37000DWT大艙口散貨船電氣系統設計

祝正佳

摘要：船舶電力系統分為船舶電站和船舶電力網兩部分，擔負著將不同形式的能量轉換成電能，并將電能輸送分配給各個用電設備的任務。文章介紹了37000DWT大艙口散貨船電氣系統，包括電力、自動化、通導系統的設計特點及技術攻關。

關鍵詞：電力系統；自動化；配電設備；船舶通訊；船舶電站

中圖分類號：U661 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）19-0042-03

1船型介紹

本船為球艏、方艉、單槳，柴油機驅動的散貨船。設有大開口貨艙，適于運載干散貨，如谷物、煤、原木和包裝木材等。設有5個貨艙和裝有4臺克令吊。

型長Loa（m）：180米；型寬B（m）：30米；設計吃水d（m）：9.5米；結構吃水ds（m）：10.15米；型深B（m）：14.8米。

本船入級LR船級社，入級申請無人機艙。文章以我司建造的37000DWT大艙口型散貨船的電力系統為例，以電氣設計的角度出發從若干方面介紹船舶電力系統的設計思路。

2設計要點

電力系統設計如下：

船舶電力系統分為船舶電站和船舶電力網兩部分，擔負著將不同形式的能量轉換成電能，并將電能輸送分配給各個用電設備的任務。

2.1電力負荷

一般采用三類負荷法對船用設備分類估算，據此選配發電機的容量和臺前期通過對用電設備容量的計算，須由輪機、舾裝專業提供設備所需的實際功率，經過機械效率和電機效率的換算之后計算出一個相對準確的負荷功率。

依據《船舶設計使用手冊（電氣分冊）》的程序和公式計算得出，全船電力負荷如下：

一類負荷總功率（kW）：進出港467.02；海上航行246.69；應急102.75；停泊306.91。

二類負荷總功率（kW）：進出港135.07；海上航行119.33；應急2.00；停泊59.10。

總負荷（kW）：進出港602.08；海上航行366.03；應急104.75；停泊366.01。

考慮網損后負荷（kW）：進出港632.19；海上航行384.33；應急109.99；停泊384.31。

選用發電機（臺×kW）：進出港2×440；海上航行1×440；應急1×440；停泊1×440。

效率（%）：進出港71.84；海上航行87.35；應急87.99；停泊87.34。

2.2電站配備

主電站和應急電站的配備，根據經驗，考慮到電站總容量和備用發電機的使用情況以及機艙空間的大小，該船選取3臺發電機是比較合理的方案。而應急發電機的容量按SOLAS和船級社規范要求將必要的應急負荷計算在內，一般情況下，應急發電機容量與同尺寸其他船型應急發電機容量相當。

根據《英勞船舶入級規范和規則》第6分冊第2章第2節2.2發電機組和變換設備的臺數和定額的要求：

第一，足以保證重要設備、適宜居住條件。

第二，具有足夠的儲備容量以容許起動最大的電動機,而不致由于系統上電壓降過大，使任一電動機停轉或任一裝置失效。

第三，能提供從癱船狀態起動主推進裝置所必需的電氣設備的電力。應急電源如能同時為供電的電氣設備提供電力,則可以用來協助。

對營運時僅使用一臺日用發電機組的船舶,應安排為當該日用發電機組發生故障時,備用機組應能自動起動并自動接入主配電板。對營運時使用兩臺或兩臺以上發電機組的船舶,應安排為在一臺發電機組發生故障時,其余發電機組應足夠向重要設備連續供電。此外，發電機組的容量應足以啟動最大的電動機而不會引起其他任何電動機停轉或對處于正常運行的其他設備帶來任何不利影響。

主發電機由3臺DAIHATSU440V主發電機組組成，在進出港和裝卸貨狀態下由2臺發電機并聯運行，這樣組合配備發電機的優點如下：

第一，在航行狀態中，運行發電機接近滿負荷的工況可以最大發揮發電機的效率，節約燃油。

第二，足夠的備用機組用以調換使用。

缺點如下：

啟動大功率的電機需啟動備用發電機，備用機啟動、并車投入電網后才能啟動大電機，啟動完成后停車備用機。如沒有自動電站系統內設置重載問詢功能后需要人工操作的二級電機，很容易造成運行中的發電機過載跳閘。

該船發電機特性如下：

數量：3臺；額定輸出：550kVA（440kW）；轉速：900r.p.m.；頻率：60HZ；相數：3φ；功率因數：0.8（滯后）；額定：100%負載連續運行；電壓：AC 450 V；型號：臥式，同步和旋轉磁場型；防護等級：防滴式；冷卻方式：自通風冷卻；勵磁器：無刷型；絕緣等級：F級。

2.3主電站和應急電站的聯系

應急電站在特定情況下經配電設備可向主電站供電，但不能與主發電機并聯供電。

3自動化系統

隨著計算機技術的不斷發展和船舶自動化水平的不斷完善，船舶自動化技術不斷向全船綜合自動化階段發展，各類監控、管理、導航系統都被運用于船舶中。船舶綜合自動化是集機艙自動化、航行自動化、機械自動化、裝載自動化等于一體的多功能綜合系統。

