某电力推进船变频电缆敷设工艺研究

程涛+刘波+许仲瑜+胡成

摘 要：本文通过对某电力推进船变频电缆的敷设工艺研究，提出一种紧凑舱室内变频电缆的敷设方法，为同类型船变频电缆的敷设提供参考意见。

关键词：电力推进船；变频电缆；敷设工艺

中图分类号：U 671.8 文献标识码：A

Abstract： By studying the variable-frequency cable laying process， this paper proposes a variable-frequency cable laying process for compact compartments of electrically propelled ship.

Key words： Electrically propelled ship； Variable-frequency cable； Cable laying process

1 前言

当今，电力推进技术得到了迅猛发展，电力推进系统在半潜船、钻井平台和大型游轮等船舶上得到广泛应用。电力推进系统由发电机组发出电能，通过变频装置控制推进电机，推进电机通过轴系带动螺旋桨，从而实现船舶推进。

为降低与其他设备和电缆间的电磁干扰，应对变频电缆敷设进行规划，达到相关工艺技术要求。本文对采用电力推进的某海洋石油工程船建造过程中变频电缆敷设进行研究探讨，提出一种紧凑舱室内的变频电缆敷设工艺，并对施工难点提出了解决方案。

2 电力推进系统简介

本船电力推进系统主要由以下部分组成：发电机组、主配电板、推进变压器、变频器、推进电机、螺旋桨等。电力推进系统的各单元的组成，如图1所示。

推进电机至变频器之间的电力电缆选用变频电缆，敷设前规划好电缆路径，变频电缆与常规电缆分开敷设，达到降低电缆间的电磁干扰的目的。

3 变频电缆选择

变频器运行过程中会产生基波和高次谐波，基波和高次谐波通过电缆进行传输，会对附近系统、设备及电缆产生电磁干扰，形成电磁波环境污染，因此选用的电缆能应对其进行尽可能的屏蔽，降低对外干扰。从变频器到电机之间的电力电缆应选用带屏蔽结构的电缆并且尽量降低敷设长度，这样可降低电磁辐射和漏电流；变频电缆具备良好的抗干扰和低辐射性能，能有效屏蔽自身传输电流基波和高次谐波对外部设备的影响，同时能抑制外部电磁辐射对自身的干扰。在安装工艺上，变频器的进线和出线按照厂家提出的安装要求进行，选用电磁兼容密封，进一步降低电磁干扰。

根据以上原则，对变频器的专用连接电缆作以下选型：外包绝缘材料方面，可采用硬质乙丙橡胶和交联聚乙烯，能承受较高电压等级的电力负载；导体结构方面，变频电缆的导体一般采用符合IEC60228[1]要求的5类软铜丝绞合导体，可较好地满足变频电缆的敷设空间较小、弯曲半径小的特性；芯线结构方面，变频电缆主要有3芯、3+E芯和3+3E芯三种结构，在理想的三相电力系统中，3+3E芯型为对称结构，可使三个绝缘接地线芯的相位一次滞后120°，形成一个对称平衡的状态，有效降低线芯间高次谐波对变频电缆的影响；屏蔽材料方面，复合型的金属屏蔽可有效屏蔽电磁波，避免电离现象对电力系统的影响。

本船的推进用电源电压为AC690 V，故变频电缆须采用1.8/3 kV等级，结合上述要求，本船变频电缆型号选用1.8/3 kV TFOI-EMC，规格为3×120+3×25 mm2如图2所示。

4 变频电缆敷设工艺

推进电机的变频电缆和电机变频器内部均存在分布式寄生电容，因为变频器PWM输出电压波形为非线性的，可以分解为基波和高次谐波，通过变频器内部及变频电缆的寄生电容产生基频和高频的电磁波，对其附近的设备和电缆产生电磁干扰。

考虑以上因素，变频电缆的敷设工艺应注意以下几点：

（1）与变频器连接的变频电缆，应单独敷设在专门的电缆托架上，专用托架与其它电缆托架分开，并保持至少200 mm的间距；变频电缆应与其他低压电缆尽可能远距离分开敷设，如果和控制电缆相交，交角要成90°直角（见图3）；变频电缆敷设时需注意电缆的保护层、屏蔽层的保护，不能出现破损表面；

