船载高压岸电受电装置的制作方法

本发明涉及一种船载高压岸电受电装置，属于船舶电气设备技术领域。

背景技术：

国际海事组织(IMO)发布的《船舶防污染国际公约》(MARPOL公约)，对防止船舶营运过程中造成污染作出了重要规定。近几年，限制船舶废气排放的法规日趋严格，国际上包括中国在内的许多港口管理部门已要求船舶停靠港口期间，应停止船舶发电机运行而使用岸电，以降低港口区域环境污染。当前，靠港船舶采用岸电能够实现节能减排，推进绿色航运，已形成共识。国家电网公司十分重视港口岸电系统的建设，近两年相继发布了Q GDW 11468— 2015《港口岸电系统建设规范》和Q GDW 11468—2016《港口岸电设备技术规范》，使岸电供电系统有了统一的标准。Q GDW 11468.1—2016《高压电源》对港口码头额定输出交流电压 1kV以上、15kV及以下、50Hz和60Hz的高压岸电电源的使用条件、技术要求、检验等项，都已十分明确，规范制定的码头港口应当向船舶供电的电压和频率等级，已经覆盖了现有国内外船舶电力系统的电压和频率等级，能满足船舶在靠港期间能有适合的电源可以接用。

由于在船舶上采用高压岸电是近几年才推行的一项新技术，目前我国有关船载接入岸电的受电装置标准，只有CB373‐85《岸电箱》这一种，该标准仅适用于船载低压岸电受电装置。由于采用高压电力系统的船舶不断增加，采用低压电力系统的船舶在靠港期间对电力的需求也日趋增大，在功率较大(例如250kW以上)时，使用高压岸电的优点十分明显。在这种形势下，中国船级社(CCS)根据IEC/ISO/IEEE 80005‐1-2012标准和IACS PM5409项目组 ABS/LR/DNV/BV制定的相关导则等文件，在船舶规范中新增加了一章内容《高压交流岸电系统》，(详见CCS钢质海船入级规范2015，第5分册第8篇第19章，人民交通出版社股份有限公司出版发行，2015年6月第1版，书号：15114·2150)，其中发布了关于“船载高压岸电连接配电柜(板)”和“岸电接入控制屏”的有关规定，对打破高压岸电上船的瓶颈有重大意义。

从船舶的实际状况而言，无论是已经投入运行的船舶还是在建船舶，其电力系统和主电站的配置都已经定型，接用高压岸电仅需增加船载高压岸电受电装置。因此，按照近年来 IEC/ISO/IEEE发布的有关国标标准和CCS等全世界著名船级社在船舶入级规范中对船舶使用高压岸电的各项要求，设计一种船载高压岸电受电装置及其与船舶电力系统组网方案，以满足各类船舶在HVSC系统中安全而方便的接入高压岸电，具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种船载高压岸电受电装置，在确保船舶接入高压岸电时能完全满足国际标准和船舶入级规范的前提下，将船载高压岸电受电装置必须配备的一、二次电器，设计为一体化安装于同一柜体内，满足各类船舶在高压岸电连接系统(HVSC系统)中安全而方便的接入高压岸电。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种船载高压岸电受电装置，主电路中一次电器包括船用耦合器HVX、高压熔断器FU、高压真空断路器QF、高压接地开关JD、氧化锌避雷器F、电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3；所述船用耦合器HVX包括船用连接器和船用输入插座，所述船用耦合器HVX的船用连接器和接入岸电的电缆相连，船用输入插座和高压真空断路器QF的进线端相连，高压真空断路器QF的出线端与电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3的初级侧进线端相连，电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3的初级侧出线端为船载高压岸电受电装置的出线母排，高压接地开关JD的进线端、高压熔断器 FU的进线端、氧化锌避雷器F的电源端分别与高压真空断路器QF的进线侧母排相连，高压接地开关JD的出线端、氧化锌避雷器F的接地端分别接地，高压熔断器FU的出线端与电压互感器TV的初级侧相连；所述电压互感器TV二次侧有两组线圈，一组星形接法为测控保护提供电压，另一组开口三角接法用于高压接地保护，所述电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3的次级侧分别有两组线圈，一组用于电流测量回路，另一组用于电流保护回路；船载高压岸电受电装置还包括感应式高压带电核相显示闭锁装置GS，感应式高压带电核相显示闭锁装置GS属于二次电器，其传感器安装在距离高压真空断路器QF进线侧约200mm 处，所述船用耦合器HVX、高压熔断器FU、感应式高压带电核相显示闭锁装置GS、高压真空断路器QF、高压接地开关JD、氧化锌避雷器F、电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3一体化安装于同一柜体内。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述船载高压岸电受电装置，所述柜体分为三层，从下往上依次为第一层、第二层、第三层，第一层分隔为接地开关室与船用耦合器及避雷器室，第二层分隔为断路器手车室与电压互感器及熔断器室，第三层分隔为继电器及仪表室与电流互感器及母排室，所述继电器及仪表室位于柜体正面，所述电流互感器及母排室位于继电器及仪表室后面。

