2024年5月20日发(作者：桑惜蕊)
第３７卷第５期
２００８年１Ｏ月
船海工程
ＳＨＩＰ ８Ｌ（）ＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．２００８
文章编号：１６７１—７９５３（２００８）０５—００７８—０５
８ ５ ３ ０ ＴＥＵ集装箱船中压电力系统的配置
昝宪生
（上海海事职业技术学院，上海２００１２０）
摘 要：以国产８５３０ ＴＥＵ特大型集装箱船的电力系统为背景，将中压电系统与低压电系统进行比较，阐述船
舶中压电力系统的组成、安全措施和保护功能，介绍中压岸电新技术，归纳中压电系统的特点。
关键词：中压电力系统；安全措施；差动保护；中压岸电
中图分类号：Ｕ６６５．１ 文献标志码：Ａ
Ｍｅｄｉｕｍ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ
・
ｏｆ ｔｈｅ ８５３０ ＴＥＵ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｓｈｉｐ
ＺＡＮ Ｘｉａｎ－ｓｈｅｎｇ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａ１ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ８５３０ ＴＥＵ ｓｕｐｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｓｈｉｐ ｍａｄｅ ｉｎ ｃｈｉｎａ ａｎｄ
ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓａｆｅ—
ｇｕａｒｄｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｒｅ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈ—
ｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｓａｆｅｇｕａｒｄ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｒｅ ｐｏｗｅｒ
随着船舶用电量的增加、电力推进技术的应 采用中压电，每台主发电机额定电流只有３０２ Ａ，
是采用４４０ Ｖ电压等级时的１／１５。因而，主发电
用以及大功率用电设备的需要，中压电开始进
人船舶领域并发展迅速。目前，大型的集装箱
船、油船、豪华游船及电力推进船普遍采用中压
电力系统，大型船舶的侧推器几乎都使用中压
电动机。
机至中压配电板之间连接电缆的数目及截面、中
压汇流排的尺寸都可以显著减小，同时也降低了
对断路器及保护装置分断能力的要求。此外，国
际上一般将２．Ｏ～２．５ ＭＷ确定为低压发电机组
的容量上限（国内船用低压发电机的单机容量一
般不超过１．５ ＭＷ），在容量超过ｌ０ ＭＷ的大型
船舶上，安装六七台甚至更多的发电机组显然不
合理，这也是引入中压电的原因之一。
中压主配电板共有１４屏，包括：４个主发电
机控制屏、１个同步屏、２个日用变压器原方控制
沪东中华船厂为中海集团建造的８５３０ ＴＥＵ
集装箱船是国内自行设计和制造的第六代超巴拿
马特大型集装箱船，人级ＧＬ和ＣＣＳ船级社。船
舶采用６ ６００ Ｖ中压电力系统（日本ＪＲＣＳ公司
技术），体现了船舶中压电技术当前的发展水平。
１ 中压电力系统的组成
电力系统采用４台无刷同步发电机，规格为
６ ６００ Ｖ、２ ７６０ ｋＷ、６０ Ｈｚ，原动机是Ｗａｒｔｓｉｌａ
屏、２个冷藏变压器原方控制屏、１个侧推器控制
屏、１个中压岸电接收屏、２个汇流排接地屏和１
个汇流排隔离屏。根据规范要求，中压汇流排通
过隔离屏可以分成２个独立的分段。中压配电板
采用抽出式真空断路器ＶＣＢ，利用真空作为触头
间的绝缘与灭弧介质，ＶＣＢ的操作电源采用
６Ｌ３２型四冲程柴油机（转速为７２０ ｒ／ｍｉｎ）。由于
收稿日期：２００８—０６—１０
修回日期：２００８－０７—３０
ＤＣｌｌＯ Ｖ（由ＵＰＳ供电）。真空断路器本体不像
