李文涛 杨书林 郭小松

摘要：舰船供电系统的生命力必须和舰船总体的抗沉性能相适应，当舰船遭受战斗损害而保持不沉时，电站和配电系统的剩余供电能力必须保证维持舰船机动性、生命力和最低限度自卫能力所必须的重要负载的供电。本文通过对某型舰船供电系统失电恢复试验时出现的问题进行分析，在不改变系统原理的基础上，提出系统的优化改进方案，并在实船试验中验证了其有效性。

关键词：舰船电力系统;供电生命力;失电恢复;舷侧排气系统

中图分类号：U665.12            文献标示码：A

Abstract： The vitality of the warship power system must be consistent with the unsinkability of the warship. When the ship suffers combat damage and remains unsinkable， the residual power supply capacity of the power station and distribution system must supply the vital loads necessary to maintain the warship's maneuverability， necessary ship vitality and minimum self-defense capability. Based on the analysis of a problem in the power loss recovery test of a certain type of warship， this paper proposes an optimization and improvement scheme with simplified system judgment logic on the basis of not changing the system principle， and verifies its effectiveness in the real ship test.

Key words： Power system of warship;Vitality of power supply;Losing electricity recovery; Side exhaust system

1 某型舰电力系统组成

基于电力系统冗余设计理念和合理布置要求，某型舰电站一次网络系统由三段主配电板各搭载两台柴油发电机组组成。每段主配电板均可单独形成电站，为该型舰提供正常航行所需的供电，并在紧急情况下通过事故电力网系统对全船重要负载提供供电。

三段配电板由布置在两舷的舷侧配电板相互连接，通过调整舷侧跨接开关或主配电板跨接开关的分断或闭合，可对电网进行分区供电或联网供电;电站控制系统对各个跨接开关的通断状态进行判断，在确保供电系统正常的情况下，同时避免形成环网。

每段主配電板可通过母联开关的分断，来满足人员进行配电板的检修、维护等操作;三段主配电板均与岸电开关相连接，可通过任一电站的岸电开关对舰船进行供电，确保停泊状态的用电需求;除主电网外，还搭载了一定容量的UPS系统，作为全船应急电源使用。

该型舰创新融入了系统化、网络化设计理念，将电站控制系统拆分为多个子系统。其中，供电监控系统负责监测各柴油发电机组运行状态，以及负载输出的参数，并对机组进行控制;配电监控系统负责监测电网各跨接开关、配电网络至一次和二次网络开关的电力参数，并可对电操开关进行遥控操作。同时，监测所有一次网络以及负载中心内开关的电力参数以及故障状态。

位于集控中心的电力监控台，负责监测报警复示及远程遥控操作;电站系统半自动及自动控制系统程序，均集成于电力集中监控台内，由其向供电和配电监控系统发送指令，控制整个电站的运行;通过电力监控系统的远程操控和自动化功率管理，可实现类似民用船舶无人机舱的工况模式;作为整个电力系统的中央控制系统，其具备高度自动化、集成化和操作便利等优点。

2 供电系统失电恢复方案设计

2.1 失电恢复方案

在舰船供电系统发生失电后，对于失电状态下的自动和半自动恢复功能，通常有下列3种设计方案[1]：

（1）按照预先设置的优先级顺序和备车状态，优先启动顺序靠前的备用柴油发电机机组，待建立电压后自动合闸恢复供电;

（2）直接启动所有处于备车完毕状态的柴油发电机组，按照预先设置的优先级顺序，待建立电压后合闸优先级高的柴油发电机组，以恢复供电;

（3）直接启动所有处于备车完毕状态的柴油发电机组，最快建立电压的柴油发电机组合闸，以恢复供电。

考虑到舰船生命力的重要性，应从失电状态快速恢复到正常航行和战斗所需的供电状态，因此本型舰采取第（3）种恢复方案;且在失电恢复过程中，所有未合闸的备用柴油发电机组将在电网恢复供电后，自动或人为判断是否需要增机并联运行;如不需增机并联，则在延时30s后自动停止备用机组。电网失电恢复流程图，见图1所示：

2.2 柴油发电机组启动

当相应主配电板处于失电状态下，控制回路通过UPS供电，在电力监控系统收到备车信号时，可确保各机组在紧急状态下通过自动或半自动控制方式正常启动。

因该型舰具备沉浮作业工况，处于舰尾部位的5号、6号机组配备了舷侧排气系统，其启动流程与其余机组有所不同，如图2所示：

5号、6号机组启动条件为：机组向舷侧排气系统发送启动请求信号→舷侧排气系统处于高位（或低位）运行状态;高位（或低位）挡板阀打开到位，另一位置挡板阀关闭到位;高、低位泄放阀均处于关闭状态;海水冷却泵正常运行，电动喷淋阀打开到位→舷侧排气系统向机组发送启动允许信号，发电机组反馈备车信号至供电监控→机组可正常启动。

2.3 舷侧排气系统

舷侧排气系统，主要由排气管、高（低）位舷侧挡板阀、高（低）位泄放阀、海水冷却装置（冷却海水泵和电动喷淋阀）装置组成，见图3所示：

2.3.1 工作模式

（1）低位排气模式

在舰船正常吃水状态下，5号、6号机组将由低位挡板阀处排气。此时，低位挡板阀及电动喷淋阀打开，高位挡板阀及高、低位泄放阀均处于关闭状态，机组的排气经由海水冷却泵输送的海水在排气管内进行冷却，冷却后排气同海水一并从低位挡板阀处排出。

