吳斐文

（中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七○八研究所 上海200011）

0 引 言

我國(guó)海洋工程船舶（簡(jiǎn)稱海工船）在過(guò)去10年中已形成了一個(gè)良好的開(kāi)局，4 000 t全回轉(zhuǎn)起重船“華天龍”號(hào)和30萬(wàn)噸浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪“海洋石油117”號(hào)的建造可視為一個(gè)新的起點(diǎn)。這既是用戶對(duì)海洋工程市場(chǎng)寄以巨大期望而開(kāi)發(fā)的具有現(xiàn)代高新技術(shù)的海工船，也是造船工業(yè)深化科技體制改革、加大自主創(chuàng)新能力投入產(chǎn)生的結(jié)果。

以開(kāi)發(fā)海洋油氣資源為主要目標(biāo)任務(wù)的海洋工程裝備，是我國(guó)船舶工業(yè)新的亮點(diǎn)，已列入國(guó)務(wù)院振興船舶工業(yè)發(fā)展綱要的重點(diǎn)發(fā)展方向。加快海洋工程裝備制造業(yè)的發(fā)展，是船舶工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向。在推進(jìn)海洋工程裝備制造業(yè)發(fā)展的同時(shí)，還要著力提高我國(guó)海洋工程裝備的研發(fā)設(shè)計(jì)能力，總裝集成能力和海工配套能力。這一系列政策措施已從中央到地方各級(jí)政府、企業(yè)、事業(yè)及民營(yíng)單位的規(guī)劃、計(jì)劃工作中逐步得到體現(xiàn)。

海洋油氣的開(kāi)發(fā)是陸地石油開(kāi)發(fā)的延續(xù)，經(jīng)歷了一個(gè)由淺水到深海、由簡(jiǎn)易到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程。1887年，在美國(guó)加利福尼亞海岸數(shù)米深的海域鉆探了世界上第一口海上探井，我國(guó)則在上世紀(jì)60年代在渤海灣拉開(kāi)了海洋石油勘探的序幕。

據(jù)介紹，海洋石油資源約占全球石油資源總量的34%，而探明率只占到其30%左右，還處于早期階段。海洋油氣資源主要分布在大陸架，約占全球海洋油氣資源的60%，然后大陸坡的深水、超深水海域約占30%。水深小于500 m為淺水，大于500 m為深海，1 500 m以上為超深海。2000～2005年中，全球新增油氣探明儲(chǔ)量164億噸油當(dāng)量，其中深海占41%，淺海占31%，陸上占28%。可見(jiàn)，重點(diǎn)已在海上深海區(qū)。油氣分布主要在波斯灣、墨西哥灣和幾內(nèi)亞灣的三灣；北海及南海的兩海和黑海及馬拉開(kāi)波湖的兩湖［1］。

根據(jù)各方面的信息，將目前現(xiàn)存的主要海洋工程船舶的數(shù)量列于表1中，提供大家一個(gè)宏觀印象來(lái)了解整個(gè)海洋工程市場(chǎng)的面貌，作為我們今后工作方向的參考。

表1 全球及我國(guó)主要海洋工程船舶的數(shù)量

1 海工船類型及特點(diǎn)

海洋工程裝備包括為海洋油氣資源開(kāi)發(fā)生產(chǎn)提供的裝備和以海上工程作業(yè)及服務(wù)為使命的工程船舶及配套設(shè)備，范圍很廣，沒(méi)有一個(gè)權(quán)威的歸類。表2中列出了近10年中屬于國(guó)內(nèi)船東（個(gè)別除外）國(guó)內(nèi)建造的主要海工船的實(shí)例，特別標(biāo)明了其設(shè)計(jì)情況。其中，由國(guó)外公司做基本設(shè)計(jì)的有8項(xiàng)，占47%；合作設(shè)計(jì)的有2項(xiàng)，占12%；國(guó)內(nèi)獨(dú)立做的有7項(xiàng)，占41%。

