摘要：远程操作设备在当前工业中的应用越来越广泛，本文基于犁式挖沟机VMP500（Variable Multi-pass Plough）等远程控制的水下设备，主要针对3千米级的远程控制设备中应用3KV电源在实际应用上简单分析。
关键词：3KV电压 远程操控 电压保护 绝缘监控
远程控制操作设备可以适用特别恶劣的工作环境，同时可以减少人员的投入并降低安全事故的发送，且远程操控的大功率设备能很好的完成许多作业，目前在海洋行业中得到较大的应用。海洋技术中使用的深水作业设备大都使用3KV等级（简称3KV）电源，通过脐带缆传递持续能源到远程终端设备，保证远程设备的长期持续运行能力。
一、3kv供电系统在工业远程操控系统中的应用背景
随着海洋工业时代的发展，逐步迈进较深海域。渤海地处北温带，平均水深约为18米，最大水深约为85米，海况相对平静，是国内海洋工业开发的起源地，目前为止，国内有着非常成熟的技术在渤海上作业。在这种较短程的作业中，主要是通过液压、气压及电力等方式传输动力到终端，运转终端设备进行简单作业。在远程操作设备中，相对于液压动力及气压动力系统，电能动力系统最大的优势就是传输方式简便。此外，电力系统能完成复杂的作业系统，完成复杂的作业，但同时需要设备组携带电机、变压器及供配电系统等动作件外的设备。
在未来的中国海洋工业领域，需要在东海跟南海等地区进入100米以上甚至更深的海域进行作业；同时，跟随着时代的发展，需要进行越来越复杂的作业以满足现代化工艺要求，简单的液压或气压传动系统是远远不能满足需求。因此，电力系统必将在未来海洋工业领域中的占据动力主导地位，同时高压电在远程设备控制领域的工业会越来越成熟。自1987年开始，美国、英国、德国等地的煤矿行业开始普遍使用，当前3KV等级的高压使用技术已经达到了非常稳定的发展水平；自上个世纪90年代以来，我国在借鉴国外经验的基础上，逐渐也把3KV高压电应用于工业中，具备非常成熟的3kv级高压电地面使用技术。
二、3KV高压传输用电实用案例
为了满足在水下作业的犁式挖沟机及水下机器人等复杂设备运转，这些设备都必须带动50-150KW电机等大功率负荷，设备的总功率达到200-500KW直接，所以这些设备都是采用3KV的高压电，通过长度为3k米级的脐带缆传输到远程终端，供应整个系统的运行。
（一）使用3KV等级的电机
电机是整套设备动力来源，决定整套系统的应用范围及等级，因此，电机扭矩是影响整套系统关键性因素。根据公式T=9549×P/n=9549×1.732×U×I×cosφ/n，根据热量公式P=I2R，因此需要使用高压电以降低发热量。同时，电流的降低可以减小移动电缆的尺寸，大大降低了电缆的使用成本，方便远程放线操作。同时，目前3KV的高压电具备非常完善的稳压系统及其他相关设备，3KV级电机的概率因素达到了一个非常可靠的标准，经过变压器后出来的3KV三相电可以直接供电机使用，这又进一步降低电机内部的发热量。
在操作端配备完善的防爆配电柜，实现远程终端控制运行。普遍使用供电系统为380/440V的三相电，通过变压器将供电系统中的电升压到3KV后再传输到终端，在此过程中，需要在变压器两端都设置断路器，通过两级断路开关保护才能完好的实现远程终端供配电系统控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第一级断路器在变压器之前，当此处的断路器拉合之后，需要对供电电源进行如下几点确认：确定供电电压，选择变压器的变比；确定三相电相序是否符合负荷用电；确认上级供电电路无短路、漏电等异常情况。第二级开关主要是确定远程设备的状态是否激活，由于这个开关控制着远程端所有单元的电源，远程端为无人全自动化控制；因此当需要在终端进行维保检修的时候，需要对第二级断路器进行关断锁死。
（二）远程操控设备中的常用设备
