姜 鵬，孫 盼，彭 威

（海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430033）

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新型艦船岸電系統(tǒng)研究

姜 鵬，孫 盼，彭 威

（海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430033）

摘 要：傳統(tǒng)的岸電系統(tǒng)配置已不能完全滿足艦船的需求，基于高壓供電技術(shù)的新型艦船岸電系統(tǒng)可以同時提供大功率的高壓和400 V低壓電能，實現(xiàn)對不同電壓等級艦船的安全可靠供電。新型艦船岸電系統(tǒng)與傳統(tǒng)岸電系統(tǒng)相比具有節(jié)能、減排、提高艦船戰(zhàn)斗力等優(yōu)點，可減少目前艦船岸電系統(tǒng)的設(shè)備配置，占用碼頭空間小、操作簡單，可實現(xiàn)艦船岸電的安全、可靠、經(jīng)濟運行。

0 引言

港口作為艦船補給和人員休整的重要場所，在艦船靠港時向其提供安全可靠的電能保障，滿足艦船的生活和訓(xùn)練用電。隨著世界各國節(jié)能減排指標的日益嚴格，同時艦船靠港后所肩負的作戰(zhàn)和訓(xùn)練任務(wù)也在不斷革新變化，港口岸電系統(tǒng)的重要性日益凸顯，其能否提供安全可靠充足的電能將直接影響到艦船靠港后的正常運行，關(guān)系到艦船的戰(zhàn)斗力和防御能力。

傳統(tǒng)的低壓岸電系統(tǒng)，低效耗能、容量小，只能給低壓電力艦船供電，已經(jīng)不能適應(yīng)當前大型艦船靠港后的供電需求。如何構(gòu)建環(huán)保、安全、可靠、高效的大容量岸電系統(tǒng)是當前一個值得研究的課題。

與傳統(tǒng)低電壓、小容量的岸電系統(tǒng)不同，新型艦船岸電系統(tǒng)是采用高壓岸電技術(shù)，高低壓兼容的大容量岸電系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠提供大容量的電能，同時滿足低壓艦船和高壓艦船的靠港供電需求，為艦船完成多樣化任務(wù)提供電力保障。

1 構(gòu)建新型艦船岸電系統(tǒng)的必要性

傳統(tǒng)的岸電系統(tǒng)以低壓岸電為主，供電功率小、電纜布設(shè)困難、兼容性差。6300 V中壓岸電系統(tǒng)是以日趨成熟的高壓岸電技術(shù)為基礎(chǔ)，以戰(zhàn)時和平時訓(xùn)練需求為牽引，以綠色環(huán)保、節(jié)能減排為理念，以提高艦船生命力和戰(zhàn)斗力為總目標的岸電供電系統(tǒng)，它將為國家安全和海軍戰(zhàn)斗力發(fā)展打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

1.1新型船艦岸電系統(tǒng)將大大提高供電功率，保障船艦的靠港供電需求

隨著艦船各種新型武器的不斷出現(xiàn)，電磁炮、激光武器、電磁彈射等高能武器需要大容量的電能供應(yīng)，艦船電力系統(tǒng)的總?cè)萘窟M一步增大，艦船自身要建設(shè)大容量的艦船電站，艦船靠港后為了完成正常的的保養(yǎng)、訓(xùn)練和操演任務(wù)，同樣需要提供大容量的岸電電能。

艦船對隱身性能要求越來越高，最新設(shè)計的艦船普遍采用隱身全封閉技術(shù)，與傳統(tǒng)的開放式艦船相比，艦船生活保障（通風、空調(diào)及其他日常生活用電）所需電能功率越來越大，這就要求在靠泊時有大功率的供電電能。

新型艦船岸電系統(tǒng)的建成，將為艦船提供安全可靠的大容量電能保障，這不僅可以滿足艦船日常的生活和訓(xùn)練需求，還可以在大容量電能的保障下，開展多樣化訓(xùn)練和保障任務(wù)，提升艦船靠港的訓(xùn)練和保障水平，促進艦船戰(zhàn)斗力的生成。

1.2新型船艦岸電系統(tǒng)是提高艦船和港口防御能力的重要保障

在傳統(tǒng)的低電壓小容量的岸電系統(tǒng)下，艦船由于缺少足夠容量的電力供應(yīng)，武器系統(tǒng)無法轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗工況，僅僅可以開展保養(yǎng)和檢試。艦船自身失去了戰(zhàn)斗力，無法進行自身防御，很容易受到敵人的攻擊，只能依靠軍港基地的防空力量開展軍事防御。