（2）高位排气模式

在舰船沉浮作业状态下，因船舶吃水线较高，低位挡板阀出口已处于浸没状态，5号、6号机组将由高位挡板阀处排气。此时，高位挡板阀及电动喷淋阀打开，低位挡板阀及高、低位泄放阀均处于关闭状态，排气同样由海水冷却后从高位挡板阀处排处。

2.3.2 系统设计

因5号、6号机组布置位置与机舱棚有较大距离，通过舷侧排气系统的设置避免了冗长的排气管，在提升空间利用率的同时，兼顾了舰船不同作业工况的吃水要求;同时减少了因排气产生的红外辐射效应，降低了舰船被探测的风险，在一定程度上起到了提高舰船生存能力的作用。

该型舰舷侧排气系统，将高（低）位挡板阀开关到位及联锁情况、海水冷却装置运行状态作为5号、6号机组正常运行和启动的重要条件，需确保机组的排气得到冷却，并在接近水面的部位排出舷侧。

3 供电系统失电恢复试验存在的问题及解决方案

3.1 5号、6号机组未能正常启动现象

在该型舰电站系统系泊试验过程中，首次进行全电站联网状态自动控制模式下的失电恢复试验，5号、6号机组未能正常启动。当时电站运行状态为：1号机组在网，其余机组均为待机备车状态;三个电站通过右舷侧配电板的三个跨接开关联网运行;5号、6号机组的舷侧排气系统处于低位排气状态。此时人为将1号机组紧急停机，造成电网失电，监控系统向所有柴油发电机组发出运行信号。其中，2号～4号机组均正常启动，最快建立电压的3号机组成功合闸并恢复供电，2号、4号机组在3号机合闸后延时30s自动停机，但5号、6号机组未能正常启动，且未发出起动失败报警。

3.2 5号、6号机组启动失败原因分析

问题发生后，对5号、6号柴油发电机组进行检查，两台机组各部件均为正常，排除因机组自身故障造成启动失败的原因;对舷侧排气系统进行检查，低位挡板阀处于正常打开状态，但系统向机组装置发送了380V失电报警，机组收到挡板阀二级故障，电站系统将其判定为机组装置一级故障，属于换机故障，该故障将闭锁5号、6号机组的备车信号，直接导致5号、6号机组无法启动。

经过进一步查验，挡板阀为气动蝶阀，阀的开关动作由压缩空气驱动，压缩空气管路的通断则由一个DC 24V电磁阀控制。因此在全船失电状态下，当压缩空气系统处于正常压力状态，该电磁阀仍由不间断电源持续供电，在收到运行信号后，DC 24V电磁阀动作，使压缩空气管路畅通，挡板阀可正常动作。但因海水冷却泵需380V电源供电，在全船失电时主电源无法启动，因此海水冷却装置在收到与运行信号后仍未正常运行，此时舷侧排气系统将向机组装置发送380V失电报警，见图4所示：

由图4可知：在失电状态下，舷侧排气系统将直接发出380V失电报警，且舷侧排气系统海水冷却泵无法正常启动，从而导致5号、6号柴油发电机组无法正常启动。所以该系统存在不合理设计。

3.3 优化改进方案

依据舷侧排气系统的设计需确保机组排气得到有效冷却，因此海水冷却装置正常运行是5号、6号机组启动的先决条件之一。

经进一步调查，海水冷却装置电动喷淋阀打开时间约为30s，因此即使冷却海水泵在收到运行信号后正常启动，在5号、6号机组启动过程中仍有约30s的时间不能得到排气冷却。因此将海水冷却装置作为5号、6号机组启动的先决条件，该设计未遵循保障舰船必要生命力的理念，存在一定的缺陷。

根据以上调查结论，对5號、6号机组运行进行调整，取消380V失电故障导致机组装置无法收到允许启动信号，并将挡板阀380V失电故障报警判定类别改为一般报警，在此状态下机组装置可正常运行。

以上实施方案，可通过软件的优化达到效果，无需对硬件设施进行任何的改动。当电网恢复供电后，舷侧排气系统得到来自主配电板的380V电源，海水冷却泵启动器在得电后正常运行泵组，对排气进行冷却。

经实船验证，5号、6号机组从启动到合闸时间在30s之内，机组启动过程中排气未得到冷却的时间与优化前相同，延续了现有硬件设施的最大舰船生命力保障。

设计优化后的5号、6号机组启动流程图，见图5：

经上述优化后，重新对自动及半自动模式电站失电恢复功能进行验证，所有机组均可正常启动，舷侧排气系统运行正常，未再次出现机组装置无法启动的情况，使问题得到了完满解决。

4 结论

通过以上方式，对该型舰供电系统原有的失电恢复原理基础上进行优化，在维持舰船必要生命力的设计理念前提下，使系统失电恢复过程迅速有效，增加了系统的稳定性，减少了故障点的存在。

该优化方案经评审后，最终在实船上验证为有效，表明该优化方案满足该型舰的实际需要。

参考文献

[1] 李勇 电网失电恢复及互锁模块化设计[J].上海船舶运输科学研究所学报， 2009年12月，第32卷第2期：16-18.

[2] GJB4000-2000 舰船通用规范 3组 电力系统[S]. 中华人民共和国国家军用标准.