船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，分為一級(jí)配電、二級(jí)配電，所述一級(jí)配電為高壓配電，所述二級(jí)配電為低壓配電，高壓配電線路及低壓配電線路均為環(huán)網(wǎng)線路；本實(shí)用新型提高了供電的可靠性，增強(qiáng)了主電站在突發(fā)事件時(shí)的供電能力。在二級(jí)配電中，采用低壓發(fā)電機(jī)組提供備用主電源，當(dāng)任何原因造成一級(jí)配電失效時(shí)，二級(jí)配電能滿足船舶航行時(shí)的用電需求，確保航行安全。當(dāng)一級(jí)配電中的高壓發(fā)電機(jī)全部失效時(shí)，二級(jí)配電中的低壓主發(fā)電機(jī)可通過(guò)主配電變壓器升壓向高壓配電柜提供備用高壓主電源，向各負(fù)荷區(qū)配電維持設(shè)備正常工作。與傳統(tǒng)低壓船舶供電線路相比，有利于節(jié)能減排、提高電壓質(zhì)量、減小短路造成的危害、便于電纜敷設(shè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，屬于艦船電源裝置技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶主電站是船舶電力系統(tǒng)中產(chǎn)生和分配電能的重要設(shè)備，它由發(fā)電機(jī)及其原動(dòng) 機(jī)、配電板、變壓器及附屬設(shè)備所組成。
[0003] 國(guó)際海事組織（頂0)發(fā)布的《國(guó)際海上人命安全公約》（SOLAS)和各國(guó)海事部門(mén)發(fā) 布的船舶建造規(guī)范，為保障船舶海上安全，對(duì)船舶電力系統(tǒng)有一系列規(guī)定和要求。規(guī)范規(guī)定 每一艘船均須配備一主電源，該主電源應(yīng)至少由兩臺(tái)相互獨(dú)立的發(fā)電機(jī)組所組成，上述發(fā) 電機(jī)組的容量必須使任一發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或停止運(yùn)行時(shí)，其余發(fā)電機(jī)組的容量仍足以供 電給在海上航行時(shí)所需的所有設(shè)備。
[0004] 電力推進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，海洋工程船舶綜合功能的不斷提高以及某些特定武備 的電力需求，都使艦船主電站功率越來(lái)越大。就當(dāng)前而言，絕大多數(shù)船舶主電站的電壓等級(jí) 為三相交流400V、440V和690V。面對(duì)功率日益增大的艦船電網(wǎng)，主電站若維持常規(guī)的低電壓 水平，難以滿足電力系統(tǒng)的功率需求。大多數(shù)電氣設(shè)備在同等功率時(shí)，低壓電器的體積與重 量要比高壓電器大得多，輸送電力所需要的電纜截面、短路電流更要大很多倍，使得低壓電 器承受短路電流的能力難以滿足要求，對(duì)大截面且數(shù)量很多的電纜敷設(shè)也有困難，低壓供、 配電的負(fù)面影響較多。盡管船電系統(tǒng)采用高壓供、配電能克服低電壓大電流存在的諸多問(wèn) 題，但大多數(shù)船舶電力需求側(cè)的電氣設(shè)備都是低壓電器，要在全船都采用高壓供配電是不 實(shí)際的。由于多種因素，高壓裝置在船舶電力系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于初始階段，但對(duì)單臺(tái)發(fā)電 機(jī)功率在3MW以上的船舶主電站，采用高壓供、配電，已是技術(shù)經(jīng)濟(jì)的客觀要求。
[0005] IEC把相電壓在lkV以上的定為高壓，各大船級(jí)社的船舶建造規(guī)范對(duì)船舶高壓裝置 的內(nèi)容不多，表述也略有不同，其中對(duì)三相交流高壓電力系統(tǒng)的額定電壓、額定頻率和開(kāi)關(guān) 裝置最小間隙的有關(guān)規(guī)定，歸納起來(lái)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
[0006] 表1船舶高壓電力系統(tǒng)的額定電壓、額定頻率和開(kāi)關(guān)裝置的最小間隙
[0008]船舶規(guī)范允許高壓裝置采用三線與船體絕緣系統(tǒng)或三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng);要求高 壓配電板應(yīng)具有完全隔開(kāi)和四面都封閉的金屬包覆外殼;高壓配電布置應(yīng)能借助抽屜式、 抽拉式斷路器或開(kāi)關(guān)、或借助隔離開(kāi)關(guān)將主配電板的匯流排至少分成獨(dú)立的兩部分，每一 部分至少由一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)供電；規(guī)范提出可借助低壓系統(tǒng)中點(diǎn)接地或者使用適當(dāng)?shù)闹悬c(diǎn) 限壓裝置，來(lái)防止由高壓系統(tǒng)經(jīng)變壓器供電的低壓系統(tǒng)因初次級(jí)繞組間可能發(fā)生的絕緣故 障而產(chǎn)生的過(guò)電壓;規(guī)范同時(shí)對(duì)高壓裝置的接地、防護(hù)、試驗(yàn)等項(xiàng)有相關(guān)規(guī)定。
