(寧波海星船舶設(shè)計所，浙江 寧波 315103)

中遠(yuǎn)“遠(yuǎn)景”號是專為中遠(yuǎn)廣州重大件運輸公司設(shè)計的電力推進(jìn)甲板貨船，主要用于運輸橋吊及重大件貨物，也可用于石油平臺模塊及導(dǎo)管架的運輸。本船為鋼質(zhì)、單甲板、雙底、雙機雙槳的鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)的前駕駛甲板貨船。航行于無限航區(qū)。總長Loa=142.80 m，垂線間長Lpp=134.50 m，型寬B=32.20 m，型深D=8.00 m，設(shè)計吃水d=5.20 m，具有一層連續(xù)主甲板，設(shè)有艏甲板室，主甲板為無梁拱、無脊弧的平甲板，前傾式船艏，巡洋艦式船艉，主甲板后部為甲板載貨區(qū)域。

本船入級中國船級社，入級符號為

★ CSA Barge Carrier, Ice Class B, Deck Load 12 t/m3

★ CSM Electric Propulsion System, AUT-0。

1 電力推進(jìn)船舶的優(yōu)點

通常，艉機型船舶均設(shè)有艉煙囪，甲板貨船也是如此，這勢必占去了主甲板后部甲板載貨區(qū)域的有效面積，而且滾裝大型貨物時易側(cè)斜，為解決此問題，采用電力推進(jìn)系統(tǒng)。船舶運用電力推進(jìn)系統(tǒng)通常有以下幾個優(yōu)點。

1)無主柴油機，發(fā)電機組安裝位置與推進(jìn)軸無關(guān)，布置比較自由；本船的發(fā)電機艙設(shè)在主甲板下甲板室后；

2)選用多臺發(fā)電機組，低速航行時可減少使用臺數(shù)，降低成本，節(jié)能減排；任1臺發(fā)電機組發(fā)生故障，船舶仍能前進(jìn)；本船選用3臺發(fā)電機組，正常航行時使用2臺；

3)推進(jìn)機艙設(shè)備減少，更有利于線型優(yōu)化，減少阻力，在同樣功率下可以提高航速；

4)倒車時仍可以利用最大輸出功率，獲得滿意的倒車速度；

5)對原動機控制要求簡化容易實現(xiàn)遙控和自動控制；

6)原動機可以恒速運行，減少操作頻度，可延長原動機的使用壽命；

7)易于實現(xiàn)駕駛室遙控和機艙自動化，本船已實現(xiàn)機艙自動化；

8)可以減少船舶振動和噪聲，更加環(huán)保。

2 設(shè)計通則

1)根據(jù)船東和規(guī)范要求進(jìn)行電力負(fù)荷計算；推進(jìn)電動機應(yīng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩。

2)推進(jìn)系統(tǒng)的電力，可以設(shè)計成公用電站供電給船舶用電設(shè)備和電力推進(jìn)系統(tǒng)，也可以由專門的發(fā)電機組提供。本船采用公用電站的方法為推進(jìn)系統(tǒng)供電。

3)采用公共電站供電，要注意以下情況。

(1)電站控制系統(tǒng)應(yīng)保證安全地分配電能給推進(jìn)和日用負(fù)載；如有必要，可以卸去非重要負(fù)載使推進(jìn)電動機保持低推進(jìn)功率。

(2)當(dāng)1臺發(fā)電機組發(fā)生故障時，剩余的發(fā)電機組應(yīng)能向所有保證船舶正常航行的設(shè)備供電，同時應(yīng)維持有效的推進(jìn)，即應(yīng)保證航速不小于7 kn或設(shè)計航速的一半，兩者中取大者。

(3)航行主配電板匯流排的分段應(yīng)采用斷路器連接，該斷路器應(yīng)能切斷其安裝處可能產(chǎn)生的任何故障電流。

3 主要相關(guān)設(shè)備的選用

本船電力推進(jìn)系統(tǒng)由航行主配電板(公共電站)，雙繞組推進(jìn)變壓器，12脈沖推進(jìn)變頻器，推進(jìn)電動機及推進(jìn)控制系統(tǒng)組成。工作原理見圖1。

圖1 工作原理

1)主發(fā)電機組。

數(shù)量 3臺

柴油機型號 G8300ZC (寧波中策)

額定功率×額定轉(zhuǎn)速: 2 206 kW×600 r/min

發(fā)電機 中船重工汾西

額定功率 2 000 kW

額定轉(zhuǎn)速 600 r/min

額定電壓 690 V

頻率 50 Hz

2)推進(jìn)電機。

數(shù) 量 2臺

型 號 西門子

額定功率 2 200 kW

額定轉(zhuǎn)速 1 000 r/min

工作頻率 50 Hz

3)推進(jìn)變壓器。

數(shù)量 2臺

額定功率 2 530 kVA

初級側(cè)電壓 690 V±2×3.1%

次級側(cè)電壓 2×707～714.8 V(No load)

