如：船体结构装焊作业、火工校正作业、船体铁舾件、管系、电气安装件装焊、管系密试、舱室结构压水试验、清锈、涂装油漆、绝缘敷设等），电力推进变频器将面临非常恶劣的存储和安装环境，一旦出现疏忽，将给变频器带来严重的损伤。

5   电力推进变频器在船舶建造各个阶段的保护措施

5.1  仓库储存阶段

电力推进变频器入库验收时设备原包装会拆除。由于电力推进变频器的到货时间与装船时间不完全一致，会出现电力推进变频器在仓库储存较长时间。此阶段的保护措施要求如下：

（1）存放电力推进变频器的库房应清洁、干燥、地面平整，不应同时储存活性化学药品和腐蚀性物品;

（2）检查电力推进变频器柜内干燥剂是否有效，酌情添加干燥剂;

（3）设备在仓库存放时不许堆码，下边用木方等垫好，垫高不小于100 mm;

（4）要及时对电力推进变频器进行防尘保护处理，尽量恢复原包装，外露水管法兰等用气泡膜围裹保护;

（5）在电力推进变频器附近设置干湿温度计，时刻关注仓库温湿度变化情况。当仓库温湿度到达变频器允许的临界值时，要采取加热/除湿/降温等措施，确保存放区域温湿度满足变频器存放技术要求。

5.2   吊运装船阶段

（1）电力推进变频器进舱后其周围的打磨、动火、油漆等施工作业容易对电力推进变频器造成损害，因此必须在电力推进变频器进舱前，确保舱室内、外6个壁12个面的铁舾装件、基座、管路（与变频器连接的冷却管路进机部分除外）等安装并打磨、油漆完，地板、天花和壁板第一度油漆做完，减少变频器进舱后的产生粉尘的工作;舱室还应具备通风、照明、抽湿、消防保障条件，空调、设备冷却循环水管路接口密封堵塞;电力推进变频器是封舱件，进舱前必须组织相关作业人员按大型设备进舱图对进舱路径进行确认，确保进舱路径顺畅;电力推进变频器进行装船前，要进行包扎保护;

（2）电力推进变频器装船后将面临极为恶劣的环境条件，装船前的专业保护工作能为装船后的保护工作打下良好的基础。在密封包扎前需检查电力推进变频器内的干燥剂是否有效;然后用PVC膜对电力推进变频器的前、后、左、右、顶、底部六面进行全方位的密封包扎，包裹面不存在透孔、缝隙及容易积水面;包扎完后挂上“重要设备，严禁碰撞！”的红色警示牌;电力推进变频器上的屏幕、仪表、指示灯、开关等位置应先采用透明PVC膜垫底，再用厚度≥30 mm以上的硬底PV泡沫或者海绵垫板固定保护，并放置警示标语;另外，还需要根据电力推进变频器的尺寸，提前制作好保护木罩及白铁皮罩的散装件，供变频器装船后保护用;

（3）由于电力推进变频器属于精密仪器，体积大、重量重，吊运过程中稍有不慎极易造成碰撞，对电力推进变频器产生较大损害。因此，在吊运过程中应严格按照设备厂提供的吊装方法和要求进行吊装和运输作业，严禁野蛮操作，防止设备吊装变形和意外坠落及机械损坏。另外，还需注意室外天气变化，严禁在下雨、大风或朝湿等恶劣天气进行室外吊装、运输作业。

5.3   舱室贮存阶段

电力推进变频器装船后船上环境复杂，船体打磨、烧焊、油漆、等各项工作交叉进行，产生的烟雾、非导电性粉尘、金属导电性粉尘等严重威胁变频器的性能，对变频器的保护进入最为严谨阶段。主要进行以下几个方面保护工作：

（1）电力推进变频器安装舱室的设备进舱工艺开孔应当优先进行合拢施工，尽快让电力推进变频器处于相对封闭环境;铁焊、打磨、油漆、绝缘敷设工作，应在合拢段吊装完成后尽快完成;

（2）设备吊装到位后，检查设备的各保护部位是否受到损坏，保证保护层完好;

