第七章 船舶高压电力系统7．1 高压电力系统的结构与要求 7．2 “泰安口”半潜式电力推进船中的高压 电力系统 7．3 高压电力系统的主要电器 7．4 船舶高压保护 7．5 船舶高压电力系统的安全操作和管理7．1 高压电力系统的结构与要求• STCW公约规定高压交流电力系统的定义是 指额定电压大于1KV，小于10KV等级的电力 系统 • 对于额定频率为60Hz的电力系统，额定值 有2.3、4.16、6.6kV等； • 对于额定频率为50Hz的电力系统，额定值 有3.3、6.0、10kV等促使船舶采用高压电力系统的主要原因是： （1）船舶低压工频发电机的设计容量上限为2MW至2.5MW 很多大型船舶的电站容量已达到10MW以上， （2）低压短路器所能开断的极限容量约为125kA，汇流排所 能承受的瞬间最大峰值短路电流约为330KA；系统容量的增大 ，短路电流增加过大，超过目前所能生产出的开关电器与保 护装置的短路分断能力 （3）低电压等级大功率船舶电缆的截面会很粗，并需多股并 联，造成电缆的发热量增大、线路传输损耗严重，布线与安 装上更加困难 （4）随着船舶电力系统容量的增加，低压系统的机组数量也 不断增加，网络结构也日趋复杂；对大容量、多机组、复杂 结构的系统进行高效的保护和控制也比较困难。
一般而言，选择电动机是否采用高压电力标准的传统功率值 分界点是450kW7．1 高压电力系统的结构与要求• 1．高压电力系统的结构 – （1）放射形网络 – （2）环形网络2．高压电力系统的要求• （1）电压等级的要求：系统额定电压应不超过15kV • （2）防护等级的要求： IP23、 IP44、 IP54 • （3）电气间隙和爬电距离的要求：最小爬电 距离应至少25mm/kV，在限流设备后16mm/kV • （4）高压配电的要求： • （5）高压电力系统的保护要求 • （6）旋转电机的要求 • （7）安装要求 • （8）高压电缆的敷设的要求7．2 “泰安口”半潜式电力推进船中 的高压电力系统• 7．2．1“泰安口”高压电力系统简介• 中国“泰安口”半潜式电力推进船，装卸大型浮货物时 可以下潜19米，装载平台没入水深9米泰安口轮总长 156米，型宽32.2米，型深10米，载重量18000吨 “泰安口”半潜式电力推进船中 压电力系统的结构“泰安口” 半潜船载重量18000吨，总长156米，可以 装载海洋钻井平台 船上安装了先进的卫星动态定位系统（DP），船尾 左舷和右舷安装了SIEMENS公司和SCHOTTEL公司联合 生产的吊舱式电力推进系统（Siemens Schottel Propeller, 简称SSP），其螺旋桨可以360度回转， 船舶在行驶时可以在极小的范围内灵活活动。
电网由三个层次组成：一是6.6 KV的中压主系统，二是450V的辅助低压系统三是450V的应急系统 v6.6 KV中压主电力系统的组成 电源 :3台5200KVA，720rpm，60Hz的主发电机组，柴油机为Warsila 9L32，可以单独或者并联向中压电 网供电No.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应的货物时，可 以切换为2030KVA，600rpm，50Hz的模式运转，单独为 50Hz的货物负载电源供电 负载：船尾左右舷各一台吊舱式电力推进器SSP的4.7 MW 永磁同步电动机及为其变频调速服务的变压器组、晶闸管 装置；左右舷各一台侧推器的800KW电动机及为其变频调速服务 的变压器组、晶闸管装置；可以为450V的辅助低压系统供 电的2台900KVA、将电压从6.6 KV转变为450V的旋转变流 器 v450V/60Hz低压辅助电力系统 航行时，电源来自中压系统的旋转变流器（机组） 当旋转变流机组发生故障或检修时，以及在码头没有 载货物时，电源来自1台1125KVA，900rpm，60Hz的辅 助发电机组，柴油机是Warsila 6L20， 在港内还可以连接岸电低压辅助电力系统的负载包括：常规船舶运行时需要 供电的各种设备 v450V/60Hz应急电力系统 电源：通常，电源来自450V的辅助供配电系统应急时，电源来自1台250KVA（300KVA）， 900rpm，60Hz应急发电机组。