4)推進(jìn)變頻器。

數(shù)量 2臺

額定功率 2 200 kW

輸入電壓 3×715 V

輸出電壓 2×(3×675 V)

輸出頻率 0～100 Hz

5)主配電板。航行配電板為所有用電設(shè)備的公共電站，鋼質(zhì)防滴式框架結(jié)構(gòu)，由9屏組成，尺寸為5 420 mm×820 mm×2 380 mm置于發(fā)電機艙集控室內(nèi)，采用板后接線和維修。

航行主配電板組成如下。

主發(fā)電機屏 3屏

聯(lián)絡(luò)開關(guān)屏 2屏

電力推進(jìn)屏 2屏

主變壓器兼壓載屏 2屏

航行主配電板具有船舶自動電站管理系統(tǒng)功能：①備用發(fā)電機的自動起動和并車；②能自動卸掉非重要負(fù)載來防止發(fā)電機過載；③重載問詢；④保證在網(wǎng)機組負(fù)載分配均勻。

4 電氣設(shè)計

4.1 電制

本船的電壓、頻率、相數(shù)和線制設(shè)計如下。

主發(fā)電機 690 V AC 50 Hz 3相 3線

推進(jìn)電動機 690 V AC 50 Hz 3相 3線

壓載泵電動機690 V AC 50 Hz 3相 3線

停泊發(fā)電機 400 V AC 50 Hz 3相 3線

日常電動機 380 V AC 50 Hz 3相 3線

正常照明 220 V AC 50 Hz 1相 2線

應(yīng)急照明 220 V AC 50 Hz 1相 2線

航行設(shè)備 220 V AC 50 Hz 1相 2線

24 V DC 2線

無線電設(shè)備 220 V AC 50 Hz 1相 2線

24 V DC 2線

船內(nèi)通信等 220 V AC 50 Hz 1相 2線

24 V DC 2線

4.2 船舶推進(jìn)

本船的主推進(jìn)系統(tǒng)采用雙機交流電力推進(jìn)裝置，電源為能向推進(jìn)電機和正常負(fù)載供電的公共電站。

4.2.1 主發(fā)電機

主發(fā)電機輸出交流690 V、50 Hz、3相3線，經(jīng)變頻后供電給電力推進(jìn)裝置，主發(fā)電機經(jīng)電力變壓器降壓至400 V后供電給全船動力設(shè)備、甲板機械、正常照明、應(yīng)急照明、航行信號燈及無線電通信導(dǎo)航設(shè)備等。本船設(shè)置交流同步主發(fā)電機3臺，供電給全船推進(jìn)、動力、甲板機械、照明、通信導(dǎo)航等用電設(shè)備。3臺主發(fā)電機可作長期并聯(lián)運行，在單機工作時，當(dāng)運行的主發(fā)電機發(fā)生故障失電時，另2臺備用的主發(fā)電機可按順序自行啟動，并在30 s內(nèi)投入供電，若啟動失敗，會在機艙集控臺上報警。

4.2.2 停泊發(fā)電機

1臺停泊發(fā)電機輸出交流400 V、50 Hz、3相3線，供電給除主推進(jìn)裝置和壓載泵外的用電設(shè)備。

4.2.3 電力變壓器

本船設(shè)CSD-500型500 kVA 690 V/400 V電力變壓器2臺，安裝在發(fā)電機艙集控室外，提供全船的AC400V設(shè)備用電，2臺變壓器互為備用。

4.2.4 發(fā)電機使用工況

工況包括運行發(fā)電機和備用發(fā)電機。

航行3臺2 000 kW)和1臺320 kW；

進(jìn)出港為2臺2 000 kW和1臺2 000 kW+320 kW；

裝卸貨為1臺320 kW和3臺2 000 kW；

停泊為1臺320 kW和3臺2 000 kW；

應(yīng)急為1臺100 kW。

根據(jù)電力負(fù)荷估算，所選用的發(fā)電機容量能保證本船在航行、進(jìn)出港、裝卸貨、停泊及應(yīng)急等工況下，滿足各用電設(shè)備正常工作所需的電能。