低压断路器那样带有保护装置，而由独立的数字
式继电器提供各种保护功能。
电力系统单线图口］见图１。
作者简介：昝宪生（１９５４一），男，学士，高级讲师。
研究方向：轮机自动化。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚａｎｘｉｎｓｅｎｑ＠１ ６３．ｃｏｍ
７８
８５３０ ＴＥＵ集装箱船中压电力系统的配置——昝宪生
ｏ０Ｉ９ ＞ｏ（）９ ＞ｏ（）９ ＞８
ｚＨ ｏ９ Ｚ｝｛０ ｚＨ ０９ ＺＨ ｏ９
≥）Ｉ量 ≥ ｏ９￡ ≥）Ｉ ｏ９ ≥）Ｉ晕
图１ ８５３０ ＴＥＵ集装箱船的电力系统单线图
７９
第５期 船海工程 第３７卷
侧推器的电动机（３ ０００ ｋｗ）直接使用中压
电，其余负载均使用低压电。其中，冷藏箱的电源来
自于２台冷藏变压器（６ ６００ ｖ／４５０ Ｖ，３ ２００ ｌ【ＶＡ，
△一Ｙ）的副方，其余负载的电源来自于２台日用
变压器（６ ６００ Ｖ／４５０ Ｖ，４ ０００ ｋＶＡ，△一Ａ）的副
方。
低压主配电板由日用变压器副方控制屏、低
压汇流排隔离屏、组合起动屏、４４０ Ｖ负载屏和
２２０ Ｖ负载屏等组成。２台冷藏变压器副方控制
屏各自独立且与低压主汇流排无连接关系。考虑
到环流问题，系统不允许２台日用变压器长时间
并联运行，正常航行时只使用１台，另１台作为备
用。２台日用变压器一般每隔３个月进行轮换，
轮换时允许２台变压器作短时间的并联运行。
中压电站的控制模式和操作方法与低压电站
基本相同，电力管理系统（ＰＭＳ）采用ＪＲＣＳ公司
的ＪＡＣＯＭ－２２型装置，通过ＣＡＮ现场总线技术
实现电站的全分布式控制。
２ 中压电力系统的安全措施
和低压系统不同，在中压系统中，即使在发电
机断路器分闸断电后，线路和设备上残存的电荷
仍有可能形成高压。此外，操作人员即使没有直
接接触带电部分，如果距带电部分过近、小于规定
的安全操作距离，也可能受到严重的触电伤害。
因此，如何保障安全被视为中压系统最重要的问
题，目前的中压电力系统主要采取以下安全措
施Ⅲ。
１）各控制屏内断路器室、中压电缆室（包括
电流互感器、电压互感器、接地开关等）和中压汇
流排室等相互隔离。真空断路器等中压设备安装
在控制屏的上部；低压控制室安装在控制屏的下
部；控制屏的顶部装有气体减压活门，用以释放电
弧爆炸时产生的有害气体和金属离子。
２）各控制屏均装有机械和电气连锁装置，以
确保维修保养时维修人员接触的线路无电。进行
维修时，首先要将ＶＣＢ分闸，接着用专用工具将
ＶＣＢ从“ＳＥＲＶＩＣＥ”位置拉出到“ＴＥＳＴ”位置（可
对ＶＣＢ的低压控制电路进行测试），此时ＶＣＢ的
触头与汇流排完全脱开；然后再用专用工具合上
接地开关。
仅在ＶＣＢ断开并合上接地开关的情况下，才
能打开控制屏上部的前面板，进而拿到钥匙以开
８０
启控制屏的后门。
３）主发电机与断路器之间、日用变压器和冷
藏变压器的原方与断路器之间、侧推器电动机与
断路器之间、中压汇流排两个接地屏均安装有接
地开关。接地开关（三相）的一端与接地点可靠连
接。在停电维修中压线路或设备时，合上相应的
接地开关，能保证被维修线路和设备的可靠接地、
防止电荷积累。在断路器意外合闸时，由于线路
三相接地，短路电流会使断路器立即跳闸。
３ 中压电力系统的保护功能
除了传统的过电流（长延时、短延时和瞬时）、
过压、欠压、欠频、逆功率等保护之外，中压电力系
统还具有差动保护、汇流排接地监视等功能，主要
通过微机控制的ＶＡＭＰ系列数字式继电器予以
实现。和低压系统不同，规范将差动保护列入中
压系统必备的保护。
“差动保护”是基于被保护区域两端的电流之
差而动作的一种保护，主要用于发电机和变压器
的内部保护。
图２所示为日用变压器的纵差动保护原理
示意图，保护区域是原副方电流互感器之间的
区域。
图２ 日用变压器的纵差动保护原理图
图２中的 和 分别为原副方电流互感器
的二次电流，流人差动继电器的电流为（ 一
Ｊ ）。适当选择变压器原副方电流互感器的变流
比 、 和接线方式，使得正常情况下，两个二
８５３０ ＴＥＵ集装箱船中压电力系统的配置——昝宪生
次电流大小相等、相位相同，即Ｊ：一 ，差动继电
器不动作。此时可有 ：