[0009] 為防止船舶海上污染，國(guó)際海事組織（頂0)于1997年通過(guò)的《船舶防污染國(guó)際公 約》(MARP0L)，已在2005年生效。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年全球海運(yùn)船舶排放的Ν0Χ排放量占排放總 量的18 -30%、S0X排放量占排放總量的9%，于是在2008年10月，隸屬于頂0的海上環(huán)境保 護(hù)委員會(huì)(MEPC)第58次會(huì)議，討論通過(guò)了一項(xiàng)嚴(yán)格控制減少來(lái)自船舶空氣污染物有害排放 的國(guó)際性法律法規(guī)一一《船舶防污公約附則VI-修訂版》，在減少或限制來(lái)自船舶溫室氣體 的技術(shù)發(fā)展和合作方式上取得了重大進(jìn)展;MEPC第64屆會(huì)議于2012年10月召開(kāi)，會(huì)上成立 了空氣污染和能效工作組，還設(shè)立了防污強(qiáng)制性規(guī)定修正案起草組;MEPC第66屆會(huì)議于 2014年3月召開(kāi)，審議和通過(guò)了空氣污染及能效、海運(yùn)業(yè)溫室氣體(GHG)減排等強(qiáng)制性文件。 我國(guó)和美、英、法、德、日等許多國(guó)家，高度重視MARP0L的履約工作，為履行締約國(guó)義務(wù)，保護(hù) 海洋環(huán)境和資源，防治船舶污染損害，促進(jìn)航運(yùn)的可持續(xù)發(fā)展，有的國(guó)家全面采用ΙΜ0的某 些公約和建議案，有的國(guó)家則依照這些公約和建議案制訂相應(yīng)的國(guó)內(nèi)法，加強(qiáng)對(duì)船舶的防 污管理，相繼發(fā)布了一系列限制船舶廢氣排放的國(guó)家規(guī)范，對(duì)超排造成污染的船舶或者不 準(zhǔn)進(jìn)港，或者實(shí)行嚴(yán)厲的制裁措施。因此，船舶對(duì)減少排放與提高能效的迫切性與日倶增， 加上世界經(jīng)濟(jì)低迷與能源緊缺，造成海運(yùn)成本上漲，促使航運(yùn)業(yè)必須注重節(jié)能減排和降本 增效。
[0010] 在上述背景的綜合影響下，船舶主電站以安全可靠和節(jié)能減排為前提的設(shè)計(jì)創(chuàng)新 是勢(shì)在必行。對(duì)于大型軍艦和巨型船船，更有必要提高供配電的靈活性，確保船電系統(tǒng)在出 現(xiàn)故障或特發(fā)事件時(shí)，能安全可靠供電，滿足海上航行時(shí)所需的所有設(shè)備對(duì)電力的需求。如 何做到使船舶主電站既完全符合SOLAS和船舶規(guī)范的有關(guān)要求，又能滿足MARP0L和防污減 排國(guó)際性法律法規(guī)的規(guī)定，同時(shí)保證供電可靠性，已成為一個(gè)重要課題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù) 未能完全滿足船舶供電安全可靠、節(jié)能減排、降本增效的問(wèn)題。
[0012] 本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0013] -種船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，分為一級(jí)配電、二級(jí)配電，所述一級(jí)配電為 高壓配電，所述二級(jí)配電為低壓配電，高壓配電線路及低壓配電線路均為環(huán)網(wǎng)線路；
[0014] 所述船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)包括高壓發(fā)電機(jī)1G、高壓發(fā)電機(jī)2G、低壓發(fā) 電機(jī)1DG、低壓發(fā)電機(jī)2DG、尚壓開(kāi)關(guān)1Q、尚壓開(kāi)關(guān)2Q、尚壓開(kāi)關(guān)5Q、尚壓開(kāi)關(guān)6Q、尚壓開(kāi)關(guān)7Q、 高壓開(kāi)關(guān)8Q、高壓開(kāi)關(guān)9Q、高壓開(kāi)關(guān)10Q、高壓開(kāi)關(guān)13Q、高壓I段匯流排、高壓Π 段匯流排、主 配電變壓器1T、主配電變壓器2T、多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜、低壓I段匯流排、低壓Π 段匯流排、低壓m段 匯流排、開(kāi)關(guān)1LQ、開(kāi)關(guān)2LQ、開(kāi)關(guān)3LQ、開(kāi)關(guān)4LQ、開(kāi)關(guān)5LQ、開(kāi)關(guān)6LQ、開(kāi)關(guān)7LQ、開(kāi)關(guān)8LQ、開(kāi)關(guān) 9LQ、主照明變壓器3T、主照明變壓器4T;
[0015]所述高壓發(fā)電機(jī)1G經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)5Q向高壓I段匯流排供電，所述高壓發(fā)電機(jī)2G經(jīng)高 壓開(kāi)關(guān)10Q向高壓Π 段匯流排供電；所述高壓I段匯流排經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)7Q、高壓開(kāi)關(guān)8Q連接高 壓Π 段匯流排;所述高壓開(kāi)關(guān)2Q接入高壓岸電電源至高壓I段匯流排;所述主配電變壓器 1T、主配電變壓器2T裝設(shè)在主電站，所述主配電變壓器1T的高壓側(cè)經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)6Q接高壓I段 匯流排，所述主配電變壓器1T的低壓側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)4LQ接低壓I段匯流排，所述主配電變壓器2T 的高壓側(cè)經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)9Q接高壓Π 段匯流排，所述主配電變壓器2T的低壓側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)8LQ接低 