飽和潛水設備電氣接口研究及設計

賈穎暉

（天海融合防務裝備技術股份有限公司，上海 201612）

0 引 言

飽和潛水相比傳統潛水方式具有下潛深度大、作業時間長和工作效率高等優勢，在海洋開發、海洋科學研究、水下設施建造和援潛救生等領域得到廣泛應用，受到世界各國的高度重視，具有廣闊的發展前景。

使用飽和潛水設備能增加潛水作業深度，使潛水員在深水長時間作業時，有效減少其減壓次數，大幅提高潛水作業效率，降低潛水員減壓病的發生率；同時，能為潛水人員創造良好的工作環境，使其在高壓強條件下完成水下安裝、檢查和維修等作業，具有廣闊的市場前景。

飽和潛水支持船是依托飽和潛水設備形成的船型，飽和潛水設備在船上有撬裝式和內置式2種存放方式，其中：撬裝式即所有飽和潛水設備都安裝在集裝箱內，集裝箱整體放置在船上的開敞甲板處；內置式即所有飽和潛水設備都為散供，安裝在船上專門為飽和潛水設備設置的艙室內。因此，內置式飽和潛水設備對船舶的依存性更強，設計要求更高。飽和潛水系統由甲板（水下）居住艙、過渡艙、潛水鐘、吊放系統和生命支持系統等組成。

本文以某300m飽和潛水支持船（見圖1）為研究對象，對其飽和潛水設備電氣接口進行研究設計。

圖1 300m飽和潛水支持船

1 背景工程概況

該300m飽和潛水支持船是一艘具有DP（Dynamic Positioning）3能力的可在規定海域的環境下進行潛水作業的特種用途船，具有無限航區（極區除外）航行的能力。該船入 DNV GL和中國船級社（China Classification Society, CCS）雙船級，其中：

1) DNV GL入級符號為DNV+1A1–E0, SF, DYNPOS AUTRO, SPS, CLEAN DESIGN, NAUT AW, DK(+),HELDK-SH, CRANE, COMF-C(3) V(3), BIS, DSV-SAT, DSV-SURFACE, BWM-T, RECYCLABLE, ECA(SOx-A)[1]；

2) CCS入級符號為CCS*CSA, SPS,DSV-Sat, DSV-Air, Strengthened for Deck Cargoes, Loading Computer(S,I,D), Helicopter Facilities, Lifting Appliance, DP-3, In-Water Survey, COMF(NOISE 3, VIB3)*CSM, AUTO-0,LSFO, OMBO, Clean Plus, BWMP, BWMS, GPR[2]。

根據船東的要求，潛水設備配置能搭載24名潛水員分批次進行最大水深為300m的飽和潛水作業的雙鐘飽和潛水系統。整套飽和潛水系統帶有高壓生活艙、潛水鐘、逃生艙、收放系統、控制系統、生命支持系統和水下通信系統等設備，在充分考慮潛水安全的情況下，可滿足最大限度的雙潛水鐘深水飽和潛水作業需求。

該潛水設備的制造商為意大利DRASS飽和潛水公司。

2 飽和潛水設備和船舶電氣系統接口

2.1 基本概述

根據意大利飽和潛水公司DRASS提供的資料和DNV GL潛水規范的相關要求，主要從配電系統、通信系統、閉路電視監視系統和飽和潛水外部區域火災報警系統等4個方面進行設計分析。

2.2 配電系統接口

2.2.1 船舶配電系統

該船設有DP系統，滿足DP3規范的要求，即在預設的定位環境下，任意部件或系統發生單點故障，甚至因失火或進水造成整個艙室完全受損之后，仍能自動保持船舶的位置和艏向。因此，該船的配電系統結構必須滿足DP3系統的要求，即電站與推進器的分組必須保持一致[1]。

該船設計有2個獨立的機艙和2個獨立的配電板室。機艙之間具有A60和水密分隔，每個機艙內的發電機組和輔助系統都可獨立運行，互不影響。配電板室之間及各相鄰機艙之間全部為A60和水密分隔。

根據系統的特性和設備的配置，共設計12塊配電板，分別為2塊AC690V主配電板、2塊AC440V輔助配電板、2塊AC230V輔助配電板、2塊遙控無人潛水器（Remote Operated Vehicle, ROV）及收放系統配電板、2塊潛水配電板、1塊船用應急配電板和1塊潛水用應急配電板。