ｊｒ 一 一 一
６
Ｔ＂
或 １一２１２： ＝＝＝，ｚＢ
，
电磁
若在保护区外（如ｄ－１点）发生短路故障，虽
然Ｊ 和 都很大，但两者仍然大小相等、相位相
同，因而差动继电器不动作。若在保护区内（如
ｄ－２点）发生短路故障，则 一０，流入差动继电器
的电流为Ｊ ，从而使差动继电器动作，发出信号
使原副方的断路器瞬动跳闸。差动保护可以对变
压器绕组内部及两侧引出线的相间短路以及绕组
的层间短路进行保护，而这些保护恰恰是其它保
护（如短路保护）的盲区［３］。对于发电机而言，设
置差动保护的目的是对发电机定子绕组内部及其
引出线至断路器之间的线路进行保护。
传统船用电力系统的保护没有故障定位功
能，它通常是按时间原则通过断路器延时时间的
整定，以解列的方式实现故障隔离，有可能造成非
故障区域断电，很难达到较好的选择性。差动保
护在理论上具有绝对的选择性且实现原理简单，
因而可将其作为短路的主保护并将应用范围扩展
到其它线路或区域。
４ 中压岸电系统
重油或柴油在燃烧过程中会产生大量的氮氧
化物Ｎ 和硫化物Ｎ ，船舶发电机组工作时
还会产生噪声污染。因此，解决船舶的港口环境
污染问题越来越受到重视。美国率先提出：船舶
靠港期间要停止使用船舶发电机，而改用岸电供
电。
目前，这种被称为ＡＭＰ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍａｒｉｎｅ
ｐｏｗｅｒｅｄ）或ｃｏｌｄ Ｉｒｏｎｉｎｇ的码头岸电技术已在美
国的洛杉矶等多个港口应用Ｅｓ］，洛杉矶港的中压
岸电电源规格为６ ６００ Ｖ、６Ｏ Ｈｚ、２ ７００ ｋＷ，与１
台船舶主发电机的规格几乎完全相同。当然，船
舶靠岸时也可以使用低压岸电。
４．１ 中压岸电系统的组成
船舶中压岸电设施主要包括中压岸电电缆绞
车、中压岸电连接屏和中压岸电接收屏，见图３。
ＭＶＭＳＢ
． ． ． ．
／．．． ．．．．
Ｔ
Ｉ／ＶＣＢ
鞠
ｖ＼ｉ ｌ③⑨ ③⑨ｌ ｌ
中压岸电接收屏
图３中压岸电系统
两套中压岸电电缆绞车分别位于船尾左右
舷。连接岸电时，通过马达转动电缆绞车将电缆
平稳放到码头上，由码头工作人员将电缆插头与
码头上的岸电插座相连，岸电首先被引导到位于
机舱的岸电连接屏。
岸电连接屏由左舷岸电连接屏、右舷岸电连
接屏和中压岸电配电屏组成。电机员在岸电配电
屏检查岸电相序是否正确（若不对，通知码头换
相），然后分别检查岸电的电压、电流、频率、功率
等参数。若参数正常，就可在左舷（或右舷）岸电
连接屏上闭合断路器，将６ ６００ Ｖ的岸电送至中
压主配电板上的岸电接收屏，进而通过主汇流排
向船舶电网供电。
４．２中压岸电的连接方式
４．２．１断电方式
断开船上大容量的用电设备，切断并停止船
舶发电机。然后，按下岸电接收屏上的“ＣＬＯＳＥ”
按钮接通岸电。
４．２．２准同步并车方式
此种方式可以实现船电和岸电的不断电转
换。
并车的条件包括：①船舶发电机单机运行；②
电压、频率和相位相等。并车方式（手动或自动准
同步）可以通过同步屏上的转换开关进行选择（通
常选择“ＡＵＴＯ”）。并车操作可按发电机的并车
操作规程进行，但在并车过程中只能调节船舶发
电机的电压、频率和相位。
８１
第３７卷第５期
船海工程
Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．５
２００８年１Ｏ月
ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｏｃｔ．２００８
文章编号：１６７１—７９５３（２００８）０５—００７４—０４
船用同步发电机可控相复励励磁系统的仿真
武福愿，高海波，赵文科
（武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉４３００６３）
摘要：在船用同步发电机及其可控相复励励磁系统数学模型的基础上，应用Ｓａｂｅｒ仿真软件搭建仿真模
型，对仿真模型进行空载启动、突加及突卸负载以及短路等试验。结果表明，所建立的模型完全符合规范要求。
关键词：同步发电机；励磁系统；Ｓａｂｅｒ；仿真
