智能型干式负载在舰船电站系统试验中的应用

朱 炜，陈红佑

● （海军驻上海沪东中华造船(集团)有限公司军事代表室，上海 200129）

智能型干式负载在舰船电站系统试验中的应用

朱 炜，陈红佑

● （海军驻上海沪东中华造船(集团)有限公司军事代表室，上海 200129）

针对目前舰船电站系统系泊试验中使用水负载所带来的一些不足，本文提出了以智能型干式负载替代原水负载的方案，并进行实船试验验证。智能型干式负载集成了功率组件和控制系统，操作简单、可靠性高，提高了试验质量，缩短了试验周期，取得了较好的军事效益和经济效益

舰船电站系统；系泊试验；水负载；干式负载

0 引言

在舰船系泊试验中[1-3]，通常采用水电阻和电抗器作为发电机的有功、无功负载来完成电站系统的相关试验项目。其中，水电阻的大小由水的导电性和极板在水中的面积决定，通过调节极板升降来调节负载大小，且水温必须控制在一定限值以下（若水温接近沸点会产生气泡，引起负载较大波动）。同时水负载和电抗器只能分开固定放置在码头，额外需配备试验连接电缆，这些都给试验带来了不少困难和安全隐患。特别是在做发电机组动态性能试验时，对负载的突加、突卸要求较高，水负载就显得力不从心了。智能型干式负载[4]具有功率组件和控制系统集成一体化和户外可移动等特点，采用计算机控制技术和强力风冷技术，将电能通过电功率组件转换成热能，再通过负载箱内风机将热风通过散热口排出。

本文将某型AC450-5MVA的智能型干式负载应用于某型舰船电站系统的系泊试验，顺利完成了所有试验，提高了试验质量，缩短了试验周期，取得了很好效果。

1 智能型干式负载的性能及特点

智能型干式负载主要由功率组件和控制系统两部分组成，其中功率组件主要是指功率单元（电阻和电抗器）和照明电路、冷却风机等辅助设备；控制系统主要包括通过干式负载箱内的微处理器实现的负载监控、负载实际计算与控制以及通过计算机实现的远程控制及数据录入等功能。

1.1 集成一体化设计

目前国内使用的电站负载基本都是水负载，设备多、安装繁琐、不便于移动。考虑到船厂使用的特殊性以及各个码头资源的共享等特点，试验用智能型干式负载采用了箱式一体化的设计理念，所有元器件都安装在一个标准的20英尺集装箱内（尺寸可根据负载功率大小而定），船厂可根据需要随时将负载箱吊装到任务需要进行电站系统系泊试验的码头或场地。此外，一个负载箱内设计有两套独立的负载装置及控制系统，且预留扩展接口，这就方便用户有了更大的灵活性和扩展性。

1.2 负载（以一组为例，两组相同）

试验用的阻性负载可满足1kW～2200kW内任意档位组合，具体为1、2、2、5、10、10、20、50、100、…200共19档，总功率2200kW，最小调节精度为1kW。阻性负载安装在箱内的上半部分，呈水平排列，分左右两侧安装，可均衡热量。其材料采用不锈钢电阻器，特点是耐酸碱、耐盐雾和使用寿命长。

感性负载可满足1kvar～1800kvar范围内任意档位组合，具体为1、2、2、5、10、10、20、50、100、…200共 16档，总功率1800kvar，最小调节精度为1kvar。感性负载采用进口矽钢片，安装在箱体内底部两侧位置。它和阻性负载配合，可在设计范围内调节负荷率和负载功率因素。

1.3 冷却风机

设计位于阻性负载下方箱体中部，冷却进风从箱体两侧百叶窗吸入，冷却阻性负载后从箱体顶部排风口排出。这种设计一方面符合了热量向上的原则；另一方面也考虑了运行时对周围来往工人的安全因素。

1.4 控制及数据采集单元

负载箱内的微处理器，主要完成功率组件短路或过载保护，根据指令控制功率单元接触器的通断等功能，并提供外部的通信接口，从而与计算机相连实现远程控制。用户操作端运用计算机强大的计算处理能力及友好的操作界面，对电站系统相关数据进行分析和记录。传统的水负载都是采用人工按钮式的操作方式，一方面一次性加减载负载的精度不够；另一方面缺乏应有的保护，万一误操作加载过度很可能会对试验中的发电机组造成损伤。通过计算机操作，则可以通过输入目标负载功率，一次加载且可调加载精度，同时系统已经对最大功率进行了限制，不会出现加载过度的现象。

