艦船電氣配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)探究

王喜龍 孟禹彤

（1.駐葫蘆島四三一廠軍代表室，遼寧 葫蘆島 125004；2.海軍駐沈陽地區(qū)航空軍事代表室，遼寧 沈陽 110034）

現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電子技術(shù)的發(fā)展比較迅速，在電氣的配電系統(tǒng)中，新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用程度也比較高。元器件類型層出不窮，推動(dòng)了電氣行業(yè)的長足發(fā)展。另外，在實(shí)際的工作中，對于機(jī)械設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)以及相關(guān)的照明設(shè)備等的管理工作需要嚴(yán)格按照工程要求來進(jìn)行。對于配電工作人員來說，要具有較為專業(yè)的知識(shí)，同時(shí)還需要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。對于電氣工程來說，需要嚴(yán)格按照市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢來進(jìn)行，同時(shí)工作人員的管理和工作觀念要用于創(chuàng)新。同時(shí)還應(yīng)該將市場的發(fā)展趨勢以及市場的變化情況融入到實(shí)際的電氣方案設(shè)計(jì)中。

1 負(fù)荷等級及供電要求

1.1 負(fù)荷等級分類

電力的負(fù)荷情況主要是以電力的可靠性以及其在運(yùn)用過程中的損失程度作為依據(jù)，將其分成不同的等級。不同的電力工程對于電力負(fù)荷的等級要求也不同。其中等級越高的電力對于供電設(shè)備的影響程度就更高。如果電力的負(fù)荷的狀況出現(xiàn)錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)或者是爆炸等情況，后果不堪設(shè)想。

1.2 供電要求

對于艦船的電力系統(tǒng)配置工作來說需要根據(jù)相關(guān)的艦船電力規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行，其中一級負(fù)荷需要用兩個(gè)電源來進(jìn)行供電，主要是為了防止其中一個(gè)電源出現(xiàn)故障問題，另一個(gè)電源還可以進(jìn)行正常的工作。如果是二級負(fù)荷，需要采用兩回線路來進(jìn)行供電，同樣是為了采用備用的回路來保證電力的正常供應(yīng)，除此之外，還可以考慮用備用高壓供電的方式。對于三級負(fù)荷供電來說，對于設(shè)備以及電路的要求不是很高，在供電方面沒有特殊的要求。但是在艦船電力配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程中，必須要對電源，照明系統(tǒng)以及蓄電池等相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格地重視，保證其工作和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 基于直流區(qū)域配電系統(tǒng)的艦船綜合電力系統(tǒng)方案

在普通的艦船電力系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)工作中，需要保證電力的推進(jìn)功率達(dá)到2200kW左右。同時(shí)用電的總體負(fù)荷量高達(dá)2800kW，同時(shí)需要對備用原則的數(shù)值以及參數(shù)進(jìn)行控制。

2.1 發(fā)電機(jī)配置

在電氣配電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的過程中，由于受到尾部空間因素以及總體質(zhì)量的平衡程度的下肢，對于發(fā)電機(jī)的功率提出了較高的要求。對于永磁電機(jī)來說，需要采用變頻的形式，但是同時(shí)考慮到艦船的基本功能，電源主要采用蓄電池的形式，另外，直流供電的形式也比較明顯。由于斷路器在運(yùn)行的過程，能力也受到限制，這就需要發(fā)電機(jī)的基本功率需要控制在200kW范圍內(nèi)。根據(jù)這些條件可以選擇的方案有以下三種：

方案一，采用兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，其功率為1200kW，發(fā)電機(jī)屬于高速整流發(fā)電機(jī)。另外還有兩臺(tái)交流發(fā)電機(jī)，主要負(fù)責(zé)全船的供電。這種方案雖然具有一定的可實(shí)施性，但是卻不能實(shí)現(xiàn)供電的不間斷性，所以，這種方案和綜合電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)。對發(fā)電機(jī)進(jìn)行研究的過程中，低壓和高壓掌握不合理，而且，大電流和交流的開關(guān)都需要進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置，工程造價(jià)會(huì)相對較高。

方案二，主要采用支流區(qū)域配電系統(tǒng)來形成綜合性的電力系統(tǒng)，同時(shí)選擇兩臺(tái)高速整流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。在運(yùn)行的過程中，如果交流發(fā)電機(jī)的功率不足就用整流發(fā)電機(jī)來進(jìn)行供給。這一方案可以有效的解決交流開關(guān)以及能力限制的相關(guān)問題。但是這種電力系統(tǒng)和配電方式之間存在著明顯的差異，系統(tǒng)的運(yùn)行比較復(fù)雜。另外，交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)都存在一定的復(fù)雜性。所以，傳播電氣配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用這種方案只會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不會(huì)增加更多的優(yōu)勢。

方案三，這一方案中主要采用的是直流區(qū)域配電的形式，在艦船電氣配電系統(tǒng)中僅僅需要兩臺(tái)高速整流發(fā)電機(jī)?？晒┤M(jìn)行供電。

2.2 系統(tǒng)方案

在系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，需要將艙室作為區(qū)域位置，在每一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)都設(shè)置1臺(tái)配電模塊，此模塊和直流干線相互連接，其工作原理和變換器的基本功能相似。其中電子器件主要采用的是雙極型晶體管的形式，對區(qū)域進(jìn)行保障。另外還需要在電力系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的變換模塊，實(shí)現(xiàn)不同中電力形式的轉(zhuǎn)換，而且還可以用來對交流電的負(fù)載程度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，提供故障保護(hù)功能。兩路供電的方式比較明顯，分別來自于不同位置的干線，在此過程中，直流電的單向性比較明顯。能夠自由地進(jìn)行自動(dòng)切換。

所謂的大功率交流負(fù)載就是指50kW以上的交流電，在應(yīng)用的過程中，主要的回路應(yīng)該包括循環(huán)泵、給水泵以及制冷機(jī)等等。從以往的感應(yīng)電機(jī)的應(yīng)用上看，主要采用的是鼠籠式，可以進(jìn)行定速的運(yùn)行。

但是實(shí)際上，這些負(fù)載都有調(diào)速運(yùn)行的需要，都希望能根據(jù)負(fù)載的情況對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不是靠閥門來消耗多余的能量。因此可以給這些負(fù)載設(shè)置專門的電力變換模塊，應(yīng)用PWM技術(shù)將區(qū)域配電模塊提供的直流電逆變成直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的三相交流電，同時(shí)起到軟啟動(dòng)、調(diào)速和保護(hù)的作用。

小功率交流負(fù)載，無論是400Hz中頻設(shè)備還是50Hz異步電動(dòng)機(jī)，都可采用區(qū)域逆變器集中供電。與傳統(tǒng)系統(tǒng)和方案二比較，可以取消交流主配電板、直流主配電板、可靠配電板、主變流機(jī)組、主變控制屏等大型電氣設(shè)備，隔離濾波變壓器的體積/重量大大減小，甚至可以取消。通過簡化熱力系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的配置，足以換取區(qū)域配電模塊和電力變換模塊所需空間，且布置更為靈活。

結(jié)語

本文淺談了部分艦船電氣配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及安裝的參數(shù)分析及合理化建議，符合現(xiàn)代可持續(xù)科學(xué)性發(fā)展觀，為電氣學(xué)術(shù)領(lǐng)域提供有效資源，充分利用資源，合理的設(shè)計(jì)符合可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)方針，希望在此基礎(chǔ)上能夠提出更多合理性意見和方案。

[1]中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)編供用電實(shí)用手冊[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2010（06）.

[2]王士政.工礦企業(yè)電氣工程師[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[3]劉介才.供電工程師技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.