一种大型集装箱船谐波治理方法

一种大型集装箱船谐波治理方法

杨阳

江南造船（集团）有限责任公司  上海市   201913

摘要：船舶电网属于运行工况复杂的小型孤岛电网，受负载变化影响明显，抗干扰能力弱。因此大量变频设备产生的高次谐波会导致电压畸变，进而对整个电网造成极大的危害本文以某型24000TEU大型箱船为例，重点探讨一种抑制谐波的方法。

引言

在船舶电网中，流动的谐波电流会导致电网有功功率的损耗。特别是谐波频率高时，电网的集肤效应会使谐波损耗比基波损耗大，所以电网的谐波会导致线路附加损耗过大。为了达到船东经济环保的运营要求，大型集装箱船配置了大量的变频设备。船舶电网属于运行工况复杂的小型孤岛电网，受负载变化影响明显，抗干扰能力弱。因此大量变频设备产生的高次谐波会导致电压畸变，进而对整个电网造成极大的危害。本文以某型24000TEU大型箱船为例，重点探讨一种抑制谐波的方法。

1 大型集装箱船谐波分析

1.1 谐波的种类

电力系统中产生谐波的装置即谐波源，是具有非线性特性的用电设备。这些设备大致可分为三类：

含有铁芯设备的各磁饱和装置，如变压器，电抗器等。

电弧焊，电弧炉这种强冲击的非线性负载。

各种电力电子换流装置，是目前电力系统中最主要的谐波源。

1.2 谐波的影响

谐波的短期影响主要是造成保护装置的误动作；干扰电子系统内的控制装置（可控硅，PLC，继电保护等）；异常的振动和噪声（低压盘柜，异步电机，变压器等）；电容器过载导致异常发热而损坏；对电度计量及常用仪表指示的影响

谐波的长期影响是电源装置产生过热（变压器，发电机）；机械应力（电动产生脉动转矩）；电气设备长期过热；由于集肤效应，磁滞效应产生的附加损耗（变压器，配电导线等）

1.3 船舶电网THD值对电网污染的评估指标

注：THD为谐波总失真

2  本项目采取抑制谐波的方法：

抑制谐波的方法有很多种，本项目采用了通过有源滤波器进行消除谐波。有源滤波器的优势是动态补偿谐波，滤波效率高；不受系统影响，不会产生谐振；可以滤波，也可以同时滤波和无功补偿；不会发生过载

2.1规范对电网中谐波抑制的要求

IEC和船级社对船舶电网的谐波有严格的要求，规范主要考核的指标为电压谐波总畸变率 ,其计算公式为：

式中：为电网中基波电压的有效值；为电网中第n次谐波电压的有效值。

DNV船级社在规范Pt4 1.2.7里要求单次谐波失真不超过5%，IEC 61000-2-4 规定总电压谐波失真不超过8%。

2.2MSC项目电网系统波计算分析

1. 主要谐波源：

a)挂在脱硫塔配电板上的变频设备（共计1250KW)

b)挂在后部主配电板上的变频设备（共计1000KW)

c)挂在前部主配电板上的变频设备（共计100KW）

2. 最恶劣运行工况：

本船最恶劣的工况为：装卸货工况（不带冷箱）：1台发电机运行，总负荷3703kW（其中非线性 负荷后部主配电板，前部主配电板和脱硫塔配电板分别为1000kW，100kW和1250kW) 计算结果如下：

表格结论：

6.6KV BUS 不能满足DNV船级社的要求

0.45KV SCR BUS 脱硫系统配电板不能满足DNV船级社的要求

3.3 MSC项目的谐波治理方案

根据结果可知：0.45kV的脱硫塔配电板和6.6kV的中压配电板不能满足船级社的谐波限制的要求，故本船采用有源滤波器的方案对脱硫塔配电板进行总补偿，补偿容量为400A。补偿后的计算结果 如下：

表格结论：

在脱硫配电板下挂载400A的有源滤波器，有效降低了主配电板和脱硫配电板的THD值，使其符合规范要求。

4.总结

装有大型脱硫系统的集装箱船，在脱硫系统的分电网中挂在有源滤波器，能够有效抑制谐波的产生。本文设计了一种在电网上挂载有源滤波器的方法，可为今后的超大型集装箱船的电网设计提供参考。

参考文献

1. 中国船舶工业集团公司，中国船舶重工集团公司，中国造船工程学会. 船舶设计实用手册（电气分册）[M]. 3 版. 北京：国防工业出版社，2013.
2. 2.叶萍．船舶电力系统谐波的危害与治理[Ｊ]．船电技术，2011，31（11）58-61