负载包括：常规船舶应急时需要供电的各种设备 配电装置：在应急发电机控制室共有3屏低压配电板分 别用于应急发电机的控制，与450V辅助供配电系统的 连接，电动机起动和输出负载的分配 7．2．2 “泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模 式根据船舶不同运行状态对功率的不同需求，提供经济 可靠的供电.航行模式 装载50Hz货物的模式 机动操纵模式 动态定位模式1 动态定位模式2 港内停泊模式1（不需要50Hz中压货物电源）港内停泊模式2（需要50Hz中压货物电源） 应急工况港内停泊模式3(功率回馈模式)不同运行模式的设置，是靠电力系统中发电机组、汇 流排的不同连接组合实现的 中、低压断路器带有灭弧装置，是实施电气设备带负 载分合闸，并能对系统进行保护的开关设备 7．3 高压电力系统的主要电器• 7．3．1 船舶高压断路器 • 7．3．2 高压隔离开关 • 7．3．3 船舶高压熔断器 • 7．3．4 船舶高压电力系统主变压及其预充磁7．3．1 船舶高压断路器• 通常，船舶高压断路器的操作机构必须同 时具备电动和手动操作的功能高压断路 器本体不像低压断路器那样自身带有保护 装置，而是通过综保装置综合所有的保护 功能来控制断路器，实现对船舶电力系统 的保护。
• 1．船舶高压断路器的特点 • 2．船舶高压断路器的分类1．船舶高压断路器的特点• 1）一般电气性能 – 电压：1min工频耐受电压、雷电冲击耐受电压 和操作冲击耐受电压 – 电流：额定电流、额定峰值耐受电流、额定短 时耐受电流和额定短路持续时间 • 2）分闸、合闸动作– 分断短路故障 – 快速分断 – 短路故障时合闸2．船舶高压断路器的分类• 按其采用的灭弧介质分为油断路器、六氟 化硫（SF6）断路器、真空断路器，以及压 缩空气断路器、磁吹断路器等 • 1）真空断路器– 真空断路器结构主要由操动机构、支撑用的绝 缘子和真空灭弧室组成 – 真空灭弧室的绝缘性能好，触头开距小；机械 寿命和电气寿命都很高• 2）六氟化硫 断路器： – 罐式结构的 六氟化硫断 路器：将断 路器与互感 器装在一起 ，结构紧凑 ，三相分装 式 – 灭弧室充有 额定气压表 压为6bar的 SF6气体 (20℃)7．3．2 高压隔离开关• 1．高压隔离开关结构– 支持底座、导电部分、绝缘子、传动机构、操 动机构 • 2．高压隔离开关的作用– 保证高压电器及装置在检修工作时的安全，起 隔离电压的作用 • 3．高压接地开关7．3．3 船舶高压熔断器• 高压熔断器由金属熔体（熔丝）、触头、 灭弧装置（熔管）、绝缘底座组成。
• （1）熔断器的额定电压 • （2）熔断器的额定电流 • （3）熔体的额定电流 • （4）熔断器的开断电流7.3.4 船舶高压电力系统主变压及其预充磁 • 船舶高压变压器预充磁通常有两种方式： – 高压变压器初级绕组先通过电阻接至高压配电 盘母线，经延时后高压变压器主断路器接通， 电阻被旁路切换，然后再断开电阻电路 – 从低压电网接通一台等压变比的小型变压器与 高压变压器的次级绕组相联，高压变压器的初 级绕组会感应出一个相应的高电压，经延时后 ，高压变压器主断路器合闸，然后再断开小型 变压器高压变压器直接合闸供电，会产生很大的励磁涌 流，其幅值可达到其额定电流的数倍另外，高 压电力系统中的高压变压器容量较大，可能与船 舶高压发电机容量相当，所以其合闸冲击电流可 能会引起船舶高压发电机跳闸7．4 船舶高压保护• 1）发电机保护控制 • 2）汇流排和传输馈线的保护控制 • 3）变压器馈线的保护控制 • 4）电动机馈线的保护控制 • 5）报警7．5 船舶高压电力系统的安全操作和管理• 1．船舶高压电力系统一般安全操作规程 – 1）船舶高压发电机检修操作规程：绝缘手套，绝 缘鞋 – 2）船舶高压断路器检修操作规程 – 3）船舶高压隔离开关操作规程 – 4）高压接地开关的操作规程 – 5）UPS管理操作规程• 2．船舶高压电力系统管理 • 3．船舶高压电力系统定期的功能试验和报警 试验4．船舶高压开关柜的“五防”措施• （1）防止误分、合高压断路器 • （2）防止带负荷分、合隔离开关 • （3）防止带电挂（合）接地线（接地开关 ） • （4）防止带接地线（接地开关）合高压断 路器 • （5）防止误入带电间隔。