其實(shí)，就船舶設(shè)計(jì)本身而言，并非說(shuō)國(guó)內(nèi)沒(méi)有能力，水平也差不到那里去，主要是船東的觀念及心理在起作用或在對(duì)作業(yè)性能無(wú)把握時(shí)的決定，一般可以理解。七○八所獨(dú)立從基本設(shè)計(jì)尤其從概念設(shè)計(jì)做起的項(xiàng)目較多較突出，至今仍有項(xiàng)目在進(jìn)行。從振興綱要以及“十一五”期間安排的課題研究來(lái)看，我國(guó)對(duì)海洋工程裝備的要求（不僅對(duì)海工船）是“提升海洋工程裝備設(shè)計(jì)水平，為培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供全面技術(shù)支撐；加大船用設(shè)備科技創(chuàng)新力度，大幅提升配套自主化率和本土化率等?！本褪且岢凶灾髦R(shí)產(chǎn)權(quán)的獨(dú)立自主的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，逐步擺脫依賴國(guó)外公司的局面。這是研制模式的重大改變，對(duì)提高我國(guó)海洋工程裝備的現(xiàn)代化具有重要意義。

從表2中還可看出，中壓電站、電力推進(jìn)、動(dòng)力定位是當(dāng)代海工船電氣系統(tǒng)的主要特征，表2中的17項(xiàng)船型采用中壓電站占到88%（15項(xiàng)），即使沒(méi)有推進(jìn)的7項(xiàng)中（其中1項(xiàng)是柴油機(jī)推進(jìn)），中壓電站也占到71%（5項(xiàng)）；采用電力推進(jìn)為100%，10項(xiàng)需要推進(jìn)的全是；采用動(dòng)力定位的在電推中有7項(xiàng)，達(dá)70%；此外，這些海工船無(wú)一例外均為高度自動(dòng)化的中央集中控制，往往通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信形式構(gòu)成全船自動(dòng)化系統(tǒng)。對(duì)電氣專業(yè)而言，中壓電力系統(tǒng)、電力推進(jìn)系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)和全船自動(dòng)化系統(tǒng)這4大系統(tǒng)在海工船研制中具有了舉足輕重的地位和責(zé)任。這是在常規(guī)船舶研制中很難出現(xiàn)的情況，也是歷史發(fā)展所賦于我們的使命，需要我們?nèi)w從業(yè)人員的不懈努力才能實(shí)現(xiàn)。

2 海工船的電氣系統(tǒng)

2.1 中壓電力系統(tǒng)

海工船無(wú)論是油氣勘探或生產(chǎn)裝置還是工程作業(yè)裝置都具有大量作業(yè)設(shè)備，是除常規(guī)船舶的機(jī)器輔助設(shè)備、保船設(shè)備和日用設(shè)備之外，獨(dú)有的不可或缺的特種設(shè)備。不僅用途各異，而且功率往往巨大，形成了一個(gè)重要的電力負(fù)荷群體。海工船的供電系統(tǒng)要滿足他們的不同工況下的用電負(fù)荷，在電力負(fù)荷計(jì)算中作特別考慮。而且要特別考慮他們可能特有的不同工況下的配電要求，例如多路供電或轉(zhuǎn)換供電的要求。表3列出了主要海工船特有的作業(yè)設(shè)備的規(guī)格，從中可見(jiàn)他們構(gòu)成了一個(gè)大功率的電力系統(tǒng)的需求。

大功率用電負(fù)荷必須要有一個(gè)大功率電站來(lái)供電，這個(gè)大功率電站在超過(guò)10 MW以后，必然會(huì)采用中壓發(fā)電機(jī)才能組成。中壓發(fā)電機(jī)按系統(tǒng)短路容量估算后，一般可按所有發(fā)電機(jī)電流之和乘上8倍即可估得在不同電壓等級(jí)下的短路容量，并按表4所列極限容量來(lái)決定斷路器的分?jǐn)嗄芰?。電壓等?jí)越高，系統(tǒng)功率也越大。原則上發(fā)電機(jī)單機(jī)功率盡可能大些，負(fù)荷率也可比常規(guī)低壓有所提高，一般95%也可接受。中壓發(fā)電機(jī)絕大多數(shù)采用中性點(diǎn)高電阻接地系統(tǒng)［10］。

