海底管道巡檢船電力推進系統概述

孫 建，王永興

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津 300451)

0 引言

我國海底油氣管道建設逐漸進入高峰期，中國石油、中國海油、中國石化等公司僅在渤海灣的海底管道就已達數百千米[1]。海底管道是投資高、風險大的海洋工程，對海上油田的開發、生產等有著至關重要的作用。然而海洋環境復雜多變，風浪、洋流、風暴潮等自然因素和采砂、錨害等人為因素對海底管道的安全性造成了很大隱患。海底管道一旦發生泄漏，不僅造成巨大的修復費用，同時也將會導致油田停產，污染海洋環境，造成生態災害，甚至會引起爆炸或波及下游用戶設施安全，對企業和國家造成重大的經濟損失和環境破壞。

在管道運行期間，應重視海底管道路由的穩定性，并建立有效的海底管道巡檢技術能力。現有的管道管理手段及方法已經越來越難以適應管理要求，需要更為專業的海底管道巡檢船，用來實現對海底管道外部狀態及損傷腐蝕的定期檢測，以便及時發現海底管道的失效問題，并采取相應的維護措施，保障海底管道長期安全運營[2]。

1 船舶概述

本船為一艘海底管道巡檢船，主要用于：海底管道工程階段路由調查；海底管道定期路由調查和日常巡查；海底管道油氣泄漏探測及泄漏點查找；海底管道潛水作業及ROV檢測支持。

本船采用電力推進，為變頻電動機驅動的全回轉的固定螺距舵槳、帶導流罩推進，DP2動力定位系統及綜合導航定位系統的鋼質海管巡檢專用船舶。

本船電力推進系統及設備設計與制造符合CCS最新規范和修改通函，設計圖紙經船級社審核批準。

2 系統方案

本船電力推進系統主要包括供電系統、主推進系統、主推遙控系統三部分。

電力推進系統單線圖見圖1。

圖1 海底管道巡檢船單線圖

2.1 供電系統

2.1.1 主柴油發電機組

相對于690 V電制的電網，采用400 V電制可減少兩臺690 V/400 V變壓器，同時減少了配電板上的變壓器開關，降低了成本，減少了使用和維護的工作量。結合以上分析，本船配電系統采用400 V電網形式。

本船采用自動化電站，設置800 kW的主柴油發電機組4臺，4臺發電機組可并車運行或互為備用。主柴油機選用鎮柴的船用四沖程、直列式中速柴油機（MAN）。柴油機由固定部件、運動部件、配氣部件和輔助部件等組成，配備了曲軸箱透氣裝置、Woodward電子調速器（含恒頻控制模塊）、安全保護裝置及盤車裝置等附件。發電機為船用無刷三相交流同步發電機。機組的額定轉速為1000 rpm，額定電壓為400 V，額定頻率為50 Hz。

主發電機的勵磁系統包括裝在發電機內部的勵磁機，勵磁控制單元、自動電壓調整器（DECS-100）等。主發電機采用滾動軸承（SKF）。

主柴油發電機組的設計和制造滿足船舶電力推進系統對電站動態響應的要求，并能承受本船電網中的諧波電壓和諧波電流。

主柴油發電機組滿足IMO關于NOx的排放要求（TierⅡ），并提供IMO-EIAPP有效證書。

2.1.2 主配電板

主配電板采用自然冷卻方式，為直立落地式安裝，底部進線，前后帶鉸鏈門的框架結構，冷軋板鈑金制造，板厚不小于2 mm，基座采用槽鋼（配有減震橡皮）。板前操作，前后維修，地面鋪耐油絕緣橡皮墊，后面和側面設封板，配電屏由金屬外板制成全封隔結構，空氣絕緣，每屏前后配備絕緣扶手，設有板前照明，配電板內部設置照明插座。頂部設有固定吊耳，配電板的結構部件能夠有效地防止人員接觸到帶電的部分。

圖2 400 V負載屏、側推及主推進屏

發電機主開關、母聯開關、主推進開關、側推開關選用空氣斷路器，空氣斷路器配有過電流脫扣器、電動儲能裝置、儲能電機、分勵脫扣器等裝置，機械和電氣合閘，耐振動型，并具有過載長延時、過電流短延時和短路瞬時三段保護。開關分斷能力的選擇以短路電流計算書為依據，滿足船級社規范要求。

主配電板設置有模擬單線圖，安裝有滿足船級社規范的各種測量儀表。主配電板外形圖見圖2~圖 4。

圖3 發電機屏及母聯屏

圖4 400 V/230 V負載屏、側推及主推進屏

2.1.3 電站管理系統

本船設有采用熱冗余設計電站管理裝置（PMS），其不僅具有對船舶電站監視、控制、保護的功能，還將實現主推進變頻器、船舶電站、DP系統之間的協調運行。

應用題是小學數學各個年級段教學的重點與難點，尤其是六年級數學更是如此。學生在解決應用問題時容易出現各種問題。在實際教學中，教師在解決應用問題的過程中也存在著許多不足。造成這種現象的原因是多方面的，如學生抽象概括能力差、思維缺乏發散性、教師只注重片面解釋、教學脫離學生實際生活、教師對教材把握不準確等。如果學生已經處于這種狀態，他們對于小學數學應用題是非常懼怕的，這不利于學生數學成績的提升。因此，小學數學教師需要教給學生具體的解決技巧，促進小學生實現全面發展。