壓π段匯流排;所述多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜分別裝設(shè)于遠(yuǎn)處負(fù)荷集中區(qū)，所述多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜按環(huán)式接線， 環(huán)式接線線路一端經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)1Q接高壓I段匯流排，環(huán)式接線線路另一端經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)13Q接 高壓Π 段匯流排;所述高壓發(fā)電機(jī)1G、高壓發(fā)電機(jī)2G由船舶電站功率管理裝置實(shí)行并列運(yùn) 行或分列運(yùn)行，可由船舶電站功率管理裝置按照負(fù)載的需求確定投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)；
[0016] 所述開(kāi)關(guān)1LQ接入低壓岸電電源至低壓I段匯流排;所述低壓發(fā)電機(jī)1DG經(jīng)開(kāi)關(guān)3LQ 向低壓I段匯流排提供備用低壓主電源，所述低壓發(fā)電機(jī)2DG經(jīng)開(kāi)關(guān)7LQ向低壓Π 段匯流排 提供備用低壓主電源;所述低壓發(fā)電機(jī)1DG、低壓發(fā)電機(jī)2DG由船舶電站功率管理裝置實(shí)行 并列運(yùn)行或分列運(yùn)行，可由船舶電站功率管理裝置按照負(fù)載的需求確定投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī) 臺(tái)數(shù);所述低壓I段匯流排經(jīng)開(kāi)關(guān)5LQ、開(kāi)關(guān)6LQ連接至低壓Π 段匯流排;所述主照明變壓器 3Τ的初級(jí)側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)2LQ連接至低壓I段匯流排，所述主照明變壓器3Τ的次級(jí)側(cè)向低壓主配電 板的低壓ΙΠ 段匯流排提供照明與日用電器的電源；所述主照明變壓器4Τ的初級(jí)側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān) 9LQ連接至低壓I段匯流排，所述主照明變壓器4T的次級(jí)側(cè)向低壓主配電板的低壓ΙΠ 段匯流 排提供照明與日用電器的電源。
[0017] 本實(shí)用新型的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：
[0018] 前述船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，還包括應(yīng)急發(fā)電機(jī)EG、應(yīng)急配電板I段匯流 排、應(yīng)急配電板Π 段匯流排、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)10LQ、隔離開(kāi)關(guān)1EQ、EG主開(kāi)關(guān)2EQ、應(yīng)急電源饋電開(kāi)關(guān) 3EQ、干式應(yīng)急照明變壓器ET，所述應(yīng)急配電板I段匯流排依次經(jīng)過(guò)隔離開(kāi)關(guān)1EQ、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān) 10LQ連接至低壓Π 段匯流排，所述應(yīng)急發(fā)電機(jī)EG經(jīng)EG主開(kāi)關(guān)2EQ連接至應(yīng)急配電板I段匯流 排，所述干式應(yīng)急照明變壓器ET的初級(jí)側(cè)經(jīng)應(yīng)急電源饋電開(kāi)關(guān)3EQ連接至應(yīng)急配電板I段匯 流排，所述干式應(yīng)急照明變壓器ET的次級(jí)側(cè)向應(yīng)急配電板Π 段匯流排提供應(yīng)急照明與日常 用電設(shè)備電源。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0020] 本實(shí)用新型船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)具有配電的靈活性，并由此提高了供 電的可靠性，增強(qiáng)了主電站在突發(fā)事件時(shí)的供電能力。在二級(jí)配電中，采用低壓發(fā)電機(jī)組提 供備用主電源，當(dāng)任何原因造成一級(jí)配電失效時(shí)，二級(jí)配電能滿足船舶航行時(shí)的用電需求， 確保航行安全。當(dāng)一級(jí)配電中的高壓發(fā)電機(jī)全部失效時(shí)，二級(jí)配電中的低壓主發(fā)電機(jī)可通 過(guò)主配電變壓器升壓向高壓配電柜提供備用高壓主電源，向各負(fù)荷區(qū)配電，維持重要設(shè)備 正常工作。與傳統(tǒng)的低壓船舶供電線路相比，本實(shí)用新型有利于節(jié)能減排、提高電壓質(zhì)量、 減小短路造成的危害、便于電纜敷設(shè)。主電站采用高壓電源，有利于選用大功率電源設(shè)備， 提高經(jīng)濟(jì)性。在一級(jí)與二級(jí)配電中，設(shè)置有接高壓岸電與低壓岸電的開(kāi)關(guān)，供港口作業(yè)或停 泊時(shí)接用岸電，可有效減少船舶自發(fā)電時(shí)因排放造成的污染。
【附圖說(shuō)明】

[0021 ]圖1是本實(shí)用新型的船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)電路圖；