中图分类号：Ｕ６６４．１２１ 文献标志码：Ａ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｐｈａｓｅ－ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
、ｖＵ Ｆｕ－ｙｕａｎ，ＧＡＯ Ｈａｉ－ｂｏ，ＺＨＡＯ Ｗｅｎ－ｋｅ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ１ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｐｈａｓｅ－ｃｏｍ—
ｐｏｕｎｄｉｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｕｓｉｎｇ Ｓａｂｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｕｐ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｖａｒｉ—
ＯＵＳ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｓｕｃｈ ａｓ ｆｒｅｅ ｌｏａｄ ｓｔａｒｔ，ｌｏａｄ ｓｕｄｄｅｎ ｏｎ ａｎｄ ｏｆｆ，ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ＳＯ
ｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎｄｉｃｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｄｅ１ ｃｏｎｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｒｕｌｅｓ ａｎｄ
ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｌ１．
收稿日期：２００７—１２—１２
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓ
修回日期：２００８—０３—１０
ｔｅｒｎ；Ｓａｂｅｒ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
基金项目：高速船舶工程教育部重点实验室开放课
． ．
题基金（２Ｏ０４０４９７ｏ１２）。 励磁系统是船用同步发电机的重要组成部
作者简介：￣（１９８５一），男，硕士生。 分，对发电机运行的可靠性、经济性有直接的影
研究方向：系统仿真与自动化。 响。当电力系统发生短路或因其他原因使系统电
Ｅ＿ｌｌｌａｉｌ：ａｂａ０＿ｍ ｉｌｂ０ ＠１６３．。。ｍ 压严重下降时，对发电机实行强行励磁，以提高电
若选择“ＡＵＴＯ”方式，电力管理系统ＰＭＳ
干网络的主流电制。
将视岸电为另１台船舶发电机，进行岸电和船
此外，如何在确保安全的前提下增加直接使
电的自动并车、负荷转移、船舶发电机自动解列 用中压电的负载，如何进一步完善适合中压电力
及自动停车控制。自动并车和负荷转移的过程
系统特点的继电保护等，都有待进一步研究。作
延续约１０ Ｓ，１０ Ｓ后船舶发电机的ＶＣＢ将自动
为使用管理者，尽快地熟悉中压电力系统的特点，
分闸。
严格遵守安全操作规程，对于中压电力系统的正
当负荷增加到最大值或岸电突然消失的时 常运行至关重要。
候，应立即起动１台船舶发电机。
参考文献
５ 结束语
［１］郑华耀．船舶电气设备及系统［Ｍ］．大连：大连海事大
中压系统的安全措施较之低压系统更为严
学出版社，２００４．
格，安全保护功能更趋完善。在注意并确保中压
［２］都洪基．电力系统继电保护原理［Ｍ］．南京：东南大学
电的安全问题后，中压系统可以沿用低压系统的
出版社，２００７．
运行方式。中压岸电系统可以满足港口环境保护
［３］吴志 港口供电及自动化系统［Ｍ］．大连：大连海事
的最新技术要求，有望成为大型船舶电力系统主
大学出版社，２００３．
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2024年5月20日发(作者：桑惜蕊)
