1000t海监船电源改造方案

邱淑会　刘欣宇　张登明　张峰　朱慧敏

摘    要：本文主要介绍了原辽宁1000t海监船改装为中美洲某国多用途巡逻船的电源改造方案。对电力系统、变频电源选型及相关主干电缆拉敷进行分析比较，最终形成完整的改造方案，解决了电制不同的问题，保证船只的正常交付。

关键词：电制;变频电源;改装

中图分类号：U665.12                              文献标识码：A

Abstract： This paper mainly introduces the power supply transformation scheme of Liaoning 1000-ton marine surveillance ship. Through the analysis and comparison of power system， frequency conversion power supply selection and related trunk cable laying， a complete set of transformation scheme is finally formed to solve the problems of different power systems， and finally ensure the normal delivery of ship.

Key words： Power system ;Variable frequency power supply; Refit

1     前言

随著近年来研发投入的不断增加，公司的集装箱船、挖泥船、海洋工程船发展迅速并远销海内外。由于特定的历史原因，公司的公务船建造仅立足于国内政府部门，随着公司规模不断的壮大，公司希望公务船也能在国际市场上有所突破，打造黄埔文冲公务船在国际市场的知名度。

中美洲某国与我公司签订了一艘多用途巡逻船供应合同。这是公司首次承接国内公务船转军贸船的改装任务，将为公司公务船进入国际市场开辟一条新的道路，并在中美洲公务船市场上取得突破，获得更多的国外公务船订单。

签订的改装船原为辽宁1 000 t海监船，该船使用的是AC380 V/220 V  50 Hz三相交流电，但中美洲某国使用的是AC440 V/110 V  60 Hz三相交流电，两国供电电制差异性较大。在船舶停靠码头使用岸电时，若将该国AC440 V 60 Hz的岸电电源直接应用在该船上，电压和频率的偏差已超过国家规定的允许值，对船上电感性负载或电容性负载有较大影响，因此供电电制不匹配问题需要解决。

2    原船电制和供电系统

2.1  供电系统

交流三相回路采用三相三线绝缘系统;交流单相回路采用双线绝缘系统;直流回路采用双线绝缘系统。

除仪表互感器次级绕组接地、抑制无线电干扰的电容接地，以及特制设备要求接地之外，全船所有系统都对地绝缘。

2.2   电制

主电源及配电系统的电制，见表1。

由表1可知：本船使用的是50 Hz 380/220 V电压的供电电源，与国内岸电供电电源电制一致;但中美洲某国使用的是440/110 V60 Hz的供电电源，供电电制差异性较大。若440 V60 Hz的电源直接应用在该船上，稳态电压波动率（440-380）/380=+15.8%，超过规范规定的稳态电压波动率+6%～-10%的范围;稳态频率波动率（60-50）/50=+20%，超过规范规定的稳态频率波动率±5%的范围。

电压超差可能导致用电设备烧毁;频率超差对电感性负载或电容性负载有较大影响，不能满足船舶靠岸时的用电需求。因此，供电电制不匹配问题需要解决。

3     解决电制不匹配的方法

3.1   方案一：原船所有电气设备更换为国外电气设备

由于输入电源与原船设备电制不匹配，将原船设备均改为符合中美洲某国电制的国外设备，即发电机、电控箱、灯具、插座、广播、天线等电气设备均改为440 V 60 Hz和110 V 60 Hz的国外设备。

此方法可以解决电制不匹配问题，但工程量浩大且工期过长，不可采取。

3.2   方案二：原船增加一个变频电源

电源不匹配问题，不能修改末端电气设备，那就需要修改起始端设备，即在输入端与输出端之间增加一个变频电源。该设备作为一个中间设备，输入是中美洲某国AC440 V/110 V  3φ 60 Hz三相交流电，输出为与原船设备相匹配的380/220 V 3φ 50 Hz三相交流电，这样就可以解决此问题，又避免了大量修改。