[0022 ]圖2是輸灰船主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)是對(duì)船船電網(wǎng)供給側(cè)電氣主接線的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，兩 級(jí)配電分別是指高壓配電與低壓配電，雙環(huán)網(wǎng)分別是指高壓線路環(huán)網(wǎng)與低壓線路環(huán)網(wǎng)。
[0024] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025] 如圖1所示，高壓柜各柜之間的虛線表示是完全隔開(kāi)的配電柜，各柜抽出式開(kāi)關(guān)裝 置裝有在工作位置和斷開(kāi)位置均為有效的機(jī)械連鎖裝置（"五防"功能:a.防止帶負(fù)荷誤拉 誤合隔離觸頭;b.防止帶電合接地開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)未分閘前合斷路器(或高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)）； c.防止誤入帶電間隔；d.防止手車(chē)在工作位置時(shí)拔除二次插頭;e.防止有電時(shí)打開(kāi)柜門(mén)和 打開(kāi)柜門(mén)后進(jìn)行操作），以杜絕任何形式的誤操作，各高壓柜的接地開(kāi)關(guān)均具有接通能力， 配電變壓器均為干式變壓器，完全能滿足船舶建造規(guī)范中對(duì)主電源及高壓裝置的有關(guān)要 求。在各類(lèi)艦船上應(yīng)用該系統(tǒng)時(shí)，僅需在選擇電壓等級(jí)、發(fā)電機(jī)容量的大小及臺(tái)數(shù)、高/低壓 匯流排的段數(shù)、高/低壓側(cè)饋電開(kāi)關(guān)的數(shù)量、環(huán)網(wǎng)柜與配電變壓器的臺(tái)數(shù)這幾個(gè)方面因船而 異，其電氣主接線可按該模式根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行縮減或擴(kuò)展。對(duì)開(kāi)關(guān)柜的爬電距離、防護(hù)等 級(jí)、防護(hù)措施、等電位連接、保護(hù)設(shè)備、開(kāi)關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)、檢驗(yàn)、試驗(yàn)及電纜的選擇等具體事 項(xiàng)，仍按船舶規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行。
[0026] 一級(jí)配電與高壓環(huán)網(wǎng)包括：
[0027] (1)根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果確定的2臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)1G與2G，分別通過(guò)高壓主配電柜上的 開(kāi)關(guān)5Q與10Q向高壓I段與Π 段匯流排提供高壓主電源；
[0028] (2)高壓主配電柜上的高壓開(kāi)關(guān)2Q用于接入高壓岸電電源；
[0029] (3)由高壓主配電柜上的開(kāi)關(guān)6Q與9Q分別向裝設(shè)在主電站(通常在機(jī)艙內(nèi)或附近 處所)的主配電變壓器1T、2T高壓側(cè)配電；
[0030] (4)高壓電源由高壓主配電柜上的開(kāi)關(guān)1Q與13Q分別向裝設(shè)在遠(yuǎn)處負(fù)荷集中的Α區(qū) 與N區(qū)的配電變壓器高壓側(cè)配電，并進(jìn)行高壓環(huán)網(wǎng)向負(fù)荷集中的B區(qū)、C區(qū)的配電變壓器高壓 側(cè)配電，如圖1中的高壓發(fā)電機(jī)1G-高壓開(kāi)關(guān)5Q--高壓開(kāi)關(guān)1Q-高壓開(kāi)關(guān)22Q-高壓開(kāi)關(guān) 23Q-尚壓開(kāi)關(guān)25Q-尚壓開(kāi)關(guān)27Q-尚壓開(kāi)關(guān)13Q-尚壓開(kāi)關(guān)10Q-尚壓發(fā)電機(jī)2G之間的環(huán) 網(wǎng)，高壓發(fā)電機(jī)1G與2G可由船舶電站功率管理裝置(PMS)自動(dòng)同步實(shí)行并列運(yùn)行；
[0031] (5)由高壓主配電柜上的高壓開(kāi)關(guān)30、40、110、120(數(shù)量可按需增減）向高壓用電 負(fù)載(例如高壓電動(dòng)機(jī)、專(zhuān)用變壓器等設(shè)備)直接配電。
[0032] 二級(jí)配電與低壓環(huán)網(wǎng)包括：
[0033] (1)主配電變壓器1T與2T的低壓側(cè)(通常為400V或440V或690V)分別通過(guò)低壓主配 電板的開(kāi)關(guān)4LQ與8LQ向低壓I段、Π 段匯流排提供低壓主電源；
[0034] (2)配置兩臺(tái)低壓主發(fā)電機(jī)組1DG與2DG，分別通過(guò)低壓主配電板的開(kāi)關(guān)3LQ與7LQ 分別向低壓I段、Π 段匯流排提供備用低壓主電源；
[0035] (3)低壓主配電板上的開(kāi)關(guān)1LQ用于接入低壓岸電電源；
[0036] (4)由低壓主配電板的開(kāi)關(guān)2LQ與9LQ分別向主照明變壓器3T與4T的初級(jí)側(cè)配電， 3T與4T的次級(jí)側(cè)(通常為220V)分別向低壓主配電板的低壓ΙΠ 段匯流排提供照明與日用電 器的電源；
[0037] (5)由低壓主配電板上按需設(shè)置的開(kāi)關(guān)向就近的低壓用電負(fù)載配電；
[0038] (6)由低壓主配電板上的開(kāi)關(guān)10LQ通過(guò)應(yīng)急配電板的隔離開(kāi)關(guān)1EQ向應(yīng)急配電板I 段匯流排供電，應(yīng)急配電板的開(kāi)關(guān)3EQ向干式應(yīng)急照明變壓器ET初級(jí)側(cè)配電，ET的次級(jí)側(cè) (通常為220V)向應(yīng)急配電板Π 段匯流排提供應(yīng)急照明與日常用電設(shè)備的電源;應(yīng)急配電板 上按需設(shè)置的開(kāi)關(guān)向全船應(yīng)急負(fù)載配電；