表2 我國(guó)建造使用的主要海工船實(shí)例

大功率電力系統(tǒng)除了供電裝置外，還有較復(fù)雜的配電系統(tǒng)和配電網(wǎng)絡(luò)。配電系統(tǒng)包括配電板及匯流排的結(jié)構(gòu)和型式，這個(gè)問(wèn)題的進(jìn)一步分析在具有DP-2/DP-3以上要求時(shí)可參閱參考文獻(xiàn)［11］的論述。配電網(wǎng)絡(luò)主要根據(jù)多路供電和轉(zhuǎn)換供電要求進(jìn)行分析，這在DP-2/DP-3以上要求時(shí)更有必要。

2.2 電力推進(jìn)系統(tǒng)

電力推進(jìn)是一個(gè)既古老又具有嶄新活力的船舶推進(jìn)型式。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，基于對(duì)提高船舶操縱性能的需要以及對(duì)動(dòng)力裝置的綜合應(yīng)用的研究，船舶電力推進(jìn)獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。這是由于當(dāng)代船舶的使命已經(jīng)從交通運(yùn)輸這一狹隘的用途擴(kuò)展到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域，海工船就是其中之一。

電力推進(jìn)系統(tǒng)是集船舶總體布置、推進(jìn)性能、機(jī)電設(shè)備配置總成的全船性的綜合系統(tǒng)。由于包括柴油機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，交流變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)在內(nèi)的船舶動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)、控制設(shè)備的成熟發(fā)展，產(chǎn)品可選范圍極大，也促進(jìn)了適合各種需要的電力推進(jìn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

表3 主要海工船作業(yè)設(shè)備及電站規(guī)格

表4 中壓電網(wǎng)短路容量/MVA

電力推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越得到充分的認(rèn)識(shí)而被接受，海工船采用電力推進(jìn)的主要理由在于需要優(yōu)越的操縱性能（特別是長(zhǎng)期低速，如表1中的“海油720”）甚至動(dòng)力定位要求。在采用主推進(jìn)加上首、尾側(cè)向推進(jìn)以及可伸縮全回轉(zhuǎn)推力器的應(yīng)用后，操縱性能獲得全方位的保證；側(cè)推及可伸縮推力器的驅(qū)動(dòng)采用電動(dòng)必定是最合理方便的，而此時(shí)主推進(jìn)的驅(qū)動(dòng)也只能采用電動(dòng)才是一個(gè)具有相同機(jī)動(dòng)性能的和諧的統(tǒng)一的系統(tǒng)。因此，現(xiàn)代的動(dòng)力定位無(wú)一不是采用電力推進(jìn)作為驅(qū)動(dòng)裝置的系統(tǒng)。同時(shí)，由于海工船具有大功率的電力系統(tǒng)，當(dāng)不進(jìn)行作業(yè)而需要作船舶移位時(shí)，推進(jìn)裝置完全可利用這個(gè)大功率電站作為動(dòng)力。所以某些即使不需要?jiǎng)恿Χㄎ灰蟮暮９ご?，也往往配置電?dòng)主推進(jìn)裝置進(jìn)行低速航行或移位，表1中“蘭疆”號(hào)和“華天龍”號(hào)兩艘起重船就是這種應(yīng)用。表5列出了表1中采用電推的推進(jìn)裝置規(guī)格。

從表5中可看到許多有趣的現(xiàn)象：

（1）所用推力器類型五花八門；

（2）大部分采用FPP，少數(shù)采用CPP；甚至個(gè)別如第10項(xiàng)主推CPP還用變頻驅(qū)動(dòng)；

（3）主推進(jìn)器無(wú)論是否用于DP，采用常規(guī)尾軸式、Z推和POD的都有；

（4）最大單機(jī)功率≤5 500 kW；

（5）驅(qū)動(dòng)型式多樣化，以虛擬24P最多，個(gè)別用真實(shí)24P以及循環(huán)型，沒(méi)有用6P或AFE；

（6）世界著名供應(yīng)商都參與，ABB有5項(xiàng)，西門子3項(xiàng)，羅賓康與Converteam各1項(xiàng)；

（7）推進(jìn)電動(dòng)機(jī)（除 POD外）轉(zhuǎn)速最低的為750 r/min;

