CN113162036A - 船舶临界电站容量下的低压供配电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶临界电站容量下的低压供配电方法,电站内设有四台发电机,电站内设置第一母排、第二母排和第三母排,第一母排和第二母排上各连接有一台发电机,第三母排上连接有两台发电机;第一母排和第二母排之间通过第一联络开关连接,第二母排和第三母排之间通过第二联络开关连接;电站为若干常规负载和特定负载供电;常规负载连接于第一母排或第二母排;特定负载连接于第三母排;第一联络开关闭合,第二联络开关断开。本发明可以有效降低系统的最大短路容量,对负载进行分区域供电,保证了电力系统供电的连续性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域,特别涉及一种船舶临界电站容量下的低压供配电方法。
背景技术
以冷藏集装箱船为例,当其电站容量在8MW~10MW时,认为是大容量电站与小容量电站之间的临界值。而此种情况下,出于对电力系统母线处最大短路电流的顾虑,常采用中压电力系统供电方法来降低短路电流大小。该方法投资成本较高,对船舶空间布置要求高,运营中需要配专业技术人员,维护成本高,维护方法复杂。需要采用一种较为经济、可靠,低维护成本的电站设计替代方法,解决上述问题。
以某冷藏集装箱船为例,全船考虑装800个冷藏集装箱,有首侧推,没有冷箱入级符号的要求。参考单个冷箱插座功率5.5KW来估算发电机容量。发电机额定功率2450KW,共配置4台,电站总容量9.8MW,该容量认为处于大容量电站与小容量电站间的临界值。
在电力系统一般的方案设计中,当电站总容量超过8MW时,采用常规的两段式母线设计方法,母线处最大预期短路电流值有可能超过厂家提供的母线最大短路容量,同时保护开关容量以及分断能力的限制也使保护开关无法选型。因此常规AC440V的低压电站保护设备无法满足对短路电流有效保护的要求,只能选择中压供电方式。
基于常规的思路来设计,9.8MW总容量采用中压电站。需要配置中压配电板及相关的设备、6个中压变压器和中压电缆,以及增加上述设备需要的安装空间。
采用中压供电方式需要额外增加中压配电板、变压器和电缆。缺点在于:
1.经济性不高,使造船成本提高;
2.设备的增加提高了船上安装空间的要求;
3.增加能耗和空船重量;
4.中压电气设备维护方法复杂,中压电力系统操作较复杂;
5.需要专门技术人员进行运营维护。
6.中压设备出现故障后,安全隐患大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种船舶临界电站容量下的低压供配电方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
一种船舶临界电站容量下的低压供配电方法,电站内设有四台发电机,发电机的额定功率大于2MW且小于2.5MW,电站总容量大于8MW且小于10MW;电站内设置第一母排、第二母排和第三母排,第一母排和第二母排上各连接有一台发电机,第三母排上连接有两台发电机;第一母排和第二母排之间通过第一联络开关连接,第二母排和第三母排之间通过第二联络开关连接;电站为若干常规负载和特定负载供电,单个常规负载的额定功率不大于一个发电机的额定功率;特定负载的总功率大于一个发电机的额定功率而且小于两个发电机的总额定功率;常规负载连接于第一母排或第二母排;特定负载连接于第三母排;第一联络开关闭合,第二联络开关断开;第一母排和第二母排上的两台发电机中,一台发电机运行,另一台发电机运行或作为备用发电机;第三母排上的两台发电机均运行。
所述四台发电机分别为第一发电机、第二发电机、第三发电机、第四发电机;第一发电机连接于第一母排,第二发电机连接于第二母排,第三发电机和第四发电机同时连接于第三母排;第一发电机和第一母排之间设有第一发电机开关;第二发电机和第二母排之间设有第二发电机开关;第三发电机和第三母排之间设有第三发电机开关;第四发电机和第三母排之间设有第四发电机开关。
当第三母排上一台发电机发生故障时,将故障发电机退出,其他没有故障的发电机均运行,同时将第二联络开关闭合。
当第一母排或第二母排上运行的一台发电机发生故障时,其他没有故障的发电机均运行,保持第一联络开关闭合、第二联络开关断开的状态。
各个发电机开关和各个联络开关之间的逻辑联锁关系式为:
(1DG∪2DG)∩(3DG∩4DG)∩(buslink1∩buslink2)=0;
该公式中,1DG表示第一发电机开关,2DG表示第二发电机开关,3DG表示第三发电机开关,4DG表示第四发电机开关,buslink1表示第一联络开关,buslink2表示第二联络开关;
该公式表示第一发电机与第二发电机任意一台运行或同时运行时,第三发电机和第四发电机同时运行;在这种情况下,第一联络开关和第二连联络开关不能同时闭合。
各个发电机开关和各个联络开关之间的逻辑联锁关系式为:
该公式表示第一发电机与第二发电机任意一台运行或同时运行时,第三发电机故障退出,第四发电机仍正常运行,在这种情况下,第一联络开关和第二连联络开关同时闭合。
发电机为柴油发电机。