第３７卷第５期
２００８年１Ｏ月
船海工程
ＳＨＩＰ ８Ｌ（）ＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．２００８
文章编号：１６７１—７９５３（２００８）０５—００７８—０５
８ ５ ３ ０ ＴＥＵ集装箱船中压电力系统的配置
昝宪生
（上海海事职业技术学院，上海２００１２０）
摘 要：以国产８５３０ ＴＥＵ特大型集装箱船的电力系统为背景，将中压电系统与低压电系统进行比较，阐述船
舶中压电力系统的组成、安全措施和保护功能，介绍中压岸电新技术，归纳中压电系统的特点。
关键词：中压电力系统；安全措施；差动保护；中压岸电
中图分类号：Ｕ６６５．１ 文献标志码：Ａ
Ｍｅｄｉｕｍ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ
・
ｏｆ ｔｈｅ ８５３０ ＴＥＵ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｓｈｉｐ
ＺＡＮ Ｘｉａｎ－ｓｈｅｎｇ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａ１ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ８５３０ ＴＥＵ ｓｕｐｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｓｈｉｐ ｍａｄｅ ｉｎ ｃｈｉｎａ ａｎｄ
ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｓａｆｅ—
ｇｕａｒｄｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｗｅｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｒｅ ｐｏｗｅｒ ｔｅｃｈ—
ｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｓａｆｅｇｕａｒｄ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｏｒｅ ｐｏｗｅｒ
随着船舶用电量的增加、电力推进技术的应 采用中压电，每台主发电机额定电流只有３０２ Ａ，
是采用４４０ Ｖ电压等级时的１／１５。因而，主发电
用以及大功率用电设备的需要，中压电开始进
人船舶领域并发展迅速。目前，大型的集装箱
船、油船、豪华游船及电力推进船普遍采用中压
电力系统，大型船舶的侧推器几乎都使用中压
电动机。
机至中压配电板之间连接电缆的数目及截面、中
压汇流排的尺寸都可以显著减小，同时也降低了
对断路器及保护装置分断能力的要求。此外，国
际上一般将２．Ｏ～２．５ ＭＷ确定为低压发电机组
的容量上限（国内船用低压发电机的单机容量一
般不超过１．５ ＭＷ），在容量超过ｌ０ ＭＷ的大型
船舶上，安装六七台甚至更多的发电机组显然不
合理，这也是引入中压电的原因之一。
中压主配电板共有１４屏，包括：４个主发电
机控制屏、１个同步屏、２个日用变压器原方控制
沪东中华船厂为中海集团建造的８５３０ ＴＥＵ
集装箱船是国内自行设计和制造的第六代超巴拿
马特大型集装箱船，人级ＧＬ和ＣＣＳ船级社。船
舶采用６ ６００ Ｖ中压电力系统（日本ＪＲＣＳ公司
技术），体现了船舶中压电技术当前的发展水平。
１ 中压电力系统的组成
电力系统采用４台无刷同步发电机，规格为
６ ６００ Ｖ、２ ７６０ ｋＷ、６０ Ｈｚ，原动机是Ｗａｒｔｓｉｌａ
屏、２个冷藏变压器原方控制屏、１个侧推器控制
屏、１个中压岸电接收屏、２个汇流排接地屏和１
个汇流排隔离屏。根据规范要求，中压汇流排通
过隔离屏可以分成２个独立的分段。中压配电板
采用抽出式真空断路器ＶＣＢ，利用真空作为触头
间的绝缘与灭弧介质，ＶＣＢ的操作电源采用
６Ｌ３２型四冲程柴油机（转速为７２０ ｒ／ｍｉｎ）。由于
收稿日期：２００８—０６—１０
修回日期：２００８－０７—３０
ＤＣｌｌＯ Ｖ（由ＵＰＳ供电）。真空断路器本体不像
