某綜合試驗船電力系統設計

龍可軍，李興宇

（1.海裝駐廣州地區第三軍事代表室，廣州，510250；2.廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣州510250）

1 前言

該船是一艘遠海航區綜合試驗船，主要用途是滿足建設單位試驗基地科研生產需求，在試驗海域進行各類電子設備的試驗、測試及驗證等，同時兼顧試驗設備、人員的交通運輸功能，為我國電子科學的發展、海洋科學事業和國防建設收集資料。該船的設計滿足中國船級社（CCS）《國內航行海船入級規則》2012、《國內航行海船建造規范》2012 及其修改通報、中國海事局（MSA）《船舶與海上設施法定檢驗規則—國內航行海船法定檢驗技術規則》（2011）及其修改通報有關要求。

2 船舶主要參數

3 電站設計

該船電站設計除滿足規范、規則對于船舶正常航行的配置要求外，還應滿足船上配備的各類電子設備及輔助系統的海上試驗需求。

3.1 各種工況負荷計算

主發電機組首先要滿足為全船航行安全設備提供充足的電能，同時為機艙輔助設備、生活設備等提供電源，還要為試驗設備提供電源。因此，如何確定電站主發電機的單臺額定容量及配置數量，主要從各工況用電總負荷情況進行分析：

（1）航行工況

按照規范的要求，主電源要滿足為正常推進運行、船舶安全所必需的設備供電，也要滿足最低舒適居住條件的設備供電（工況Ⅰ）。通過電力負荷計算，航行工況Ⅰ總負荷約為179 kW；工況Ⅱ為含試驗設備，總負荷約為230.1 kW。

（2）試驗狀態工況

該船搭載了較多的電子設備，不同電子設備的用電需求差別較大；同時，為了滿足設備測試要求，還安裝了液壓起重機、A 形架吊機等大功率輔助試驗設備。通過電力負荷計算，使用10 t液壓起重機、A形架吊機時（工況Ⅰ）總負荷約為386.4 kW；不使用10 t 液壓起重機、A 形架吊機時（工況Ⅱ）總負荷約為330.5 kW。

（3）進出港工況

進出港工況下需要使用錨機、吊機等設備，在離靠碼頭時需要使用首側推。通過電力負荷計算，進出港工況總負荷約為327.5 kW。

（4）停泊工況設備

停泊狀態下，主要為生活用電、空調設備用電、油污水排放設備及維修設備等供電，經計算，總負荷約為91.1kW 。

各種工況用電負荷，見表1 所列。

表1 各種工況用電負荷表

3.2 主電站設計

（1）航行工況Ⅰ是船舶的主要使用工況，根據計算，航行工況Ⅰ用電負荷為179 kW。從設備使用及經濟性考慮，使用單臺主發電機容量為200 kW，此時發電機負荷率為89.5%，備用發電機為2 臺；航行工況Ⅱ為含試驗設備。根據計算，航行工況Ⅱ用電負荷為230.1 kW，使用2 臺發電機容量為2X200 kW，發電機負荷率為57.5%；備用發電機為1 臺；

（2）試驗工況Ⅱ用電負荷為330.5 kW；使用2 臺200 kW 發電機組并車可滿足用電需求，但無法滿足試驗工況Ⅰ的長期用電需求，因此，需要增加1 臺同型200 kW 發電機組，即選用3 臺200 kW 發電機組，其設備維修互換性較好，且各發電機的使用時間更均衡，不會因為過度使用1 臺發電機組而提前進行大修；

（3）進出港工況使用首側推時，選用任意2 臺200 kW 發電機均可滿足用電需求，設置3 臺200 kW發電機組，留有備用發電機組，可靠性更高。

綜合以上分析，本船配置3 臺船用三相交流同步發電機組，每臺發電機組額定功率200 kW，供全船動力系統、照明系統、通信導航、報警、控制設備及電子試驗設備等用電；3 臺柴油主發電機能單獨運行，互為備用，也可以任意2臺或3臺發電機組長期并聯運行。

3.3 應急電站設計

應急電站主要滿足應急狀態下的負荷用電需求，主要用于維持船舶安全或遇險救生等用途，包括應急照明、無線電通信及導航設備、應急消防泵、內部通信設備、報警設備及應急發電機室分機等。

通過負荷計算，為滿足應急狀態下設備用電需求，本船選用75 kW 三相交流同步應急發電機組1 臺， 安裝在應急發電機室。

4 配電系統設計

本船配電系統，主要由主配電板、應急配電板及分電箱等組成。

4.1 主配電板

（1）結構

本船設主配電板一臺，鋼質落地式，布置在機艙集控室，控制和保護3 臺主發電機并對全船AC380V/AC220 V 設備供電；主配電板由7 屏組成，包括3 屏發電機控制屏、1 屏發電機同步屏、1 屏負載控制屏、2 屏電機集中控制屏。