采用新型船艦岸電系統(tǒng)后，在大容量的電力供應(yīng)下，艦船的武器系統(tǒng)可以在所有工況下運行，艦船具有與海上航行時一樣的戰(zhàn)斗火力和防御能力，可以實現(xiàn)全時戒備，這將大大提升艦船靠港時的作戰(zhàn)效能和生命力。

1.3構(gòu)建新型船艦岸電系統(tǒng)是滿足高壓電力艦船的供電需求

隨著艦船電力系統(tǒng)的發(fā)展，綜合電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。艦船綜合電力系統(tǒng)將傳統(tǒng)的機械推進用電與電力系統(tǒng)用電綜合起來，通過綜合電力系統(tǒng)向推進、高能武器及日常用電等全船所有的用電設(shè)備供電。而國內(nèi)外的綜合電力系統(tǒng)目前普遍采用4000 V以上的中壓電，中壓電制與傳統(tǒng)的低壓岸電系統(tǒng)不兼容，中壓艦船無法在低壓港口停靠。因此構(gòu)建新型船艦岸電系統(tǒng)可以解決這個問題，滿足高壓電力艦船的供電需求。

1.4構(gòu)建新型船艦岸電系統(tǒng)可以有效減少廢物排放，保護港口環(huán)境

艦船在碼頭靠泊時的污染問題從廢棄物治理、污油水治理到大氣排放物治理經(jīng)歷了一個不斷發(fā)展升級的過程，目前的電壓岸電系統(tǒng)由于與大型艦船的電制不兼容，大型艦船靠港時必須由船上的發(fā)電機組供電，因而在港口海域產(chǎn)生大量復(fù)合污染物，污染水環(huán)境，給港口所在城市環(huán)境帶來嚴峻挑戰(zhàn)，采用6300 V中壓岸電系統(tǒng)可以直接給大型艦船供電，滿足艦船的訓(xùn)練、維護和日常用電需求，避免了因發(fā)電機組工作而產(chǎn)生的廢物排放問題，保護了生態(tài)環(huán)境。

2 新型艦船岸電系統(tǒng)的基本方案

2.1新型艦船系統(tǒng)供電方案

新型艦船岸電系統(tǒng)方案如圖1所示。系統(tǒng)主要包括以下幾個組成部分：高壓變電配電房、高/低壓接線箱、高/低壓電纜、電纜卷車。

圖1 新型艦船岸電系統(tǒng)示意圖

高壓配電變電房將10 kV民用高壓電進行降壓，可以根據(jù)不同高壓艦船的電壓等級調(diào)整配電房的電壓輸出值，從而實現(xiàn)與不同電壓等級艦船的匹配，高壓配電房輸出電壓有高壓配電和低壓配電兩種，高壓配電主要為6.3 kV，低壓配電為0.4 kV。同時高壓變電配電房內(nèi)設(shè)置高/低壓配電屏和并車屏，當高/低壓接線箱將艦船上的高/低壓電纜接入岸電系統(tǒng)后，高壓變電配電房可以實現(xiàn)高壓岸電與艦船電力系統(tǒng)的并車操作和大負荷轉(zhuǎn)移，當同時為多條船供電時，進行負荷的分配和有效調(diào)度，保障艦船的供電需求。

2.2 新型艦船系統(tǒng)的優(yōu)點

新型艦船岸電系統(tǒng)使用較為靈活，無需碼頭提供額外電氣設(shè)施。當采用高壓供電時，只需一根電纜上船，安裝便捷，且可實現(xiàn)不間斷供電，供電均有岸側(cè)管理，岸側(cè)管理設(shè)有保護及配電參數(shù)檢測功能，包括電流保護、岸電供電接線箱的相序相位一致性保護、總供電線路的電壓電流及功率檢測功能，運行方便，并可實現(xiàn)同時給多艘不同電壓等級的艦船同時供電。

3 新型艦船岸電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

1）大負荷或全功率船艦岸電供給：不斷電與船艦配電系統(tǒng)安全并車轉(zhuǎn)移負荷技術(shù)。

2）高壓電安全使用：船電系統(tǒng)、岸電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，含人員安全技術(shù)、設(shè)備安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)（系統(tǒng)安全技術(shù)設(shè)計與應(yīng)急處置技術(shù)）。