前述船载高压岸电受电装置，在与不同船舶电力系统组网时，所述船用耦合器HVX中的船用连接器通过电缆管理系统和岸电高压电源相连接，船载高压岸电受电装置的出线母排通过船用高压电缆固定敷设至与船舶主配电板相连接。

前述船载高压岸电受电装置，与采用高压电力系统的船舶电力系统组网时，将本装置组合安装在船舶主配电板内，作为船舶主配电板的组成部分，船载高压岸电受电装置出线侧用母排与船舶主配电板的母排相连接。

前述船载高压岸电受电装置，与采用低压电力系统的船舶电力系统组网时，在船舶主电站或低压负载中心安装一台符合船舶入级规范规定的隔离型降压变压器，船载高压岸电受电装置出线侧用船用高压电缆固定敷设至隔离型降压变压器初级侧进行连接，隔离型降压变压器次级侧和变压器次总开关进线侧连接。

由于船舶入级规范所述“船载高压岸电连接配电柜(板)”的技术规格，需由两台高压开关柜组成，一台为断路器柜，主要用于接通或切断高压岸电，另一台为电压互感器柜，主要用于为监控保护提供电压；船舶规范中所述“岸电接入控制屏”，按常规标准也需要由两台开关柜组成，一台为断路器柜，主要用于控制变压器，另一台为电压互感器柜，主要用于为监控保护提供电压。与现有技术相比，本发明的有益效果是：船载高压岸电受电装置可同时取代“船载高压岸电连接配电柜(板)”的断路器柜和电压互感器柜，当无需船电与岸电并网转移负载时，还能再同时取代“岸电接入控制屏”的断路器柜和电压互感器柜，以减少船舶高压岸电系统的体积和重量，少占空间且节省投资。本装置与不同船电系统的组网方案，适用于各型船舶接入额定线电压1kV以上、15kV及以下、额定频率50Hz或60Hz的高压岸电电源。