（8）主推進(jìn)兼DP作業(yè)的理論上應(yīng)具有恒動(dòng)率調(diào)速性能，但并非全有。

是否能從表5這10種應(yīng)用中總結(jié)一種標(biāo)準(zhǔn)的最佳的驅(qū)動(dòng)形式，現(xiàn)在看來(lái)還不具備條件。根據(jù)目前變頻器發(fā)展來(lái)看，電壓型變頻應(yīng)成主流，也有達(dá)到2～3萬(wàn)千瓦大功率規(guī)格產(chǎn)品推出。因此過(guò)去用SCR構(gòu)成的電流型變頻器或循環(huán)型變頻器近來(lái)已不大見(jiàn)到應(yīng)用了。但是，電壓型變頻器中真實(shí)24P或多重迭加型（完美無(wú)諧波）還很少見(jiàn)到應(yīng)用，筆者認(rèn)為未來(lái)一定會(huì)出現(xiàn)，應(yīng)用在大功率的推進(jìn)系統(tǒng)中。隨著變頻器價(jià)格的下降，AFE會(huì)出現(xiàn)在中功率應(yīng)用中，而6P型在小功率應(yīng)用中不會(huì)消失。

表5 主要電力推進(jìn)海工船的推進(jìn)裝置規(guī)格

2.3 動(dòng)力定位系統(tǒng)

動(dòng)力定位（DP）技術(shù)誕生于上世紀(jì)60年代世界油氣開(kāi)發(fā)快速時(shí)期，首先就用于鉆井船“尤勒卡”號(hào)。目前，其已成為一門成熟的技術(shù)，在海工船以及其他許多船上都有廣泛應(yīng)用。國(guó)際海事組織IMO在1994年出版一本DP系統(tǒng)船舶指南（113IMO/IMO MSC circ.645）,實(shí)際上這個(gè)指南的基本思想出自于國(guó)際海事承包商協(xié)會(huì)IMCA及其前身動(dòng)力定位船舶船東協(xié)會(huì)DPVOA及海上潛水承包商協(xié)會(huì)AODC的一系列指導(dǎo)性文件中。1991年出版的103 DPVOA以及后來(lái)IMCA M103文件就是將有關(guān)DP船舶的規(guī)則、操作程序以及良好的實(shí)踐融為了一體，并且定期審閱和更新，目前M103文件已有2007.12的修訂版。這個(gè)文件的前言、目錄、術(shù)語(yǔ)及縮寫詞匯編及第一章、第六章、第八章已有譯文，發(fā)表在參考文獻(xiàn)［12］中。IMCA組織是有關(guān)動(dòng)力定位一切事宜的最權(quán)威的機(jī)構(gòu)，其出版的一系列文件具有重要的指導(dǎo)作用和規(guī)范的意義，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［13］。

