大功率中压柴油发电机组的研发和应用

2008年 4月 第2期 船 舶 SHIP＆ BOAT April，2008 NO．2 [船舶轮机] 大功率中压柴油发电机组的研发和应用 田志定 韩想安 (708研究所 上海 200011) 程 军 (704研究所 上海 200031) [关键词]中压柴油发电机组；研发和应用 [摘 要]简要论述首台国产电力推进用的 3 000 kW船用中压柴油发电机组在机械方面研发的关键技术和机 组试验情况。 [中图分类号]U664．121 [文献标识码]A [文章编号]1001—9855(2008)02—0060—02 Development and application of a high power medium voltage diesel generator set Tian Zhiding Han Xiang’an Cheng Jun Keywords：medium vohage diesel generator set；development and application Abstract：Key techniques in mechanical development and situation of set test for China’S first 3 000 kW marine medium diesel generator set on electric propulsion is presented in this paper． 1 前 言 综合电力推进是 21世纪高附加值船舶发展的 领域之一。为确保某工程船多项专用潜救装备的安 全作业，采用综合电力推进方式最为合适。该船所 配置的大功率电动全回转推进装置和电动侧推装置 使其具有较高航速以及能在4级海况及2级流条件 下的定点定位能力。在航行和动力定位工况下，共 用一套中压6 600 V供电系统，推进、定位作业和日 常用电都由中压电网提供，这样的配置可以实现全 船能源综合利用和统筹管理，在国外的救生船和海 洋作业船、特种工程船上都已经广泛应用。然而在 我国，尤其是在军辅船上采用综合电力推进和满足 DNV船级社 DYNPOS、AUOT级要求的冗余型动力 定位系统均为首次，有一定的技术难度。总体设计 要求配置的3 000 kW 柴油发电机组，国内也无现成 产品可供选用，必须在短时间内开展中压柴油发电 机组的国内成套研究，集中力量自行研发。 2 机组研发的关键技术 近年来，对于技术难度高且具有非常规船舶综 合电力推进的设备和系统，通常都由国际著名的电 气公司整体打包供应，大功率中压柴油发电机组是 其中的一项重要设备。自行研发的大功率中压柴油 发电机组是在陆用机组的基础上，按照船用柴油发 电机组的要求，重新设计配套并通过试验验证，在技 术上是可行的。该机组由国产的 12PA6V型中速柴 油机和 TFW3000-6型发电机等相关设备组成，其中 柴油机系由推进柴油机经过若干改进后拓展为电站 原动机的。机组见图 1。 机组研发课题中，解决了多项关键技术： 2．1 提高调速精度 ，改善加载性能 调速精度和加载性能是衡量船用电站供电品质 的重要指标。经过查证，国外厂商提供的电力推进 发电机组，其瞬时调速率 控制在 10％左右，稳定 调速率6 控制在5％左右，转速稳定时间在15 S之 内，负载突加次数多达4次，这样的指标并不理想， 不能满足该船总体设计的要求。为此对 PA6柴油 机进行换装电子调速器的适配性改进研究。经过多 ：收稿 日期]2008—2一／9 [作者简介]田志定(1941一)，男，汉族，研究员，主要从事船舶轮机设计与研究工作。 韩想安(1970一)，男，汉族，高级工程师，从事船舶轮机设计与研究工作．． 程 军(／97／一)，女，汉族，高级工程师，从事船舶机做设计与研究工作。 60 维普资讯 http://www.cqvip.com 大功率中压柴油发电机组的研发和应用 图 1 3 000 kW 中压船用柴油发电机组 种电子调速器和控制器的设计仿真计算和选用 WOODWARD+EGB一10P实机配试，在发电机 组的转速、负荷及其分配控制方面都取得了很好的 效果。不仅提高了调速精度 ( ≤7％、6 ≤3％、 7≤3 s)，负载突加次数也减少为 3次 (0—40％一 70％一100％)。此项改进对于为电力推进运行着 的并联发电机组可能发生一台发电机组因故障跳闸 后，电力负荷必须自动转移至另一台发电机组从而 确保电网安全是十分有益的，同时也可与推进负载 的加载性能合理匹配，实现变工况下变化负载的最 佳控制。 2．2 热备份设计 作为自动电站使用的柴油发电机组必须具有热 备份的冗余功能，以确保拟投网使用的多台发电机 组均能处在随时可用的热机状态。为此机组增设了 滑油、淡水自动预热和滑油自动预供装置。 2．3 发电机轴承的润滑 6 600 V、3 000 kW船用发电机是国内自行研发 的水冷式无刷自励恒压三相同步发电机。受到诸多 条件的限制，其两端滑动轴承采用强制润滑方式。 为确保拟投网使用的多台发电机组均可随时起机， 必须向其轴承提供足够流量的滑油进行预供和润 滑。经过多方案的设计及实机配试验证，采用从柴 油机分流和增设独立高位油箱两者互补的润滑方式 是个好办法。与通常采用稀油站相比，简单实用安 全可靠，还可减少滑油品种。电网一旦失电时，虽然 机带滑油泵和电动滑油泵均不能工作，但高位油箱 此时仍可继续供油 15分钟，以确保备用机组可立即 起动快速联 网安全供电。发 电机轴承的润滑见 图2。 2．4 柴油机改为高低温淡水冷却 通常 12PA6柴油机为淡水、海水双循环冷却。 由于电力推进相关设备采用低温淡水冷却，电站原 动机也要相应改为高低温淡水双循环冷却。经过热 负荷核算，修正后柴油机功率可以驱动3 000 kW发 图2 发电机轴承润滑图 电机，只需将机带海水泵改成低温淡水泵使用即可。 2．5 发电机组监测装置和功率管理 对综合电力推进船舶而言，是把发电机、主配电 板、变频器和推进电动机作为一个整体来考虑的。 电力是船上唯一的能源，必须确保发电机组能正常 运行和连续供电，而且占有极大功率份额的推进设 备在加减速、停车、倒车及恶劣海况下，都会对电网 造成巨大的冲击。为使发电机的负载保持稳定，机 组设有完备的监测装置。它与功率管理系统协同工 作，在对发电机组进行监测保护的同时，对推进设备 实施功率控制、速度控制和转矩控制。一旦电网出 现故障，将会立刻采取合适的保护措施避免发生断 电故障，从而确保船舶正常运行。 3 单机组试验和陆上联调试验 经过一系列的技术攻关和样机试制，2007年4 月第一台国产 3 000 kW 船用中压柴油发电机组顺 利通过平台试验，各项性能指标达到了相关的技术 要求，既为后续机组的投产打好了基础，也填补了国 内空白，为综合电力推进的船舶提供了必需的重要 装备。目前已转入陆上联调试验。要将该船上的柴 油发电机组、中压配电板、日用变压器、监测装置和 功率管理系统等相关配套设备进行陆上成套联调试 验。除解决各设备之间接口的一致性外，还要将柴 油发电机组任意2台、3台或者 4台并联运行，使 2 台主推进器在其额定功率的20％ ～100％之间、线 性和非线性负载并存、两桨功率对称与不对称等各 种工况下安全运行，同时测量 6 600 V电网的谐波 总量，检验整个系统工作的稳定性和可靠性。期盼 国产电力推进3 000 kW 船用中压电站能再一次经 受严酷的考验。 61 维普资讯 http://www.cqvip.com