船舶電站及其自動化裝置 課件 6 船舶高壓電力系統(tǒng)

第六章船舶高壓電力系統(tǒng)

隨著船舶電氣設備自動化程度的不斷提高以及船員生活、工作條件的逐步改善，船舶電氣負荷急速增加，相應的船舶發(fā)電機的功率也隨之大幅度增加。目前大型船舶電力系統(tǒng)容量設計值已高達15~20MVA，大型豪華郵輪更高達70MVA。被廣泛采用半個多世紀的船舶低壓電力系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)代化大型船舶電力系統(tǒng)容量的要求，船舶高壓電力系統(tǒng)有不斷增加的趨勢，這將給船舶電力系統(tǒng)帶來一系列新的變化。中國船級社《鋼質海船入級規(guī)范》對船舶低壓和船舶高壓系統(tǒng)的定義是：低壓系統(tǒng)系指工作于額定頻率為50Hz或60Hz、最高電壓不超過1000V的交流系統(tǒng)，或在額定工作條件下最高瞬時電壓不超過1500V的直流系統(tǒng)。高壓系統(tǒng)系指額定電壓大于1kV但不超過15kV，額定頻率為50Hz或60Hz的交流系統(tǒng)，或在額定工作條件下最高瞬時電壓超過1500V的直流系統(tǒng)。索引第一節(jié)概述

IEEE標準100規(guī)定，中壓交流電力系統(tǒng)的定義是指額定電壓大于1000V，小于10000V的電力系統(tǒng)；在中壓之上，還有高壓和超高壓。對于額定頻率為60Hz的電力系統(tǒng)，中壓的額定值有2．3kV、4．16kV、6．6kV等；額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng)，中壓的額定值有3．3kV、6．0kV、10．0kV等。一般而言，選擇電動機是否采用中壓電力標準的傳統(tǒng)功率值分界點是450kW。

第二節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)電壓等級和防護要求3.1電力系統(tǒng)中性點運行方式電力系統(tǒng)的中性點(neutralpoint)運行方式是指電源或變壓器中性點采用什么方式接地。

第三節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)中性點接地技術3.1.1中性點運行方式分類通常中性點運行方式分為以下幾種：（1）不接地方式，又稱中性點絕緣；（2）直接接地方式，中性點直接與接地裝置連接；（3）消弧線圈接地方式，中性點經(jīng)電抗器（稱消弧線圈）與接地裝置連接；（4）電阻接地方式，中性點經(jīng)過電阻與接地裝置連接。通常采用高電阻接地方式。。3.1.2中性點接地方式分析1）中性點不接地方式由于不接地方式的中性點對地絕緣，較安全、可靠，當電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，不會影響三相電壓各相之間的對稱關系，單相接地也不形成短路，可以繼續(xù)帶接地故障運行2h，供電連續(xù)性好。中性點不接地電力系統(tǒng)，單相接地電流由電力系統(tǒng)對地分布電容電流決定。對于配電線路距離較近的低壓電力系統(tǒng)，配電線路各相對地的電容較小，因此接地故障電流也很小，瞬時性故障往往自動消除。因接地電流小，對通信線路的干擾也小。中性點不接地方式的缺點是當一相接地時，另外兩相對地電壓升高，最大至相電壓的倍，易使絕緣薄弱處擊穿，造成兩相接地短路。3.2不同中性點接地方式單相接地電流計算索引

