智能型干式负载在舰船电站系统试验中的应用

在舰船系泊试验中[1-3]，通常采用水电阻和电抗器作 为发电机的有功、无功负载来完成电站系统的相关试验项 目。其中，水电阻的大小由水的导电性和极板在水中的面 积决定，通过调节极板升降来调节负载大小，且水温必须 控制在一定限值以下（若水温接近沸点会产生气泡，引起 负载较大波动）。同时水负载和电抗器只能分开固定放置 在码头，额外需配备试验连接电缆，这些都给试验带来了 不少困难和安全隐患。特别是在做发电机组动态性能试验 时，对负载的突加、突卸要求较高，水负载就显得力不从心了。智能型干式负载[4]具有功率组件和控制系统集成一体化和户外可移动等特点，采用计算机控制技术和强力风 冷技术，将电能通过电功率组件转换成热能，再通过负载 箱内风机将热风通过散热口排出。

本文将某型 AC450-5MVA 的智能型干式负载应用于 某型舰船电站系统的系泊试验，顺利完成了所有试验，提 高了试验质量，缩短了试验周期，取得了很好效果。

智能型干式负载主要由功率组件和控制系统两部分组成，其中功率组件主要是指功率单元（电阻和电抗器）和照明 电路、冷却风机等辅助设备；控制系统主要包括通过干式负 载箱内的微处理器实现的负载监控、负载实际计算与控制 以及通过计算机实现的远程控制及数据录入等功能。

1.1 集成一体化设计

目前国内使用的电站负载基本都是水负载，设备多、 安装繁琐、不便于移动。考虑到船厂使用的特殊性以及各 个码头资源的共享等特点，试验用智能型干式负载采用了 箱式一体化的设计理念，所有元器件都安装在一个标准的 20 英尺集装箱内（尺寸可根据负载功率大小而定），船厂可根据需要随时将负载箱吊装到任务需要进行电站系统 系泊试验的码头或场地。此外，一个负载箱内设计有两套 独立的负载装置及控制系统，且预留扩展接口，这就方便 用户有了更大的灵活性和扩展性。

1.2 负载（以一组为例，两组相同）

试验用的阻性负载可满足1kW～2200kW 内任意档位 组合，具体为 1、2、2、5、10、10、20、50、100、…200 共 19 档，总功率 2200kW，最小调节精度为 1kW。阻性 负载安装在箱内的上半部分，呈水平排列，分左右两侧安 装，可均衡热量。其材料采用不锈钢电阻器，特点是耐酸 碱、耐盐雾和使用寿命长。

感性负载可满足 1kvar～1800kvar 范围内任意档位组 合，具体为 1、2、2、5、10、10、20、50、100、…200 共 16 档，总功率 1800kvar，最小调节精度为 1kvar。感性负载 采用进口矽钢片，安装在箱体内底部两侧位置。它和阻性 负载配合，可在设计范围内调节负荷率和负载功率因素。

1.3 冷却风机

在负载箱工作时，箱内的散热很重要，因此冷却风机设计位于阻性负载下方箱体中部，冷却进风从箱体两侧百 叶窗吸入，冷却阻性负载后从箱体顶部排风口排出。这种 设计一方面符合了热量向上的原则；另一方面也考虑了运 行时对周围来往工人的安全因素。

1.4 控制及数据采集单元

负载箱内的微处理器，主要完成功率组件短路或过载 保护，根据指令控制功率单元接触器的通断等功能，并提 供外部的通信接口，从而与计算机相连实现远程控制。用 户操作端运用计算机强大的计算处理能力及友好的操作 界面，对电站系统相关数据进行分析和记录。传统的水负 载都是采用人工按钮式的操作方式，一方面一次性加减载 负载的精度不够；另一方面缺乏应有的保护，万一误操作 加载过度很可能会对试验中的发电机组造成损伤。通过计 算机操作，则可以通过输入目标负载功率，一次加载且可 调加载精度，同时系统已经对最大功率进行了限制，不会 出现加载过度的现象。

1.5 维护和保养

传统的水负载维护程序繁多，诸如清洁水池、维护极 板、检查电机和钢丝绳等等，为了提高水的沸点，使用中 还需要加盐，水负载本身还需要接水冷却。

智能型干式负载在日常的维护保养上则无需花费太 多的成本，每次试验完毕后，使冷却风机继续运行一段时 间便可对箱体进行充分冷却，平时只需对箱内元器件进行 常规检查即可。根据船厂生产管理部门的统计，它不但节 约了水资源（系泊试验约 2000t/船），同时能有效缩短试 验用负载电缆的长度（每台负载箱约省 1200m），降低了 生产成本，表 1 对其性能和特点进行了归纳。

基于智能型干式负载原理较简单，在其使用中将着重明计算。

2.1 系统软件启动

在启动软件后，点击联机后，按照页面的提示依次设置负载参数、启动风机、打开总开关后(图1)，即在计算机与负载箱之间建立了正常通信，如图2 所示。

2.2 负载控制

点击控制下拉菜单中的手动稳态试验后， 即可通过操作实现最基本的功率设定如有功功率、功率因 素，并可分配 2 套负载各自加载的功率，如图 3 所示。设 置好功率后，便进入了所有稳态试验通用的实时监测界面

其界面十分直观，左上方显示了负载信息。然后是步进加载显示（最小调节精度为1kW）；在监测界面的下方，试验人员可查看总参数（即所有负载的电流、有功功率、视在功率、功率因素、运行时间等）和单机参数，还可单击底部标签，切换显示电压、电流等曲线图。而参数显示方式也有数字显示和模拟表盘显示两种方式，可根据使用习惯切换。

2.3 数据处理

在基于计算机的远程控制与实现中，数据的采集和处理就显得更为便捷和直观。在实现常规数据存储的基础上，可自动生成数据表格或曲线供分析。与传统水负载相比，干式负载在试验中表现出良好的动态响应性能。图5 为使用干式负载完成的发电机瞬态测试记录。不难看出，动态响应时间之短和超调量之小都为高质量完成电站系统系泊试验提供了有力保证。