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(shè)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(fù)荷急速增加，相應(yīng)的船舶發(fā)電機(jī)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(shè)計值已高達(dá)15~20MVA，大型豪華郵輪更高達(dá)70MVA。被廣泛采用半個多世紀(jì)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)是否采用中壓電力標(biāo)準(zhǔn)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(hù)要求3.1電力系統(tǒng)中性點運(yùn)行方式電力系統(tǒng)的中性點(neutralpoint)運(yùn)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(shù)3.1.1中性點運(yùn)行方式分類通常中性點運(yùn)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(dāng)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(guān)系，單相接地也不形成短路，可以繼續(xù)帶接地故障運(yùn)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(dāng)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(fù)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(biāo)以滅弧介質(zhì)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(jié)構(gòu)真空滅弧室的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖6-3所示。靜觸頭導(dǎo)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(jié)構(gòu)及滅弧原理斷路器的關(guān)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(nèi)，斷路器滅弧室結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。斷路器的靜觸頭1置于滅弧室內(nèi)，固定不動，它的端部呈管狀，當(dāng)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(nèi)，受趨于傳動機(jī)構(gòu)，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(dāng)斷路器分閘時，壓氣活塞壓縮氣室內(nèi)的氣體，它和動觸頭3同步運(yùn)動。a.滅弧室結(jié)構(gòu)ZN12-10真空斷路器由操作機(jī)構(gòu)箱、一次導(dǎo)電回路、真空滅弧室等構(gòu)成。ZN12-10真空斷路器結(jié)構(gòu)外形如圖6-5所示。a.ZN12-10真空斷路器外部結(jié)構(gòu)ZN12-10真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)為彈簧儲能式操作機(jī)構(gòu)，可電動及手動操作。其主要由儲能機(jī)構(gòu)、鎖定機(jī)構(gòu)、合／分閘彈簧、主傳動軸等組成。ZN12-10真空斷路器操作機(jī)構(gòu)外形如圖6-6所示。b.ZN12-10真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)主要包括控制線路軟管、操作結(jié)構(gòu)箱、手車進(jìn)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(jié)構(gòu)如圖6-8所示。a.VD4斷路器的外部結(jié)構(gòu)VD4斷路器操作機(jī)構(gòu)如圖6-9所示。VD4斷路器的操作機(jī)構(gòu)使用了彈簧儲能、自由脫扣的模塊化機(jī)械操作機(jī)構(gòu)，可裝配各種閉鎖機(jī)構(gòu)以防止錯誤操作，只有當(dāng)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(jī)構(gòu)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(yùn)動的范圍內(nèi)產(chǎn)生一個橫向的磁場，并且在觸頭邊緣的區(qū)域磁場強(qiáng)度最大。磁場導(dǎo)致電弧圍繞觸頭軸線快速旋轉(zhuǎn)。這種方式不僅減少了觸頭上的熱應(yīng)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)箱包含了用于合、分?jǐn)嗦菲鞯乃袡C(jī)械和電氣單元。a.3AH3真空斷路器的外部結(jié)構(gòu)3AH3真空斷路器的操作機(jī)構(gòu)是彈簧儲能操作機(jī)構(gòu)，可進(jìn)行電動及手動儲能。機(jī)構(gòu)中各零部件經(jīng)過精密加工裝配而成，關(guān)鍵部件和材料用特殊的工藝制造，確保了整個機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)斷路器的真空滅弧室采用一次封排技術(shù)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(jìn)的設(shè)計形狀和結(jié)構(gòu)，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(fù)荷開關(guān)主要由操作機(jī)構(gòu)、脫扣機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、接地系統(tǒng)、聯(lián)鎖裝置、操作指示、位置顯示機(jī)構(gòu)及熔斷器組合等組成。FN11-12（D.R）/125負(fù)荷開關(guān)側(cè)視外形如圖6-15所示。①FN11系列負(fù)荷開關(guān)的構(gòu)成FN11系列負(fù)荷開關(guān)操作面板如圖6-16所示。②FN11系列負(fù)荷開關(guān)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(hù)，RN系列熔斷器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式分為帶補(bǔ)償繞組、五芯柱三繞組、接地保護(hù)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(fù)荷分、合隔離開關(guān)（3）防止帶電掛（合）接地線（接地開關(guān)）（4）防止帶接地線（接地開關(guān)）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(guān)柜的“五防”措施5.2高壓發(fā)電機(jī)縱聯(lián)差動保護(hù)

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

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護(hù)5.4高壓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護(hù)5.5主變壓器起動保護(hù)

第五節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)保護(hù)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(hù)、管理人員產(chǎn)生畏懼的心理，但是船舶高壓電力系統(tǒng)的設(shè)備都要求具有較高的防護(hù)等級，各個設(shè)備的維護(hù)管理都有明確的操作規(guī)程，這些操作規(guī)程有的由設(shè)備生產(chǎn)商制定，有的由船舶管理者制定，具有較高的科學(xué)性。船舶電氣維護(hù)、管理人員只要嚴(yán)格按照這些操作規(guī)程進(jìn)行操作，小心謹(jǐn)慎，科學(xué)管理，及時總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善各設(shè)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(yùn)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(jìn)特種運(yùn)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(jié)構(gòu)和運(yùn)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(yīng)急系統(tǒng)。

5．中高壓電氣電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

在中壓負(fù)載采用變頻調(diào)速電力系統(tǒng)中，由于變頻調(diào)速將產(chǎn)生大量很強(qiáng)的高次諧波，采用變壓器進(jìn)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(jī)組進(jìn)行電壓變換，使大量的低壓負(fù)載避免諧波污染的侵害。無變頻調(diào)速時則采用變壓器。

船舶中壓電力系統(tǒng)簡介