孫 建，王永興

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300451)

0 引言

我國(guó)海底油氣管道建設(shè)逐漸進(jìn)入高峰期，中國(guó)石油、中國(guó)海油、中國(guó)石化等公司僅在渤海灣的海底管道就已達(dá)數(shù)百千米[1]。海底管道是投資高、風(fēng)險(xiǎn)大的海洋工程，對(duì)海上油田的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)等有著至關(guān)重要的作用。然而海洋環(huán)境復(fù)雜多變，風(fēng)浪、洋流、風(fēng)暴潮等自然因素和采砂、錨害等人為因素對(duì)海底管道的安全性造成了很大隱患。海底管道一旦發(fā)生泄漏，不僅造成巨大的修復(fù)費(fèi)用，同時(shí)也將會(huì)導(dǎo)致油田停產(chǎn)，污染海洋環(huán)境，造成生態(tài)災(zāi)害，甚至?xí)鸨ɑ虿跋掠斡脩粼O(shè)施安全，對(duì)企業(yè)和國(guó)家造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境破壞。

在管道運(yùn)行期間，應(yīng)重視海底管道路由的穩(wěn)定性，并建立有效的海底管道巡檢技術(shù)能力?，F(xiàn)有的管道管理手段及方法已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)管理要求，需要更為專(zhuān)業(yè)的海底管道巡檢船，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)海底管道外部狀態(tài)及損傷腐蝕的定期檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)海底管道的失效問(wèn)題，并采取相應(yīng)的維護(hù)措施，保障海底管道長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)[2]。

1 船舶概述

本船為一艘海底管道巡檢船，主要用于：海底管道工程階段路由調(diào)查；海底管道定期路由調(diào)查和日常巡查；海底管道油氣泄漏探測(cè)及泄漏點(diǎn)查找；海底管道潛水作業(yè)及ROV檢測(cè)支持。

本船采用電力推進(jìn)，為變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的全回轉(zhuǎn)的固定螺距舵槳、帶導(dǎo)流罩推進(jìn)，DP2動(dòng)力定位系統(tǒng)及綜合導(dǎo)航定位系統(tǒng)的鋼質(zhì)海管巡檢專(zhuān)用船舶。

本船電力推進(jìn)系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計(jì)與制造符合CCS最新規(guī)范和修改通函，設(shè)計(jì)圖紙經(jīng)船級(jí)社審核批準(zhǔn)。

2 系統(tǒng)方案

本船電力推進(jìn)系統(tǒng)主要包括供電系統(tǒng)、主推進(jìn)系統(tǒng)、主推遙控系統(tǒng)三部分。

電力推進(jìn)系統(tǒng)單線圖見(jiàn)圖1。

圖1 海底管道巡檢船單線圖

2.1 供電系統(tǒng)

2.1.1 主柴油發(fā)電機(jī)組

相對(duì)于690 V電制的電網(wǎng)，采用400 V電制可減少兩臺(tái)690 V/400 V變壓器，同時(shí)減少了配電板上的變壓器開(kāi)關(guān)，降低了成本，減少了使用和維護(hù)的工作量。結(jié)合以上分析，本船配電系統(tǒng)采用400 V電網(wǎng)形式。

本船采用自動(dòng)化電站，設(shè)置800 kW的主柴油發(fā)電機(jī)組4臺(tái)，4臺(tái)發(fā)電機(jī)組可并車(chē)運(yùn)行或互為備用。主柴油機(jī)選用鎮(zhèn)柴的船用四沖程、直列式中速柴油機(jī)（MAN）。柴油機(jī)由固定部件、運(yùn)動(dòng)部件、配氣部件和輔助部件等組成，配備了曲軸箱透氣裝置、Woodward電子調(diào)速器（含恒頻控制模塊）、安全保護(hù)裝置及盤(pán)車(chē)裝置等附件。發(fā)電機(jī)為船用無(wú)刷三相交流同步發(fā)電機(jī)。機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速為1000 rpm，額定電壓為400 V，額定頻率為50 Hz。

主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)包括裝在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁控制單元、自動(dòng)電壓調(diào)整器（DECS-100）等。主發(fā)電機(jī)采用滾動(dòng)軸承（SKF）。

