摘要：船载直流电网系统和交流电网系统相比在很多方面都体现出了技术和经济方面的优势，是未来船舶建造的主流方向，拥有巨大的发展前景。本文分析了直流电网系统的优势，阐述了直流电网系统在船舶上的调试及应用。
关键词：船舶；直流电网；整流逆变；节能环保
Commission and Application of DC Power System in Vessels
Liu Shuqing，Chen Delin，Zhong Ganbin
（COSCO SHIPPING HEAVY INDUSTRY（GUANGDONG）CO.，LTD.Dongguan 523146）
Abstract：Compare with AC power system，DC power system in vessels embody the advantages of technology and economy in lots of aspects.It will be the mainstream direction of vessel construction and has great prospects for development.This paper analyzes and lists the advantages of DC power system and also expounds the commission and application of DC Power System in Vessels
Key words：：Vessel，DC power grid，Rectifier inverter，Energy conservation and environment protection
1 引言
与传统的交流电网相比，直流配电网在线路损耗、设备布置等方面优势明显。在国家当前大力倡导“绿色能源”、“环保”的新形势下，直流电网系统将是未来船舶和海工建造的主流发展方向，可以预见的是，直流电网将以其强大的技术和经济优势而拥有广阔的发展前景。本文将以我司新造首制项目CTV船为例，阐述直流电网系统在船舶上的调试及应用。
2 船载直流电网系统概述
2.1船载直流电网系统技术特点
传统的交流电网系统是发电机发电到交流配电板到变压器再到驱动器最后到用户，而直流电网系统是将AC、DC元件及系统以最佳的方式结合到一起，通过单个或多个的直流回路进行输配电，从而不必再安装配备主交流配电板、分布式变频器和换流变压器等。图1是传统交流电网系统与直流电网系统的典型图的区别：
图1：传统交流电网系统（左）与直流电网系统
2.2船载直流电网较交流电网系统的优势
船载直流电网系统与传统交流电网系统相比具有以下优势：1、减少空间和重量2、减少输电线电缆成本3、扩大集成能力4、减少线路总损耗，减少电压畸变5、不涉及相位、频率控制、无功功率等问题6、提升能效表现7、增强容错能力
3 船载直流电网系统的配电和组件配置
3.1船载直流电网系统的配电
此次我司新造项目CTV船的直流电网系统整个直流电网主要由两个区域组成（见图2），一个是蓝色标记的DC Grid区域，一个红色标记的DC Link区域，这两个区域由Input Circuit模块隔离开来，DC Grid则由Bus-tie直流开关分割成两段（或更多段）直流母排。
图2：直流电网系统单线图
3.2船载直流电网系统主要组件配置
此CTV船的直流电网系统是以ABB变频器（ACS800）为平台，由变速发电机、整流器、发电机隔离开关、直流屏和直流屏联络开关（DC GRID &Bus-tie）、OFF GRID 和滤波变压器、Input Circuit模块和Energy Storage Input Circuit 模块、DC/DC转换模块等组成，整个变频控制都集中在直流配电板上。
4 船载直流电网系统的调试
根据直流电网系统的特性，系统调试可分为直流盘调试、直流源即发电机整流器端调试、直流屏逆变器调试三部分。
4.1直流盘的调试
4.1.1直流盘通电前检查
1、检查直流屏内各设备组件是否正确安装接线完成，确认电源线动力线接线工艺符合要确认系统接地保护正确可靠。
2、检查直流屏清洁情况，确认各变频转换模块的清洁状况符合上电要求。
4.1.2直流盘通控制电
1、检查确认直流屏各控制屏内部线接线正确，各电气设备满足上电要求，然后将UPS或其它供电电源开关合上，检查确认送到直流屏上的是正确的220V/24V电源，确认无误后，逐一将每个控制屏上控制电。
2、控制电通电正常后，进行直流屏内部通讯建立，设定相关参数设置以及软件安装更新；内部通讯没问题后，建立直流屏与外部相关系统的通讯，主要包括与发电机系统、整流系统、能量管理系统等。
4.1.3直流盘冷却系统调试
1、冷却系统管路密性检查，由于配电屏是分屏吊装以及内部转换模块、逆变器等有拆装情况，所以在冷却系统加冷却液前，需要先确认管路密性。
2、加冷却液，用外部串水泵将调好比例的冷却液加到系统管路中，待管路中冷却液建立起一定压力后，启动配电屏自带的冷却泵，串水排气；确认管路内部气泡基本排出来，然后加压到压力设定值，停止加冷却液。