DP船舶設(shè)計(jì)現(xiàn)在有一個(gè)誤區(qū)，船東似乎很在乎DP的設(shè)備等級(jí)，往往為入級(jí)DP-1還是DP-2或DP-3而考慮再三，而且把考慮的重點(diǎn)放在了DP供應(yīng)商上，好像DP供應(yīng)商能包辦一切。而對(duì)自己的DP船舶應(yīng)適合怎樣的環(huán)境條件和應(yīng)該如何進(jìn)行DP操作這之間的關(guān)系考慮較少，對(duì)不同的DP設(shè)備等級(jí)與船舶的環(huán)境條件、工作狀態(tài)乃至船舶的動(dòng)力配置、總體布置以至將來(lái)運(yùn)行時(shí)DP操作員的能力和經(jīng)驗(yàn)之間非常復(fù)雜的相互影響的關(guān)系了解較少。因此，提出一個(gè)恰當(dāng)?shù)腄P設(shè)備等級(jí)必須非常慎重，在113IMO文件中的2.1節(jié)指出：對(duì)一特殊操作所要求的船舶的設(shè)備等級(jí)應(yīng)由船東和客戶 （一般指操作者-筆者）在位置喪失后果風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上認(rèn)可。另外，主管機(jī)關(guān)或沿岸國(guó)家可對(duì)該特殊操作決定這些設(shè)備的等級(jí)。IMCA M103文件中指出，作為基本決定，該風(fēng)險(xiǎn)分析必須在早期進(jìn)行，并在工作的各個(gè)不同階段中重作考慮。并且指出DP-2級(jí)設(shè)備和DP-3級(jí)設(shè)備的船舶之間的差別不像操作員的培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)、船上的程序、船舶的動(dòng)力和推力冗余以及控制系統(tǒng)是那么重要。因此，筆者認(rèn)為，DP船舶設(shè)計(jì)從一開(kāi)始，船東必須就船舶的動(dòng)力和推力冗余以及控制系統(tǒng)與船舶概念設(shè)計(jì)部門進(jìn)行充分的溝通和分析，而不應(yīng)該貿(mào)然先在設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上定下某一設(shè)備等級(jí)要求更合理。

作為船舶總體設(shè)計(jì)者，在開(kāi)發(fā)研制需要采用DP的新船型時(shí)，可參考圖1所示的DP船舶設(shè)計(jì)程序來(lái)進(jìn)行。這是經(jīng)過(guò)了多型DP船舶的開(kāi)發(fā)研究后，初步摸索總結(jié)出來(lái)的一套程序和原則。這個(gè)過(guò)程主要由總體專業(yè)和電氣專業(yè)協(xié)調(diào)進(jìn)行，是DP中電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容［14］。

DP技術(shù)應(yīng)用已有50余年歷史了，而形成一個(gè)市場(chǎng)一種規(guī)范也有近20年了，直至近期，DP也還是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。DP供應(yīng)商主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)及基準(zhǔn)系統(tǒng)（傳感器），著名的有挪威KONGSBERG，法國(guó) Converteam （前身 Alatom）.美國(guó) L-3（前身Nautronix）,我國(guó)都有采用，另外芬蘭Navis也有采用。新加坡MT及加拿大AUTONAN也有推介。

圖1 動(dòng)力定位船舶設(shè)計(jì)程序

目前，國(guó)內(nèi)剛開(kāi)始起步應(yīng)用DP，對(duì)DP試驗(yàn)、操作人員的培訓(xùn)，鉆井領(lǐng)班、起重機(jī)司機(jī)、ROV操作員都需要有關(guān)DP工作的能力和限制的基本操作須知，船舶設(shè)計(jì)、驗(yàn)船、管理部門都需要對(duì)IMCA的相關(guān)文件進(jìn)行了解掌握，這些工作有待得到進(jìn)一步的加強(qiáng)落實(shí)。

2.4 全船自動(dòng)化系統(tǒng)

海工船具有工程作業(yè)的特點(diǎn)，并且控制采用以中央集成的形式，所以海工船的自動(dòng)化系統(tǒng)比較完整和強(qiáng)大。無(wú)論是鉆井作業(yè)、油氣處理、樁腿升降、升沉作業(yè)、調(diào)載平衡、鋪管作業(yè)、布纜作業(yè)、多點(diǎn)錨泊定位以及動(dòng)力定位所含的對(duì)所有推力器的各種操作都是全船性各種設(shè)備的綜合遙控。海工船的自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)比常規(guī)船的主機(jī)遙控復(fù)雜得多，船舶自動(dòng)化進(jìn)入到了一個(gè)更廣泛的領(lǐng)域和層次。