附图说明

图1是本发明的船载高压岸电受电装置主电路；

图2是本发明船载高压岸电受电装置的柜体内分隔示意图；

图3是本发明船载高压岸电受电装置的柜体正面示意图；

图4是本发明船载高压岸电受电装置的柜体背面示意图；

图5是本发明船载高压岸电受电装置的柜体右侧面示意图；

图6是本发明船载高压岸电受电装置的柜体左侧面示意图；

图7是本发明船载高压岸电受电装置独立安装组网方案A示意图；

图8是本发明船载高压岸电受电装置独立安装组网方案B示意图；

图9是本发明船载高压岸电受电装置组合安装组网方案A示意图；

图10是本发明船载高压岸电受电装置组合安装组网方案B示意图；

图11是本发明船载高压岸电受电装置配置变压器安装组网方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

现有的船用高压开关柜，参照陆用高压开关柜的标准，要能达到船舶入级规范中所述“船载高压岸电连接配电柜(板)”的技术规格，需由两台高压开关柜组成，一台为断路器柜，主要用于接通或切断高压岸电，另一台为电压互感器柜，主要用于为监控保护提供电压；船舶规范中所述“岸电接入控制屏”，按常规标准也需要由两台开关柜组成，一台为断路器柜，主要用于控制变压器，另一台为电压互感器柜，主要用于为监控保护提供电压。上述由两台高压开关柜组成得船舶高压岸电系统的体积大、重量重、投资多。

本发明在确保船舶接入高压岸电时能完全满足国际标准和船舶入级规范的前提下，将船载高压岸电受电装置必须配备的一、二次电器，设计为一体化安装。

本发明一体化安装的船载高压岸电受电装置，即能为满足船舶入级规范中所述“船载高压岸电连接配电柜(板)”应具备的各项技术要求提供全部硬件。如图1所示，本装置主电路中一次电器包括船用耦合器HVX、高压熔断器FU、高压真空断路器QF、高压接地开关JD、氧化锌避雷器F、电压互感器TV、电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3；所述船用耦合器HVX包括船用连接器和船用输入插座，所述船用耦合器HVX的船用连接器和接入岸电的电缆相连，船用输入插座和高压真空断路器QF的进线端相连，高压真空断路器 QF的出线端与电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3的初级侧进线端相连，电流互感器TA1、电流互感器TA2、电流互感器TA3的初级侧出线端为船载高压岸电受电装置的出线母排(若电缆出线可用电缆头，将母排去除)，高压接地开关JD的进线端、高压熔断器FU的进线端、氧化锌避雷器F的电源端分别与高压真空断路器QF的进线侧母排相连，高压接地开关JD的出线端、氧化锌避雷器F的接地端分别接地，高压熔断器FU的出线端与电压互感器TV的初级侧相连；所述电压互感器TV二次侧有两组线圈，一组星形接法为测控保护提供电压，另一组开口三角接法用于高压接地保护，所述电流互感器TA1、电流互感器 TA2、电流互感器TA3的次级侧分别有两组线圈，一组用于电流测量回路，另一组用于电流保护回路；图1中的感应式高压带电核相显示闭锁装置GS属于二次电器，其传感器安装在距离QF进线侧约200mm处，上述电气器件一体化安装于同一柜体内；图1中的感应式高压带电核相显示闭锁装置GS属于二次电器，安装在继电器及仪表室门上，其传感器安装在距离QF进线侧约200mm处，其它二次电器(继电器、仪表、主令电器、指示灯等)全部安装在继电器及仪表室内或门上。

本发明实施例使用高压真空断路器(符合规范要求的规格为额定电压12kV、额定频率 50/60Hz、额定电流630A、额定对称短路开断电流25kA、非对称短路开断电流27.3kA、额定短路关合电流63kA、额定短时耐受电流3kA、4秒、额定热稳定电流25kA、额定动稳定电流63kA)，将其与其它各主要器件按规范要求的安全距离进行安装，船载高压岸电受电装置的外形尺寸(宽×深×高)可在850×1450×2200(mm)以内，与陆用交流高压10kV金属铠装抽出式开关柜(KYN28-12系列中置柜)及船舶常规使用的高压主开关板外形尺寸相仿。由于各器件在同柜一体化安装，体积比用两台开关柜小，占用船舶空间少，提高了该受电装置在船上安装使用的可行性。