3、运行配电屏自带冷却泵，观察压力是否稳定，确认冷却系统运行无异常。
4、确认冷却系统压力低报警、运行等信号，确认备用泵切换功能。
4.1.4直流盘OFF GRID调试
OFF GRID 主要用作给低压交流配电网供电。
1、直流汇流排上主电后，检查确认逆变器模块的参数设定，测试逆变器模块本地控制和遥控控制功能，确认逆变器具备通电运行条件。
2、检查滤波变压器状态，确认变压器具备通电运行条件。
3、测试低压feeder合闸请求信号和合闸反馈信号。
4、Feeder合闸，检查逆变器输出给低压电网供电情况，电压、相序是否正确，检查逆变器模块运行情况。
5、测试低压feeder1、feeder2和bus-tie开关之间的同步连锁功能。即当feeder1和feeder2 同时合闸给低压电网供电后，按bus tie合闸按钮，OFF GRID 检查允许后发出同步合闸命令，bus tie 开关合闸，合闸5秒延时后，bus tie 自动断开；当feeder1或feeder2 任一开关和bus tie 合闸给低压电网供电，再有feeder2或feeder1 合闸命令时，OFF GRID 检查允许后发出同步合闸命令，feeder2 或feeder1 合闸，bus tie 5秒延时后自动断开。
6、测试OFF GRID 相关自动停止功能和报警功能。
4.1.5直流盘保护功能调试
在直流电网系统中，把故障定义为两种：
1）Minor Fault——故障可以本地清除或故障只对系统有限的区域有影响。
2）Major Faults——故障能触发系统的整流器断开、bus tie 开关断开和发电机隔离开关断开
1、直流配电板紧急分断测试，当按下应急停开关时，发电机隔离开关断开、bus tie 开关断开和整流器输出隔离
2、DC Link短路故障保护功能测试
3、整流系统轻微故障测试，当整流系统内部有轻微故障时，整流系统不影响其它部分运
4、整流系统严重故障测试，当整流系统内部有严重故障时，整流器断开、bus tie 开关断开和发电机隔离开关断开
5、发电机出线电缆保护功能测试，当发电机或整流器电缆线路短路后整流器能隔离输出。
6、失电穿越（ride through）功能测试，当直流盘出现瞬间的中断时，低压电网上的用电设备能在规定的时间内重启
4.2直流源即发电机整流器端调试
1、检查整流器各设备组件是否正确安装接线完成，确认电源线动力线接线工艺符合要求，确认系统接地保护正确可靠。
2、检查直流屏清洁情况，确认整流器模块的清洁状况符合上电要求。
3、整流器通控制电，建立通讯，安装升级软件，设置相关参数设定。
4、运行发电机，确认直流盘具备直流电上电条件，运行AVR，运行整流器，建立电压，直流盘上的发电机隔离开关合闸，确认发出的直流电电压情况。
5、测试整流器相关报警及切断功能，包括内部短路试验、单个晶闸管故障试验、差动保护试验、过流、过压等。
6、发电机正常运行，检查确认冷却系统工作情况
7、发电机负荷试验，调整及优化整流器相关参数以满足试验要求
4.3直流屏逆变器调试
在此CTV船中，船上主要用电负荷为推进器、货油泵、液压泵等大型设备，这些设备都是经逆变器与直流电网相连，与交流电网系统相比是省去了变压器和AC/DC环节，其它调试情况与交流电网中相差不大。
5 船载直流电网系统的应用
总的来说，船用直流电网系统的优势明显，不仅适合海洋工程船，也可以应用在渡船、游艇、科考船、特种船舶等。
5.1海洋工程船
在现如今的海洋工程船中，普遍存在以下特性：运行工况复杂多变，节油潜力巨大；船体空间紧凑，船上设备较多，对设备所占空间要求敏感；船上使用大量的变频甲板机械，与直流电网系统连接简单便捷。当海洋工程船采用船用DC电网后直流电网系统的优势得到充分体现。
5.2渡船
渡船，一般是按照预定航线往返于两个或多个目的地之间，当渡船采用船用DC电网后，可以轻松接入蓄电池、LNG燃料等作为柴油机的补充，这样在城市码头停泊时就可以使用新能源来维持渡船的的正常运行，达到减少排放，保护环境的目的。
5.3游轮、科考船、特种船舶
游轮、科考船、特种船舶等船舶普遍有以下特性：运行工况复杂多变，对噪音相对敏感，对设备空间要求敏感。采用船用DC电网后，DC电网的低噪音和低空间占比将得到体现。
6 结语
本次我司建造的CTV项目采用的变速柴油机、直流电网系统等都是国际海事前沿新技术，在当前造船行业严峻的形势下，直流电网系统将是未来船舶和海工建造的主流发展方向。通过本文对直流电网系统新技术的学习研究希望可以对业界后续在直流电网系统在船舶上的调试应用方面提供相关的借鉴参考。
参考文献：
[1] 祁斌.ABB创新船用直流电网.中国船检，2013
[2] 茂馨.ABB承接全球首个船载直流电网项目.船舶经济贸易，2012
论文作者:刘树清,陈德林,钟赣斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/15
标签：电网论文; 系统论文; 整流器论文; 发电机论文; 冷却液论文; 船舶论文; 逆变器论文; 《基层建设》2018年第36期论文;