（3）电力推进变频器安装后，先用三防布罩将推进变频器罩好，仔细检查三防布罩底部的密封性;然后用预先制作好的木罩材料现场拼罩在三防布罩外面，防止电力推进变频器受到碰撞;最后用预先制作好的白铁皮罩材料现场拼罩在木罩外面，防止焊渣引燃保护罩;

（4）在最醒目处悬挂设备保护标识卡，标识卡要注明设备保护责任单位和责任人、联系人电话号码、标识日期等;

（5）在电力推进变频器安装舱室放置干湿温度计，时刻关注舱室温、湿度变化情况，确保存舱室温、湿度满足变频器存放技术要求;

（6）电力推进变频器安装舱室内有修改的项目在作业时，相关作业区应先确认设备保护措施，施工过程中严禁火花溅到设备上;而且在施工时要有抽风机抽风，防止打磨的铁锈和粉尘进入机柜;

（7）在设备装船后，每日对设备保护完好性进行检查，对相关舱室及设备外表面进行清洁;并控制人员进入电力推进变频器安装舱室，对进出该舱室的人员做好记录。

5.4   设备接线阶段

此时电力推进变频器的白铁皮保护罩、保护木罩需全面拆除，舱室内禁止焊接、打磨、油漆、绝缘敷设等工作。因此，电力推进变频器安装舱室内其它专业施工必须全部报验完工才能满足变频器接线条件。在不影响生产进度的前提下，接线工作应尽可能安排在船舶出坞后进行。此阶段电力推进变频器的保护措施如下：

（1）电力推进变频器舱室全面清洁，先清洁舱室其他设备和装置，再对电力推进变频器外边面进行清洁;

（2）在电力推进变频器接线前，电缆不能拉敷进入设备内;具备接线条件时，电缆方能进入设备进线孔;

（3）在接线阶段应避免其他工种进入电力推进变频器舱室进行作业;

（4）设备进线口及电缆通舱件在未做水密前要用抹布做临时封口，防止灰尘进入;

（5）接线时，用PVC膜或三防布将不接线的部位遮盖住，尽量减少灰尘的进入;

（6）每次接线工作结束后，要将设备内部和舱室内的杂物清理干净，将拆开的保护措施还原到位;

（7）电缆金属编织层、芯线、绝缘皮等需要剪断时，必须在柜体外部进行剪断，不得将碎屑留在机柜内。每次接线完后，要检查是否有残留线头、碎屑等留在机柜内，必须全部清除干净，避免通电时碎屑吸入设备元器件内损坏设备。

5.5   系泊、航行试验阶段

系泊、航行试验时变频器进入通电、工作、调试阶段，此阶段要严格按照设备制造厂要求进行操作才能确保设备本体安全。设备保护要求如下：

（1）设备调试前，设备外部由工厂采用专用清洁工具进行清洁;设备内部由设备厂采用专用清洁工具进行内部清洁，确保无金属粉尘;

（2）系泊试验首次通电前，应对设备安装、接线正确性和完整性、设备内部清洁情况，电源和冷却水情况进行检查;并要求设备厂人员对所有相关设备进行检查并签字确认后才可进行通电;

（3）设备试验时，必须按设备要求提供必要的空调、通风等作业环境条件;

（4）检查变频器安装舱室的通风、空调工作情况，确保舱室的温度和湿度满足变频器的环境指标要求;

（5）调试人员在设备不工作时，应及时盖上相应保护罩，减少粉尘进入设备内部。

6    结束语

随着船舶电力推进时代的到来，电力推进变频器将成为船舶推进系统不可缺少的重要部分，对变频器在船舶建造过程的保护研究，将为变频器的顺利安装及使用提供有力保障。我公司建造的某型全电力推进船舶在生产建造过程中，通过对变频器的保护工艺进行研究，在船舶建造的各不同阶段对變频器有针对性地采取相对应的保护措施，使变频器在船舶施工过程中得到了较好的保护，避免了因保护不当造成的设备损伤，实现了变频器顺利装船，保证了变频器性能的正常发挥，为该船变频器的安装、调试、系泊试验、航行试验的顺利进行提供了有力保障。