祝正佳

摘要：船舶電力系統(tǒng)分為船舶電站和船舶電力網(wǎng)兩部分，擔(dān)負(fù)著將不同形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，并將電能輸送分配給各個(gè)用電設(shè)備的任務(wù)。文章介紹了37000DWT大艙口散貨船電氣系統(tǒng)，包括電力、自動(dòng)化、通導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及技術(shù)攻關(guān)。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動(dòng)化；配電設(shè)備；船舶通訊；船舶電站

中圖分類(lèi)號(hào)：U661 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）19-0042-03

1船型介紹

本船為球艏、方艉、單槳，柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的散貨船。設(shè)有大開(kāi)口貨艙，適于運(yùn)載干散貨，如谷物、煤、原木和包裝木材等。設(shè)有5個(gè)貨艙和裝有4臺(tái)克令吊。

型長(zhǎng)Loa（m）：180米；型寬B（m）：30米；設(shè)計(jì)吃水d（m）：9.5米；結(jié)構(gòu)吃水ds（m）：10.15米；型深B（m）：14.8米。

本船入級(jí)LR船級(jí)社，入級(jí)申請(qǐng)無(wú)人機(jī)艙。文章以我司建造的37000DWT大艙口型散貨船的電力系統(tǒng)為例，以電氣設(shè)計(jì)的角度出發(fā)從若干方面介紹船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。

2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：

船舶電力系統(tǒng)分為船舶電站和船舶電力網(wǎng)兩部分，擔(dān)負(fù)著將不同形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，并將電能輸送分配給各個(gè)用電設(shè)備的任務(wù)。

2.1電力負(fù)荷

一般采用三類(lèi)負(fù)荷法對(duì)船用設(shè)備分類(lèi)估算，據(jù)此選配發(fā)電機(jī)的容量和臺(tái)前期通過(guò)對(duì)用電設(shè)備容量的計(jì)算，須由輪機(jī)、舾裝專(zhuān)業(yè)提供設(shè)備所需的實(shí)際功率，經(jīng)過(guò)機(jī)械效率和電機(jī)效率的換算之后計(jì)算出一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的負(fù)荷功率。

依據(jù)《船舶設(shè)計(jì)使用手冊(cè)（電氣分冊(cè)）》的程序和公式計(jì)算得出，全船電力負(fù)荷如下：

一類(lèi)負(fù)荷總功率（kW）：進(jìn)出港467.02；海上航行246.69；應(yīng)急102.75；停泊306.91。

二類(lèi)負(fù)荷總功率（kW）：進(jìn)出港135.07；海上航行119.33；應(yīng)急2.00；停泊59.10。

總負(fù)荷（kW）：進(jìn)出港602.08；海上航行366.03；應(yīng)急104.75；停泊366.01。

考慮網(wǎng)損后負(fù)荷（kW）：進(jìn)出港632.19；海上航行384.33；應(yīng)急109.99；停泊384.31。

選用發(fā)電機(jī)（臺(tái)×kW）：進(jìn)出港2×440；海上航行1×440；應(yīng)急1×440；停泊1×440。

效率（%）：進(jìn)出港71.84；海上航行87.35；應(yīng)急87.99；停泊87.34。

2.2電站配備

主電站和應(yīng)急電站的配備，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，考慮到電站總?cè)萘亢蛡溆冒l(fā)電機(jī)的使用情況以及機(jī)艙空間的大小，該船選取3臺(tái)發(fā)電機(jī)是比較合理的方案。而應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量按SOLAS和船級(jí)社規(guī)范要求將必要的應(yīng)急負(fù)荷計(jì)算在內(nèi)，一般情況下，應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量與同尺寸其他船型應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量相當(dāng)。

根據(jù)《英勞船舶入級(jí)規(guī)范和規(guī)則》第6分冊(cè)第2章第2節(jié)2.2發(fā)電機(jī)組和變換設(shè)備的臺(tái)數(shù)和定額的要求：

第一，足以保證重要設(shè)備、適宜居住條件。

第二，具有足夠的儲(chǔ)備容量以容許起動(dòng)最大的電動(dòng)機(jī),而不致由于系統(tǒng)上電壓降過(guò)大，使任一電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)或任一裝置失效。

第三，能提供從癱船狀態(tài)起動(dòng)主推進(jìn)裝置所必需的電氣設(shè)備的電力。應(yīng)急電源如能同時(shí)為供電的電氣設(shè)備提供電力,則可以用來(lái)協(xié)助。

對(duì)營(yíng)運(yùn)時(shí)僅使用一臺(tái)日用發(fā)電機(jī)組的船舶,應(yīng)安排為當(dāng)該日用發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí),備用機(jī)組應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng)并自動(dòng)接入主配電板。對(duì)營(yíng)運(yùn)時(shí)使用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上發(fā)電機(jī)組的船舶,應(yīng)安排為在一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障時(shí),其余發(fā)電機(jī)組應(yīng)足夠向重要設(shè)備連續(xù)供電。此外，發(fā)電機(jī)組的容量應(yīng)足以啟動(dòng)最大的電動(dòng)機(jī)而不會(huì)引起其他任何電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)或?qū)μ幱谡＿\(yùn)行的其他設(shè)備帶來(lái)任何不利影響。