常规负载包括货舱风机负载;货舱风机负载的额定功率小于发电机的额定功率。
常规负载包括首侧推装置,首侧推装置的额定功率小于发电机的额定功率。
特定负载包括多个冷藏箱,该多个冷藏箱通过两个冷箱配电板连接于第三母排。
本发明的有益效果在于:本发明突破了冷藏集装箱船采用低压电站供电的瓶颈,在总容量8MW~10MW之间的电站,用三段母排分区供电的形式,可以采用AC440V电制。本发明降低了造船成本,简化了电力系统运行中的操作性;不需要考虑中压变压器、中压配电板的安装空间以及配置专门人员进行维护的成本;不需要考虑中压电缆单独的敷设路径;降低了设备故障下的安全隐患。本发明立足低压供电方法对中压供电方法的可替代性,采用AC440V低压电制,通过增加母排联络开关,利用3段母排分区域供电,可以有效降低系统的最大短路容量,对负载进行分区域供电,联络开关之间和发电机开关之间通过联锁等逻辑控制,保证了电力系统供电的连续性,提高了供电方式的灵活性,可以有效解决上述中压供电的问题。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的示意图。
具体实施方式
下面举个较佳实施例,并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如图1所示,一种船舶临界电站容量下的低压供配电方法:
电站内设有四台发电机,发电机的额定功率大于2MW且小于2.5MW,电站总容量大于8MW且小于10MW。发电机为柴油发电机。发电机的额定电压440V,额定频率60HZ,额定功率2450KW。
该四台发电机分别为第一发电机11、第二发电机12、第三发电机13、第四发电机14。
电站内设置第一母排21、第二母排22和第三母排23,第一母排21和第二母排22上各连接有一台发电机,第三母排上连接有两台发电机。具体为:第一发电机11连接于第一母排21,第二发电机12连接于第二母排22,第三发电机13和第四发电机14同时连接于第三母排23。
第一母排21和第二母排22之间通过第一联络开关31连接,第二母排22和第三母排23之间通过第二联络开关32连接。
第一发电机11和第一母排21之间设有第一发电机开关41;第二发电机12和第二母排22之间设有第二发电机开关42;第三发电机13和第三母排23之间设有第三发电机开关43;第四发电机14和第三母排23之间设有第四发电机开关44。
电站为若干常规负载和特定负载供电,单个常规负载的额定功率不大于一个发电机的额定功率;特定负载的总功率大于一个发电机的额定功率而且小于两个发电机的总额定功率。
常规负载连接于第一母排或第二母排;特定负载连接于第三母排。
本实施例中,常规负载包括货舱风机负载51、首侧推装置52以及日常设备53。货舱风机负载的额定功率为300KW,小于发电机的额定功率。首侧推装置的额定功率为2000KW,小于发电机的额定功率。单个日常设备的额定功率均小于发电机的额定功率。
本实施例中,货舱风机负载51连接于第一母排21;首侧推装置52连接于第二母排22。第一母排21和第二母排22上均连接有日常设备53。首侧推装置52和第二母排22之间设有首侧推电动机56,首侧推电动机56和第二母排之间设有首侧推断路器54。
本实施例中,特定负载包括800个冷藏箱,该800个冷藏箱通过两个冷箱配电板55连接于第三母排23。冷藏箱的额定功率为5.5KW,该800个冷藏箱的总功率为4400KW。
正常工作状态时,第一联络开关31闭合,第二联络开关32断开;第一母排和第二母排上的两台发电机中,一台发电机运行,另一台发电机运行或作为备用发电机;第三母排上的两台发电机均运行。具体为:第一发电机11和第二发电机12同时运行,或者其中一台发电机运行,另一台发电机为备用发电机。
当第三母排上一台发电机发生故障时,将故障发电机退出,其他没有故障的发电机均运行,同时将第二联络开关闭合。具体为:第三发电机13或第四发电机14的其中一台发电机故障时,第一发电机11和第二发电机12同时运行,第二联络开关32闭合。运行的发电机容量满足继续向全部冷藏箱和全船设备供电。
当第一母排或第二母排上运行的一台发电机发生故障时,其他没有故障的发电机均运行,保持第一联络开关闭合、第二联络开关断开的状态。具体为:第一发电机11或第二发电机12中,其中一台在运行中的发电机发生故障时,另一台发电机运行,保持第一联络开关31闭合、第二联络开关32断开的状态。运行的发电机容量满足继续向全部冷藏箱和全船设备供电。
进出港工况中某台发电机发生故障,剩余发电机容量满足符合规范要求的数量的冷藏箱和全船设备供电。
就本实施例的分区域供电方式,采用仿真软件,对电力系统单线图建模,进行各工况下全船最大短路电流仿真计算;同时通过计算系统潮流,计算各工况下通过各段母排Buslink的最大额定运行电流。
各个发电机开关和各个联络开关之间的逻辑联锁关系式为:
(1DG∪2DG)∩(3DG∩4DG)∩(buslink1∩buslink2)=0 (1)
公式(1)和公式(2)中,1DG表示第一发电机开关,2DG表示第二发电机开关,3DG表示第三发电机开关,4DG表示第四发电机开关,buslink1表示第一联络开关,buslink2表示第二联络开关。
