600FEU冷藏集裝箱船電氣設計

顧偉杰 賴昌偉

（上海船舶研究設計院，上海 200032）

0.前言

600FEU冷藏集裝箱船是為某國際著名冷鏈食品公司量身打造的全冷藏箱集裝箱船。全船有656個40尺箱位，共設有634個冷藏箱插座，可同時裝載600FEU冷藏箱，與同尺度類別的集裝箱船相比，冷藏箱的裝載數量巨大，大大提升了該公司冷鏈運輸的能力。該船入DNVGL船級，全船自動化程度較高，具有橋樓NAUT（NAV）及無人機艙E0入級符號。

1.電力系統的設計

1.1 低壓電站的選擇

該船為全冷藏箱集裝箱船，可同時裝載600FEU冷藏箱。單個FEU功率按照8kW計，冷藏箱用電負荷達到4.8MW。此外，船上配置1臺脫硫塔、1臺首側推、4臺克令吊、54臺貨艙風機等用電設備，電站總容量達到11.25MVA，短路電流達到90kA。因此該船的電站容量處于低壓與中壓兩者皆可的臨界狀態。

針對該船實際情況，相較低壓而言，選擇中壓系統雖然可以降低發電機額定電流及系統短路電流，但中壓系統的發電機和開關設備價格較高，且船上至少需配置2臺降壓中壓變壓器為AC440V系統供電，同時還要為中壓配電板、中壓變壓器等設備設置專門的艙室。上述這些因素不但使本就不寬裕的機艙更加難以布置，還增加了建造成本。因此，考慮簡化機艙布置，以及減少項目初投資，該船選擇低壓電站系統。

選擇低壓系統（AC440V）之后，針對其帶來的大電流情況，找到解決方案。首先，可通過選用高性空氣斷路器來解決系統保護方面的問題。其次，對于大電流傳輸，則可通過選用單芯電力電纜對系統進行優化。由于相同截面積的單芯電纜載流量明顯大于三芯電纜，該船在電力系統發電機供電回路的設計中，采用單芯電力電纜替代常用的三芯電力電纜。此優化方案顯著減少了大載流量電纜的用量，相較于三芯電纜減重超過30%，全船電纜減重近10%。同時，電纜用量的減少，也降低了機艙內電纜的敷設難度。

1.2 電站配置及工況

該船電力系統單線圖如圖1，主電站配置2臺2650kW柴油發電機組和2臺1850kW柴油發電機組，還配置了2臺150kVA的主變壓器、1臺95kVA的廚房變壓器，用于各類AC220V設備的供電。主配電系統單線圖如圖1。

圖1 主配電系統單線圖

該船最大用電工況出現在帶冷箱進出港工況，總計需要功率7240kW，占總裝機容量的80%。此外，帶冷箱航行工況需要功率總計6326kW，開2臺2650kW發電機組+1臺1850kW發電機組，1臺1850kW發電機組作為備用，負荷率達到88%。

2.冷藏箱配電及監控系統的設計

該船需配置634個冷藏箱插座，其中甲板上340個，貨艙內294個。根據船上冷藏箱的位置，選用了49個6聯插座箱、58個5聯插座箱、11個4聯插座箱、2個3聯插座箱，分別布置在便于作業的區域。上述插座箱由23個冷藏箱分電箱供電，這些分電箱布置在相應的插座箱附近，節省了電纜及其敷設，在今后的運營中也便于管理。在機艙集控室的主配電板上，設置了2屏冷藏箱供電屏，由兩個主匯流排分別供電，23個分電箱的饋電開關被平均分配在這兩個供電屏上。

對于全冷藏箱集裝箱船而言，冷藏箱的管理尤為重要。對于冷藏箱的主要管理工作，就是如何設定控制器的參數和讀取數據記錄儀的數據。在船上安裝冷藏箱監控系統，不僅可以大大削減由人工數據抄錄和系統監視產生的人力物力，同時還可以讓船員對制冷裝置失靈可能產生的問題做出快速反應，從而避免發生貨損。