主發(fā)電機(jī)由3臺(tái)DAIHATSU440V主發(fā)電機(jī)組組成，在進(jìn)出港和裝卸貨狀態(tài)下由2臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，這樣組合配備發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：

第一，在航行狀態(tài)中，運(yùn)行發(fā)電機(jī)接近滿負(fù)荷的工況可以最大發(fā)揮發(fā)電機(jī)的效率，節(jié)約燃油。

第二，足夠的備用機(jī)組用以調(diào)換使用。

缺點(diǎn)如下：

啟動(dòng)大功率的電機(jī)需啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，備用機(jī)啟動(dòng)、并車(chē)投入電網(wǎng)后才能啟動(dòng)大電機(jī)，啟動(dòng)完成后停車(chē)備用機(jī)。如沒(méi)有自動(dòng)電站系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置重載問(wèn)詢功能后需要人工操作的二級(jí)電機(jī)，很容易造成運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)過(guò)載跳閘。

該船發(fā)電機(jī)特性如下：

數(shù)量：3臺(tái)；額定輸出：550kVA（440kW）；轉(zhuǎn)速：900r.p.m.；頻率：60HZ；相數(shù)：3φ；功率因數(shù)：0.8（滯后）；額定：100%負(fù)載連續(xù)運(yùn)行；電壓：AC 450 V；型號(hào)：臥式，同步和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)型；防護(hù)等級(jí)：防滴式；冷卻方式：自通風(fēng)冷卻；勵(lì)磁器：無(wú)刷型；絕緣等級(jí)：F級(jí)。

2.3主電站和應(yīng)急電站的聯(lián)系

應(yīng)急電站在特定情況下經(jīng)配電設(shè)備可向主電站供電，但不能與主發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電。

3自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和船舶自動(dòng)化水平的不斷完善，船舶自動(dòng)化技術(shù)不斷向全船綜合自動(dòng)化階段發(fā)展，各類(lèi)監(jiān)控、管理、導(dǎo)航系統(tǒng)都被運(yùn)用于船舶中。船舶綜合自動(dòng)化是集機(jī)艙自動(dòng)化、航行自動(dòng)化、機(jī)械自動(dòng)化、裝載自動(dòng)化等于一體的多功能綜合系統(tǒng)。

3.1機(jī)艙自動(dòng)化

本船配備先進(jìn)的自動(dòng)電站、泵站、主機(jī)遙控和集中監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

主機(jī)采用461廠生產(chǎn)的46MED型柴油機(jī)?？刂葡到y(tǒng)采用MAN和NORIS公司的機(jī)艙系統(tǒng)，可大大提高自動(dòng)化的程度，避免設(shè)備重復(fù)配置的弊病，節(jié)約造船成本。

選用的是NORIS公司的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。船上425個(gè)報(bào)警點(diǎn)分別輸入4個(gè)信號(hào)采集單元分站，采集分站與采集分站間串行連接。報(bào)警信號(hào)通過(guò)采集單元分站匯總于集控室監(jiān)測(cè)總站電腦顯示，非常方便。這樣的顯著優(yōu)點(diǎn)是縮短造船周期，大大減少調(diào)試時(shí)間。

3.2壓載系統(tǒng)

自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)入艦船平臺(tái)后，大多數(shù)控制概念都是以標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)規(guī)劃的一部分來(lái)開(kāi)發(fā)的。為了進(jìn)一步降低艦船控制系統(tǒng)的采購(gòu)成本，在一些艦船上開(kāi)始采用工業(yè)過(guò)程控制用的可編程控制器PLC作為局部控制器，是非常適合于自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的。在本船壓載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)艙空間狹小，無(wú)法對(duì)閥控&液控系統(tǒng)的閥控電磁閥箱和PLC信號(hào)處理柜布置。為解決該問(wèn)題，經(jīng)與設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)，經(jīng)與新加坡NORDIC公司研究，將閥控電磁閥箱和PLC信號(hào)轉(zhuǎn)換柜整合為一體在機(jī)艙布置。這不僅解決了布置問(wèn)題，而且閥箱和PLC信號(hào)處理柜的整合后體積減小，也便于日后的設(shè)備的整體維護(hù)。

該船壓載系統(tǒng)使用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高?？稍跈C(jī)艙集控室和甲板部船舶辦公室的獨(dú)立計(jì)算機(jī)上進(jìn)行控制和指示，也可在機(jī)旁模擬的電路圖上進(jìn)行操作：

第一，對(duì)全船壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、燃油輸送系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等47套遙控閥進(jìn)行遙控。

第二，對(duì)艙底總用泵、壓載泵、消防總用泵、燃油輸送泵、柴油輸送泵進(jìn)行遙控及指示。

第三，對(duì)10個(gè)污水井的污水報(bào)警指示。

第四，對(duì)39個(gè)油艙、水艙、空艙的液位指示和吃水指示。

4船舶通訊導(dǎo)航系統(tǒng)