根據機艙和配電板室的分區，全船的動力設備完全分開為前后2個系統，其中：前機艙1號主發電機和3號主發電機連接至前AC690V主配電板；后機艙2號主發電機和4號主發電機連接至后AC690V主配電板。在DP模式下，2塊AC690V主配電板之間的母聯開關全部斷開，各自獨立運行，分別給各自DP區內的設備供電。

配電系統單線圖見圖2。

圖2 配電系統單線圖

2.2.2 飽和潛水設備電氣接口

DRASS公司提供的飽和潛水設備有潛水系統左主配電板、右主配電板和潛水系統應急配電板，具體飽和潛水配電接口示意見圖3。

圖3 飽和潛水配電接口示意

根據 DRASS的要求，飽和潛水系統同時使用的最大功率約為 1600kW，左右各需 800kW，電壓為AC440V。飽和潛水配電板為所有飽和潛水設備供電，主要包含潛水收放裝置、空壓機、環境單元、加熱泵組、冷卻泵組、各加熱單元、各控制單元及輔助設備等。飽和潛水變壓器負荷估算見表1。

表1 飽和潛水變壓器負荷估算

根據潛水系統作業安全性和可靠性等方面的技術要求，背景工程電源和配電系統已具備DP3定位作業能力，配置2套可完全獨立運行的電網；2套電網分別通過1臺容量為1250kVA的AC690V/450V變壓器，為左配電系統和右配電系統供電，應急電源由飽和潛水應急發電機提供。

在 DP3正常作業狀態下，飽和潛水左主配電板由 DPI區船用主配電板經容量為 1250kVA的左AC690V/450V船用變壓器供電；飽和潛水右主配電板和應急配電板由 DPII區船用主配電板經容量為1250kVA的右AC690V/450V船用變壓器供電。

在DP3的DPI區船用主配電板因發生故障而失電的狀態下，飽和潛水系統轉換至DPII區船用主配電板供電；飽和潛水左主配電板由右主配電板經應急配電板供電，但左主配電板不是重要負載，需卸載，僅為重要設備供電。反之亦然。

當DP3的DPI區和DIPII區船用主配電板全部失電之后，飽和潛水左主配電板和右主配電板均由飽和潛水應急發電機經應急配電板供電，但需將所有不重要的負載卸載，以保證人命安全和安全操作所需設備的正常供電。

為保證操作的安全性，在飽和潛水左主配電板上，需將船用變壓器進線開關與飽和潛水應急配電板供電開關聯鎖，即變壓器進線開關閉合時，應急配電板供電開關打開，反之亦然，以保證安全實現上述功能。

該船的飽和潛水設備采用獨立的應急發電機供電，除了常規要求以外，DNV GL還提出該應急發電機必須滿足以下要求：

1) 潛水系統應急發電機運行時間必須保證主電源失電之后，潛水人員從水下到減壓艙直至安全減壓等一系列安全操作能順利完成。

2) 根據不同飽和潛水設備配置的要求，其持續運行時間一般為7～15d。在這段時間內，需保證潛水應急發電機正常運行，即需保證正常運行的設備通過潛水應急發電機供電。但是，規范中并未定義哪些設備必須由潛水應急發電機供電，因此需與各相關方討論各種可能性之后再確定。以背景工程為例，經過與 DNV GL、飽和潛水設備商DRASS和飽和潛水故障模式分析公司協商，最終確定由潛水應急發電機為潛水應急發電機室送風機、潛水應急發電機缸套水加熱器和潛水應急發電機啟動蓄電池充電器供電。

3) 對于飽和潛水設備與船舶配電系統的接口，需針對相關規范和設備商的要求進行整體分析設計。

2.3 通信系統接口

飽和潛水支持船區域一般分為內部區域和外部區域，其中：內部區域是指飽和減壓艙、潛水鐘等內部的區域，包括連接減壓艙的通道和高壓救生艇艙；外部區域是指潛水作業時暴露在空氣中的潛水系統區域，例如潛水內部系統的外部、包含潛水系統的艙室或區域等[1]。

飽和潛水系統分為內部區域通信系統和外部區域通信系統，其中：內部區域通信系統是指與飽和潛水設備配套的通信系統，包括潛水鐘控制臺、飽和潛水控制臺、潛水鐘、減壓艙、過渡艙和高壓逃生艇等區域之間的通信，一般都是飽和潛水廠家自行設計并配置的；外部區域通信系統是指在飽和潛水支持船上，在與飽和潛水操作相關的區域設置的獨立通信系統。

