2500t起重船電站的設計研究

劉 波，歐才杰，倪國春

（江南重工股份有限公司，上海 200023）

0 引 言

船舶電站自動化裝置，從上世紀 60年代采用繼電器控制技術及其后來的晶體管分立元件控制技術，到70年代的小規模集成電路及其后來的中大規模集成數字、模擬電路控制技術，至80年代的微處理控制技術，90年代的可編程控制器(PLC)控制技術，至今船舶電站已形成了較為完善的船舶電站管理系統，其高精度、全自動化的控制功能為電站安全、可靠、經濟運行提供了支撐，同時也大大地降低了船員的工作強度，使我國船舶電站自動化進入了一個嶄新的階段。

1 船舶概況

2500t起重船總長 105.6m，型寬 42.0m，型深 8.0m。該船機艙配置了 4臺作業發電機，原動機為KTA38-D(M)-880kW，發電機為HFC6502-44E - 800kW；1臺停泊發電機，原動機為6CTA8.3- GM155-135kW，發電機為1FC2282-4SB43。主甲板上設有4臺300kW起升絞車、4臺315kW變幅絞車、4臺55kW索具絞車和9臺110kW系泊定位絞車。在機艙監控室內設主配電板共12屏，向外圍設備集中供電。

2 自動電站系統的構成

該船4臺主發電機和1臺停泊發電機組成一個強大的發電系統。每臺發電機分別由丹麥DEIF公司的multi-line 2并車保護單元（PPU）獨立控制，見圖1。該控制器功能完善，可以測量并顯示發電機三相電壓、匯流排三相電壓、發電機三相電流、功率因數、有功功率、無功功率、視在功率、發電機相頻率和匯流排相頻率。5臺PPU配合西門子公司S7-300系列PLC構建成電站管理系統（PMS），主站由PS307電源模塊、CPU313、3塊SM323輸入/輸出模塊、1塊SM322輸出模塊和1塊SM321輸入模塊組成[1]，根據不同工況的電力需求，PLC通過邏輯運算后發出控制命令給對應發電機組PPU（從站），以實現相應發電機（從站），以實現相應發電機的起停、并網、負荷分配、負載轉移與解列等功能。主站的上位機為西門子TP170系列觸摸屏，該觸摸屏實時監控并直觀顯示各發電機的各種參數，見圖2。

圖1 主配電板

3 自動電站系統的實現

起重船復雜的作業工況，要求其電站能根據負載情況自動并車、停車。而實現船舶同步發電機組準同步并聯運行，必須滿足3個條件，即待并機和在網機電壓一致、頻率一致和相位一致[2]。

3.1 自動并車

一般情況下，一臺主發電機工作，當網上負載達到90%的額定功率時，PMS會依次起動備用發電機組、自動同步、自動合閘、自動功率分配。考慮到船上某些大功率設備在起動瞬間會造成短時的過電流，為防止備用機組誤起動，在PLC程序里設置了一個10s的延時動作，當負載持續達到90%額定功率超過10s后，PMS才發出并機信號。

圖2 1號發電機監控界面

圖3 功率問詢一

該船設有“功率問詢一”（見圖3）和“功率問詢二”2個按鈕，當大的負荷即將投入運行時，通過功率問詢按鈕進行操作，即2個主鉤工作時，因負荷要求需2臺發電機供電，起升前按下“功率問詢一”，PMS將根據電網上已有發電機數量來判斷是否需要額外開機；2個以上的主鉤工作時，需4臺發電機同時供電，起升前按下“功率問詢二”，此時PMS將根據電網上已有發電機數量來判斷是否需要額外開機以及計算開機數量。

3.2 自動解列

柴油機最佳、最經濟、利用率最高的運行工況是在70%～90%（額定功率）之間。為此，4臺主發電機并聯運行時，當負載功率小于60%的額定總功率時，3min后PMS發出在網發電機負荷轉移信號、分閘信號，無誤后延時3min發出停車信號解列1臺發電機。3臺主發電機并聯運行時，負載功率小于50%的額定總功率，2臺主發電機并聯運行時，負載功率小于35%的額定總功率，均按同樣的方式解列。將上述轉化為PLC程序塊見圖4。

圖4 輕載解列

4 結 語

該智能系統的設計，對實現無人機艙有著重要的意義，也使我國船舶電站自動化的發展進入一個嶄新的階段。

[1]SIEMENS. 選型手冊[M].

[2]黃倫坤，朱正鵬，劉宗德. 船舶電站及其自動裝置[M].北京：人民交通出版社，1994.