低压断路器那样带有保护装置，而由独立的数字
式继电器提供各种保护功能。
电力系统单线图口］见图１。
作者简介：昝宪生（１９５４一），男，学士，高级讲师。
研究方向：轮机自动化。
Ｅ－ｍａｉｌ：ｚａｎｘｉｎｓｅｎｑ＠１ ６３．ｃｏｍ
７８
８５３０ ＴＥＵ集装箱船中压电力系统的配置——昝宪生
ｏ０Ｉ９ ＞ｏ（）９ ＞ｏ（）９ ＞８
ｚＨ ｏ９ Ｚ｝｛０ ｚＨ ０９ ＺＨ ｏ９
≥）Ｉ量 ≥ ｏ９￡ ≥）Ｉ ｏ９ ≥）Ｉ晕
图１ ８５３０ ＴＥＵ集装箱船的电力系统单线图
７９
第５期 船海工程 第３７卷
侧推器的电动机（３ ０００ ｋｗ）直接使用中压
电，其余负载均使用低压电。其中，冷藏箱的电源来
自于２台冷藏变压器（６ ６００ ｖ／４５０ Ｖ，３ ２００ ｌ【ＶＡ，
△一Ｙ）的副方，其余负载的电源来自于２台日用
变压器（６ ６００ Ｖ／４５０ Ｖ，４ ０００ ｋＶＡ，△一Ａ）的副
方。
低压主配电板由日用变压器副方控制屏、低
压汇流排隔离屏、组合起动屏、４４０ Ｖ负载屏和
２２０ Ｖ负载屏等组成。２台冷藏变压器副方控制
屏各自独立且与低压主汇流排无连接关系。考虑
到环流问题，系统不允许２台日用变压器长时间
并联运行，正常航行时只使用１台，另１台作为备
用。２台日用变压器一般每隔３个月进行轮换，
轮换时允许２台变压器作短时间的并联运行。
中压电站的控制模式和操作方法与低压电站
基本相同，电力管理系统（ＰＭＳ）采用ＪＲＣＳ公司
的ＪＡＣＯＭ－２２型装置，通过ＣＡＮ现场总线技术
实现电站的全分布式控制。
２ 中压电力系统的安全措施
和低压系统不同，在中压系统中，即使在发电
机断路器分闸断电后，线路和设备上残存的电荷
仍有可能形成高压。此外，操作人员即使没有直
接接触带电部分，如果距带电部分过近、小于规定
的安全操作距离，也可能受到严重的触电伤害。
因此，如何保障安全被视为中压系统最重要的问
题，目前的中压电力系统主要采取以下安全措
施Ⅲ。
１）各控制屏内断路器室、中压电缆室（包括
电流互感器、电压互感器、接地开关等）和中压汇
流排室等相互隔离。真空断路器等中压设备安装
在控制屏的上部；低压控制室安装在控制屏的下
部；控制屏的顶部装有气体减压活门，用以释放电
弧爆炸时产生的有害气体和金属离子。
２）各控制屏均装有机械和电气连锁装置，以
确保维修保养时维修人员接触的线路无电。进行
维修时，首先要将ＶＣＢ分闸，接着用专用工具将
ＶＣＢ从“ＳＥＲＶＩＣＥ”位置拉出到“ＴＥＳＴ”位置（可
对ＶＣＢ的低压控制电路进行测试），此时ＶＣＢ的
触头与汇流排完全脱开；然后再用专用工具合上
接地开关。
仅在ＶＣＢ断开并合上接地开关的情况下，才
能打开控制屏上部的前面板，进而拿到钥匙以开
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启控制屏的后门。
３）主发电机与断路器之间、日用变压器和冷
藏变压器的原方与断路器之间、侧推器电动机与
断路器之间、中压汇流排两个接地屏均安装有接
地开关。接地开关（三相）的一端与接地点可靠连
接。在停电维修中压线路或设备时，合上相应的
接地开关，能保证被维修线路和设备的可靠接地、
防止电荷积累。在断路器意外合闸时，由于线路
三相接地，短路电流会使断路器立即跳闸。
３ 中压电力系统的保护功能
除了传统的过电流（长延时、短延时和瞬时）、
过压、欠压、欠频、逆功率等保护之外，中压电力系
统还具有差动保护、汇流排接地监视等功能，主要
通过微机控制的ＶＡＭＰ系列数字式继电器予以
实现。和低压系统不同，规范将差动保护列入中
压系统必备的保护。
“差动保护”是基于被保护区域两端的电流之
差而动作的一种保护，主要用于发电机和变压器
的内部保护。
图２所示为日用变压器的纵差动保护原理
示意图，保护区域是原副方电流互感器之间的
区域。
图２ 日用变压器的纵差动保护原理图
图２中的 和 分别为原副方电流互感器
的二次电流，流人差动继电器的电流为（ 一
Ｊ ）。适当选择变压器原副方电流互感器的变流
比 、 和接线方式，使得正常情况下，两个二
８５３０ ＴＥＵ集装箱船中压电力系统的配置——昝宪生
次电流大小相等、相位相同，即Ｊ：一 ，差动继电