[0039] (7)各用電負(fù)載集中區(qū)(A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、N區(qū)）的干式配電變壓器低壓側(cè)向其低壓開(kāi) 關(guān)板的匯流排提供電源，由各區(qū)低壓開(kāi)關(guān)板的饋電開(kāi)關(guān)向本區(qū)低壓用電負(fù)載配電；
[0040] (8)必要時(shí)低壓主發(fā)電機(jī)組可通過(guò)主配電變壓器升壓，向高壓匯流排提供電源并 進(jìn)行環(huán)網(wǎng)，例如圖1中的低壓發(fā)電機(jī)1DG-開(kāi)關(guān)3LQ-開(kāi)關(guān)4LQ-主配電變壓器1T 一高壓開(kāi)關(guān) 6Q-尚壓開(kāi)關(guān)1Q-尚壓開(kāi)關(guān)22Q-尚壓開(kāi)關(guān)23Q-尚壓開(kāi)關(guān)25Q-尚壓開(kāi)關(guān)27Q -尚壓開(kāi)關(guān) 13Q-高壓開(kāi)關(guān)9Q-主配電變壓器2T-開(kāi)關(guān)8LQ-開(kāi)關(guān)7LQ-低壓發(fā)電機(jī)2DG之間的環(huán)網(wǎng)，低 壓發(fā)電機(jī)1DG與2DG可由PMS自動(dòng)冋步實(shí)彳丁并列運(yùn)燈。
[0041 ]以某公司的一艘輸灰船為例，該船有破碎機(jī)2臺(tái)，各臺(tái)電動(dòng)機(jī)為Y5003-8型、額定電 壓0.38kV、A接法、額定功率630kW、Y/A啟動(dòng)；輸灰用102m3/min螺桿空壓機(jī)2臺(tái)，每臺(tái)電動(dòng) 機(jī)額定電壓〇.38kV、額定功率600kW、變頻調(diào)速;機(jī)艙與甲板機(jī)械等其它用電負(fù)載電壓均為 三相交流0.38kV，正常照明與單相用電負(fù)載的電壓均為交流0.22kV，該船在港口作業(yè)時(shí)用 電負(fù)載最大，計(jì)算負(fù)荷為5280kW。?？吭摴敬a頭作業(yè)時(shí)，有三相交流50Hz、10kV和0.4kV岸 電電源可供使用。
[0042]根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果和用電負(fù)載的狀況，尤其是上述4臺(tái)大功率設(shè)備的安裝處所距 離機(jī)艙較遠(yuǎn)，供電半徑都在200m左右，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定該船主電站采用10kV供配電 在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面較為有利。在港口與碼頭作業(yè)時(shí)主推進(jìn)不工作，可利用2臺(tái)主推進(jìn) 柴油機(jī)(單臺(tái)功率6600HP)各驅(qū)動(dòng)1臺(tái)10.51^、50他、36001^/45001^4的高壓發(fā)電機(jī)(軸帶發(fā) 電機(jī)1HG、2HG)分別向高壓主配電柜的I段與Π 段匯流排提供高壓主電源；設(shè)置2臺(tái)10±2X 2.5%/0.4kV、1250kVA的干式主降壓變壓器IT與2T，其高壓側(cè)由高壓主配電柜供電，低壓側(cè) 分別向低壓主配電板的I段與Π 段匯流排提供低壓主電源;設(shè)置2臺(tái)三相交流50Hz、0.4kV、 1000kW/1250kVA的的主柴油發(fā)電機(jī)組（1DG、2DG)分別向低壓主配電板的I段與Π 段匯流排 提供低壓備用主電源;在2臺(tái)破碎機(jī)的Υ/Λ啟動(dòng)箱前端各裝設(shè)1臺(tái)干式專(zhuān)用降壓變壓器3T與 4?。?0001^4、10/0.41^)，其高壓側(cè)由高壓主配電柜供電 ；在2臺(tái)1021113/1^11螺桿空壓機(jī)的變 頻器前端各配置1臺(tái)降壓兼抑制諧波的干式專(zhuān)用變壓器5T與6T(10/0.4kV、50Hz、V/YA、 800kVA)，其高壓側(cè)由高壓主配電柜經(jīng)高壓環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)供電并進(jìn)行環(huán)網(wǎng)；機(jī)艙及甲板機(jī)械等低 壓用電負(fù)載由低壓主配電板供電，破碎機(jī)與空壓機(jī)配帶的附屬設(shè)備由相應(yīng)的專(zhuān)用變壓器低 壓側(cè)供電。該方案既可在該公司碼頭作業(yè)時(shí)接用10kV岸電電源，又可在停泊工況時(shí)接用 0.4kV岸電電源。
[0043]由于絕緣新材料的耐受電壓與制造工藝不斷提高，使高壓電器的結(jié)構(gòu)緊湊、外形 小巧，為適應(yīng)船舶有關(guān)艙室空間有限的狀況創(chuàng)造了條件。例如額定工作電壓7.2-17.5kV、額 定電流630A或1250A的金屬鎧裝移開(kāi)式高壓配電柜，主開(kāi)關(guān)采用真空或六氟化硫(SF6)斷路 器、電動(dòng)/手動(dòng)操作，外形尺寸可以在寬600mm、高2000mm、深1450mm以內(nèi)，若將電壓互感器 (PT)柜和進(jìn)線柜合一，柜寬在900mm左右，電器布置即能滿足表1中開(kāi)關(guān)裝置最小間隙的規(guī) 定。若負(fù)載不大，主開(kāi)關(guān)可采用六氟化硫(SF6)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，高壓柜尺寸可進(jìn)一步縮小，柜寬可 控制在375mm、高1600mm、深900mm左右。