3200t風電安裝船的機電系統設計

梁穎

摘要：機電系統作為3200t風電安裝船的主要構成，會對船的運行穩定性與安全產生極大影響。綜上所述，本文將結合實際案例對32001風電安裝船的機電系統設計策略展開分析與討論，以期提升機電系統穩定性與安全性。

關鍵詞：風電安裝船；機電系統；設計策略；討論與分析

在風電機組安裝時，位置多于近海，包括分體式、整體式海上安裝兩種。32001風電安裝船主要是在海上對風電機組的配套以及相關專用設備進行安裝，目前我國在該部分還處于探索階段。

一、案例簡介

A船尾自航大型重吊船，長寬型深為139m×60m×11.20m，吃水設計為5.0m，排水量為300001，航速為5kn，船級社為CCS，最大整機運輸為3200t。A船首尾各有1個C形槽，整體組裝完成后會將風電機組拖曳到A船首尾的C形槽中。底部結構為水泥中空塔形基礎，運輸時，在塔形基礎中注滿壓縮空氣以浮式運輸方式運行。在船首尾的左右舷都設置了1臺柴油機驅動的全回轉舵槳，在安裝現場利用動力定位系統進行安裝位置的確定。A船作業區域在潮間帶，會出現座底，在船上浮時配置船底沖洗裝置。

二、3200t風電安裝船機電系統設計策略

（一）柴油機驅動全回轉舵槳動力系統分析

為將風機安裝精度控制在0.5m范圍之內，將動力定位配置為對風、水流干擾下的船舶位置進行控制與調整。在動力位置采用了推進模塊，選用了柴油機驅動的Z型全回轉舵槳系統進行推進，之后將其動力定位能力進行分析。通過對結果的分析，在船首與船尾左右舷推進艙室位置都設置了功率為2000kW的柴油主機，還有2206kW的Z形全回轉舵槳，裝置數量總共為4套m在進行安裝時，利用拖輪拖帶將A船拖至近海潮間帶區域，之后利用船槳自身的推進系統進行定位與移動，并安置了座底與風機。使用柴油機驅動的Z型全回轉舵槳的動力推進系統當中，無論是主機還是全回轉舵槳的控制模塊、系統接口技術，都對A船的風電安裝功能發揮了至關重要的作用，通過多方面的協調工作采用以下設計方案：第一，主機控制系統。使用的4臺主機為氣電主機腰孔系統，各臺主機都有獨立的遙控系統。在運行時會采用航行模式、DP定位作業模式。船首尾的駕駛室都可當做主駕駛室，同時具備航行與DP定位的作業功能。在航行模式中，船尾的駕駛室會對船首的2臺主機進行控制，尾部的主機不會運行。船首駕駛室對尾部主機進行控制時，船首主機不運行。在DP定位作業模式中，船首尾的主機會同時運行。在船首尾的駕駛室與機艙集控室都可以對主機進行控制，同時還可以對主機的儀表及各項指示系統進行監視，還設置了各種聲光等報警指示。第二，全回轉舵槳系統。在該系統中使用了4臺Z形全回轉推進器，輸入最大功率為2205kW，最大的輸入轉速為1000r/min；輸入的最大扭矩為24000N·m；螺旋槳中心距離為3000mm；其直徑為2600mm；舵槳轉舵時速度為16-19°/s；含油料重量為5t左右。裝置的回轉由液壓回轉系統進行控制，系統整體采用電源為220V。船尾的駕駛室設置了1個舵槳報警控制板，可對船首的2臺主機進行遙控控制。船首駕駛室中的舵槳控制報警板，可對船尾的2臺全回轉螺旋槳進行遙控控制。

（二）電站系統自動化設計方案

3200t風電安裝船主要使用的柴油機驅動方式為全回轉舵槳動力裝置，相比于電力推進系統來說，可大幅減少運營與建設成本。在對短路電流、施工工藝、設備成本等多方面因素充分考慮前提下，對船整體的電制系統確定。主電源使用了交流AC400V、50Hz三相三線絕緣系統，照明設施與其他弱點系統使用了交流AC220V、50Hz、三線與雙線絕緣系統。在對自動電站進行管理時，對配電板設置了功率管理系統，對船體中的電網與發電設備進行管理，確保船舶在各種工況下提供不間斷的供電。

（三）風機安裝定位系統的DP技術應用策略

A船需要在海上進行定位作業，對其配制了動力定位控制系統，在實際運行海況前提下，可達到DP-1定位能力。A船屬于中國船級社及CCS[2]，其對DP-1的系統配制提出了特定要求。在DP定位系統中包含控制系統、動力系統、推進系統、位置參考系統、傳感器。在對DP定位能力進行故障模式效能分析后，對船首尾的駕駛室都設置了DP控制臺，對4套主推進器系統形成了良好控制。A船的動力系統使用了Kongsberg控制系統，包含航行設備公用的風速風向儀、電羅經、船舶姿態傳感器、DGPS等。

（四）風電機組浮式運輸壓縮空氣系統

風力發電機組的塔形基礎使用了水泥中空結構，在其表面預埋了吃起孔、灌漿孔。在運行時，風電機組將桁架吊機進行固定并穩定后，在船體上方的筒形基礎中注入壓縮空氣，確保風機的底部基礎不會被水浸入，之后采用浮式運輸方式將其吊離水面，吊至安裝現場。安裝時需要3000m3的自由空氣，1.5MPa的壓縮空氣。但這樣空氣量過大，無論是成本還是安裝與建造效果較差。通過多方面的分析與考慮，在岸邊及船上設置了壓縮機壓縮空氣供給方案。岸邊提供2000m3壓縮空氣，船中2臺服務壓縮機提供1000m3壓縮空氣，在運輸過程中壓縮機還可以及時補充氣體。將壓縮空氣儲存在20個容量為5m3、壓力3.0MPa的空氣瓶中，將其放置在主甲板的空氣瓶室內。利用多罐并聯的方式通過減壓裝置減壓后對風電機組基礎中進行充氣。利用這樣的設計可以降低服務空壓機的容量、減少空氣瓶的數量，還可減少設備的安裝空間，從而降低了成本。

（五）座底高壓沖洗水系統

A船的作業區域在潮間帶中，如果在淺灘作業會出現底座工況，因此配備了高壓沖洗系統。利用2臺125m3/h×6.0MPa的高壓水泵組[3]、高壓水管系統、半管式沖水槽與高壓水噴頭共同組成的高壓沖洗系統，沖洗時的壓力可達到6.0MPa。該系統的水源由A船的高壓水艙供給，水管與水艙之間設置了負荷卸載管路，出現超壓情況時會經過溢流閥返回到高壓沖洗水艙中。

三、結語

我國的風電安裝技術還處于起步階段，但其具備極強的開發潛能。3200t風電安裝船屬于開發創新型的風電機組整體一步式安裝運輸船，為了增強機電系統設計的合理性與科學性，需要不斷實踐并采用先進的技術與設計理念，才能增強機電系統設計的應用效果。

參考文獻：

[1]趙媛媛.3200t風電安裝船的機電系統設計[J].船舶，2015，26（02）：94-100.

[2]周濤.煤炭裝卸船機電控制仿真系統設計[J].煤炭技術，2012，31（10）：21-23.

[3]盧雪松.DP-3動力定位船電力系統設計研究[J].機電信息，2017（06）：79+81.