器不动作。此时可有 ：
ｊｒ 一 一 一
６
Ｔ＂
或 １一２１２： ＝＝＝，ｚＢ
，
电磁
若在保护区外（如ｄ－１点）发生短路故障，虽
然Ｊ 和 都很大，但两者仍然大小相等、相位相
同，因而差动继电器不动作。若在保护区内（如
ｄ－２点）发生短路故障，则 一０，流入差动继电器
的电流为Ｊ ，从而使差动继电器动作，发出信号
使原副方的断路器瞬动跳闸。差动保护可以对变
压器绕组内部及两侧引出线的相间短路以及绕组
的层间短路进行保护，而这些保护恰恰是其它保
护（如短路保护）的盲区［３］。对于发电机而言，设
置差动保护的目的是对发电机定子绕组内部及其
引出线至断路器之间的线路进行保护。
传统船用电力系统的保护没有故障定位功
能，它通常是按时间原则通过断路器延时时间的
整定，以解列的方式实现故障隔离，有可能造成非
故障区域断电，很难达到较好的选择性。差动保
护在理论上具有绝对的选择性且实现原理简单，
因而可将其作为短路的主保护并将应用范围扩展
到其它线路或区域。
４ 中压岸电系统
重油或柴油在燃烧过程中会产生大量的氮氧
化物Ｎ 和硫化物Ｎ ，船舶发电机组工作时
还会产生噪声污染。因此，解决船舶的港口环境
污染问题越来越受到重视。美国率先提出：船舶
靠港期间要停止使用船舶发电机，而改用岸电供
电。
目前，这种被称为ＡＭＰ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｍａｒｉｎｅ
ｐｏｗｅｒｅｄ）或ｃｏｌｄ Ｉｒｏｎｉｎｇ的码头岸电技术已在美
国的洛杉矶等多个港口应用Ｅｓ］，洛杉矶港的中压
岸电电源规格为６ ６００ Ｖ、６Ｏ Ｈｚ、２ ７００ ｋＷ，与１
台船舶主发电机的规格几乎完全相同。当然，船
舶靠岸时也可以使用低压岸电。
４．１ 中压岸电系统的组成
船舶中压岸电设施主要包括中压岸电电缆绞
车、中压岸电连接屏和中压岸电接收屏，见图３。
ＭＶＭＳＢ
． ． ． ．
／．．． ．．．．
Ｔ
Ｉ／ＶＣＢ
鞠
ｖ＼ｉ ｌ③⑨ ③⑨ｌ ｌ
中压岸电接收屏
图３中压岸电系统
两套中压岸电电缆绞车分别位于船尾左右
舷。连接岸电时，通过马达转动电缆绞车将电缆
平稳放到码头上，由码头工作人员将电缆插头与
码头上的岸电插座相连，岸电首先被引导到位于
机舱的岸电连接屏。
岸电连接屏由左舷岸电连接屏、右舷岸电连
接屏和中压岸电配电屏组成。电机员在岸电配电
屏检查岸电相序是否正确（若不对，通知码头换
相），然后分别检查岸电的电压、电流、频率、功率
等参数。若参数正常，就可在左舷（或右舷）岸电
连接屏上闭合断路器，将６ ６００ Ｖ的岸电送至中
压主配电板上的岸电接收屏，进而通过主汇流排
向船舶电网供电。
４．２中压岸电的连接方式
４．２．１断电方式
断开船上大容量的用电设备，切断并停止船
舶发电机。然后，按下岸电接收屏上的“ＣＬＯＳＥ”
按钮接通岸电。
４．２．２准同步并车方式
此种方式可以实现船电和岸电的不断电转
换。
并车的条件包括：①船舶发电机单机运行；②
电压、频率和相位相等。并车方式（手动或自动准
同步）可以通过同步屏上的转换开关进行选择（通
常选择“ＡＵＴＯ”）。并车操作可按发电机的并车
操作规程进行，但在并车过程中只能调节船舶发
电机的电压、频率和相位。
８１
第３７卷第５期
船海工程
Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．５
２００８年１Ｏ月
ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｏｃｔ．２００８
文章编号：１６７１—７９５３（２００８）０５—００７４—０４
船用同步发电机可控相复励励磁系统的仿真
武福愿，高海波，赵文科
（武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉４３００６３）
摘要：在船用同步发电机及其可控相复励励磁系统数学模型的基础上，应用Ｓａｂｅｒ仿真软件搭建仿真模
型，对仿真模型进行空载启动、突加及突卸负载以及短路等试验。结果表明，所建立的模型完全符合规范要求。
关键词：同步发电机；励磁系统；Ｓａｂｅｒ；仿真
