50000噸級半潛船電力推進系統概述

李明珠

摘要：作為新一代大型半潛船，50000噸級半潛船具有超強的載貨能力，操作也十分的靈活方便，而且非常安全環保。因為半潛船的特殊用途，使電力推進比傳統的柴油機更具有競爭力。本文首先介紹了50000噸級半潛船的基礎信息，詳細闡述了其電力推進系統設計，根據該船型的使用特點，分析了尚且存在的不足并給出了合理的改進建議。

關鍵詞：50000噸；半潛船；電力推進系統；合理建議

中圖分類號：U665.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）2-0054-02

全球石油消費的迅速增長，油價的不斷攀升，深海油氣工程的發展，油氣生產設備、鉆井平臺等相關設備的運輸需求與日俱增，這些現實問題的出現就促進了海上運輸行業的發展。半潛船（Semi-submersible Heavy Lift Vessel）因為自身高效安全的特點，順理成章地成為運輸這些價值高、種類特殊貨物的不二之選。

在近十幾年的時間里，船舶電力推進在機動性、可靠性、運行效率、推進功率等方面都有了突破性的進展，成為柴油機直接帶動螺旋槳推進方式的強有力的競爭者。半潛船正是應用了電力推進技術。

本文以50000噸級半潛船為例，詳細闡述了其電力推進系統設計，為了半潛船的未來發展，提出了合理的建議。

1 50000噸級半潛船

50000噸級半潛船特殊的貨物裝載方式決定了其獨特的船型及主尺度參數。就船體本身而言，除了載重量以外，對甲板面積也有要求。以“祥瑞口”號50000噸級半潛船為例，其擁有7000多平方米的裝貨甲板總面積，可下潛至26米，能夠托起5萬噸重、25米高的鉆井平臺，全球90%以上的石油鉆井平臺和大型海洋工程產品均可以利用其承運。

2 電力推進系統

母型船采用6600V中壓給兩臺電力推進馬達供電，兩個推動船舶的定距槳由變頻器驅動。因為采用了電力推進系統和入級RPS附加標志的原因，該船型的推進系統需要進行設計。

2.1配電系統

2.1.1電制

該船型采用的主電源規格為：AC6600V，60Hz，3PH，與此同時還包括常規使用低壓的AC450V，60Hz；AC230V，60Hz低壓電源和直流24V電源。

2.1.2發電機

該船型共配備有四臺主發電機、一臺輔助/停泊發電機和一臺應急發電機。四臺4341kVA（3690kW），AC6600V，60Hz，3PH中壓發電機組用作主電源，給電力推進馬達和包括兩臺側推、四臺排壓載空壓機在內的大功率設備進行供電，并且在經過兩臺2200 kVA，6.6/0.45kV的配電變壓器變壓后，供電給輔助設備以及船上的其他用電設備。

在船舶處于停泊的狀態時，船舶對功率的需求較低，這個時候輔助/停泊發電機運行并充當主電源，通過450V匯流排為船舶提供日常生活用電。

船舶的應急電站采用的是一臺AC450V，60Hz，3 PH，額定功率為400kW的應急發電機。在主電站失電的情況下自主啟動，利用應急配電板供電給船上的相關設備。

2.1.3配電板

該船型用于全船供電的配電板包括兩段（20+2屏）中壓（6600V）和兩段（23屏）低壓（450V及230V）。除此之外，廚房配備有獨立的變壓器供電，這樣做是為了隔離廚房設備和整個電網，以此避免廚房設備的低絕緣給全船電網造成不必要的影響。

2.2RPS附加標志的電力推進系統設計

RPS定義為水密艙壁分隔的冗余推進船舶，是挪威船級社（DET NORSKE VERITAS，DNV）的一個入級附加符號，RPS對船舶的推進系統提出了系統備份的要求。在無論發生什么故障致使單邊不能運行的情況下，船舶照舊可以以操舵速度運行，并且推進功率不低于50%，為了滿足要求就要配置兩套或兩套以上的推進系統。以此類推，船舶的控制功能也要進行必要的冗余設計，并且兩套系統之間必須要有隔離。

2.2.1配電系統設計

該船型要求具有不低于兩套的獨立推進系統，并且要確保兩套功能被可靠地彼此隔離。在50000噸級半潛船中，壓配電板、推進變頻器、450 V及230 V低壓主配電板等有關于推進系統的電氣設備，包括服務于主發電機和主推進馬達的輔助設備在內，都要依據要求配備雙份。

6600 V中壓配電板、450V配電板、馬達起動屏以及230V配電板均配備兩套，成左右對稱分布，兩部分的連接利用了聯絡開關。兩側的配電設備可以說是做到了完全對稱（岸電箱與貨物供電箱除外）。兩側的6600V中壓配電板分別供電給對應側的推進變壓器，通過推進變頻器驅動額定功率為5250 kW的推進馬達。450 V及230 V配電板為同一側的輔助機械供電，且為對同一側的主機服務。這樣的系統配置基本上能夠滿足RPS對推進部分冗余的設計要求，任何設備出現故障導致單邊無法運行時，都避免了另外一側受到不必要的影響，這就保證了不低于50%的推進功率。

利用各自的6600/450V變壓器，兩個6600V中壓配電板連接到對應的450V主配電板，一般情況下，兩個6600/450 V變壓器有明確的分工，一個使用一個備用。如果發生故障，兩個變壓器會自動轉換。推進馬達的額定功率是5250 kW，根據RPS的要求，在單邊發生故障，單邊運行的情況下，兩臺發電機為同一側的推進馬達進行供電，綜合考慮，每側均采用24脈沖變頻器控制推進器。

2.2.2推進控制系統設計

RPS對其控制功能也提出了冗余要求。推進設備包括：①兩臺5250kW推進電機；②四臺3300kVA推進變壓器；③兩臺7000kVAACS6000變頻器；④兩臺PCU推進控制裝置；⑤兩臺剎車電阻器。其控制被分為左和右兩個推進器控制。endprint

3半潛船電力推進系統的問題與對策

雖然50000萬噸級半潛船采用中壓供電，配電板成本和系統短路電流等級都得以降低，這樣做的優點是既節省了電纜，又提高了系統安全可靠性，但是，有利就有弊。眾所周知，中壓系統對系統安全有較高的要求，這就對系統接地方式的設計提出了要求。綜合考慮，雖然中點接地方式技術簡單，但是弧光接地有引起較高過電壓的隱患。如果采用直接接方案，過電壓能夠被控制在安全范圍內，但是過大的短路電流也會對系統安全造成威脅。相比較而言，中點經電阻接地因為自身的優點，更適合應用于50000萬噸級半潛船電力推進系統，這是因為中點經電阻接地能夠使電弧接地過電壓的危險降低，對比于直接接地，中點經電阻接地電流小，而且有良好的系統工作連續性，同時對通信有較少的干擾。

作為還沒有廣泛普及的新型的推進方式，電力推進技術本身仍然存在許多問題。如大功率電機帶動螺旋槳的電力推進技術多年來一直由歐洲廠家壟斷，這無疑也增加了維護保養的難度。相信隨著我國電機行業的迅猛發展，一切問題都會迎刃而解。

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