船舶電站克令吊重載詢問設計優化

常 亮，汪海龍，楊 杰

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

船舶電站克令吊重載詢問設計優化

常 亮，汪海龍，楊 杰

（舟山長宏國際船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

針對某船自動電站設計的不合理以及船廠調試人員的不規范操作導致甲板克令吊在調試過程中出現發電機停車的現象，進行了原因分析，并提出了修改設計方案。

船舶電站；克令吊；負載；重載詢問；經濟性

0 引言

船舶電站是全船電力系統最主要的組成部分，是連續供應全船用電需求的設備。為了使船舶在航行、作業、停泊和應急情況下都能連續、可靠、經濟、合理地進行供電，船舶電網的穩定性至關重要。大功率設備的起動對電網沖擊較大，如果設計不合理極易造成電站和設備等的損壞，也極易造成人員傷亡。其中克令吊起動后存在空載、部分負載運行以及滿載的情況，故對重載詢問功能的要求更高。本文針對某船的船舶電站重載詢問功能進行詳細分析，對設計性能、運行狀態和經濟性等方面作出詳細分析，為船舶電站設計優化提供參考。

1 船舶電站自動化系統簡介

船舶自動電站要求能夠安全可靠地向用電設備供電，能夠保證所提供電能的質量，實現全船設備的經濟性運行。船舶自動電站要求能夠自動迅速并有選擇地切除故障，對用電設備和電站提供保護，根據設備的工作特性和對船舶正常工作狀態的需求程度自動調整負載運行狀態，保證全船電網穩定性；根據船舶工作狀態自動調整發電機使用數量，對電站工作狀態要有監測功能。當有大功率設備要投入工作時，要進行重載問詢，避免對電網造成較大沖擊[1]。

2 設計背景

176K、80K等好望角型和巴拿馬型的散貨船由于航線和碼頭的限制，甲板上沒有克令吊，大功率設備的重載詢問僅限于壓載泵、艙底總用泵和消防總用泵等，這些泵的特點是海水管路吸口一直在水

線以下，所以每當起動后，就馬上到滿負荷狀態，沒有空載或部分負載的情況。而小型39K和64K等靈便型散貨船，航線都比較近，去的碼頭也多，一些比較落后的碼頭也能停靠，所以在主甲板上必須配備相應的克令吊等甲板裝卸貨設備。某船發電機為三臺550 kW，電制為AC 440 V，60 Hz，主甲板四臺克令吊單臺最大功率為230 kW。按克令吊“允許起動（available）”白色指示燈工作，克令吊不用經過重載詢問，可以直接起動；若電站預留功率不足240 kW時，需在克令吊處按“起動請求（request）”信號按鈕，自動電站起動備用發電機，并車運行后，電站給出“允許起動（available）”信號，克令吊可以正常起動[2]。某船在上述情況下，按照裝卸貨狀態進行試驗調試克令吊。首先運行一臺主發電機，另外兩臺備用，起動第一臺克令吊進行吊重，available白色指示燈工作，無需重載問詢，再起動第二臺克令吊，將兩臺克令吊負載增加，突然發生發電機停車，備用發電機也未起動。

發電機停車發生之后，進行了原因分析。單臺發電機運行，若此時起動第一臺克令吊，由于自動電站總功率為：550 kW－154.72 kW=395.28 kW＞240 kW這時不用起備用發電機，直接起動克令吊。此時第一臺克令吊如果為空載，經現場實際測量為80 kW左右，按克令吊廠家給出的克令吊在部分負載運行S1工作狀態下的功率為127 kW，則：127 kW+154.72 kW =281.72 kW若此時起動第二臺克令吊，則：550 kW－281.72 kW=268.28 kW這時不起動備用發電機，而是直接起動克令吊。這樣單臺發電機帶動兩臺克令吊，在部分負載運行S1狀態下，154.72 kW+127 kW+127 kW=408.72 kW，但當兩臺克令吊同時滿負荷運轉時，154.72 kW+2×230 kW=614.72 kW。而且在幾秒鐘內，瞬間超過單臺發電機的額定功率，而備用發電機從起動到合閘并車成功，按配電系統流程圖大概需要83 s的時間。所以兩臺克令吊突然滿負荷運行，備用發電機無法在短時間內起動并合閘，必然對自動電站、主匯流排、發電機主開關，甚至發電機造成電網沖擊和損傷等不良后果，對船舶的安全工作和航行以及船員的生命造成危險。

2.1 原設計方案

按照電力負荷計算要求，船舶裝卸貨時，必須預先兩臺發電機并車，一臺發電機備用。按裝卸貨狀態，卸載后總功率為154.72 kW，即使同時使用四臺克令吊，總功率為：154.72 kW+4×127 kW=662.72 kW。 剩余總功率為：1 100 kW－662.72 kW=437.28 kW。單臺距滿負荷運行功率相差：230 kW－127 kW=103 kW，437.28 kW/103 kW=4.25。即使四臺克令吊同時滿負荷運行，發電機功率也能滿足負載要求，只是發電機負載很高，達到97.7%，應起動備用發電機。但由于四臺克令吊同時工作具有時序性，不可能四臺吊機同時滿負荷運行，電站負荷滿足要求，無需經過重載詢問，可以直接起動[3]。又由于各個碼頭和港口條件的限制，四臺克令吊未必可以同時工作，如果僅一臺克令吊滿負載運行，負載只有：154.72 kW +230 kW=384.72 kW。一臺發電機運行也完全可以滿足工作狀態。開啟兩臺發電機就會造成浪費，經濟性不好。除非船員手動卸載一臺發電機才能避免浪費。但是如果此時還需增加吊機投入工作，也需要船員手動并車后，才能增加吊機，這樣操作起來非常不便，設計不夠人性化。