4.2.5 電力推進(jìn)設(shè)備

主推進(jìn)裝置采用雙機交流電力推進(jìn)系統(tǒng)，推進(jìn)電機的功率為2 200 kW×2，電壓AC690 V，輸出轉(zhuǎn)速為0～1 000 r/min，頻率為0～50 Hz。推進(jìn)電機采用變頻控制啟動，推進(jìn)電機和變頻器設(shè)在電力推進(jìn)機艙內(nèi)，在駕駛室和機艙集控室設(shè)主推進(jìn)遙控裝置，推進(jìn)電機旁設(shè)機控、遙控轉(zhuǎn)換器，機旁操作優(yōu)先，電力推進(jìn)系統(tǒng)的控制滿足AUT-0要求。

推進(jìn)電機的制動通過限流器將推進(jìn)電機的制動能量傳輸給制動電阻消耗。

本船輸出軸上設(shè)有電動抱閘機構(gòu)，可在推進(jìn)電機停轉(zhuǎn)后進(jìn)行緊急抱閘。抱閘機構(gòu)中設(shè)有傳感器，能把抱閘的狀態(tài)傳輸?shù)奖O(jiān)測報警系統(tǒng)。

4.2.6 電力推進(jìn)的遙控

主電力推進(jìn)的遙控采用微機控制的遙控系統(tǒng)，符合自動化AUT-0附加標(biāo)志的要求，主推進(jìn)遙控操縱單元安裝在駕駛室控制臺和機艙集控臺上，機艙控制站單元安裝在電推機艙左右主推進(jìn)電機附近，機旁設(shè)機控-遙控轉(zhuǎn)換器，機旁控制優(yōu)先，遙控單元上設(shè)主推進(jìn)緊急停止銨鈕及各種監(jiān)測報警項目。

駕駛室和機艙集控室能實現(xiàn)對主推進(jìn)的起動、調(diào)速、停車，齒輪箱的正倒車換向等自動順序控制。

服務(wù)于主電力推進(jìn)的變頻器控制柜和三繞組變壓器設(shè)在電力推進(jìn)機艙內(nèi)。

4.3 電氣保護(hù)

在主電路中設(shè)有過電流保護(hù)電器，以確保機動航行或在惡劣海況或浮冰中航行時引起的過電流不會導(dǎo)致引起過電流保護(hù)裝置動作。

電站功率管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)管整個電站的可靠、平穩(wěn)、安全的運行，必要時能自動卸掉非重要負(fù)載來防止發(fā)電機過載。

推進(jìn)驅(qū)動器還配備“發(fā)電機功率保護(hù)限制”功能，可根據(jù)發(fā)電機的實際可用功率，限制推進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的輸出功率，但一臺或多臺發(fā)電機發(fā)生突然脫扣，系統(tǒng)將快速限制推進(jìn)系統(tǒng)的輸出功率，避免繼續(xù)運行的發(fā)電機發(fā)生過載，保證重要設(shè)備的不間斷運行和有效推進(jìn)。

4.4 監(jiān)測儀表和報警

推進(jìn)變頻驅(qū)動器具有完備的監(jiān)測與保護(hù)功能，與推進(jìn)控制系統(tǒng)相聯(lián)，接收和執(zhí)行來自控制系統(tǒng)的指令，該指令驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。推進(jìn)控制系統(tǒng)具有完善的安全保護(hù)監(jiān)控，確?？刂撇僮骺煽考白畲蟪潭鹊乇Ｗo(hù)推進(jìn)系統(tǒng)。 本船的機艙自動化入級標(biāo)志為周期無人值班，機器處所AUT-0附加有標(biāo)志，報警和顯示均滿足中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》(2009)對電力推進(jìn)和AUT-0的要求。

5 實船試航情況

在推進(jìn)電機功率為2 000 kW×2時，試航航速達(dá)到13 kn(同類型同功率船舶一般為11 kn)，而且調(diào)速平穩(wěn)，操作方便，振動噪聲小。駕駛室實現(xiàn)遙控，機艙實現(xiàn)自動化。

6 結(jié)論

本船采用電力推進(jìn)系統(tǒng)后，給設(shè)計人員提供了靈活性，線型可以最優(yōu)化，航速可以大大提高；在裝載貨物重量較小時可以減少發(fā)電機組的使用臺數(shù)，減少燃油消耗，使船舶效率最優(yōu)化；裝卸貨也最為便利，提高了作業(yè)的安全性，船東甚為滿意。

本船雖具有以上明顯的優(yōu)點，但采用國外西門子電機及控制系統(tǒng)，對電氣技術(shù)人員素質(zhì)要求相應(yīng)提高，成本高出同類型船舶的1/5，如果采用國產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)濟性將會大大提高。

[1] 船舶設(shè)計實用手冊編委會.船舶設(shè)計實用手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2] 中國船級社.鋼質(zhì)海船入級規(guī)范(2009)[S].北京：人民交通出版社，2009.