浅谈干式负载箱系统在船舶电站调试中的应用

杨永顺　王伟　杨亚男

摘    要：在船舶发电机试验过程中，传统使用的水负载系统渐渐被新的干式负载箱系统所取代。干式负载箱系统能够实现本地操作和电脑远程操控、平滑加减负载、突加载负载和突卸载负载等功能，并具有占地面积小、自动化和智能化程度高、节约能源等优点。但在实际应用过程中也呈现了一些问题，例如要求操作人员熟练电脑操作、功能浪费和成本高等。本文结合实船应用，对干式负载箱系统进行介绍和分析。

关键词：干式负载箱系统;发电机试验;应用分析

中圖分类号：G644.5                                文献标识码：A

Abstract： In the process of marine generator test， the traditional water load system composed of water load and reactor is gradually replaced by the new dry load box system. The dry load box system can realize the functions of local operation and computer remote control， smooth load increase and decrease， sudden loading sudden unloading， and has the advantages of small area， high degree of automation and intelligence， energy saving. However， there are some problems in the practical application， such as requiring the operator to be skilled in computer operation， waste of functions and high cost. This paper introduces and analyzes the dry load box system combining with the application of it in real ships.

Key words： Dry load box system; Marine generator test; Application analysis

1     前言

传统的水负载系统在发电机调试试验中暴露出诸多问题，已不能满足现代船舶码头建造阶段发电机试验对负载性能的要求，新的干式负载箱系统应运而生。

干式负载箱系统有效地解决了传统水负载系统使用过程中呈现的体积大、占地面积大、提供负载不稳定、受水位变化波动大、操作复杂、安全可靠性不高、维修保养费用高等问题。干式负载箱系统能为发电机试验提供一个性能稳定、安全可靠、连续可调的负载，能够满足试验中负载试验稳态调压、调速试验、瞬态转速、电压特性、并车试验和自动电站监控系统试验对负载的要求。但在实际试验过程中也暴露出一些问题。本文针对暴露出的问题，对干式负载箱系统的结构组成、工作原理、负载选择流程和在船舶电站调试中遇到的问题等方面进行了探索。

2    干式负载箱系统的应用背景

船舶在建造过程中，电站系统的调试是一个非常重要的过程步骤。传统电站调试过程中使用的是由水电阻和电抗器组成的水负载，其在调试过程中存在如下的问题：

（1）极板暴露在外面，易发生触电安全事故;

（2）加减负载时人工干预多，导致精度不高、记录数据不准确;

（3）多次使用后极板易腐蚀生锈、整体老化，导致水负载容量下降达不到试验大纲要求;

（4）由于水电阻和电抗器是独立运行的，所以功率因数稳定性差;

（5）在发电机瞬态调速性能试验时，需要2台水负载和1台电抗器组合使用，线路复杂、占用码头资源大;

（6）使用淡水冷却负载使得水温度变化大，导致水电阻工作状态负载不稳定，同时对水资源也是很大的浪费。

由于水负载存在的上述缺陷，所以需要一种新的舰船电站调试的负载形式，加上现代工业自动化程度的不断增加，使干式负载箱系统应运而出。干式负载箱系统能够智能控制负载的大小，减少了人工因素带来的误差，精准的负载设置保障系统的稳定运行，高度集成化的设计降低了连接线路的复杂性和码头资源的浪费。因此，干式负载箱系统在船舶电站调试试验过程中被大量应用。

3    干式负载箱系统的组成及优点

3.1  系统组成

干式负载箱系统是由笔记本电脑、控制箱、电缆、风机、阻性负载、感性负载、PLC运算系统和继电器等，集成在一个标准集装箱内的负载箱组成，如图1所示。其中，笔记本电脑中装有负载控制软件，可进行对负载的远程控制操作;负载区A和B是两个相同的单元，都是由上方的阻性负载电阻元件、中间的冷却风机和下方的感性负载电抗器组成;电气室中有很多继电器，继电器控制接入到汇流排上的阻性负载和感性负载;操作室中含有本地操作面板和PLC运算系统，可在本地操作面板中进行负载的本地设置;PLC运算系统根据远程设置或本地设置的参数进行运算，并输出信号控制相应继电器的通断;控制箱主要功能是电脑和负载箱间信号的转换和传递，将电脑中设置的数据转换成在负载箱中的PLC可识别的信号，以及将在负载箱中测量出的电压、电流、温度等信号转换成电脑可识别的数据。

3.2  工作原理

干式负载的系统在某船舶发电机组调试中应用的连接框图，见图2。

从图2中可知：干式负载箱系统的负载是由阻性负载的干电阻和感性负载的电抗器组成，电阻、电抗器、风机等是集成在集装箱内。阻性负载可满足1 kW～1350 kW有功功率的消耗;干电阻是由11个112.7 kW、45.2 kW、2个22.5 kW、11.3 kW、5.0 kW、2个2.5 kW、112 kW和一個无级可调电阻组成;感性负载可满足1 kV～1 470 kV无功功率的消耗;电抗器是由6个198.1 kV、142.1 kV、71.4 kV、35.1kV、17.8 kV、2个7.1 kV、3.6 kV、1.8 kV和1个无级极可调电抗组成。