該船主電站電氣主接線及高壓柜外形尺寸如圖2所 示。圖2中高壓主配電柜的主開(kāi)關(guān)全部采用高壓真空斷路器，額定電壓12kV、額定電流630A、 額定短路開(kāi)斷電流20kA、額定短路關(guān)合電流50kA、額定短時(shí)耐受電流20kA(4S)，也可選用六 氟化硫(SF6)斷路器，各項(xiàng)參數(shù)均能滿足該船電力系統(tǒng)的要求;兩臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)控制柜上各 裝設(shè)一組氧化鋅避雷器進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)，裝設(shè)兩只電壓互感器（10/0. lkV)提供測(cè)量和保護(hù) 裝置用電源;各臺(tái)高壓進(jìn)出線柜上各裝有一組接地刀閘，以保證在設(shè)備檢修時(shí)的人身安全； 各高壓開(kāi)關(guān)柜上均裝有帶電顯示器，有電時(shí)閉鎖高壓柜電纜室門(mén)；在母線聯(lián)絡(luò)柜上裝設(shè)1臺(tái) 主電站用電干式變壓器(301^六、10/0.41^、0 71111)供給主電站工作電源;采用"三工位"（分 閘、合閘、接地）型SF6高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器組合在就地對(duì)2臺(tái)空壓機(jī)專(zhuān)用變壓器進(jìn)行控制 和保護(hù)，高壓環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)為SF6高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)。
[0044] 兩級(jí)配電高壓環(huán)網(wǎng)具有配電的靈活性，并由此提高了供電的可靠性。在船舶主電 站供、配電功率相同、輸電線路電流密度不變的情況下，計(jì)算結(jié)果表明高壓配電優(yōu)越性較 多。兩級(jí)配電高壓環(huán)網(wǎng)的主要特點(diǎn)如下：
[0045] (1)-級(jí)配電的靈活性提高了供電的可靠性。船舶主電站傳統(tǒng)的配電方式是放射 式，即從主配電板的一個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò)一路電纜將電源接到一臺(tái)設(shè)備或分電箱，對(duì)重要設(shè)備再 從主配電板另一段匯流排上的一個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò)一路電纜將另一路電源接到該設(shè)備。兩級(jí)配電 雙環(huán)網(wǎng)模式的一級(jí)配電是將放射式配電擴(kuò)展為環(huán)網(wǎng)式配電，有多種配電方案可供選擇，例 如當(dāng)某段高壓匯流排發(fā)生故障或需要停電檢修等情況時(shí)，能靈活改變配電方案通過(guò)環(huán)網(wǎng)進(jìn) 行配電。在圖1中，高壓I段匯流排停電，可由Π 段匯流排上的9Q向主配電變壓器2T配電，由 13Q向各負(fù)荷區(qū)的4臺(tái)配電變壓器配電；高壓Π 段匯流排停電，可由I段匯流排上的6Q向主配 電變壓器1T配電，由1Q向各負(fù)荷區(qū)的4臺(tái)配電變壓器配電；當(dāng)兩段高壓匯流排都有電時(shí)，可 以由1Q和13Q分別向2臺(tái)配電變壓器配電，還可以由1Q和13Q其中之一向1臺(tái)配電變壓器供 電，另1只開(kāi)關(guān)向其它3臺(tái)配電變壓器配電;對(duì)船舶規(guī)范規(guī)定需要雙路電源的設(shè)備，在一級(jí)與 二級(jí)配電中均可實(shí)現(xiàn)，而且有多種方案可提供互相備用的電源，例如高壓只向直供高壓負(fù) 載配電，兩臺(tái)主配電變壓器停止運(yùn)行，由1臺(tái)或2臺(tái)備用主發(fā)電機(jī)向低壓主配電板供電。靈活 的配電方案進(jìn)一步提高了供電的可靠性，增強(qiáng)了主電站在突發(fā)事件時(shí)的供電能力。
[0046] (2)在二級(jí)配電中設(shè)置備用主電源，確保獨(dú)立供電滿足航行用電需求。船舶規(guī)范要 求備用主電源發(fā)電機(jī)容量必須滿足船舶航行用電的需求。本模式在二級(jí)配電中，采用低壓 發(fā)電機(jī)組提供備用主電源，當(dāng)任何原因造成一級(jí)配電失效時(shí)，二級(jí)配電能滿足船舶航行時(shí) 的用電需求，確保航行安全。
[0047] (3)二級(jí)配電中的低壓主發(fā)電機(jī)可向高壓匯流排提供備用高壓主電源，維持全船 重要設(shè)備正常工作。當(dāng)一級(jí)配電中的高壓發(fā)電機(jī)全部失效后，二級(jí)配電中的低壓主發(fā)電機(jī) 可通過(guò)主配電變壓器升壓向高壓配電柜提供備用高壓主電源，向各負(fù)荷區(qū)配電，維持重要 設(shè)備正常工作。
[0048] (4)有利于節(jié)能減排、提高電壓質(zhì)量。以主電站在相同功率（1MW)時(shí)電氣主電路采 用0.4kV與10kV供、配電進(jìn)行對(duì)比，后者額定電流可減小到前者的1/25;在輸電線路電流密 度不變的情況下，前者需要電纜截面為后者的25倍，（設(shè)前者內(nèi)阻為0.04 Ω、后者內(nèi)阻為1 Ω)，電壓損失與供、配電電壓相比，從前者的約14%降為后者的約0.6%;線損與供、配電功 率相比，從前者的約25%降為后者的約1%。