主柴油發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)和制造滿足船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)電站動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，并能承受本船電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流。

主柴油發(fā)電機(jī)組滿足IMO關(guān)于NOx的排放要求（TierⅡ），并提供IMO-EIAPP有效證書(shū)。

2.1.2 主配電板

主配電板采用自然冷卻方式，為直立落地式安裝，底部進(jìn)線，前后帶鉸鏈門(mén)的框架結(jié)構(gòu)，冷軋板鈑金制造，板厚不小于2 mm，基座采用槽鋼（配有減震橡皮）。板前操作，前后維修，地面鋪耐油絕緣橡皮墊，后面和側(cè)面設(shè)封板，配電屏由金屬外板制成全封隔結(jié)構(gòu)，空氣絕緣，每屏前后配備絕緣扶手，設(shè)有板前照明，配電板內(nèi)部設(shè)置照明插座。頂部設(shè)有固定吊耳，配電板的結(jié)構(gòu)部件能夠有效地防止人員接觸到帶電的部分。

圖2 400 V負(fù)載屏、側(cè)推及主推進(jìn)屏

發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)、母聯(lián)開(kāi)關(guān)、主推進(jìn)開(kāi)關(guān)、側(cè)推開(kāi)關(guān)選用空氣斷路器，空氣斷路器配有過(guò)電流脫扣器、電動(dòng)儲(chǔ)能裝置、儲(chǔ)能電機(jī)、分勵(lì)脫扣器等裝置，機(jī)械和電氣合閘，耐振動(dòng)型，并具有過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、過(guò)電流短延時(shí)和短路瞬時(shí)三段保護(hù)。開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗄芰Φ倪x擇以短路電流計(jì)算書(shū)為依據(jù)，滿足船級(jí)社規(guī)范要求。

主配電板設(shè)置有模擬單線圖，安裝有滿足船級(jí)社規(guī)范的各種測(cè)量?jī)x表。主配電板外形圖見(jiàn)圖2~圖 4。

圖3 發(fā)電機(jī)屏及母聯(lián)屏

圖4 400 V/230 V負(fù)載屏、側(cè)推及主推進(jìn)屏

2.1.3 電站管理系統(tǒng)

本船設(shè)有采用熱冗余設(shè)計(jì)電站管理裝置（PMS），其不僅具有對(duì)船舶電站監(jiān)視、控制、保護(hù)的功能，還將實(shí)現(xiàn)主推進(jìn)變頻器、船舶電站、DP系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

應(yīng)用題是小學(xué)數(shù)學(xué)各個(gè)年級(jí)段教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，尤其是六年級(jí)數(shù)學(xué)更是如此。學(xué)生在解決應(yīng)用問(wèn)題時(shí)容易出現(xiàn)各種問(wèn)題。在實(shí)際教學(xué)中，教師在解決應(yīng)用問(wèn)題的過(guò)程中也存在著許多不足。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，如學(xué)生抽象概括能力差、思維缺乏發(fā)散性、教師只注重片面解釋、教學(xué)脫離學(xué)生實(shí)際生活、教師對(duì)教材把握不準(zhǔn)確等。如果學(xué)生已經(jīng)處于這種狀態(tài)，他們對(duì)于小學(xué)數(shù)學(xué)應(yīng)用題是非常懼怕的，這不利于學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)的提升。因此，小學(xué)數(shù)學(xué)教師需要教給學(xué)生具體的解決技巧，促進(jìn)小學(xué)生實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

本船電站管理裝置監(jiān)控對(duì)象為4臺(tái)800 kW主發(fā)電機(jī)組、1臺(tái)280 kW應(yīng)急/停泊發(fā)電機(jī)組、主配電板、應(yīng)急配電板等，并具有報(bào)警和保護(hù)功能。

2.2 主推進(jìn)系統(tǒng)

本船設(shè)有2套1100 kW，輸入轉(zhuǎn)速為1000 r/min的全回轉(zhuǎn)舵槳。如圖6所示，每套主推進(jìn)器由1臺(tái)主推進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主推進(jìn)電動(dòng)機(jī)再由一個(gè)獨(dú)立的主推進(jìn)變頻器供電和控制，每臺(tái)主推進(jìn)變頻器通過(guò)1臺(tái)主推進(jìn)變壓器連接到船舶電網(wǎng)。主推進(jìn)電動(dòng)機(jī)（2臺(tái)）、主推進(jìn)變頻器（2臺(tái)）、主推進(jìn)變壓器（2臺(tái)）構(gòu)成了本船的2條主推進(jìn)支路。

