关于船舶上的小容量电力系统电能质量分析

蒋攀

摘要：本文介绍了船舶中电力系统分类及电力系统的电能质量要求。研究电力系统的电能质量要求对于提高电能质量有重大的指导作用和意义。

关键词：电能质量；波形；电压；电流

前言

随着电力设备的应用，电力系统问题已经引起了人们的广泛关注。船舶上的小容量电力系统是一个独立的系统，正常状态下以稳定的频率和幅值对设备供电。但由于电力系统中各种设备的非线性等问题，电力系统往往会出现很多问题，因此要积极研究电力系统，保证船舶电力系统能够的正常工作。

1.电力系统中电能质量的分类

电能质量分为稳态电能质量和暂态电能质量两类。稳态电能质量主要是由于波形畸变导致的电能问题，具体表现为出现谐波、电压闪变、陷波和三相不对称。其中谐波主要是指电压和电流的波形出现谐波，电压闪变的最突出变化是电压的幅值或者调制频率的波动，陷波主要表现在持续时间和幅值上。暂态电能质量主要是由于正弦波发生畸变，其特征是频谱和暂态持续时间。暂态电能质量的具体表现是暂态谐振、暂态脉冲和瞬时电压的上升和下降。其中暂态电能主要表现在波形、峰值和持续时间上，暂态脉冲主要体现在电压上升时间、峰值和持续时间上。

2.船舶上小容量电力系统电能界面要求

2.1电制

船舶上的主电力系统采用三相380V、50Hz的不接地制，主电力系统经过电压器变电后为照明系统供电，照明系统为220V、50Hz不接地制。

船舶上的二次电力系统采用50Hz、380V单相或三相制，也可以是50Hz、220V单相或三相制，或者是50Hz、115V单相或三相制。其中50Hz也可以用400Hz代替。

船舶上用电时，对于大于或者等于5KVA的电器，电压要求选用380V、三相交流电。对于小于5KVA的器械，也首先推荐选用380V、三相交流电，其次推荐选用380V、单向交流电；220V、三相或单相交流电，最后推荐选用115V的三相或单相交流电。对于400Hz的航空设备，要求选用220V或者115V的三相、四线、中性线接地制。

选用电压后，还要考虑频率问题，推荐使用的频率是50Hz和400Hz。

2.2电能界面要求

在用电设备的输入端，设置有电能的供电界面，用电设备内部需遵守供电界面的规定。

用电设备的电力界面应符合一定的规定，在规定情况下用电设备必须能正常使用，同时发电配电设备也有相应的规定。

3. 船舶上小容量电力系统的电能质量要求

3.1电力类型

船舶上的电力分为3种类型，Ⅰ型50Hz电力，Ⅱ型400Hz电力和Ⅲ型400Hz电力。

（1）Ⅰ型50Hz电力。

船舶中主配电系统为50Hz380V不接地系统。通过变压器变成220V50Hz为照明系统供电，转变成三相的220V50Hz向其他设备供电。

（2）Ⅱ型400Hz电力和Ⅲ型400Hz电力。

船舶中的变电设备应该能提供Ⅱ型400Hz电力和Ⅲ型400Hz电力，当前者无法使用时，才采用后者供电。

3.2电能质量要求

以下优选推荐为Ⅰ型电力，其次推荐为Ⅱ型电力，最后推荐为Ⅲ型电力。

（1）电压允差要求。

优选标准：电压有效值380V或者220V，三相电压的平均允差5%以内，任一线电压容差7%以内，电压周期变化允差2%以内。

其次推荐：电压有效值380V或者220V或者115V，三相电压的平均允差5%以内，任一线电压容差7%以内，电压周期变化允差2%以内。

最后推荐：电压有效值380V或者220V或者115V，三相电压的平均允差2%以内，任一线电压容差3%以内，电压周期变化允差1%以内。

（2）频率允差要求。

优选标准：标称频率50Hz，允差3%以内，周期变化允差0.5%，瞬态允差4%以内。

其次推荐：标称频率400Hz，允差3%以内，周期变化允差0.5%，瞬态允差4%以内。

最后推荐：标称频率400Hz，允差3%以内，周期变化允差0.5%，瞬态允差1%以内。

（3）谐波要求。

优选标准：最大单次谐波含量3%以内，正弦畸变率5%，偏离系数5%以内。

其次标准：最大单次谐波含量3%以内，正弦畸变率5%，偏离系数5%以内。

最后推荐：最大单次谐波含量2%以内，正弦畸变率3%，偏离系数5%以内。

应用中首选优选推荐的标准。

（4）电压、电流不平衡允差要求。

优选推荐：线电压不平衡在3%以内，电流不平衡允差在5%以内。

其次推荐：线电压不平衡在3%以内，电流不平衡允差在5%以内。

最后推荐：线电压不平衡在2%以内，电流不平衡允差在15%以内。

（5）暂态和瞬态电压要求。

优选推荐：瞬态电压允差6%以内，瞬态电压恢复时间2s，电压峰值380V系统中为2500V，220V系统中为1700V。

其次推荐：瞬态电压允差16%以内，瞬态电压恢复时间2s，电压峰值380V系统中为2500V，220V系统中为1700V，115V系统中为1000V。

最后推荐：瞬态电压允差5%以内，瞬态电压恢复时间0.25s，电压峰值380V系统中为2500V，220V系统中为1700V。

（6）供电连续性要求。

可靠的供电连续时间可以保证用电设备在突然断电时工作不受影响，当电源突然断电时，电源开关能够迅速转换用电设备至备用电源。要求转换时间在0.5～20s之间，最长转换时间不能超过2min。

（7）浪涌要求。

浪涌电流是指电流瞬间的突升和突降。对于浪涌电流应该做到几下几点。

1） 尽量避免用电设备突然启动和工作状态突然变化导致的浪涌电流。

2） 当用电设备每天启动小于10次时，浪涌电流的电压跌落应在额定电压的16%以内，或者5%以内。

3） 当用电设备每天启动多于10次时，浪涌电流的电压跌落应在额定电压的10%以内，或者3.5%以内。

在船舶中使用电力系统时，应该严格遵守上述的电能质量要求。

4.结束语

船舶中的电力系统是一个小容量的独立系统。电力系统问题直接影响着船舶中各种设备的运行，甚至影响船舶的运行。因此船舶的电力对于航行有着重要的意义。改善电力质量，并提高电力品质，对于提高船舶电力系统的运行稳定性，保证船舶的正常运行有着重要作用。

5.参考文献：

[1]李豪举. 电力推进船舶电能质量分析[D].江苏科技大学，2010.