[0049] (5)有利于減小短路造成的危害。電弧放電故障釋放的熱功率與電流有關(guān)，發(fā)生電 氣短路時(shí)產(chǎn)生的能量與電流的平方成正比，對(duì)設(shè)備的短路沖擊電流大約與額定電流成正 比。主電站在相同功率時(shí)采用〇.4kV與10kV供、配電，后者的電流是前者的1/25、內(nèi)阻為25倍 以上，故后者短路能量約減小至前者的0.16%，后者的電弧發(fā)熱功率約降低至前者的4%， 從而使短路造成的危害大為降低。
[0050] (6)有利于降本增效、便于電纜敷設(shè)。前者輸送電力所需要的電纜截面比后者大25 倍，低壓電源設(shè)備用銅量遠(yuǎn)多于同功率的高壓電源設(shè)備，額定短路電流很高的開(kāi)關(guān)設(shè)備不 僅體積大、價(jià)格也很高，故前者與后者的設(shè)備綜合投資費(fèi)用基本相當(dāng)。主電站采用高壓供、 配電，能減少有色金屬用量，減少設(shè)備安裝與電纜敷設(shè)占用的空間，減輕敷設(shè)電纜的勞動(dòng)強(qiáng) 度，減輕船舶自重，能夠降低船舶營(yíng)運(yùn)費(fèi)用。
[0051] (7)有利于選用大功率電源設(shè)備，提高經(jīng)濟(jì)性。船舶主電站若采用0.4kV供電，發(fā)電 機(jī)的單臺(tái)功率往往會(huì)受到限制，例如主電站功率為8MW，一般只有配置4臺(tái)單臺(tái)功率為2MW的 低壓發(fā)電機(jī)(每臺(tái)額定電流已達(dá)到2886A)，不便于利用主機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，需要具有安裝4臺(tái)發(fā) 電機(jī)組的場(chǎng)所和配置4套管系，以及需要額定電流至少為4000A且高短路能力的空氣斷路器 做主開(kāi)關(guān)，連接電纜至少要截面為95mm 2的電纜15根以上;如果主電站采用10kV供電，可以 選用2臺(tái)單臺(tái)功率為4MW的發(fā)電機(jī)(每臺(tái)額定電流只有231A)，可以利用主推進(jìn)的主機(jī)進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)使其成為軸帶發(fā)電機(jī)，不僅少占用安裝空間和減少管系配置，而且額定電流630A的高壓 真空斷路器或SF6斷路器都能勝任主開(kāi)關(guān)，連接電纜截面用70mm 2的電纜2根即可;發(fā)電機(jī)臺(tái) 數(shù)增多，主配電板數(shù)量也要相應(yīng)增加，又要多占安裝空間，而且加大了運(yùn)行管理的難度。主 電站功率如果在10MW以上，這類(lèi)問(wèn)題將會(huì)更加突出。主電站采用高壓電源，相比之下有較高 的經(jīng)濟(jì)性。
[0052] (8)兩級(jí)配電保證了大量低壓電器正常用電和經(jīng)濟(jì)用電。主電源采用高壓發(fā)電機(jī) 提供，?？看a頭時(shí)可由高壓岸電提供，用高壓向大功率負(fù)載直接配電和向負(fù)載集中區(qū)的配 電變壓器進(jìn)行一級(jí)配電，可充分體現(xiàn)出高壓供、配電的優(yōu)越性，但要在全船都采用高壓電器 是不實(shí)際的；現(xiàn)實(shí)是船舶電力系統(tǒng)中絕大多數(shù)用電負(fù)載都是低壓電器，兩級(jí)配電模式將配 電變壓器裝設(shè)在負(fù)載中心，其高壓側(cè)進(jìn)行一級(jí)配電，低壓側(cè)通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)板用放射式向就 近低壓用電負(fù)載進(jìn)行二級(jí)配電，保證了大量低壓電器正常用電和經(jīng)濟(jì)用電。
[0053] (9)可充分利用岸電。在一級(jí)與二級(jí)配電中，分別在高壓匯流排與低壓匯流排上設(shè) 置有接高壓岸電與低壓岸電的開(kāi)關(guān)，供港口作業(yè)或停泊時(shí)接用岸電，可有效減少船舶自發(fā) 電時(shí)因排放造成的污染。
[0054] (10)-級(jí)與二級(jí)配電都具有擴(kuò)展性與拓補(bǔ)性。一級(jí)與二級(jí)配電中的發(fā)電機(jī)及向 高、低壓用電負(fù)載饋電的開(kāi)關(guān)可按實(shí)際需求配置;高壓發(fā)電機(jī)與低壓發(fā)電機(jī)可以通過(guò)同步 裝置進(jìn)行并車(chē)互相轉(zhuǎn)移負(fù)載，在切換發(fā)電機(jī)的過(guò)程中不需要中斷供電。
[0055] 除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變 換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，分為一級(jí)配電、二級(jí)配電，所述 一級(jí)配電為高壓配電，所述二級(jí)配電為低壓配電，高壓配電線路及低壓配電線路均為環(huán)網(wǎng) 線路； 所述船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)包括高壓發(fā)電機(jī)1G、高壓發(fā)電機(jī)2G、低壓發(fā)電機(jī) 1DG、低壓發(fā)電機(jī)2DG、尚壓開(kāi)關(guān)1Q、尚壓開(kāi)關(guān)2Q、尚壓開(kāi)關(guān)5Q、尚壓開(kāi)關(guān)6Q、尚壓開(kāi)關(guān)7Q、尚壓 開(kāi)關(guān)8Q、高壓開(kāi)關(guān)9Q、高壓開(kāi)關(guān)10Q、高壓開(kāi)關(guān)13Q、高壓I段匯流排、高壓Π 段匯流排、主配電 變壓器1T、主配電變壓器2T、多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜、低壓I段匯流排、低壓Π 段匯流排、低壓m段匯流 排、開(kāi)關(guān)1LQ、開(kāi)關(guān)2LQ、開(kāi)關(guān)3LQ、開(kāi)關(guān)4LQ、開(kāi)關(guān)5LQ、開(kāi)關(guān)6LQ、開(kāi)關(guān)7LQ、開(kāi)關(guān)8LQ、開(kāi)關(guān)9LQ、主 