3）岸電設(shè)備集約化、通用化、標準化：供電功能組件岸上設(shè)備模塊化、集裝化、系列化技術(shù)，艦上受電轉(zhuǎn)換功能簡化技術(shù)，依托岸勤或編隊保障船攜行保障技術(shù)。

4）艦船岸電交互系統(tǒng)：艦船岸電連接電纜、接地方式及繼電保護配置方式。

4 總結(jié)

新型艦船岸電系統(tǒng)在節(jié)能減排，提高艦船生命力和綜合戰(zhàn)斗力具有優(yōu)點，與低壓岸電系統(tǒng)相比在安裝便捷、接用方便、自動化程度高、實用性強方面具有突出優(yōu)勢。新型艦船岸電系統(tǒng)將會是今后國內(nèi)外艦船港口發(fā)展的主要趨勢，故其關(guān)鍵技術(shù)是今后岸電系統(tǒng)研究的主要方向。

參考文獻：

[1]吳振飛,葉小松,刑鳴.淺談船舶岸電關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑電氣,2013（6）:22-26,60.

[2]盧明,劉汝梅,石強,等.國內(nèi)外港口船舶岸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀[J].港工技術(shù),2012（6）:41-44.

[3]王正甲,謝立新,萬芳.高壓岸電在散貨船上的應(yīng)用研究[J].船舶與海洋工程,2012(4):42-45.

[4]彭傳圣.靠港船舶使用岸電技術(shù)的推廣應(yīng)用[J].港口裝卸,2012(6):1-5.

[5]張國橋,穆鑫.探索岸電技術(shù)建設(shè)綠色港口-連云港船舶靠港接用岸電項目調(diào)查[J].港口經(jīng)濟,2011(1):36-38.

[6]蘇勇,章廣春,陳鋼.“中韓之星”郵輪船舶高壓岸電技術(shù)的應(yīng)用[J].港口技術(shù),2012(9):8-12.

[7]徐筱云,劉維里.船舶高壓岸電系統(tǒng)及其使用[J].航海技術(shù),2012(2):21-24.

[8]JT/T814-2012 港口船舶岸基供電系統(tǒng)技術(shù)條件[S].北京:人民交通出版社,2012.

[9]Dev Paul P.E A closer look at the at the grounding of shore-to-ship power supply system.Industrial ＆commercial power systems technical conference,2009:1-7.

[10]Marine Environment Protection Committee.2012 guide-lines on the method of calculation of the attained energy efficiency design index (EEDI) for new ships[S].London:International Marine Organization,2012.

[11]IEC/ISO/IEEE80005-1 Utility connections in port-partl:high voltage shore connection (HVSC) systems-general requirement[S].ISO:International Standard,2012.

[12]Erdal Bekiroglu,Alper Bayrak.Auomatic Synchronization Unit For The Parallel Operation Of Synchronous Generators[J].IEEE International Journal of Electrical Engineering Education,2009,(9):766-771.

[13]State of California Air Resources Board.Proposed Regulations To Reduce Emissions From Diesel Auxiliary Engines On Ocean-going Vessels While At-berth At a California.2007.

A New Shore Power System of A Warship

Jiang Peng,Sun Pan,Peng Wei
（College of Electrical Engineering,Naval University of engineering,Wuhan430033,china）

Abstract:Traditional shore power system(SPS) can’t meet the requirements of a warship.The new high voltage power supply-based SPS proposed in the paper can provide high power at both high voltage and low voltage at 400 V,to ensure the safety of power supply on the warship at different voltage classes.Compared with traditional SPS,the new SPS has advantages of energy saving,low emission,high warship fighting capacity,ship space saving by reducing equipments of ship SPS,as well as the safe,reliable,and economic operation.

Keywords:warship; new ship power system; high voltage

作者簡介：姜鵬（1987-），男，工學(xué)碩士。研究方向：電機與電器。

基金項目：海軍工程大學(xué)科學(xué)研究基金資助項目（435517J4097）

收稿日期：2015-11-19

中圖分類號：TM621.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-4862（2016）02-0078-03

關(guān)鍵字：艦船 新型岸電系統(tǒng) 高壓