海工船的全船自動(dòng)化系統(tǒng)不僅包含傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，還包括功率管理系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)檢測(cè)控制、液位（壓力、溫度、流量）檢測(cè)控制、輔助機(jī)器設(shè)備控制，甚至裝載和穩(wěn)性計(jì)算系統(tǒng)。并且和DP控制系統(tǒng)一起集成為一個(gè)無(wú)縫連接的自動(dòng)化系統(tǒng)。在系統(tǒng)內(nèi)各種信息自由流通，各種控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，提供各種次級(jí)系統(tǒng)按船舶操縱要求的功能集成的最佳方案。因此，可獲得一個(gè)自動(dòng)化程度最高、技術(shù)通用，備件最少和較少培訓(xùn)的運(yùn)行系統(tǒng)，并且安全可靠。

一般要求全船自動(dòng)化系統(tǒng)在所有層面上，包括操作站、通信鏈、處理器、I/O模塊和供電單元上均有冗余，并有內(nèi)置的自診斷模塊（包括所有系統(tǒng)部件和內(nèi)部通信的監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)電路延伸監(jiān)測(cè)、獨(dú)立的I/O模塊、接地故障檢測(cè)等），在系統(tǒng)或現(xiàn)場(chǎng)故障事件中，用預(yù)設(shè)系統(tǒng)響應(yīng)來(lái)達(dá)到故障安全運(yùn)行。所有應(yīng)用軟件可在線編輯，控制系統(tǒng)在安裝和運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生的新的要求容易進(jìn)行調(diào)整。

自動(dòng)化系統(tǒng)包括操作站、現(xiàn)場(chǎng)站（含系統(tǒng)接口，包括硬線I/O信號(hào)和串行I/O信號(hào)）、網(wǎng)絡(luò)分配單元（交換機(jī)）、延伸報(bào)警系統(tǒng)、打印機(jī)、UPS電源。自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)含有趨勢(shì)分析、報(bào)告系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，用圖形顯示和過(guò)程視圖作為監(jiān)測(cè)手段。

自動(dòng)化系統(tǒng)通信一般采用屏蔽對(duì)絞電纜（STP）7類網(wǎng)絡(luò)線或光纜連接控制站和過(guò)程站，STP電纜一般不大于100 m,常用雙星形或環(huán)形通信組成冗余網(wǎng)絡(luò)［15］。

3 海工船的電氣設(shè)備

根據(jù)海工船電氣系統(tǒng)分析來(lái)看，海工船的電氣設(shè)備所不同于常規(guī)船舶的主要特點(diǎn)在于中壓電氣設(shè)備及變頻器的應(yīng)用。IEC標(biāo)準(zhǔn)及各國(guó)造船規(guī)范都對(duì)中壓電氣設(shè)備有所專門的規(guī)定，IEC已出版了新的高于1 kV直至15 kV電壓等級(jí)的交流供電系統(tǒng)的專輯 IEC60092-503：2007，CCS2009 版規(guī)范對(duì)高壓電氣裝置的特殊要求同2006版的一樣，沒(méi)有跟上IEC的變化。另外，IEC也出版了新的電力推進(jìn)裝置專輯 IEC60092-501：2007，CCS2009 版規(guī)范已有類似新要求的修訂。

中壓發(fā)電機(jī)除了同低壓一樣的要求外，特別強(qiáng)調(diào)重視內(nèi)部短路和接地故障的保護(hù)，中壓發(fā)電機(jī)必須設(shè)滅磁保護(hù)。中壓發(fā)電機(jī)功率大，其AVR裝置也大，一般散件供應(yīng)，中壓配電板內(nèi)也放不下，只能獨(dú)立安裝或安裝在集控臺(tái)內(nèi)。如果中壓電網(wǎng)中變頻器負(fù)載比例較大時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)可能較高，發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)也可提高到0.85或0.9，有可能減少發(fā)電機(jī)的kVA容量，縮小機(jī)座號(hào)。中壓發(fā)電機(jī)常用風(fēng)一水冷卻方式。目前，國(guó)內(nèi)有引進(jìn)生產(chǎn)的西門子1FJ4系列和利萊森瑪LS系列，上海電機(jī)廠可供應(yīng)自主研制的大中型中壓發(fā)電機(jī)及中壓電動(dòng)機(jī)。