該船采用純電力載波系統對全船冷藏箱實現統一高效的集中監控和管理。目前各大廠家生產的冷藏箱上，除了由控制器和數據記錄儀構成的微處理器外，還增加了可提供遠程通訊用的調制解調器，它將冷藏箱上制冷裝置、溫度等信息調制成電力網絡上的高頻信號，通過電力載波將信號傳輸至機艙集控室主配電板。監控系統只需在主配電板的冷藏箱供電屏內設置調制解調器，將信號解調出來，最后經現場總線系統發送給船舶辦公室里的遠程監控電腦。

純電力載波系統無需配置額外的信號電纜，既降低了成本，也避免了機械損傷、遺失和耗費人工的問題。該系統可雙向傳輸信號，即遠程監控系統不僅可以接受來自集裝箱的多項運行數據（如：溫度、送風、回風、解凍、加熱、制冷等），還可以對溫度點進行遠程修改，也可以在船上對冷藏箱進行自檢并在一個航次結束后讀取數據記錄儀的信息，從而進一步節省運營成本。

3.橋樓電氣系統的設計

該船橋樓系統入級NAUT（NAV）船級符號，該符號對于駕駛員操作的便利性方面提出了較高要求，分別按照駕駛員的工作狀態，如：坐姿或坐/站姿，以及操作便捷度，如：觸及范圍內或易于讀取，對航行及操縱工作站、監測工作站、手動操舵工作站、靠泊工作站的設備配置，制定了詳盡的規范。假如僅僅是簡單地參照規范為各工作站配置相關設備，則電氣系統架構以及橋樓設備的布置會變得異常繁冗，可能會在一座駕控臺上的臨近區域重復出現相同功能的儀表、控制或分顯示器，駕控臺的尺寸也會因此產生變化，繼而會對整個駕駛室的布置產生影響，同時會導致船舶建造成本的增加。其中的難點除了規范的細致條款外，還在于船東的特殊要求以及產品系統配置的限制性。該船的中央報警管理系統就是其中之一。

根據規范要求，駕駛員能在航行及操縱工作站位置對中央報警管理系統進行控制操作，也能在監測工作站位置觀察到該系統的相關信息。通常將該系統的小型主單元安裝在駕控臺中央稍偏右的位置，即可滿足要求。但由于產品的更新換代，該船的中央報警管理系統沒有獨立的主顯示單元，相應的顯示功能整合在指揮顯示中。而由于船東不希望為指揮顯示配置獨立的專用顯示器，因此指揮顯示的相應功能又集成到航行及操縱工作站最右側的電子海圖上。顯然，處在駕控臺左側的監測工作站位置是不易于觀察到相關信息的。可是如果將26英寸的電子海圖移至駕控臺中央位置，既不便于在航行及操縱工作站位置對其進行控制操作，又打亂了駕控臺中央區域的設備布局。在評估了中央報警管理系統信息在電子海圖上的顯示位置與尺寸，以及駕駛員在監測工作站位置的視野與視線角度，最終做了一個改動最小的調整，見圖2橋樓工作站布局示意圖：即改變通常的布局方式，將航行及操縱工作站區域的電子海圖與X波段雷達對調位置。這樣就將顯示器與監測工作站間距縮短到了約2m，視線角度中偏右約60°，創造了一個較合理的觀測條件。該方案既達到了NAUT（NAV）船級符號的規范要求，又滿足了船東的使用習慣。由此可見，橋樓電氣設備的合理化布置是設計的關鍵，需對該船控制站總體布局進行統一協調規劃，并綜合考慮視線、工作環境、通道、照明以及人體工程學等因素，才能設計出一套令各方滿意的方案。

圖2 橋樓工作站布局示意圖

4.結語

600FEU冷藏集裝箱船的電力、冷藏箱監控以及橋樓等電氣系統的設計中，緊抓船東對船舶的運營要求和使用習慣，采用了一些有針對性的設計思路與方案，提高了該船的經濟性，保證了運營管理的高效與便捷，為今后的同類型船舶的電氣設計提供了一點借鑒。本文是作者在設計過程中的總結和體會，謬誤之處在所難免，還望讀者指正。