公式(1)表示第一发电机与第二发电机任意一台运行或同时运行时,第三发电机和第四发电机同时运行;在这种情况下,第一联络开关和第二连联络开关不能同时闭合。此种情况实现分区域供电。该种运行模式降低了系统的最大短路电流。
公式(2)表示第一发电机与第二发电机任意一台运行或同时运行时,第三发电机故障退出,第四发电机仍正常运行,在这种情况下,第一联络开关和第二连联络开关同时闭合。此种情况实现了第一发电机和第二发电机作为第三发电机的备用电源为设备供电的可能。该种运行模式不仅降低了系统最大短路电流,还提高了供电灵活性。
通过计算结果,可得到本实施例的方法满足AC440低压配电母排短路电流容量的要求,能够实现系统保护功能,具有对8~10MW电站容量中压供电方式的替代能力,从而解决中压系统供电带来的问题。
本发明突破了冷藏集装箱船采用低压电站供电的瓶颈,在总容量8MW~10MW之间的电站,用三段母排分区供电的形式,可以采用AC440V电制。
本发明具有以下优点:
1、降低了造船成本,简化了电力系统运行中的操作性;
2、不需要考虑中压变压器、中压配电板的安装空间以及配置专门人员进行维护的成本;
3、不需要考虑中压电缆单独的敷设路径;
4、降低了设备故障下的安全隐患。
本发明立足低压供电方法对中压供电方法的可替代性,采用AC440V低压电制,通过增加母排联络开关,利用3段母排分区域供电,可以有效降低系统的最大短路容量,对负载进行分区域供电,联络开关之间和发电机开关之间通过联锁等逻辑控制,保证了电力系统供电的连续性,提高了供电方式的灵活性,可以有效解决上述中压供电的问题。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,电站内设有四台发电机,发电机的额定功率大于2MW且小于2.5MW,电站总容量大于8MW且小于10MW;电站内设置第一母排、第二母排和第三母排,第一母排和第二母排上各连接有一台发电机,第三母排上连接有两台发电机;第一母排和第二母排之间通过第一联络开关连接,第二母排和第三母排之间通过第二联络开关连接;电站为若干常规负载和特定负载供电,单个常规负载的额定功率不大于一个发电机的额定功率;特定负载的总功率大于一个发电机的额定功率而且小于两个发电机的总额定功率;常规负载连接于第一母排或第二母排;特定负载连接于第三母排;第一联络开关闭合,第二联络开关断开;第一母排和第二母排上的两台发电机中,一台发电机运行,另一台发电机运行或作为备用发电机;第三母排上的两台发电机均运行。
2.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,所述四台发电机分别为第一发电机、第二发电机、第三发电机、第四发电机;第一发电机连接于第一母排,第二发电机连接于第二母排,第三发电机和第四发电机同时连接于第三母排;第一发电机和第一母排之间设有第一发电机开关;第二发电机和第二母排之间设有第二发电机开关;第三发电机和第三母排之间设有第三发电机开关;第四发电机和第三母排之间设有第四发电机开关。
3.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,当第三母排上一台发电机发生故障时,将故障发电机退出,其他没有故障的发电机均运行,同时将第二联络开关闭合。
4.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,当第一母排或第二母排上运行的一台发电机发生故障时,其他没有故障的发电机均运行,保持第一联络开关闭合、第二联络开关断开的状态。
5.如权利要求2所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,各个发电机开关和各个联络开关之间的逻辑联锁关系式为:
(1DG∪2DG)∩(3DG∩4DG)∩(buslink1∩buslink2)=0;
该公式中,1DG表示第一发电机开关,2DG表示第二发电机开关,3DG表示第三发电机开关,4DG表示第四发电机开关,buslink1表示第一联络开关,buslink2表示第二联络开关;
该公式表示第一发电机与第二发电机任意一台运行或同时运行时,第三发电机和第四发电机同时运行;在这种情况下,第一联络开关和第二连联络开关不能同时闭合。
7.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,发电机为柴油发电机。
8.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,常规负载包括货舱风机负载;货舱风机负载的额定功率小于发电机的额定功率。
9.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,常规负载包括首侧推装置,首侧推装置的额定功率小于发电机的额定功率。
10.如权利要求1所述的船舶临界电站容量下的低压供配电方法,其特征在于,特定负载包括多个冷藏箱,该多个冷藏箱通过两个冷箱配电板连接于第三母排。
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