3.2不同中性點接地方式單相接地電流計算船舶高壓電力系統(tǒng)一般通過高壓變壓器將高電壓降為低電壓，向船舶低壓電力系統(tǒng)的負載供電。因此，船舶高壓電力系統(tǒng)就多了變壓的配電裝置，稱高壓變配電盤。第四節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)變配電裝置高壓斷路器雖然有多種分類方法，但在型號上國標以滅弧介質命名斷路器。高壓斷路器型號是由字母和數(shù)字兩部分組成的，表示如下：1、高壓斷路器型號含義a.滅弧室結構真空滅弧室的結構類似于一個真空管，它是一個高度真空的密閉容器。真空滅弧室結構如圖6-3所示。靜觸頭導電桿1焊接在上端蓋2上，上端蓋與絕緣外殼6之間密封。②真空斷路器滅弧室結構及滅弧原理斷路器的關鍵元件是充滿一定壓力氣體的滅弧室。其動觸頭及靜觸頭均安裝在氣室內，斷路器滅弧室結構如圖6-4所示。斷路器的靜觸頭1置于滅弧室內，固定不動，它的端部呈管狀，當合閘時動觸頭3插入此端頭的管中。動觸頭3同樣置于滅弧室內，受趨于傳動機構，它呈圓柱形，合閘時動觸頭插入靜觸頭。絕緣噴口2是利用耐高溫、耐腐蝕的聚四氟乙烯塑料制成的。壓氣活塞5的作用是當斷路器分閘時，壓氣活塞壓縮氣室內的氣體，它和動觸頭3同步運動。a.滅弧室結構ZN12-10真空斷路器由操作機構箱、一次導電回路、真空滅弧室等構成。ZN12-10真空斷路器結構外形如圖6-5所示。a.ZN12-10真空斷路器外部結構ZN12-10真空斷路器的操作機構為彈簧儲能式操作機構，可電動及手動操作。其主要由儲能機構、鎖定機構、合／分閘彈簧、主傳動軸等組成。ZN12-10真空斷路器操作機構外形如圖6-6所示。b.ZN12-10真空斷路器的操作機構ZN12-10真空斷路器的滅弧室主要由陶瓷絕緣外殼、上端蓋、下端蓋、屏蔽罩及內部組件等組成。滅弧室的觸頭采用銅鉻合金材料，開斷性能優(yōu)良。ZN12-10真空斷路器滅弧室如圖6-7所示。c.ZN12-10真空斷路器的滅弧室VD4斷路器的外部結構主要包括控制線路軟管、操作結構箱、手車進出搖桿、航空插頭、一次插頭、極柱、框架及底盤等。VD4斷路器外形結構如圖6-8所示。a.VD4斷路器的外部結構VD4斷路器操作機構如圖6-9所示。VD4斷路器的操作機構使用了彈簧儲能、自由脫扣的模塊化機械操作機構，可裝配各種閉鎖機構以防止錯誤操作，只有當所有的先決條件都滿足時，每個操作順序才可能被正確操作。b.VD4斷路器操作機構VD4斷路器的真空滅弧室采用螺旋形狀的真空滅弧室觸頭，這種觸頭的特點是：它可在弧柱運動的范圍內產生一個橫向的磁場，并且在觸頭邊緣的區(qū)域磁場強度最大。磁場導致電弧圍繞觸頭軸線快速旋轉。這種方式不僅減少了觸頭上的熱應力、減小了觸頭的燒蝕，還使極高短路電流的真空開斷變得可能，因此額定電流開斷次數(shù)可以非常高。c.VD4斷路器真空滅弧室真空斷路器由操作機構箱、帶有真空滅弧室的三相極柱、環(huán)氧澆注絕緣子、絕緣操動桿等組成。操作機構箱包含了用于合、分斷路器的所有機械和電氣單元。a.3AH3真空斷路器的外部結構3AH3真空斷路器的操作機構是彈簧儲能操作機構，可進行電動及手動儲能。機構中各零部件經(jīng)過精密加工裝配而成，關鍵部件和材料用特殊的工藝制造，確保了整個機構具有很小的摩擦力，各零部件之間配合精確，動作可靠。b.3AH3真空斷路器的操作機構斷路器的真空滅弧室采用一次封排技術制造，觸頭材料為Cr-Cu合金，經(jīng)電弧冶煉而成。觸頭采用先進的設計形狀和結構，具有極高的耐電弧能力和很小的弧壓降及較小的截流值，在保證開斷額定短路電流的前提下，滅弧室的體積具有較小的尺寸。c.3AH3真空斷路器的滅弧室FN11系列負荷開關主要由操作機構、脫扣機構、觸頭系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、聯(lián)鎖裝置、操作指示、位置顯示機構及熔斷器組合等組成。FN11-12（D.R）/125負荷開關側視外形如圖6-15所示。①FN11系列負荷開關的構成FN11系列負荷開關操作面板如圖6-16所示。②FN11系列負荷開關的操作RN系列熔斷器是一種充填式熔斷器，可用于電壓互感器、變壓器及線路的保護，RN系列熔斷器結構如圖6-17所示。①RN系列高壓熔斷器電流互感器的種類很多，大致可分為以下幾種類型。（1）電流互感器分類按相數(shù)分為單相和三相。按結構型式分為帶補償繞組、五芯柱三繞組、接地保護用。（1）電壓互感器分類（1）防止誤分、合高壓斷路器（2）防止帶負荷分、合隔離開關（3）防止帶電掛（合）接地線（接地開關）（4）防止帶接地線（接地開關）接通高壓斷路器（5）防止人員誤入帶電間隔

4.2.8船舶高壓開關柜的“五防”措施5.2高壓發(fā)電機縱聯(lián)差動保護

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護5.3高壓發(fā)電機定子繞組單相接地保護

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護5.4高壓發(fā)電機轉子接地保護

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護5.5主變壓器起動保護

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護船舶高壓電力系統(tǒng)的電壓等級雖然很高，以至于造成初次接觸船舶高壓電力系統(tǒng)的船舶電氣維護、管理人員產生畏懼的心理，但是船舶高壓電力系統(tǒng)的設備都要求具有較高的防護等級，各個設備的維護管理都有明確的操作規(guī)程，這些操作規(guī)程有的由設備生產商制定，有的由船舶管理者制定，具有較高的科學性。船舶電氣維護、管理人員只要嚴格按照這些操作規(guī)程進行操作，小心謹慎，科學管理，及時總結經(jīng)驗，不斷完善各設備的操作規(guī)程，船舶高壓電力系統(tǒng)就會安全、可靠、高效地運行。

第六節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)管理本節(jié)以2002年底建成的“泰安口”半潛式電力推進特種運輸船的高壓電力系統(tǒng)為例，簡單介紹高壓電力系統(tǒng)的結構和運行模式特點。

第七節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)實例

電網(wǎng)由三個層次組成：一是6.6kV的中壓主系統(tǒng)，二是450V的輔助低壓系統(tǒng)，三是450V的應急系統(tǒng)。

5．中高壓電氣電力系統(tǒng)的結構

系統(tǒng)結構：

在中壓負載采用變頻調速電力系統(tǒng)中，由于變頻調速將產生大量很強的高次諧波，采用變壓器進行電壓變換，低壓系統(tǒng)也將出現(xiàn)諧波。為此可采用變流機組進行電壓變換，使大量的低壓負載避免諧波污染的侵害。無變頻調速時則采用變壓器。

船舶中壓電力系統(tǒng)簡介