船用中压开关设备

中国正逐步从造船大国向造船强国转变，越来越多高精端船舶如大型邮轮、大型LNG液化天然气船舶等都在我国制造，而船用开关柜基本上以外资品牌产品为主，国内厂家产品技术质量很高，但还需要掌握相关标准、要求以满足船用要求。

1.     引言

船用电力系统主电源至少由2台发电机组成，发电机组的台数和容量，应能在任一发电机组停止工作时，仍能继续对正常运行、船舶安全等所必需的设备供电。当任一发电机不工作时，其余发电机组仍能供应从瘫船状态起动主推进装置所必需的电力。主配电板至少分成2个独立的分段，每1分段至少由1台发电机供电，分段间应通过断路器或隔离开关分隔开，也可至少设置2个相互连接的独立主配电板。与一般船舶电力系统相比有如下特殊性:

* 短路容量大，要求各级断路器具有高分断能力和完备的保护，开断电流达到40/50kA，有些项目采用限流器瞬间切断电流保证短路故障时设备的安全；

* 并联运行，系统额定电流大，3150/4000/5000A；

* 海洋平台很多电力负载需要持续工作，如果中断可能导致的损失会非常大。所以，对其供电连续性要求更高，配电设备应具有长寿命，免维护与检修方便的特点；

* 海洋平台空间成本极高，供电设备在安全可靠的前提下，减少占用空间，具有非常大的价值。

2.     船用开关柜的基本要求及试验、认可

2.1.   船用开关柜需要满足船舶使用环境要求，需要具有前、后扶手，仪表门、断路器室门限位装置、公共底座、IP42/IP44防护等级及满足盐雾环境应用等。

2.2.   船用开关柜需要经过振动试验、倾斜、摇摆试验、交变湿热试验、防护等级试验、环境温度45度温升等船用试验

2.3.   船用开关柜的型式认可

2.3.1.对于定型船用开关柜、断路器、接触器等产品可以申请船级社取得认可，包括型式认可(TYPE APPROVE)或产品设计证书(PDA-CERTIFICATE OFDESIGN ASSEMENT)，型式认可包括PDA和工厂审核。中国船级社CCS，美国船级社ABS，挪威船级社DNV等等。

2.3.2.对于每一批具体船舶工程项目，都需要按照所属船级社的规范进行工程产品的设计评审、认证。需要提供系统短路电流，保护整定，开关设备抗短路能力等计算。

3.     巴西石油公司海洋平台项目介绍

3.1.   项目基本情况

该项目由3台27.5MW发电机，中性点GPT高阻接地，在正常操作下，配电柜将按以下方式操作：

?关闭所有母联开关， 3段母线连接在一起供电。

?2个进线发电机001A1、001A2启动，001B不启动，用于向配电柜供电。

开关柜采用：17.5kV 4000A 50kA

防护等级：IP42

开关柜面对面布置，通过母线桥架连接，

3.2.   限流器的使用

如上述介绍，在正常操作下，配电盘的故障额定值小于50kA，因此CLiP（限流设备）将不会工作。仅在维护001A1或001A2f发电机时，即关闭1台发电机时，将执行以下操作：

?所有母线都已闭合，3段母线连接在一起。

?同时3台发电机运行（在转换期间有限的时间内）

在上述操作下，故障额定值将大于50kA。由于配电柜的额定短时耐受电流为50kA，因此通过使用CLiP（限流设备）来保护设备，这样做可以大幅度降低采用高短路等级开关设备的成本。，

当3个发电机同时运行时，故障额定值大于50kA，则CliP处于工作中。CLiP基于电流随时间的变化而工作。当看到预期短路电流斜率时，CLiP将动作，通过熔断保险丝将总线分开。这样可使故障额定值低于50kA，并且在配电柜的设计范围内。这样就可以隔离故障，而不会导致eHouse的停电。

3.3.   弧光保护

本项目有三段母线和进线断路器，每段母线之间使用母联和提升（加压变）或限流器连接，在每个隔室中放置弧光传感器，当母线室和断路器（FC）室中发生内部故障时，会跳闸进线和母线断路器，当电缆室内部故障，该开关柜断路器跳闸。弧光保护采用UTU Falcon弧光保护继电器， 3段母线，每段配一个主保护单元及相应电源。

 

3.4.   压力释放通道

压力释放通道将内部故障产生的压力释放到船舱外部相对安全的区域，避免当开关柜出现内部故障时造成其它设备和船舱的损坏。

3.5.   4000A 母线桥

按照项目要求，两排开关柜需要面对面布置，因此采用高压母线桥连接两段开关柜。17.5kV 4000A 50kA IP42, 自然冷却，由于4000A，发热严重，又是IP42防护等级，因此基本上是密封结构，且由于船用使用环境温度45°C，因此母线温升比陆用产品要小，因此采用全不锈钢桥架以减少涡流，采用特殊设计通风散热结构，即保证正常运行时母线温升不超过标准，又保证在出现内部故障时，能够封闭使故障压力只能由设计的安全泄压位置释放，保证安全，母线规格采用4拼10x120铜排保证足够安全裕度。

3.6.   其它

3.6.1.按照船级社标准，电缆入口应有能防止漏水沿着电缆开关柜内部的措施。本项目采用Roxtech GHM密封系统，完全按照高压电缆规格尺寸配置，满足密封要求

3.6.2.工业安全钥匙锁，保证符合操作条件时摇进、摇出断路器或分、合接地开关。

4.   出厂试验及船级社认证

4.1.   该项目进行了为期一个月的出厂试验和船级社认证。出厂试验主要包括以下内容

4.1.1.高压绝缘试验，所有开关柜，工频耐压试验

4.1.2.发电机柜保护功能试验

4.1.3.小马达保护功能试验，接触器柜

4.1.4.大马达保护功能试验，断路器柜

4.1.5.变压器保护试验

4.1.6.一次注入试验—CT变比、极性、仪表检验

4.1.7.弧光保护功能试验

4.1.8.联锁试验，进线、母联

4.1.9.母联同步试验

4.1.10.        母线桥温升试验

4.2.   船级社认可

4.2.1.船级社见证所有出厂试验

4.2.2.船级社审查技术计算书

4.2.2.1.        短路电流计算

4.2.2.2.        开关柜耐短路电流能力计算

4.2.2.3.        限流器柜温升计算

4.2.2.4.        限流器保护触发电流计算

4.2.2.5.        标准件耐受短路电流计算

所有项目最终顺利通过，获得ABS美国船级社项目认可，交付客户。

5.   结语

海洋石油平台由于使用环境及应用要求特殊，因此有其独特的标准要求，需要按照相应标准、使用要求进行设计，并完成试验；对于工程项目，需要按照系统要求设计，特别是石油平台的电气设备，短路电流大，可靠性要求高，因此需要完整的短路电流计算、机械强度、结构计算等，以便顺利通过船级社的工程设计批准。

 

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