1.5 维护和保养

传统的水负载维护程序繁多，诸如清洁水池、维护极板、检查电机和钢丝绳等等，为了提高水的沸点，使用中还需要加盐，水负载本身还需要接水冷却。

智能型干式负载在日常的维护保养上则无需花费太多的成本，每次试验完毕后，使冷却风机继续运行一段时间便可对箱体进行充分冷却，平时只需对箱内元器件进行常规检查即可。根据船厂生产管理部门的统计，它不但节约了水资源（系泊试验约 2000t/船），同时能有效缩短试验用负载电缆的长度（每台负载箱约省1200m），降低了生产成本，表1对其性能和特点进行了归纳。

在负载箱工作时，箱内的散热很重要，因此冷却风机

表1 水负载和干式负载的比较

2 智能型干式负载的使用

基于智能型干式负载原理较简单，在其使用中将着重说明计算机远程智能控制实现试验过程及带来的种种便利。

2.1 系统软件启动

在启动软件后，点击联机后，按照页面的提示依次设置负载参数、启动风机、打开总开关后(图1)，即在计算机与负载箱之间建立了正常通信，如图2所示。

图1 联机设置

图2 软件运行工作界面

2.2 负载控制

在图2中，点击控制下拉菜单中的手动稳态试验后，即可通过操作实现最基本的功率设定如有功功率、功率因素，并可分配2套负载各自加载的功率，如图3所示。设置好功率后，便进入了所有稳态试验通用的实时监测界面（图4）。其界面十分直观，左上方显示了负载信息，之后是步进加载显示（最小调节精度为1kW）；在监测界面的下方，试验人员可查看总参数（即所有负载的电流、有功功率、视在功率、功率因素、运行时间等）和单机参数，还可单击底部标签，切换显示电压、电流等曲线图。而参数显示方式也有数字显示和模拟表盘显示两种方式，可根据使用习惯切换。

图3 功率设定

图4 实时监测界面

2.3 数据处理

在基于计算机的远程控制与实现中，数据的采集和处理就显得更为便捷和直观。在实现常规数据存储的基础上，可自动生成数据表格或曲线供分析。与传统水负载相比，干式负载在试验中表现出良好的动态响应性能。

图5为使用干式负载完成的发电机瞬态测试记录。不难看出，动态响应时间之短和超调量之小都为高质量完成电站系统系泊试验提供了有力保证。

3 试验过程及分析

在某型舰船电站系统系泊试验过程中，在所有用到智能型干式负载的试验场合，无论是发电机组调速、调压特性试验，还是电站系统的负载试验，或是电站系统自动控制功能试验，干式负载最小调节单位仅为 1kW，这显著提高了负载调节精度。较之水负载试验中外接电流表、功率表等附加仪表参考记录的传统做法，试验数据通过干式负载控制计算机采集完成，数据的采集和处理更加迅速、准确，试验记录更加完整、直观，极大提升了试验质量。整个电站系统系泊试验从以往的30个工作日左右缩短为12个工作日左右，提高了试验效率，缩短了试验周期。

4 结语

以智能型干式负载替代传统水负载应用于电站系统系泊试验，从某种意义上说，只是试验方法上很小的改进，但却因为采用了干式负载集成一体化设计并引入了计算机控制，使得试验的组织、过程、效果及效率都发生了较大变化。在舰船装备监造工作中，还有很多新技术、新工艺和新方法的应用需要去尝试和实践。

图5 负载瞬态响应记录

[1] 兰海,卢芳,孟杰.舰船电力系统[M]. 北京:国防工业出版社, 2013.

[2] 潘德华,罗寰.船舶电站码头试验设备分析[J]. 船电技术, 2012, 32(11): 19-21.

[3] 陈玉华.船舶电站系泊调试[J]. 机电设备, 2012(1):58-62.

[4] 邵开文,马云义.凯翔干式负载在各行业的应用[J].电源技术应用, 2009(2): 67-69.

Application of Intelligent Dry Load in Mooring Test of Warship Power Station System

ZHU Wei, CHEN Hong-you
(Navy Representatives Office of HuDong-ZhongHua Shipbuilding Co.,Ltd.，Shanghai 200129, China)

Aiming at a couple of disadvantages created by using water load in mooring test of warship power station system, a proposal of intelligent dry load substitute for water load is submitted, which is verified by the experimental results in warship.Intelligent dry load integrates power devices and control system, resulting in easy operation and high reliability, which can improve the experimental quality, short the cycle, and then the preferable economic and military benefits can be obtained.

warship power station system; mooring test; water load; dry load

TB02

A

朱炜（1979-），男，工程师，博士，从事舰船监造工作，研究方向为机电一体化。