如图2所示为船载高压岸电受电装置的柜体内特殊分隔示意图。柜体分为三层，从下往上依次为第一层、第二层、第三层，第一层分隔为接地开关室5、船用耦合器及避雷器室6，第二层分隔为断路器手车室3、电压互感器及熔断器室4，第三层分隔为继电器及仪表室1、电流互感器及母排室2，所述继电器及仪表室1位于柜体正面，所述电流互感器及母排室2 位于继电器及仪表室1后面。各一次电器具体安装位置需根据不同品牌的电器尺寸而定。如果选用的一次电器为国内外推出的新品牌，本装置体积还可进一步减小。

一百多年前，发明高压开关柜以来，虽型号不断换新，器件日益先进，但高压开关柜的进出线方式，都是用母排或高压电缆头进行连接，当船舶采用高压开关柜时，仍旧延续了这种进出线的传统方式。关于船舶连接高压岸电的IEC62613-2：2011《plugs,socket-outlets and ship couplers for high-voltage shore connection systems(hvsc-systems)-part 2：dimensional compatibility and interchangeability requirements for accessories to be used by various types of ships》(高压岸电连接系统〈HVSC-系统〉用电气插头插座和船用耦合器.第2部分:不同类型船舶用配件的尺寸兼容性和可互换性要求)，提出不同类型船舶在HVSC系统中应由统一标准的、具有兼容性和可互换性的电器附件连接高压岸电。本发明创新设计了一种带有船用耦合器的受电装置，其进线方式取代了高压开关板进线的传统设计，使各类船舶在全世界HVSC 系统中接用高压岸电具有兼容性。国际标准IEC62613把船用耦合器定义为“是由船用连接器和船用输入插座两部分组合而成”。如图3所示是船载高压岸电受电装置的柜体正面示意图，如图4所示是本发明船载高压岸电受电装置的柜体背面示意图，如图5所示是本发明船载高压岸电受电装置的柜体右侧面示意图，如图6所示是本发明船载高压岸电受电装置的柜体左侧面示意图，在船载高压岸电受电装置中设计了船用耦合器隔室，船用输入插座的插孔方向可根据实际需要朝向装置背面或两侧。

为了满足船载高压岸电受电装置能符合国际标准和船舶入级规范的有关要求，本发明所必须的配套的一、二次器件及其主要功能如下：

一次器件：

(1)船用耦合器(HVX)，用于由其中的船用连接器和接入岸电的电缆相连，由其中的船用输入插座接入岸电；

(2)感应式高压带电核相显示闭锁装置(GS)，主要功能为高压带电显示并输出无源开关量用于闭锁或报警、错相序显示与报警、数显三相电压平均值；

(3)开关状态指示仪(PA)，主要功能为在自带模拟图上显示主电路中各开关通/断状况、自动控制除湿加热器消除冷凝、高压带电时发出灯光显示并输出无源开关量用于闭锁或报警；

(4)高压真空断路器(QF)，拉出安装QF的手车可具有动/静触头之间的明显断开点、电动/手动分闸或合闸、跳闸切断故障电路；

(5)高压接地开关(JD)，主要用于在QF分闸后将三相电路接地，确保人身安全；

(6)氧化锌避雷器(F)，用于泄放大气过电压的侵入波和操作过电压的能量；

(7)电压互感器(TV)，其二次侧有两组线圈，一组星形接法为测控保护提供电压，另一组开口三角接法用于高压接地保护；

二次器件：

(8)电流互感器(1-3TA)，其二次侧有两组线圈，一组用于电流测量回路，另一组用于电流保护回路；

(9)高压熔断器(FU)，用于对电压互感器进行短路保护；

(10)电压表(1-4V)，1-3V用于测量岸电相电压，对高压单相接地进行监察，4V通过电压转换开关1S测量三相线电压；

(11)电流表(A)，通过电流转换开关2S测量三相线电流；

(12)频率表(Hz)，用于测量岸电频率；

(13)微机综合保护测控装置(PJ)，该装置集继电保护、测量、控制、监测、通讯、故障录波、事件记录等功能于一体，高精度测量电压、电流、频率、功率、功率因数、用电量等电气参数，保护功能有三段电流保护、过载保护、PT断线保护、接地保护及非电量保护，具有多组非电量I/O，具有和船舶自化系统的通信接口，以提高船舶智能化控制水平；