2.2 改進方案一

單臺發電機運行時，起動第一臺克令吊，通過調整PMS，不管此臺克令吊的實際情況是空載還是滿載，自動電站均應將此吊機當成滿載運行，即230 kW。后續起動的吊機也完全按照滿載計算。這樣若電站預留功率大于240 kW時，吊機不用經過重載詢問，可直接起動；不足240 kW時，需在克令吊處按起動請求（request）信號按鈕，自動電站起動備用發電機，并車運行后，電站給出允許起動（available）信號，克令吊可以正常起動。這樣的結果是發電機先行并車，發電機功率滿足負荷要求才起動克令吊，對電網沒有沖擊，安全性較好。但此方案需要增加四臺克令吊的功率信號到PMS，以及增加四個功率變送器、八個電流互感器、一個數據采集模塊，建造成本相應增加，經濟性稍差。

2.3 改進方案二

按照圖1所示的流程圖，在單臺發電機獨立運行時起動一臺克令吊，功率足夠，無需重載詢問，可直接起動。當兩臺至四臺吊機運行時，設定必須開啟兩臺發電機。這樣不僅不會造成能源浪費，還能有效提供足夠功率滿足吊機正常工作狀態，配電

板廠家的修改也非常容易，不僅提高了船舶的安全性能，還大大節省了資金投入。

圖1 流程圖

3 船舶電站自動化系統發展趨勢

從技術上看，船舶電站主要經歷了分立式控制、集中式控制和集散式系統。隨著電子技術和控制技術的不斷發展，船舶電站控制性能已經有了前所未有的突破。

在自動化系統的基礎上，將它們組成電站自動化系統裝置，使其能夠成為完整可靠的電站自動化系統。集中式控制系統便于集中控制，方便船舶工作人員操作，但故障的查找及維修比較困難。分散控制即對各個設備模塊進行分散控制，提高了系統的穩定性和可維護性，但無形中給使用者在操作過程中帶來一定的不便，而且與無人機艙的集中管理理念的要求有一定的矛盾。未來船舶電站自動化系統正朝著集散型自動化方向發展，它集中了兩者的大部分優點，克服了一些缺點，使系統可靠性和操作性達到最大化。目前各國船舶電站自動化發展設計趨勢也是充分依據此設計原理，集散型控制系統的研發在技術上和使用上保證了電站的穩定運行，但在自動化程度越高的情況下，要降低影響維持滿意的質量標準的故障，這才是未來要努力的方向，才能使船舶電站自動化真正進入一個全新的時代。未來船舶正朝著低能耗、高附加值、電氣自動化、綠色環保等方向發展，而由于船舶使用人員的技術水平通常落后于先進設計技術的發展，所以當他們遇到功能復雜、設計先進的自動化電站時，通常面對船舶產生的運行故障無從下手，不知道應該如何檢查、處理、解決故障，甚至造成停電、設備損壞以及一系列威脅船舶安全運營的操作，進而給船舶的安全運營和航運效益帶來極大的損失。相應地，對船舶電站以及船舶操作人員的技術水平也提出了更高的要求。更加成熟、人性化的船舶電站系統可以讓設備和裝置更加穩定、安全、高效地運轉，降低運營成本[4]。

4 結論

船舶大功率設備在起動和運行過程中對電網沖擊很大，船舶電站作為供應全船電能的設備，必須設置合理的重載詢問，以保證即使在大功率設備運行的情況下也能連續、可靠地供電。設計人員在設計過程中必須仔細考量各個系統及設備的特殊性，盡可能設計出最完善的方案。現場調試人員也要嚴格按照設計要求進行調試，避免不必要的事故發生。如果在工作中發現設計不合理處，應及時與設計部進行溝通和探討。

[1]莊福余.船舶供電技術.[M].哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 2006.

[2]袁繼華.船舶電氣安裝與調試[M].北京: 國防工業出版社, 1979.

[3]中國船舶工業集團, 中國船舶重工集團, 中國造船工程學會.船舶設計使用手冊 電氣分冊[Z].北京: 國防工業出版社, 2013.

[4]姜錦范.船舶電站及自動化[M].遼寧大連: 大連海事大學出版社, 2005.

Design Optimization of Crane Heavy Load Request of Ship Power Station

Chang Liang, Wang Hai-long, Yang Jie
(Zhoushan Changhong International Shipyard Co., Ltd., Zhejiang Zhoushan 312000, China)

The unreasonable design of the ship automatic power station and the non-standard operation by the commissioning personnel in the shipyard led to the parking phenomenon of the generator of the deck crane in the debugging process.The paper analyzes the cause of the incident and presents a design for modification.

ship power station; crane; load; heavy load request; economy.

為：U665.12；U664.4

A

10.14141/j.31-1981.2016.02.006

常亮（1981—），男，助理工程師，研究方向：船舶電氣。