4    船岸变频转换设备选型

船岸变频转换设备选型，需对原船设备安装位置、尺寸、功率匹配、散热和环境等条件进行对比研究，对市场上主要的变频转换设备进行选型研究。

4.1   变频电源装置安装位置的选取

变频电源作为电源中间转换装置，它的布置位置需要方便输入和输出端使用。经过调研和论证分析，并与设计院、船东沟通，最终位置选在首楼甲板的专用储藏室。此房间左边通道布置有岸电电缆卷车，方便AC440 V/110 V  3φ 60 Hz三相交流岸电的输入;同时，此房间甲板底部跨越在岸电配电室和No.1空调器室之间，对于原船需要的380/220 V  3φ 50 Hz三相交流电的输出也方便。

4.2   变频电源装置的选型

4.2.1 变频电源容量计算

本船原设备及船东增加设备后，停泊工况下全船电力负荷表，如表2所示。根据表2，选用300 kVA变频电源。

4.2.2变频设备选型

综合各厂商主流设备技术特点，变频设备选型对比分析见表3。

综合以上三款变频电源装置的设备组成、特点及所需要的安装位置等因素，ABB公司和博奥斯公司所提供的设备均需其它设备组合后才能使用，而实船布置空间有限，无法留出足够空间布置以上设备;并且其供货周期较长，无法满足周期需求。因此，我们最终选用江苏常熟瑞特电气股份有限公司生产的300 kV大功率变频电源。

4.2.3  江苏常熟瑞特公司变频电源系统

300 kV变频电源系统采用IGBT逆变技术及数字化处理技术，将440 V/60 Hz三相电能变换为380 V/50 Hz三相电能。系统主要由输入交流电抗器、进口专用变频器、正弦波滤波器、隔离输出变压器、输出电量检测单元及相关仪表等组成，如图1所示。

（1）C滤波器属于进线侧电抗器，主要作用是抑制进线电源的网侧谐波，增大进线電源主回路的短路阻抗;

（2）专用变频器选用VACON伟肯公司生产的NXP系列变频器，通过变频器将输入3P AC440 V 60 Hz电源转换为3P AC380 V 50 Hz;

（3）正弦滤波器为一种选频装置，可以使信号中设定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率的成分。通过滤波器减少专用变频器输出的电源中的杂波成分，提高电力品质;

（4）隔离变压器的作用为电气隔离变频器和负载侧，避免负载侧的故障引起变频器损坏;

（5）PI调节器根据输出端的电压和频率，调整变频器系统与设定之间的偏差，实行闭环控制。

该系统是专门针对船舶、岸边码头等高温、高湿、高腐蚀性、大负荷冲击等恶劣使用环境而设计的大功率变频电源系统，技术较为成熟，其尺寸满足实船安装布置要求;其电源采用世界知名品牌伟肯公司的风冷变频器，采用DSP数字化控制技术、新型IGBT逆变及光纤驱动技术，以易操作、高可靠、高效率为设计目标，能满足船舶、船舶制造及修理厂、远洋钻井平台、岸边码头等需要电源电压频率变换场合的供电需要。主要技术指标，见表4。

5    相关电缆的优化

在解决电制的同时，根据船东要求增加一些其它大功率设备，如更换大功率电缆绞车、厨房设备更换、增加水纹绞车等，导致岸电容量增加，相关设备也需作相应修改：

（1）船上原有的2根3X70从主配电板到岸电箱的电力电缆，可承受最大功率166.3 kW，小于停泊工况下岸电所需功率205.87 kW，需在原有的基础上再增加一根3X70的电力电缆以满足使用要求;

（2）原岸电箱和主配电板的岸电开关容量均为250 A，可承受最大功率131.6 kW，小于停泊工况下岸电所需功率205.87 kW，需将岸电箱和主配电板的岸电开关改为400 A。

更改前、后系统图，见图2和图3。

6     结束语

本文以国产辽宁1 000 t海监船上的设备电制与中美洲某国电制不同为前提，通过对两国电制以及不同厂家变频电源的对比研究，确定最终电源修改方案;同时经过优化设计，使该船在最少修改量、最快时间内完成了改装任务，顺利交付。希望能够为今后类似的改装项目提供借鉴。

参考文献

[1]徐海.变频器原理及应用.变频器原理及应用[M].北京：清华大学出版社. 2017.

[2]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册-电气分册[M].北京：国防工业出版社. 2002.

[3]中国船级社.钢质海船入级规范[M].北京：人民交通出版社. 2018.