發電機屏上部設置各類儀表，下部設置發電機主開關；同步屏設置有同步表、岸電儀表等；負載屏主要設置各類負載斷路器；集中控制屏主要布置各類泵起動控制設備。

（2）功能

① 主開關設計：主配電板發電機主開關采用施耐德公司MT06 型自動空氣斷路器，脫扣器額定電流600 A，具有過載長延時、短路短延時和瞬動三段保護及欠壓脫扣保護等功能，采用逆功率繼電器作逆功率保護。

② 連鎖設計：主配電板發電機主開關與岸電開關聯鎖，使發電機組與岸電電源不能同時供電；空氣斷路器與主發電機防潮加熱器有聯鎖，防潮加熱器開起情況下不能起動發電機組；主變壓器之間設聯鎖，避免變壓器同時接入電網；主配電板與應急配電板通過聯絡開關聯鎖，正常時應急配電板的負載通過聯絡開關由主配電板供電。

③ 卸載設計：主配電板具有自動卸載功能。當發電機的負載電流達到額定值的90%時，主配電板發出過載預報警，延時10 s后進行一級卸載，卸除廚房設備；如負載電流達到95%額定電流，經延時后進行第二級卸載，卸除空調設備。

④ 自動電站管理系統：主配電板設有進口的自動電站管理系統，對發電機組進行管理，能夠自動平衡并聯發電機的負載；運行發電機重載時增加在線發電機，輕載時減少在線發電機；在線運行發電機發生故障無法繼續工作時，管理系統發出指令，備用發電機自動起動，故障發電機自動退出。

⑤ 并車設計：設有手動、半自動及自動三種并車工作模式。手動模式下，所有發電機均可轉為手動操作模式；半自動模式下，可手動、半自動并車，自動平衡并聯發電機的負載；自動模式下，由自動電站管理系統管理電站運行。

⑥ 重載問詢功能：由于本船設有首側推等大功率負載，為避免電站容量不夠無法起動大功率負載，或為降低起動大功率負載時對電網的沖擊導致影響其他設備正常使用，在起動大功率負載前必須向電網作詢問，如在網的柴油發電機總容量偏小，應自動起動備用主發電機組向電網供電。

⑦ 重要負載順序重新自起動：主電網恢復供電后，下列重要負載按系統預定的程序重新自動起動：舵機、機艙風機、主機滑油備用泵、齒輪箱滑油備用泵、主機淡水備用泵、主機海水備用泵。

（3）匯流排

① 本船除常規船舶安全航行設備外，還設有大量電子設備，因此匯流排設計成三個獨立的分段：匯流排A 段連接1 號發電機組、B 段連接2 號發電機組，采取聯絡開關進行連接。當匯流排某一處故障時，可通過斷開聯絡開關保護另一分段上的設備供電的連續性；B 段、C 段（連接3 號發電機組）由斷路器連接。除試驗狀態外，B 段、C 段連接斷路器保持接通，本船執行試驗任務并需要分區供電時，B 段、C 段的連接斷路器分斷，使3 號機組獨立向試驗設備供電。

② 分區供電操作，可在自動電站管理下自動進行，也可在非自動電站狀態下人工操作完成；分區供電結束后，一般應將3 號發電機重新整步，待到3 號發電機達到同步條件時，將B 段、C 段的連接斷路器合閘與其他發電機并網運行，以保持系統設備的連續供電；也可以手動切斷3號發電機主開關，將3號發電機停機，然后將B 段、C 段的連接斷路器合閘，此時系統將不能連續供電。

4.2 應急配電板

（1）在應急發電機室設應急配電板一塊，用于控制、保護應急發電機和對全船AC380 V/AC220 V 應急設備供電。應急配電板由2 屏組成，包括1 屏發電機控制屏/負載屏、1 屏負載屏；

（2）應急配電板為鋼質自立式結構，防護等級為IP22；應急配電板前面為面板，側面設旁板，前部有扶手；應急配電板為板前維修，底部進線；

（3）應急配電板發電機主開關為MSX250 自動空氣斷路器，脫扣器額定電流160 A，具有過載長延時、短路短延時保護及欠壓脫扣保護等功能。

（4）當主電網失電時，應急發電機在45 s 鐘之內完成自動起動，通過應急配電板向應急設備供電；在主配電板恢復供電后，應急發電機主開關應自動分閘，應急發電機空載運行一段時間后停車；應急發電機不能與主發電機并車。

5 結語

電力系統設計是船舶設計重要內容，直接影響船舶安全及功能的實現，設計科學合理的電力系統，既有利于提高船舶的航行安全性，也可以提高經濟性。