在远程终端，根据负荷选择一个合适的变压器供常压电力电子设备使用，通常会使用变压器将电压降到110V级交流电，然后再进一步整流成24V和±10V直流电。随着技术的不断更新，如电灯、声呐等设备已经逐渐普遍使用24V直流电，同时其他电力电子设备的不断升级，为远程控制技术带来新的自动化功能。但在带来新功能实现的同时，对设备的负荷要求也提高了许多，同时又产生了许多热量。同理，使用110V配电到各功能箱，然后每个功能箱通过PSU或者PCB电路板变压或者直接应用于终端功能。
虽然远程终端常用设备的操作集中，但是每个终端设备都必须设有必要的保护措施，简单的一般采取熔断保护，然而大多数则是采用自动跳电加复位保护。例如设备动作这些复杂动作，需要用到多台设备的联动，而远程控制动作的时候，经常由于设备与其他结构物的接触会出现过载保护报警甚至自动跳电，盲目回收非常影响作业效率，通过复位动作可以提高作业过程中的效率、提高产出。
（三）供电监控措施
经过变压器出来的各相3KV电源，必须配备完善的监控措施以保证远程终端安全运转。首先需要监控设备对地绝缘值，其原理是通过在接地线的一端连接使用24V直流电，然后串联一个阻尼器后串联进去接地线，通过实时观测阻尼器上的响应数据监控设备系统的对地绝缘值，进而使用耦合开关控制整个系统。
然后，在远程终端使用三相电的电路一般采用/Y型连接的方式，低压侧使用连接主要是为了抑制单相对地短路故障电流，高压侧使用Y型连接是为了有效抑制中性点偏移，可连接各种中性点设备，并通过一个大电阻耦合器连接变压器中的中性点，然后串联到一个信号处理模块连接设备的对地绝缘，实时监控远程三相电路设备使用状态；而远程端的普通设备一般不使用Y型接线出来的中性点，即不使用单相电而采用两相电，对两相电相间绝缘监控技术是直接耦合其中一相电，原理上与三相电技术一样的。
最后，变压器一般采集电源各相电的路电压、电流等基本参数与输入端进行对比，然后在对电压监控得到的数据应用自动化保护装置中，建立最基本的安全供电系统；对每个回路都要设置单独的保护装置，不同于单相电路，3KV远程操控设备没有中性线，需要监控保护的是所有的传输电缆，通过降压监控实现回路灵敏反应动作。
（四）对作业人员的要求
对于操作、维护及管理3KV设备的人员是有着特殊要求，不但需要人员持有上岗证书，按规程操作，还要求人员对设备图纸熟练掌握。人员必须按公司规定严格使用手册、设置标识牌、做好运行和检修记录等规范性文件，要求作业人员维修过程中穿戴专职电工绝缘手套及绝缘靴。同时要求作业人员有工程师水准，对图纸的掌握达到一定深度，才能完成这类复杂设备的检修，比如出现故障报警是能准确判定是否需要采取紧急制停；某线路出现跳电后，需要人员在保障安全的前提下分析电路找出故障点等。此外，作业人员为提高项目收益时，需要能适当的取消系统设备的部分功能，实现远程操控设备的利益最大化。
结语
3KV高压电已经在海洋工业的远程操控设备得到了成功应用，但国内在这方面的技术非常欠缺，有很大的发展空间。远程操控设备是今后的应用会越来越广泛，诸如无人机、无人工厂等都是需要远程作业为基础的。笔者认为，目前我国已经具备3KV的高压电应用技术，同时也具备非常好智能化技术和机械制造设备，不久的将来就能要把两者结合在一起应用于远程操控设备，或是工业机器人或是远程大功率复杂设备，实现国产工业智能的现代化。
参考文献：
[1]《电力电子应用技术》-上海理工大学-莫正康-第三版
[2]电力电缆载流量计算的研究与发展-电线电缆-2010（2）
[3]《3.3kv技术措施》-2017
论文作者:谢天帮
论文发表刊物:《河南电力》2018年3期
论文发表时间:2018/6/27
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