中壓變壓器在海工船上大量應(yīng)用，甚至中壓配電板的每條饋電電路都連接一臺(tái)中壓變壓器，包括推進(jìn)移相變壓器、作業(yè)機(jī)械移相或降壓變壓器、日用負(fù)載降壓變壓器等。其中有些變壓器的容量可能很大，甚至接近或超過(guò)單臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量。因此，大容量變壓器接通時(shí)的沖擊電流會(huì)造成發(fā)電機(jī)過(guò)流脫扣或過(guò)大的電壓跌落，一般用預(yù)充磁的方式來(lái)降低其沖擊電流。低壓預(yù)充磁變壓器可設(shè)置在中壓變壓器箱內(nèi)集成一體。變頻用移相變壓器一般為三繞組形式，常用△/△+Y接線。日用負(fù)載降壓變壓器有時(shí)容量也較大，低壓側(cè)電流將很大，一般采用△/△接線，則低壓繞組制造較方便。降壓變壓器不能用Y/Y接成，在發(fā)生接地故障時(shí)會(huì)有三次諧波電流流過(guò)影響溫升。中壓變壓器也常用風(fēng)一水冷卻方式。目前，國(guó)內(nèi)泰州海田和江蘇中電都能供應(yīng)風(fēng)一水冷中壓變壓器，與ABB、西門子供應(yīng)進(jìn)口的TRASFOR相當(dāng)。

中壓配電板與低壓配電板有著天壤之別，它是以分割封閉的結(jié)構(gòu)組成斷路器室、母線室、電纜室和低壓室而構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的每屏結(jié)構(gòu)。每屏只裝一臺(tái)斷路器饋電一個(gè)用戶，常用真空斷路器，另有SF6斷路器，小功率饋電也有真空接觸器+熔斷器式。斷路器和接觸器都不帶保護(hù)裝置，另配多功能保護(hù)繼電器進(jìn)行保護(hù)脫扣。中壓配電板的控制及操作均為直流電源，需另配24 V或110 V UPS。中壓配電板對(duì)安全要求特別高，靠部件的結(jié)構(gòu)本身及相互的聯(lián)鎖來(lái)保證，不會(huì)讓人接觸到高電壓部件。中壓配電板按電壓等級(jí)有7.2 kV、12 kV、17.5 kV等幾種最高使用電壓規(guī)格，按電流等級(jí)有 630 A、1 250 A、2 500 A、4 000 A等幾種，分?jǐn)嗄芰τ?25 kA、31.5 kA、40 kA、50 kA 等幾種。工頻耐壓標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)執(zhí)行兩種標(biāo)準(zhǔn)，一種是IEC71.1-1993，另一種是GB311.1-1997，后者比前者高，以 6 kV等級(jí)為例，IEC為 20 kV，GB為 30 kV；10 kV等級(jí)，IEC為28 kV，GB為42 kV。目前，國(guó)內(nèi)有引進(jìn)生產(chǎn)的西門子NXAIR系列和ABBZS1系列中壓配電板。

控制設(shè)備主要采用變頻器及軟起動(dòng)器。變頻器目前均采用交-直-交電壓型結(jié)構(gòu)的形式，以二極管整流+逆變器構(gòu)成。而以有源前端AFE+逆變器具有無(wú)諧波及功率因數(shù)可達(dá)1的變頻器因價(jià)格較高而應(yīng)用較少，但前景似可看好。另外以大功率二極管整流+多臺(tái)逆變器構(gòu)成的多傳動(dòng)變頻器因適用于同類型非同時(shí)工作的設(shè)備而獲得較多應(yīng)用，如起重機(jī)、定位錨絞車等。二極管整流是一種非線性元件，因此輸入電流中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，引起電源（發(fā)電機(jī)）內(nèi)阻抗生成相應(yīng)的諧波電壓，惡化電網(wǎng)電能質(zhì)量。為了改善電網(wǎng)質(zhì)量，需采用多脈波整流，一般有12脈波、24脈波等，增設(shè)移相變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)有引進(jìn)生產(chǎn)的ABB的ACS800系列，西門子的S120系列，偉肯的NX系列，均為低壓風(fēng)冷，而現(xiàn)在船上常用的低壓水冷均需進(jìn)口。另外，船上也常用的中壓水冷的如ABB的ACS6000系列，西門子的GM150系列，Converteam的MV7000系列 （另有低壓MV3000系列）則需進(jìn)口。軟起動(dòng)器是以晶閘管組成的無(wú)觸點(diǎn)交流起動(dòng)器，一般以升壓法、恒壓法、限流法來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)電流并自動(dòng)進(jìn)行加速，起動(dòng)結(jié)束可用接觸器短接或不短接。目前，國(guó)內(nèi)有引進(jìn)生產(chǎn)的施耐德的ATS48系列，西門子的3RW34系列等，均為低壓。另外，在中壓等級(jí)上船上常用進(jìn)口的以色列SOLCON的HRVS-DN系列。