（2）连接变频器与推进电机的电缆，如果是多根并联的方式，电缆拉敷和接线后，并联电缆的长度应相同，保证阻抗一致；

（3）变压器与变频器、变频器与电机之间的变频电缆铠装层/屏蔽层和接地线要求可靠接地（360°环形可靠接地），铠装层（屏蔽层）接地点是离开电缆连接处最近的接地铜排，电缆的两端铠装层/屏蔽层和接地线都要求可靠接地；

（4）禁止将过长的电缆盘成圈状放在变频机柜内，圈在一起将引起电缆发热和增加电磁辐射干扰；

（5）变频器、推进马达变频电缆的接地，应严格按照ROXTEC EMC模块安装指导进行。本船采用的变频电力电缆必须采取可靠接地措施，在电缆两端点做好内、外两层屏蔽的接地处理，所有电缆屏蔽层都要可靠接到PE点上，为避免变频器通过电缆对外干扰，接地电阻应不大于10 mΩ；

（6）推进变压器及推进变频器底部穿甲板电缆密封，采用DGM-NG型密封装置，在设备底部利用设备自带的模块式密封装置密封好后，再对设备底部甲板进行密封。

5 应用情况

某采用电力推进的海洋石油工程船，主电源采用AC6600V、50 Hz柴油发电机组，主推进变压器（6 600 V/690 V）、推进电机（交流690 V）布置在尾部，主机和烟囱位于首部，分前后主机舱，采用多股屏蔽电缆对推进电机进行供电，每台变频器到电机有20余根3×120 mm2的电缆；另一方面，该种船型的船体结构较为复杂，冗余设备多，舱室电缆通道的综合布置难度较大，对变频电缆敷设要求较高。

本船在变频电缆敷设规划时，根据工艺要求，主要考虑以下几个方面：电缆的分类敷设要求、电缆弯曲半径、电缆之间隔离、电缆的梁上开孔要满足规范要求。具体措施如下：

（1）变频电缆敷设长度尽可能一致。主变频器到电机的电缆长度至少10 m以上，同时满足电缆的弯曲半径为10倍电缆外径；变压器分别由前后机舱供电，经变频器再至推进电机，舱内的相关电缆应尽可能远离变频电缆布置位置，避免交叉布置；变频电缆敷设需考虑中压、低压电力、通信、控制等电缆的综合布置。

本船在两舷侧采用2 000×1 100 mm2的A60电缆通道（见图4），实现中压、低压、信号电缆分隔布置；尾部电机进出舱的两个水密舱盖位置避免在该位置布置电缆和设备，防止以后挡住电机出舱维修；

（2）为方便电缆布置，要求变频器、变压器等设备对称布置，变频器到推进变压器的16根3×70 mm2变频电缆由上平台下改到平台上（即变频器室地板夹层内），同时把变頻器基座提高，解决设备进线及电缆弯曲半径的要求，减少了推进电机上方电缆较多的压力；另外，推进电机的变频电缆从底部敷设，采用电缆槽安装保护；详见图5及图6。

（3）合理规划走线，确保大电缆有足够的弯曲空间，电缆的内外屏蔽层都要可靠接地，电缆连接到端子前要有一定的长度余量，电缆的重量不能加到母线排和接线端子上，拧紧螺栓时不能踩踏母线排；

（4）外接电缆由配电板底部进线，进线处用MCT密封，中压电缆端头采用专用的冷缩套管进行处理，选用EMC（电磁兼容式密封件）密封，控制电磁干扰。

6 结束语

变频电缆是电力推进系统的重要组成部分，合理敷设变频电缆，可以有效降低对附近低压控制设备的电磁干扰，确保设备正常工作。通过对某电力推进海工船的施工设计，总结出变频电缆的敷设工艺，经实船验证取得了预期效果，为后续建造的同类型电力推进船提供了较好的借鉴。

参考文献

[1]王兆安，杨军，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].机械工业出版社，2002.

[2]孙诗南.船舶电力系统研究与设计[M].国防工业出版社，1990

[3]金德昌 姜孟文 云峻峰。船舶电力推进原理[M].国防工业出版社，1993.