拖輪控制系統雙電源改造方案

虞成安

摘 要：在1998年之前建造出廠的部分港作拖輪的控制系統只有一路電源，船舶輔機由于多種因素發生停機故障，引起發電機主開關跳閘，電站不能供電造成全船失電時，船舶的控制系統失靈，不能正常對船舶進行機動操縱，這不僅使本船的安全得不到保證，而且也使被助泊的大船處境十分危險。因此從機動性、安全性的角度出發，有必要對原單電源控制系統的拖輪進行雙電源改造，從而保證拖輪控制系統電源的正常供應，確保船舶控制系統、操縱系統正常工作，保障船舶運行的安全。

關鍵詞：失電;雙電源;DC/AC轉換電源

中圖分類號：U674.24? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）02-0046-03

近年來，寧波舟山港口吞吐量逐步上升，2017年寧波舟山港口吞吐量為100711萬噸，比2016年增加了8934萬噸，集裝箱吞吐量為2597萬TEU，同比增長13.8%。其中拖輪助泊量也同步上升，同時拖輪還要承擔寧波舟山港口搶險、消防、拖帶等特殊作業，因此拖輪安全運行是寧波舟山港正常生產的重要保障。

從目前公司拖輪的狀況來看，在1998年之前建造出廠的拖輪我公司有11艘，其中控制系統只有單電源（一路電源）控制的有7艘，隨著船舶使用年限的增加，設備老化、工作環境等的不確定因素，船舶電站在長時間的運行中，發生多起由于發電機主開關跳閘及輔機停機引起的全船失電，拖輪的控制系統失靈，無法對船舶進行有效的機動操縱，不僅使本船的安全得不到保證，而且也使被助泊的大船處境十分危險。而公司1998年以后建造的船舶都具有雙電源供電功能，即使船舶在運行中發電機主開關跳閘或輔機停機，在一定時間內（15分鐘）控制系統有備用電源供電，不會影響船舶操縱，可以有足夠時間去應對主電源失電情況，有效保證了本船與大輪的安全。但跟日本生產廠家聯系，把拖輪控制系統單電源改成雙電源的改造費用高昂，需要50多萬元。針對這種情況，公司下定決心進行自行攻關改進。

1 拖輪控制系統單電源狀況

要對拖輪控制系統進行改造，必須要熟悉其控制的原理。以甬港消拖1號船為例：主機、舵槳和離合器系日本新瀉公司產品，主機型號為6L28HX，舵槳型號為ZP21-2A，單機功率1800PS，配滑差式離合器與舵槳配接，擁有獨立的控制及報警系統，同時設有獨立的電源。主機、舵槳、離合器及其報警系統審圖。原圖紙如圖1（消拖1號控制電源系統圖）：

圖1所示為甬港消拖1號輪的主機、舵槳、離合器控制及報警系統電源圖，電源由AC220V、變壓器TR1（300VA）、TR2（300VA）、蓄電池及相關電路組成，提供交流220V、100V、直流24V電壓供系統工作。當船舶正常供電時，電源經開關、變壓器及相關電路處理后得到AC220V、AC100V及DC24V與蓄電池提供的DC24V一起供系統正常工作，一旦發生發電機主開關跳閘及輔機停機引起的全船失電問題時，船舶的控制系統失電，船上工作人員就無法對船舶進行有效的機動操縱。

2 拖輪控制系統單電源的改造

主機、舵槳、離合器及其報警系統控制電源改造。圖紙如圖2（消拖1號雙電源改造方案圖）：

圖2所示為甬港消拖1號輪主機、舵槳、離合器及其報警系統電源控制改進圖。圖中在原線路上新增一路備用電源，由應急充放蓄電池組作為后備電源。船舶原來供電系統作為主電源，正常使用時主電源供電，新增加的一路電源處于備用狀態，當船舶供電失常時，新增的一路電源自動投入，有效的保證了船舶的正常運行。改造時需滿足：①增加兩個DC/AC轉換電源，是否有足夠安裝空間。②DC/AC轉換電源在船舶正常供電失常時，自動投入需十分快速，轉換時間短（小于10ms），否則會導致主電源失常時，備用電源還沒轉換成功。船舶控制系統需要重新啟動，船舶安全運行得不到保證。③DC/AC轉換電源空載電流小，在沒有負載情況下可以節約能源，在投入使用時，滿足船舶安全運行時間要大于15分鐘，使船上工作人員有足夠時間處理緊急情況。

3 增加指示、報警電路

由于供電電源的增加，在使用中應把設備原來的供電電源作為正常工作中的主電源，新增加的電源作為備用電源，在船舶正常供電受到影響時的應急救助，因此，備用電源的使用應有明確的聲、光指示，提醒船上工作人員需要及時處理，因此在電路使用中原設備中的AC220V主電源失電報警的同時，新增加了電源輸出端的聲、光報警。電路如圖3。

