论述新型变压器在船舶电力推进系统中的应用

论述新型变压器在船舶电力推进系统中的应用

陈水庆

珠海太平洋粤新海洋工程有限公司珠海519110

摘要：电力电子技术的发展带动了新型变压器技术的进步，从而为船舶电力系统创造了良好的发展机遇，当前新型变压器在船舶电力推进系统中广泛应用，对船舶中的电网系统、发电机及电子设备有很强的保护作用，减少了电路谐波对整个推进系统的影响，提高了推进系统的电路安全和信息电磁系统响应速度。本文对船舶电力推进系统进行介绍，分析了船舶电力推进系统的特点，并针对新型变压器在系统中的作用进行了详细的分析。

关键词：新型变压器；船舶系统；电力推进系统

1.船舶电力推进系统介绍

对船舶推进系统而言，有能源推进和电力推进，随着电力技术的发展，电力推进系统在船舶中应用成为可能性，并且实现了电力推进和日常用电一致的综合电力系统。在现代的船舶电力推进系统中，发动机-发电机模式是常见的推进模块，这一工作模块根据船舶不同负载而调节发电机组模块的工作，实现电力系统分配高效率和合理性，这就对推进系统中的变压器提出了更高的要求。船舶电力推进系统主要的组成元件为发电机、变压器、变频设备、驾驶设备、推进电动机及螺旋桨等。船舶电力推进系统的原动机带动发电机进行发电，并通过配电板分配到船舶的用电设备中，其中用于推进电机的交流电要利用变压器进行升压，当前在船舶推进系统中常见的电压等级有6.6KV、12KV、20KV和36KV等。变压器应用的目的是减少推进电机的尺寸和线路的电力损害，将电能直接升压转变为高压交流电，再经过电流整流器转变为直流电，根据推进系统的要求进行再次逆变整流和频率调整，最终满足推进电力的电能需要。船舶电力推进系统的优点是操作灵活简单、机动性较强，可以根据船舶推进方向改变推进系统设置，使得原动机和螺旋桨之间不依赖于转速限制，从而提高船舶电力推进系统的稳定性。

2.船舶电力推进系统的特点

2.1发电容量受限制

相对于陆地上的大电网系统，船舶推进系统中的电网采用组网方式，其发电容量和设备的空间都受到船体的限制，同时其对于非线性符合的扰动抵抗能力较低，整个电力推进系统很容易受到谐波的影响。再者，电力推进系统的短路容量较小，电压波动受到冲击电荷的影响较大，从而引起系统功率变化，因此在船舶电力推进系统中，要重点解决电压波型畸变、供电频率偏差的问题，提高变压器的变压性能，减少谐波对变压器的干扰，提高船舶电力系统中供电稳定性。

2.2系统容量简单

船舶电力系统的电源来源于发电站，通常而言，船舶中的电力来源只有一个电站，采用同等型号和发电容量的发电机，其主要采用的动力系统是柴油机，应用核能作为驱动力的船舶较少，船舶系统容量和负载功率是可以比拟的，其电源提供的电能有限。再者，船舶电力系统的输电距离较短，电压等级较低，虽然需要在较短的电路系统中快速提高电压，满足电动机的工作需要，但是其变电站、配电设备等依然相对较为简单。

2.3电力网的可靠性较强

由于船舶上的空间有限，同时其外部运行环境较为恶劣，配电电压较低，输电距离较短，因此船舶电力推进系统常采用船舶电缆，其发生雷击和外力破坏的概率较低。但是船舶电力推进系统的谐波频率较高，导线产生的电阻较大，其线路谐波损耗较高，由于船舶电缆距离较短，容易产生电压谐振，线路上产生明显的过电压，甚至出现电压波形尖峰，对电缆绝缘的损坏作用较大。因此，需要经过变压器系统对电压进行提升，并维持电压稳定性，减少对船舶动力设备的损耗。