駕駛自動(dòng)化是繼機(jī)艙自動(dòng)化后的又一重大變革，新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用使船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)嶄新的高度。

4.1一人駕駛系統(tǒng)

該系統(tǒng)將駕駛室內(nèi)的電子海圖、通訊、導(dǎo)航等設(shè)備集中進(jìn)行監(jiān)控、控制。它可提供正確的船位、航向、航速、雷達(dá)圖像、主機(jī)轉(zhuǎn)速、各類(lèi)監(jiān)測(cè)報(bào)警等，使船舶能自動(dòng)航行在最佳的航路上，最大限度上節(jié)省航油，提供航運(yùn)效益，并能自動(dòng)捕捉目標(biāo)和判斷危險(xiǎn)目標(biāo)，實(shí)施有效的船舶碰撞操作。一人駕駛綜合橋樓使得在船舶航行時(shí)駕駛室僅需一個(gè)人操作，可以省去其他值班人員，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2橋樓航行值班報(bào)警系統(tǒng)

本船按IMO要求配備一套橋樓值班系統(tǒng)裝置，航行值班報(bào)警系統(tǒng)是船舶運(yùn)行時(shí)的重要系統(tǒng)。

BNWAS的主要用途是為避免因輪船值班駕駛員意識(shí)水平降低或未履行職責(zé)而導(dǎo)致航海事故的發(fā)生。該系統(tǒng)采用分布式CPU結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。當(dāng)駕駛室發(fā)生異常情況時(shí),該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)通過(guò)指示燈和警報(bào)聲逐次提醒后備值班人員,同時(shí)駕駛室值班人員可通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)急呼叫功能得到及時(shí)援助。使用時(shí)值班人員必須在設(shè)定好的時(shí)間內(nèi)按下復(fù)位按鈕。

5技術(shù)攻關(guān)

5.1落實(shí)電力系統(tǒng)短路保護(hù)的校核

LR規(guī)范和IEC出版物60362要求須進(jìn)行短路電流的計(jì)算，以校核所選用的開(kāi)關(guān)短路分?jǐn)嗟哪芰?，確保電網(wǎng)的用電安全。

參與計(jì)算的電力設(shè)備選擇為主發(fā)電機(jī)組3臺(tái)（A）、變壓器2部（B1）、克令吊電動(dòng)機(jī)4臺(tái)（B2）、AC220負(fù)荷端為（D）。

計(jì)算結(jié)果和選用點(diǎn)的空氣開(kāi)關(guān)如下表：

短路點(diǎn) 對(duì)稱短路電流Iac（kA） 最大對(duì)稱短路電流Ip（kA） 短路功率因素COS? 空氣開(kāi)關(guān)型號(hào) 短路接通能力Icm（kA） 短路分?jǐn)嗄芰cs（kA） 短路功率因素COS?

A1 16.3 37.67 0.257 NW10N 88 42 0.25

B1 20.6 48.4 0.257 NS250 73 35 0.25

B2 18.8 44.59 0.257 NS400 88 42 0.25

C1 14.93 22.5 0.723 NS100 73 35 0.25

D1 4.82 7.19 0.674 C65H 9.1 6 0.8

E1 1.87 3.23 0.422 C65N 9.1 6 0.8

由此得出所選開(kāi)關(guān)的短路分?jǐn)嗄芰cs大于所保護(hù)點(diǎn)的對(duì)稱短路電流Iac，滿足其設(shè)計(jì)要求。

5.2落實(shí)貨艙區(qū)域裝載SOLAS2-9 類(lèi)型危險(xiǎn)品對(duì)電氣設(shè)備的影響及對(duì)策

5.2.1貨艙煙霧探測(cè)系統(tǒng)

煙霧探測(cè)系統(tǒng)控制箱安裝在主甲板CO2室，通過(guò)對(duì)各貨艙排管接入CO2室，將抽出的貨艙氣樣抽到探測(cè)探頭處，危險(xiǎn)源氣體激發(fā)探頭報(bào)警，貨艙釋放CO2，并設(shè)永久性警告銘牌。

5.2.2貨艙通風(fēng)

貨艙安裝可逆式防爆風(fēng)機(jī)，用于貨艙的換氣、通風(fēng)。

5.2.3貨艙照明

貨艙桅屋的照明燈具采用普通的照明燈具，而其他的設(shè)備位于機(jī)械通風(fēng)口2米外、自然通風(fēng)口1米外的均為普通型。無(wú)法躲避通風(fēng)口的采取防保措施，防爆等級(jí)不低于IICT4。

6結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外造船經(jīng)過(guò)評(píng)審一致認(rèn)為37000DWT大艙口散貨船是一艘成功的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型船型，其電力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了系泊試驗(yàn)和航行試驗(yàn)，設(shè)備在各種工況下的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、電源質(zhì)量和自動(dòng)化程度方面良好，市場(chǎng)前景十分樂(lè)觀。

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