4 展 望

前期有兩則海洋工程方面的重大新聞，一則是中國(guó)交通建設(shè)總公司出資1.25億美元收購(gòu)美國(guó)的FRIEDE&GOLDMAN公司，F(xiàn)＆G是國(guó)際著名的海洋工程設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理公司，表2中有4艘平臺(tái)和船皆由他們作基本設(shè)計(jì)；另一則是大連中遠(yuǎn)船務(wù)公司開(kāi)工承建第一艘DP3鉆井船“大連開(kāi)拓者”號(hào)，不過(guò)遺憾的是該船是出口的，而非中國(guó)船東。包括2010年3月，南通中遠(yuǎn)船務(wù)公司交付了世界上首座圓筒型鉆探儲(chǔ)油平臺(tái)“Sevan Driller”號(hào)（SPAR）在內(nèi)。這些新聞?wù)f明了海洋工程是如此之熱，把屬于交通部業(yè)務(wù)范疇的單位都吸引到了第一線，我們集團(tuán)公司的人應(yīng)該感到重大的壓力和責(zé)任而更加有所作為。

從“十一五”開(kāi)始，工信部、科技部已就海洋工程方面立項(xiàng)很多課題研究，包括鉆井船、半潛平臺(tái)、自升平臺(tái)、物探船、半潛船、起重/鋪管船、動(dòng)力定位、深水應(yīng)急支持船及3萬(wàn)方耙吸挖泥船等，目的在前面第1節(jié)中已經(jīng)挑明了。目前，船舶總體設(shè)計(jì)各專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作沒(méi)有特別難點(diǎn)，僅個(gè)別特種設(shè)備或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或選型情況較復(fù)雜。有的可依靠國(guó)內(nèi)相關(guān)工業(yè)和研究部門協(xié)助完成，如鉆井機(jī)械已可提供系統(tǒng)配置及設(shè)備；有的只能提供系統(tǒng)分析，設(shè)備則需進(jìn)口，如鋪管張緊器；有的可能全需由國(guó)外公司提供系統(tǒng)配置及設(shè)備如J型鋪管系統(tǒng)；有的可能只能提供初級(jí)的系統(tǒng)和設(shè)備，高級(jí)的系統(tǒng)和設(shè)備則需進(jìn)口，如DP系統(tǒng)。船舶建造能力方面情況更好些，上述3個(gè)事例已證明了這一點(diǎn)。而從使用方面，特別是DP－2還是DP－3船舶，必須達(dá)到IMCA所要求的操作以及管理水平，對(duì)我國(guó)海洋工程船舶船東及船員都是一個(gè)極大的考驗(yàn)。

對(duì)于海工船電氣系統(tǒng)和電氣設(shè)備，前面第2，第3節(jié)已詳細(xì)分析了，有些系統(tǒng)還未設(shè)計(jì)過(guò)，有些設(shè)備只能進(jìn)口。這需要我國(guó)的機(jī)電工業(yè)部門提供技術(shù)支撐，加大船用設(shè)備科技創(chuàng)新力度，大幅提升配套自主化率和本土化率，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，實(shí)施重大創(chuàng)新項(xiàng)目，共同為海洋工程裝備這個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而努力。

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