3.1機艙自動化

本船配備先進的自動電站、泵站、主機遙控和集中監測報警系統。

主機采用461廠生產的46MED型柴油機?？刂葡到y采用MAN和NORIS公司的機艙系統，可大大提高自動化的程度，避免設備重復配置的弊病，節約造船成本。

選用的是NORIS公司的機艙監測報警系統。船上425個報警點分別輸入4個信號采集單元分站，采集分站與采集分站間串行連接。報警信號通過采集單元分站匯總于集控室監測總站電腦顯示，非常方便。這樣的顯著優點是縮短造船周期，大大減少調試時間。

3.2壓載系統

自動化領域進入艦船平臺后，大多數控制概念都是以標準化監控系統研發規劃的一部分來開發的。為了進一步降低艦船控制系統的采購成本，在一些艦船上開始采用工業過程控制用的可編程控制器PLC作為局部控制器，是非常適合于自動化技術應用的。在本船壓載系統的設計過程中，機艙空間狹小，無法對閥控&液控系統的閥控電磁閥箱和PLC信號處理柜布置。為解決該問題，經與設計院聯合設計，經與新加坡NORDIC公司研究，將閥控電磁閥箱和PLC信號轉換柜整合為一體在機艙布置。這不僅解決了布置問題，而且閥箱和PLC信號處理柜的整合后體積減小，也便于日后的設備的整體維護。

該船壓載系統使用了計算機控制系統，自動化程度高?？稍跈C艙集控室和甲板部船舶辦公室的獨立計算機上進行控制和指示，也可在機旁模擬的電路圖上進行操作：

第一，對全船壓載水系統、艙底水系統、燃油輸送系統、冷卻水系統等47套遙控閥進行遙控。

第二，對艙底總用泵、壓載泵、消防總用泵、燃油輸送泵、柴油輸送泵進行遙控及指示。

第三，對10個污水井的污水報警指示。

第四，對39個油艙、水艙、空艙的液位指示和吃水指示。

4船舶通訊導航系統

駕駛自動化是繼機艙自動化后的又一重大變革，新技術、新設備的應用使船舶導航系統的發展達到了一個嶄新的高度。

4.1一人駕駛系統

該系統將駕駛室內的電子海圖、通訊、導航等設備集中進行監控、控制。它可提供正確的船位、航向、航速、雷達圖像、主機轉速、各類監測報警等，使船舶能自動航行在最佳的航路上，最大限度上節省航油，提供航運效益，并能自動捕捉目標和判斷危險目標，實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駕駛室僅需一個人操作，可以省去其他值班人員，降低勞動強度。

4.2橋樓航行值班報警系統

本船按IMO要求配備一套橋樓值班系統裝置，航行值班報警系統是船舶運行時的重要系統。

BNWAS的主要用途是為避免因輪船值班駕駛員意識水平降低或未履行職責而導致航海事故的發生。該系統采用分布式CPU結構和模塊化結構。當駕駛室發生異常情況時,該系統可實時通過指示燈和警報聲逐次提醒后備值班人員,同時駕駛室值班人員可通過系統的應急呼叫功能得到及時援助。使用時值班人員必須在設定好的時間內按下復位按鈕。

5技術攻關

5.1落實電力系統短路保護的校核

LR規范和IEC出版物60362要求須進行短路電流的計算，以校核所選用的開關短路分斷的能力，確保電網的用電安全。

參與計算的電力設備選擇為主發電機組3臺（A）、變壓器2部（B1）、克令吊電動機4臺（B2）、AC220負荷端為（D）。

計算結果和選用點的空氣開關如下表：

短路點 對稱短路電流Iac（kA） 最大對稱短路電流Ip（kA） 短路功率因素COS? 空氣開關型號 短路接通能力Icm（kA） 短路分斷能力Ics（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

由此得出所選開關的短路分斷能力Ics大于所保護點的對稱短路電流Iac，滿足其設計要求。

5.2落實貨艙區域裝載SOLAS2-9 類型危險品對電氣設備的影響及對策

5.2.1貨艙煙霧探測系統

煙霧探測系統控制箱安裝在主甲板CO2室，通過對各貨艙排管接入CO2室，將抽出的貨艙氣樣抽到探測探頭處，危險源氣體激發探頭報警，貨艙釋放CO2，并設永久性警告銘牌。

5.2.2貨艙通風

貨艙安裝可逆式防爆風機，用于貨艙的換氣、通風。

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，而其他的設備位于機械通風口2米外、自然通風口1米外的均為普通型。無法躲避通風口的采取防保措施，防爆等級不低于IICT4。

6結語

國內外造船經過評審一致認為37000DWT大艙口散貨船是一艘成功的經濟、環保型船型，其電力系統經過了系泊試驗和航行試驗，設備在各種工況下的試驗結果說明電力系統設計合理、電源質量和自動化程度方面良好，市場前景十分樂觀。

參考文獻

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[2]陳可越．船舶設計實用手冊（電氣分冊）[M]．北京：中國交通科技出版社，2007．

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