文 /上海高世邁船舶管理有限公司 戴明祥

按照系統(tǒng)可靠性設計原理，提高系統(tǒng)可靠性有兩種方法：第一種方法是提高元件或單元的可靠性，選擇高性能元件，降低元件的失效率，從而提高整個組成系統(tǒng)的可靠性；第二種方法是按照冗余技術進行系統(tǒng)設計，通過改變系統(tǒng)組成結構，以更安全、可靠的系統(tǒng)組成結構代替一般系統(tǒng)結構，從而提高系統(tǒng)運行的可靠性。本文以某LNG輪的電氣設計為例，從冗余技術角度進行LNG船舶的電氣系統(tǒng)設計方法分析，從而為全面了解、掌握LNG船舶電氣系統(tǒng)可靠性設計思路和方法，熟悉系統(tǒng)結構和組成奠定基礎。

1 LNG船舶動力供配電系統(tǒng)可靠性設計

目前LNG船舶主電站的功率都較大，一艘15萬立方米的LNG船舶電站總功率達到1萬千瓦，

圖1 某輪主電站電力系統(tǒng)單線圖

從經(jīng)濟性角度，這種船舶電站需要采用高低壓輸配電系統(tǒng)結構，也就是發(fā)電機為高壓發(fā)電機、輸配電為高低壓配電屏供給不同電壓等級用戶的需要，其典型電力系統(tǒng)單線圖見圖1所示。

電力系統(tǒng)圖清楚地告訴我們：該主電站由四臺發(fā)電機（兩臺透平發(fā)電機3200/臺、兩臺柴油發(fā)電機1600/臺）分左右兩組組成，每組各有一臺透平和一臺柴油發(fā)電機組成，并分布在左右兩舷分別供電給左右獨立房間分布的兩個高壓配電屏（A.C 6.6kv）、兩個高壓貨泵分配電屏(A.C 6.6kv)、兩個低壓配電屏(A.C 440v)。所有左右高壓配電屏、分配電屏、低壓配電屏之間由兩個聯(lián)絡開關聯(lián)絡，可進行自由隔離或連接操作，這種雙供輸配電結構設計能保證任何一組、一舷、一屏的發(fā)電機或配電屏故障時仍能給船舶提供電源，滿足船舶正常航行或靠泊所須的電力負荷要求，最大限度地保證了船舶安全運行對電力系統(tǒng)的安全供應要求，從而達到電力系統(tǒng)可靠性設計的目的。

2 LNG船舶動力應急供配電系統(tǒng)可靠性設計

船舶特殊的運行環(huán)境和安全，要求船舶主電站出現(xiàn)故障時，船舶仍能提供消防和救生等所必須的動力電源，這就是船舶應急發(fā)電機即應急電站，LNG船舶的應急電站相比其它一般貨輪又多了許多重要的功能，這些功能無一例外地提高了船舶應急供電的可靠性，其應急電站電力系統(tǒng)單線圖見圖2所示。

圖2 某輪應急電站電力系統(tǒng)單線圖

系統(tǒng)圖告訴我們：應急發(fā)電機的電力除了供應應急電網(wǎng)外還可經(jīng)應急配電屏分別給左右低壓配電屏進行反饋供電，從而保證船舶主電站即主發(fā)電機失電后，低壓電網(wǎng)仍能由應急發(fā)電機提供船舶正常安全所需的低壓電力，確保了船舶主電網(wǎng)失電后的船舶安全，完成應急狀況下應急供電的目標。

3 LNG船的分配電系統(tǒng)可靠性設計

除了高、低壓主配電屏的特殊設計外，供電重要負荷的低壓動力分配電屏在電源供應上都采取了雙路電源供應，即每個分配電屏都有兩路供電電源，分別來自左、右低壓主配電屏或一路來自低壓主配電屏，另一路來自應急配電屏，分配電屏內(nèi)裝有自動選擇和轉換供電電源電路裝置，一旦任一路電源故障，自動電路能及時地轉換到另一路電源，從而提高了分配電屏供電的連續(xù)性和可靠性。其供電原理圖見圖3所示。

圖3 某輪分配電屏典型單線圖

4 LNG船UPS供電可靠性設計

集成自動化系統(tǒng)是LNG船舶的中樞神經(jīng)，多達二十多個監(jiān)集成自動監(jiān)測和控制功能，因此，分站與中央控制站的安全可靠供電則是確保LNG船舶集成自動化系統(tǒng)安全可靠運行的前提和基礎，IAS系統(tǒng)不間斷電源（即：UPS電源）的冗余電路結構就是LNG船舶安全運行的最重要保證，其中左右UPS電源的組成原理完全相同，只是主電源供電分別來自左、右主配電板，以右舷UPS為例，具體電路結構見圖4所示。

全船分布的IAS分站或總站分別由兩臺獨立的UPS供電。兩臺UPS分別安裝于左右舷的低壓配電室內(nèi)，每臺UPS有兩路電源（即：主電源Main supply & 旁路電源 Bypass supply）供電，可在UPS控制箱上進行手動轉換；主電源由主配電板（通過DGFS11 or 21開關）和應急配電板兩路供電的且任一路故障時能自動轉換的分配電板（如：DGFS11 or 12）進行供電，旁路電源由主配電板（通過DGF121 or 221開關）直接供電的分配電板（如：DGF121 or 221）進行供電；主電源故障時UPS能自動地將電瓶電源逆變?yōu)榻涣?20V電源，供給IAS實現(xiàn)不間斷電源供應，確保了集成自動化系統(tǒng)的電源可靠性與連續(xù)性。

5 結束語

通過LNG船舶輸配電、控制系統(tǒng)不間斷電源的電路結構分析，我們清楚地看到：基于冗余設計技術的可靠性設計在LNG船舶的電氣設計中得到了充分而廣泛應用，這種可靠性電氣設計方法最大限度地保證了LNG船舶的供電可靠性，為LNG船舶的安全運行提供保障。這也是LNG船舶與其它一般貨船設計上的本質區(qū)別。

圖4 IAS系統(tǒng)UPS結構原理圖