中图分类号：Ｕ６６４．１２１ 文献标志码：Ａ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｐｈａｓｅ－ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
、ｖＵ Ｆｕ－ｙｕａｎ，ＧＡＯ Ｈａｉ－ｂｏ，ＺＨＡＯ Ｗｅｎ－ｋｅ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅ１ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｐｈａｓｅ－ｃｏｍ—
ｐｏｕｎｄｉｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｕｓｉｎｇ Ｓａｂｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｕｐ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｖａｒｉ—
ＯＵＳ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｓｕｃｈ ａｓ ｆｒｅｅ ｌｏａｄ ｓｔａｒｔ，ｌｏａｄ ｓｕｄｄｅｎ ｏｎ ａｎｄ ｏｆｆ，ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ＳＯ
ｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎｄｉｃｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｏｄｅ１ ｃｏｎｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｒｕｌｅｓ ａｎｄ
ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｌ１．
收稿日期：２００７—１２—１２
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓ
修回日期：２００８—０３—１０
ｔｅｒｎ；Ｓａｂｅｒ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
基金项目：高速船舶工程教育部重点实验室开放课
． ．
题基金（２Ｏ０４０４９７ｏ１２）。 励磁系统是船用同步发电机的重要组成部
作者简介：￣（１９８５一），男，硕士生。 分，对发电机运行的可靠性、经济性有直接的影
研究方向：系统仿真与自动化。 响。当电力系统发生短路或因其他原因使系统电
Ｅ＿ｌｌｌａｉｌ：ａｂａ０＿ｍ ｉｌｂ０ ＠１６３．。。ｍ 压严重下降时，对发电机实行强行励磁，以提高电
若选择“ＡＵＴＯ”方式，电力管理系统ＰＭＳ
干网络的主流电制。
将视岸电为另１台船舶发电机，进行岸电和船
此外，如何在确保安全的前提下增加直接使
电的自动并车、负荷转移、船舶发电机自动解列 用中压电的负载，如何进一步完善适合中压电力
及自动停车控制。自动并车和负荷转移的过程
系统特点的继电保护等，都有待进一步研究。作
延续约１０ Ｓ，１０ Ｓ后船舶发电机的ＶＣＢ将自动
为使用管理者，尽快地熟悉中压电力系统的特点，
分闸。
严格遵守安全操作规程，对于中压电力系统的正
当负荷增加到最大值或岸电突然消失的时 常运行至关重要。
候，应立即起动１台船舶发电机。
参考文献
５ 结束语
［１］郑华耀．船舶电气设备及系统［Ｍ］．大连：大连海事大
中压系统的安全措施较之低压系统更为严
学出版社，２００４．
格，安全保护功能更趋完善。在注意并确保中压
［２］都洪基．电力系统继电保护原理［Ｍ］．南京：东南大学
电的安全问题后，中压系统可以沿用低压系统的
出版社，２００７．
运行方式。中压岸电系统可以满足港口环境保护
［３］吴志 港口供电及自动化系统［Ｍ］．大连：大连海事
的最新技术要求，有望成为大型船舶电力系统主
大学出版社，２００３．
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