照明變壓器3T、主照明變壓器4T; 所述高壓發(fā)電機(jī)1G經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)5Q向高壓I段匯流排供電，所述高壓發(fā)電機(jī)2G經(jīng)高壓開(kāi) 關(guān)10Q向高壓Π 段匯流排供電；所述高壓I段匯流排經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)7Q、高壓開(kāi)關(guān)8Q連接高壓Π 段匯流排;所述高壓開(kāi)關(guān)2Q接入高壓岸電電源至高壓I段匯流排;所述主配電變壓器1T、主 配電變壓器2T裝設(shè)在主電站，所述主配電變壓器1T的高壓側(cè)經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)6Q接高壓I段匯流 排，所述主配電變壓器1T的低壓側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)4LQ接低壓I段匯流排，所述主配電變壓器2T的高 壓側(cè)經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)9Q接高壓Π 段匯流排，所述主配電變壓器2T的低壓側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)8LQ接低壓Π 段匯流排;所述多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜分別裝設(shè)于遠(yuǎn)處負(fù)荷集中區(qū)，所述多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜按環(huán)式接線，環(huán)式 接線線路一端經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)1Q接高壓I段匯流排，環(huán)式接線線路另一端經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)13Q接高壓 Π 段匯流排;所述高壓發(fā)電機(jī)1G、高壓發(fā)電機(jī)2G由船舶電站功率管理裝置實(shí)行并列運(yùn)行或 分列運(yùn)行，可由船舶電站功率管理裝置按照負(fù)載的需求確定投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)； 所述開(kāi)關(guān)1LQ接入低壓岸電電源至低壓I段匯流排;所述低壓發(fā)電機(jī)1DG經(jīng)開(kāi)關(guān)3LQ向低 壓I段匯流排提供備用低壓主電源，所述低壓發(fā)電機(jī)2DG經(jīng)開(kāi)關(guān)7LQ向低壓Π 段匯流排提供 備用低壓主電源;所述低壓發(fā)電機(jī)1DG、低壓發(fā)電機(jī)2DG由船舶電站功率管理裝置實(shí)行并列 運(yùn)行或分列運(yùn)行，可由船舶電站功率管理裝置按照負(fù)載的需求確定投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)臺(tái) 數(shù);所述低壓I段匯流排經(jīng)開(kāi)關(guān)5LQ、開(kāi)關(guān)6LQ連接至低壓Π 段匯流排;所述主照明變壓器3T 的初級(jí)側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)2LQ連接至低壓I段匯流排，所述主照明變壓器3T的次級(jí)側(cè)向低壓主配電板 的低壓ΙΠ 段匯流排提供照明與日用電器的電源;所述主照明變壓器4T的初級(jí)側(cè)經(jīng)開(kāi)關(guān)9LQ 連接至低壓I段匯流排，所述主照明變壓器4T的次級(jí)側(cè)向低壓主配電板的低壓m段匯流排 提供照明與日用電器的電源。2. 如權(quán)利要求1所述的船舶主電站兩級(jí)配電雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，還包括應(yīng)急發(fā)電 機(jī)EG、應(yīng)急配電板I段匯流排、應(yīng)急配電板Π 段匯流排、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)10LQ、隔離開(kāi)關(guān)1EQ、EG主開(kāi) 關(guān)2EQ、應(yīng)急電源饋電開(kāi)關(guān)3EQ、干式應(yīng)急照明變壓器ET，所述應(yīng)急配電板I段匯流排依次經(jīng) 過(guò)隔離開(kāi)關(guān)1EQ、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)10LQ連接至低壓Π 段匯流排，所述應(yīng)急發(fā)電機(jī)EG經(jīng)EG主開(kāi)關(guān)2EQ 連接至應(yīng)急配電板I段匯流排，所述干式應(yīng)急照明變壓器ET的初級(jí)側(cè)經(jīng)應(yīng)急電源饋電開(kāi)關(guān) 3EQ連接至應(yīng)急配電板I段匯流排，所述干式應(yīng)急照明變壓器ET的次級(jí)側(cè)向應(yīng)急配電板Π 段 匯流排提供應(yīng)急照明與日常用電設(shè)備電源。
【文檔編號(hào)】H02J3/46GK205724936SQ201620400272
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年5月5日
【發(fā)明人】陳家興, 溫莉, 夏進(jìn), 周洋
【申請(qǐng)人】江蘇省鎮(zhèn)江船廠（集團(tuán)）有限公司