4 DC/AC轉換電源設備選用說明

經過多家轉換電源生產商的比對，這次設備改造中用到的DC/AC轉換電源采用深圳市歐瑞電力設備有限公司生產的多功能24V純正弦波工頻逆變器。深圳市歐瑞電力設備有限公司位于中國–深圳寶安，是深圳市規模最大的配套電力電源生產廠家之一，主要產品有：直流屏、直流壁掛電源、EPS應急電源、高頻電力逆變器、高頻通信逆變器、工頻電力逆變器等系列電源產品，是一家集專業研制開發、生產、銷售一體系的高新技術企業，并且在電源技術多個領域上一直處于國內領先水平。

多功能24V純正弦波工頻逆變器具有以下特性：

（1）全銅變壓器設計，高效率運作（效率大于85%），噪聲小。

（2）前面板LED指示燈能對設備狀態一目了然。

（3）空載電流小，在沒有負載情況下可以節約能源（節電模式低于25W）。

（4）具有過壓、低壓、過載、過流、短路及過高溫保護功能。

（5）帶載能力強，可帶空調、風扇、電機等感性類負載，高惡劣環境穩定性好、壽命長。

（6）輸入電壓范圍廣（DC21V……DC32V），轉換時間快（小于10ms）。

（7）噴粉鋼構外殼，耐腐蝕鋼底盤，具有一定防水功能。

（8）多功能24V純正弦波工頻逆變器外部尺寸不大，經測量駕駛臺操縱面板下方有足夠空間符合安裝條件。

5 拖輪控制系統單電源的改造后運行的情況

關于甬港消拖1號輪主機、舵槳、離合器控制系統雙電源改造的項目，于2016年年底提出申請，報公司技術部門審批，并列入2017年成安創新工作室的改造項目。

根據消拖1號輪的大修計劃，修船計劃于2016年9月進行，在17年的1至8月份，先后完成了甬港消拖1號輪主機、舵槳、離合器控制系統雙電源改造方案的研制、設定，并完成了器材采購，前期工作于8月份之前全部完成。

2017年9月，利用消拖1號輪進廠大修時間，工作室參加人員一起投入改造工作，于9月18日成功完成了改造工作，并進行試航測試：

（1）起航前，1號蓄電池組電壓25.6V，主電源斷電時，蓄電池組供電電流25A，全船應急設備及主機、舵槳、離合器控制系統工作正常。

（2）航行5分鐘，1號蓄電池組電壓24.8V，電流25A，船舶運行正常。

（3）航行10分鐘，1 號蓄電池組電壓24.2V，電流25A，船舶運行正常。

（4）航行15分鐘，1號蓄電池組電壓24V，電流25.6A，船舶運行正常。

（5）航行20分鐘，1號蓄電池組電壓23.5V，電流26.2A，DC/AC轉換器出現低壓報警，將主電源恢復供電，測試結束。

經過以上試驗，設備改造完全適合船舶正常航行，而且提高了船舶航行的可靠性。經過改造，消拖1號輪船舶的安全運行得到保障。經過2年多的實際運行，船舶的操縱、控制未出現任何的問題。因此，借鑒消拖1號輪的改造經驗，對拖16、拖17輪也進行雙電源改造，可以提高船舶航行的安全性，獲得良好的使用效果。工作室后續還要將控制系統單電源拖輪逐步進行改造，因為改造時由于電纜需要重新鋪設，改造后還要對設備進行測試，所以拖輪控制系統單電源改成雙電源一般在船舶進廠大修時進行。

6 改造費用

根據廠方報價，歐瑞ORN-1024多功能逆變器（220、110系列）每臺售價1500元人民幣，每船總計兩臺（3000元），另加敷線等配材，預計每船改造費用在5000元左右。對比日本生產廠家的價格50多萬元，節省費用十分可觀。

7 結束語

從目前中國各個港口使用的拖輪情況來看，大多數主要的設備--主機、舵槳系統、控制系統向日本廠家采購，國外廠家利用技術優勢，往往在物料、備件、技術改造方面漫天要價。從對拖輪原單電源控制系統進行雙電源改造后的結果來看，主要存在兩個關鍵因素：一是對拖輪原單電源控制系統原理掌握程度，二是國內加工制造業的發展，生產多功能24V純正弦波工頻逆變器的深圳市歐瑞電力設備有限公司是一家集專業研制開發、生產、銷售一體系的高新技術企業。這樣的企業在中國是越來越多，中國已經從加工制造業大國變成加工制造業強國。這也是我們進行技術改造的底氣，相信自己有能力、有條件、有實力進行改造。