(14)按照SOLAS公约及船舶入级规范的要求，对安全保护采用冗余设计的原则，为实现本装置的双重继电保护，可在继电器室安装电流速断、过电流、过负载、相序、接地等保护用的电磁型继电器作为PJ的后备保护。

(15)本装置仪表门上配置的指示灯及主令电器(见图3中1－5H、1－3S)，都是为满足国际标准和船舶入级规范对船载高压岸电连接配电柜(板)的有关技术要求，提供的必要硬件；

(16)电磁锁(1-2KL)，1KL、2KL分别和GS、PA配套，高压带电时分别闭锁船用耦合器隔室、母排隔室的柜门。

本发明针对不同类型的船舶电力系统，设计了多种组网方案。

CCS规范第8篇第19章《高压交流岸电系统》中出示了一种典型高压岸电系统示意图，该规范同时在第19.1.1.3中表示：“若岸电系统与本章所述布置不同时，经CCS考虑，可接受具有同等安全水平的其他布置形式。”本发明受电装置在与不同类型船舶电力系统组网时，可以不改动船舶电力系统与主电站原有的主接线，设计的组网方案有如下几种：

1.独立安装组网：对已采用高压电力系统的船舶，船载高压岸电受电装置可独立安装在船上适宜的处所，用高压软电缆和本装置的船用耦合器进行连接，本装置的出线侧用船用高压电缆固定敷设至与主配电板相连接，可利用船舶主电站中某一台降压变压器进行岸电与船电隔离和降压，如图7所示为方案A：变压器与主配电板组合安装，图8为方案B：较大体积的变压器安装在其它处所。

2.组合安装组网：对拟采用高压电力系统的船舶，可将船载高压岸电受电装置组合在主配电板内，作为主配电板的组成部分。用高压软电缆和本装置的船用耦合器进行连接，本装置的出线侧与主配电板的母排相连接，如图9所示为组合安装组网方案A示意图：变压器与主配电板组合安装；如图10所示为组合安装组网方案B示意图：变压器因体积较大安装在其它处所。尤其是在岸电与船电不并网转移负载的系统中，船载高压岸电受电装置可同时取代“船载高压岸电连接配电柜(板)”和“岸电接入控制屏”，以减少船舶高压岸电系统的体积和重量，少占空间且节省投资。

3.配置变压器安装组网：对于采用低压电力系统的船舶，如果在靠港期间需求的岸电功率较大，使用高压岸电能大幅减小对接入岸电的电缆需求和降低线路损耗，可采取船载高压岸电受电装置和降压变压器配套安装的方案，这不同于用体积和重量较大的箱式变电站不便于在船上安装，本方案是在船舶适宜的处所安装船舶高压岸电受电装置，用高压软电缆和本装置的船用耦合器进行连接，在主电站或低压负载中心安装一台符合船舶入级规范规定的隔离型降压变压器TM，本装置的出线侧用船用高压电缆固定敷设至变压器初级侧进行连接，变压器次级侧和其次总开关进线侧连接，本方案示意图如图11所示，图中2QF、3QF、4QF、6QF 与8QF互锁。

船载高压岸电受电装置在制造时的外壳材料、外壳结构、涂覆、面板布置、内部布置、防护等级外壳防护等级应与安装位置相适应，并能适应海上环境长期使用。

本装置的高压断路器、接地开关、手车、二次线插头、柜门之间的机械闭锁，应当按专利申请号为201710800461.0的“船电高压装置防误操作保护方法”所述的“八防”内容执行。

本装置的制造工艺，仍可执行高压开关板的行业标准和企业标准，并应符合IEC62271-1： 2007、IEC 60092和IEC80005号出版物及GB/T11022与船舶入似规范中的相关规定。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。