3.新型变压器在船舶电力推进系统中作用

3.1保护电网系统

谐波电流在电网中流动会引发功率损耗，从而对电网线路造成严重损害，相对于基波电流，谐波电流的电流量较低，但是由于其频率较高，容易产生集肤效应，从而产生的电压损害较大。新型变压器可以减少谐波的存在，降低谐波电流对电网电压的损耗，降低电网运行的负荷密度，消除产生的电压谐振，从而减少线路上产生的过电压。再者，变压器设置在负荷中心位置并保持电压四周辐射扩散，保持电网总电阻和供电容量相同，减少了电路分支的分压，从而将电网能耗控制在一定范围内，增强了对电网系统的保护力度。

3.2保护发电机

在船舶电力推进系统中，发电机定子绕组流过谐波电流后，会产生于谐波频率相对应的旋转磁场，感应出谐波电流，对不同的发电机而言，谐波电流的流动区域不同，但是谐波电流会引发各部分表层流动，对发电机产生能量损害，变压器应用可以将发电机产生的电压提升为电动机需要的电压，其串联与电源和发电机之间，发挥受控电压源的作用，根据电源电压中的谐波分量，并产生一个反谐波电压，平衡谐波产生的电压，从而治理发电机的电压谐波负载，维持发电机和推进系统之间的电压稳定。

3.3保护船舶电子设备

船舶电子设备很容易受到高次谐波的信号干扰，从而影响电子设备正常的载波通讯，例如电话通讯系统，供电系统谐波频率就在其工作频率范围内，两者之间的功率差别较小，谐波很容易干扰通话系统。新型变压器配备新型的滤波系统，变压器通过电流一侧的电流波形稳定的畸变率较低，能够有效抑制谐波的流通路径，其交流网则产生了正弦波匹配电子设备。再者，船舶的导航设备等电子元件控制设备，需要可靠稳定的工作电压，不同元件的干扰信号容量有限，轻微的电压波动干扰都会产生谐波干扰，变压器设备通过电压提升或者降低来消除干扰电波，保护电子设备正常运行。

3.4选择合理的变压器设备

新型变压器对电力推进系统中的谐波有很强的消除和控制作用，保证系统电压的稳定性，对新型变压器选择要考虑船舶的特殊性，选择合适的电压容量，如果其变压器容量选择不当，就会影响船舶系统的供电效率，或者造成供电负荷较大，影响变压器的正常使用。再者是新型变压器型号的选择，当前常用的变压器主要有三种：第一种是非晶合金铁芯变压器，具有很强的空载损耗控制性能，减少了空载电流，第二种是卷铁芯全密封型配电变压器，这种变压器噪音小，充分发挥了硅钢片的取向性能；第三种是有载自动调容配电变压器，这种变压器使用线圈的串并联模式接线，并设有载调容开关，通过变压器低压侧的电流互感器和控制器提供负荷状况和自动调档。

3.5新型变压器的发展趋势

在船舶电力推进系统中，差动保护是变压器的主流配置，其基于基希霍夫定律建立差动保护系统，具有很强的灵敏度和高运转性，当前新型变压器要重点解决两个问题，首先是鉴别励磁电流和故障电流，再者是要实现故障识别智能化。励磁涌流产生和空载合闸角、变压器剩磁、铁芯材料性质有直接关系，因此励磁涌流检测较为复杂，也影响了差动保护动作的正确性。新型变压器要完善差动保护系统的设计缺陷，从励磁涌流和故障电流的波形特征分析，识别两种电流产生的谐波电流，并通过反谐波电压来消除谐波电流，增强电网系统电压稳定性。

4.结语

综上所述，随着电力技术发展，船舶电力推进系统也逐步完善，针对系统中变压器存在的问题进行深入研究，各种新型的变压器在电力推进系统中应用，有效消除传统变压器中存在的励磁涌流和内部故障电流的难题，摆脱励磁涌流对电力推进系统影响，有效识别变压器故障，提高电力系统的稳定性。

参考文献：

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