干负载箱系统主要是在本地面板或远程控制电脑中设置试验所需有功功率值和功率因素值后，通过数据线接入到可编程逻辑控制器PLC中。在可编程逻辑控制器中通过运算计算出所需的电阻值和电抗值，通过逻辑排列选出要接入电路中的电阻和电抗对应的继电器信号，控制相应继电器动作，最后通过无极可调电阻和电抗的自动调节从而完成负载的设置，达到调节发电机负载电路中负载值的目的。干式负载箱系统的工作流程图，见图3。

3.3  干负载箱系统的优点

（1）智能化操控。干负载箱系统既可远程电脑操控，也可通过本地面板操控进行负载值的设置;

（2）可调精度高。因使用多个电阻、电抗器和无极可调电阻电抗的组合，可实现其负载调节精度在1kW和1 kVar，并且连续可调;

（3）稳定性强。在负载相中由冷却风机对工作的负载进行冷却，可有效地克服电阻因温度变化导致的阻值变化，从而使负载维持在稳定设定值上;

（4）安全可靠。干负载箱系统使用干电阻、电抗和继电器组成的电路，很容易实现过流、过压、热保护和短路等保护。

4    试验过程中存在的问题及解决方法

4.1  干负载箱系统功能未能充分利用

在进行发电机瞬态电压特性试验时，还需要使用到另一个瞬态电压显示设备。而在干负载箱系统使用说明书中可以查到，干负载箱系统的负载可突加和突卸，并能将电路中电压、电流、功率等变化曲线图显示出来，可知干负载箱系统是可以直接做发电机瞬态电压特性试验的。

至于为什么还要使用另一个瞬态电压显示设备，主要原因是负载电缆上存在电压降，使得负载箱中汇流排上电压与发电机端电压存在差异，而负载箱电脑中显示的电压是汇流排上电压，所以只通过负载箱系统无法准确地显示发电机端电压的变化过程。针对这个问题，可以在发电机端增加一个电压互感器，将测得的电压信号输入到电脑，在电脑中将其电压值随时间变化的曲线显示出来，这样就可使干负载箱系统能够独立地完成发电机瞬态电压特性试验。

4.2  操作人员素质有待提高

使用干负载箱系统进行发电机负载试验，要求操作人员具有熟练的电脑操作技能，对整个负载箱系统工作原理和操作步骤有足够的了解。

干负载箱系统是一个高度集成化和智能化的系统，将阻性负载、冷却风机、感性负载、本地操作面板等集成在一个标准集装箱内，并可通过远程笔记本电脑操控。其智能化就是体现在笔记本电脑远程操作上，主要工作也是通过笔记本电脑的远程操作完成，所以操作人员要具备熟练的电脑操作技能，以免对设备造成损害。例如，当对发电机加载负载时，由于操作人员操作不当将负载从0%直接加载到110%，此时发电机会产生一个很大的冲击电流对发电机造成损害。为此，可在操作人员实际工作前对其进行电脑操作、干负载箱系统工作原理和维修保养等方面的培训，从而减少误操作对发电机和负载箱系统的影响。

4.3  工作效率未充分发挥

干负载箱系统相对于传统水负载系统有很大优势，操作方便快捷、安全可靠、性能稳定、可调精度高和功能多样等，生产效率应该会有所提高，但在实际应用中发现工作效率并未有显著提高。其主要原因是在工作时间内等待的时间太多，等待其他部门的配合、等待船东和船检的到来等，很多时候负载箱系统各项准备工作已经做好，却由于其他人员未到位而不能正常工作。因此，加强部门之间的协调配合和完善工作计划安排，可有效地解决这个问题，充分发挥干负载箱系统的优越性，提高工作效率。

5    结论

干负载箱系统取代传统水负载系统已成为未来发展趋势之一。虽然干负载箱系统在实际应用中也暴露出一些问题，但凭借其先进的智能性、精确的负载调节性、稳定的运行状态、安全可靠的保护系统、先进的试验方法等优点，能够很好地满足发电机组试验调试所需的负载性能。只要解决好实际应用中显露出的问题，就能够更加安全高效地完成发电机组调试试验，给船东和船检提供一个更加可靠的数据。

参考文献

[1] 中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会.船舶设计使用手册电气分册[M].国防工业出版社，2013.

[2] 赵群.干式负载在船舶负载站中的应用[J].船电技术，2014，34（4）：39-41.

[3] 朱炜，陈红佑.智能型干式负载在船舶电站系统试验中的应用[J].机电设备，2014，（5）：33-37.