根據背景工程的飽和潛水設備布置和實船的船體布置，共設置 42門電話系統作為潛水系統的外部通信系統，包含的區域有主動力定位控制站、備用動力定位控制站、駕駛室勘察桌、集控室集控臺、起重機司機室、水下機器人控制室及辦公室、潛水應急發電機室、潛水鐘棚、潛水鐘應急控制站、潛水鐘控制臺、潛水配電板間、潛水技術監督室、飽和潛水控制臺、空氣潛水區域、潛水減壓艙外部控制板、潛水用氣罐間、氣體操作間、潛水設備間和潛水艙壓力輸送區域（見圖4）。

飽和潛水系統既能保證各區域間必要的通信，又能保證船舶的安全性。即除了飽和潛水控制臺和潛水鐘控制臺以外，其他區域不能與潛水設備內部區域（包括潛水鐘、減壓艙、過渡艙和高壓逃生艇等內部區域）通信，保證非飽和潛水操作人員和非飽和潛水監督人員不能指揮各潛水艙內的潛水人員，保證命令的合理性和人員的安全性。

根據DNV GL規范的要求，需在飽和潛水控制站、飽和潛水操作位置、動力定位控制站、駕駛室、船舶主要控制站或鉆臺、起重機及水下機器人控制站等區域設置獨立的固定式雙向通信系統[1]。這些位置只是規范推薦的位置，具體位置還需根據實船的功能和船東的要求確定。

2.4 閉路電視監視系統接口

飽和潛水設備的閉路電視監視系統的工作機理通常是在飽和潛水控制站和潛水鐘控制站，通過攝像機監視所有飽和潛水內部區域的情況。通過飽和潛水控制站可監視各減壓艙、過渡艙、過渡艙閘門處和高壓救生艇內的情況；通過潛水鐘控制站可監視潛水鐘內的情況。為提高安全性，更好地對飽和潛水內部區域的人員狀態和系統進行監視，可將所有內部信號通過通信接口傳輸給船舶的閉路電視監視系統。

背景工程是通過網絡接口將所有飽和潛水內部區域的閉路電視監視信號傳輸給全船閉路電視監視系統。全船閉路電視監視系統在駕駛室動力定位控制站、安全中心控制站、水下機器人控制站和機艙集控站等處設置監視器，飽和潛水內部區域的人員和系統狀態可通過這些控制站進行監視。監視器上既可設置各種畫面配置（4畫面、9畫面和16畫面等），又可隨時單畫面切換；既可集中監視所有區域，又可單獨監視某一區域。

可根據要求設置相關的權限，僅要求在部分重要的控制站設置對潛水內部區域的監視權限，以保證更高的安全性和私密性。

圖4 飽和潛水外部區域通信系統示意

2.5 飽和潛水外部區域火災報警系統

火災報警系統是針對飽和潛水外部區域設計的。對于內置式飽和潛水支持船來說，飽和潛水外部區域的火災報警設計除了需滿足常規火災報警系統設計的要求以外，還需滿足以下要求：

1) 可成為全船火災報警的一部分，但覆蓋飽和潛水外部區域的回路不能覆蓋其他區域；或單獨為飽和潛水外部區域設置一套火災報警裝置[1]。

2) 在飽和潛水控制站和潛水鐘控制站設置火災報警復視器[1]。

由于火災報警系統是按客船的標準設計的，產品本身回路較多，因此并未對飽和潛水外部區域采用獨立的火災報警裝置，而是采用全船火災報警系統的部分回路進行設計。回路仍按相關規范的要求設計，根據主豎區和其他不同區域的要求設置相應的火災報警回路，并按規范的要求在飽和潛水控制區域設置獨立的火災報警復視器。

需注意，總體防火區域劃分圖對飽和潛水外部區域有獨立的定義和代號，飽和潛水外部區域的火災報警系統需據此進行設計。

3 結 語

結合DNV GL最新規范、規則的要求和設備資料的相關內容，通過對內置式飽和潛水設備和船舶的電氣系統接口進行整體研究分析，掌握了主要的設計要點，并在背景工程中得到了充分的實施應用，順利通過了船級社的驗收。

由于世界上的飽和潛水設備生產廠家較少，因此本文的研究具有廣泛的實用性和較高的參考價值。