本船電站管理裝置監控對象為4臺800 kW主發電機組、1臺280 kW應急/停泊發電機組、主配電板、應急配電板等，并具有報警和保護功能。

2.2 主推進系統

本船設有2套1100 kW，輸入轉速為1000 r/min的全回轉舵槳。如圖6所示，每套主推進器由1臺主推進電動機驅動，主推進電動機再由一個獨立的主推進變頻器供電和控制，每臺主推進變頻器通過1臺主推進變壓器連接到船舶電網。主推進電動機（2臺）、主推進變頻器（2臺）、主推進變壓器（2臺）構成了本船的2條主推進支路。

單條推進支路對400 V電網來說為12脈動整流，兩套推進支路同時運行時構成虛擬24脈動整流。在發電機參數滿足要求的前提下，可保證在不帶任何濾波器的情況下，電網的總電壓諧波畸變（THD）滿足CCS規范的要求。

圖5 電站管理裝置結構圖

圖6 主推進系統結構圖

2.2.1 主推進變壓器

主推進移相變壓器容量為1500 kVA，為三繞組整流變壓器，環氧樹脂澆注，金屬外殼，冷卻方式為閉式風水冷卻。兩臺移相變壓器原邊有15°相角差，當兩臺變壓器同時工作時，對于400 V交流電網相當于虛擬24脈動整流，可有效降低電網的諧波。

為避免在變壓器投入時出現大沖擊電流，配置預充磁裝置。預充磁裝置包括預充磁接觸器和預充磁變壓器。

2.2.2 主推進變頻器

主推進變頻器是主推進系統的控制核心，對不同工況下的推進負載變化進行最佳的動態控制和保護，從而保證推進系統的最佳性能和安全運行。主推進變頻器具有過電壓、過電流、低電壓、過負載，超溫、絕緣監測等保護功能；轉速控制/功率控制功能；功率限制功能；緊急停車功能等；變頻器過載能力要求具備20%的長期持續功率冗余。

主推進變頻器將對推進電機進行轉速控制，使系統根據指令，連續調節推進電機的速度，驅動螺旋槳，使船舶平穩航行。

主推進變頻器采用優化的脈寬調制方式，整流單元采用二極管，逆變單元采用IGBT。

2.2.3 主推進電動機

主推電動機采用船用鼠籠型變頻調速交流異步電動機，由主推進變頻器供電和調速，可在額定轉速范圍內連續調節，在轉速范圍內均能長期運行。主推進電動機符合全回轉舵槳扭矩和轉速特性曲線，配合全回轉定距槳作為推進動力并滿足主推進系統對機械裝置和電氣設備的特殊要求。各相繞組和軸承上都設置了溫度傳感器，可以連接到監測報警系統。

2.2.4 主推進器

主推進器為全回轉導管式舵槳，采用Schottel型號為SRP340FP產品。主推進器采用定距槳，由推進電動機變頻驅動。

2.3 主推遙控系統

主推遙控系統具備兩部分主要功能，推進器遙控操作及監測報警功能[3]。

主推遙控系統能夠監測主推進裝置內所有設備（包括主推進變壓器、主推變頻器、主推電機、主推進器）的運行狀態，并進行相應的保護動作，確保主推系統的安全運行，并且將主推系統運行信息通過人機界面（中英文）反饋至操作人員與綜合監測報警系統。當主推遙控系統監測參數超限時，發出相應的聲光報警。

主推遙控系統具備與動力定位（DP-2）、機艙監測報警系統、功率管理（PMS）等系統的電氣接口。主推遙控系統可以實現對主推變頻驅動系統設備（包括主推移相變壓器、主推變頻器、主推電機、主推進器）的操控功能。依靠主推遙控系統，操作人員能夠在遠程（前駕駛室、后駕駛室、集控室）和就地（推進器艙）實現對主推進裝置操作功能。

3 結束語

電力推進船舶已成為未來船舶的發展趨勢，越來越多的船舶已采用電力推進方式。海底管道事故的突發性和不確定性會造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響，因此需要定期對海底管道進行巡檢，及時發現故障失效問題。本船提供了一種新型的海底管道巡檢船電力推進系統解決方案，方案經濟性更強、設備布置和使用維護更加方便，極大的降低全船裝機功率，節約系統成本。

參考文獻：

[1] 梁浩,李海川,郝興國,葛彤.海底管道失效原因和基于ROV的海底管道巡檢技術[J].油氣儲運,2015,34(4):439-441.

[2] 張國立,曲兆源.海底管道巡檢船的設計和功能配置[J].船海工程,2016,45(5):118-119.

[3] 王海軍.500方挖泥船綜合電力推進系統概述[J].船電技術,2013,33(7):19-20.