單條推進(jìn)支路對(duì)400 V電網(wǎng)來(lái)說(shuō)為12脈動(dòng)整流，兩套推進(jìn)支路同時(shí)運(yùn)行時(shí)構(gòu)成虛擬24脈動(dòng)整流。在發(fā)電機(jī)參數(shù)滿足要求的前提下，可保證在不帶任何濾波器的情況下，電網(wǎng)的總電壓諧波畸變（THD）滿足CCS規(guī)范的要求。

圖5 電站管理裝置結(jié)構(gòu)圖

圖6 主推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2.1 主推進(jìn)變壓器

主推進(jìn)移相變壓器容量為1500 kVA，為三繞組整流變壓器，環(huán)氧樹(shù)脂澆注，金屬外殼，冷卻方式為閉式風(fēng)水冷卻。兩臺(tái)移相變壓器原邊有15°相角差，當(dāng)兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作時(shí)，對(duì)于400 V交流電網(wǎng)相當(dāng)于虛擬24脈動(dòng)整流，可有效降低電網(wǎng)的諧波。

為避免在變壓器投入時(shí)出現(xiàn)大沖擊電流，配置預(yù)充磁裝置。預(yù)充磁裝置包括預(yù)充磁接觸器和預(yù)充磁變壓器。

2.2.2 主推進(jìn)變頻器

主推進(jìn)變頻器是主推進(jìn)系統(tǒng)的控制核心，對(duì)不同工況下的推進(jìn)負(fù)載變化進(jìn)行最佳的動(dòng)態(tài)控制和保護(hù)，從而保證推進(jìn)系統(tǒng)的最佳性能和安全運(yùn)行。主推進(jìn)變頻器具有過(guò)電壓、過(guò)電流、低電壓、過(guò)負(fù)載，超溫、絕緣監(jiān)測(cè)等保護(hù)功能；轉(zhuǎn)速控制/功率控制功能；功率限制功能；緊急停車(chē)功能等；變頻器過(guò)載能力要求具備20%的長(zhǎng)期持續(xù)功率冗余。

主推進(jìn)變頻器將對(duì)推進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，使系統(tǒng)根據(jù)指令，連續(xù)調(diào)節(jié)推進(jìn)電機(jī)的速度，驅(qū)動(dòng)螺旋槳，使船舶平穩(wěn)航行。

主推進(jìn)變頻器采用優(yōu)化的脈寬調(diào)制方式，整流單元采用二極管，逆變單元采用IGBT。

2.2.3 主推進(jìn)電動(dòng)機(jī)

主推電動(dòng)機(jī)采用船用鼠籠型變頻調(diào)速交流異步電動(dòng)機(jī)，由主推進(jìn)變頻器供電和調(diào)速，可在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，在轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能長(zhǎng)期運(yùn)行。主推進(jìn)電動(dòng)機(jī)符合全回轉(zhuǎn)舵槳扭矩和轉(zhuǎn)速特性曲線，配合全回轉(zhuǎn)定距槳作為推進(jìn)動(dòng)力并滿足主推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)機(jī)械裝置和電氣設(shè)備的特殊要求。各相繞組和軸承上都設(shè)置了溫度傳感器，可以連接到監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

2.2.4 主推進(jìn)器

主推進(jìn)器為全回轉(zhuǎn)導(dǎo)管式舵槳，采用Schottel型號(hào)為SRP340FP產(chǎn)品。主推進(jìn)器采用定距槳，由推進(jìn)電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)。

2.3 主推遙控系統(tǒng)

主推遙控系統(tǒng)具備兩部分主要功能，推進(jìn)器遙控操作及監(jiān)測(cè)報(bào)警功能[3]。

主推遙控系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)主推進(jìn)裝置內(nèi)所有設(shè)備（包括主推進(jìn)變壓器、主推變頻器、主推電機(jī)、主推進(jìn)器）的運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，確保主推系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且將主推系統(tǒng)運(yùn)行信息通過(guò)人機(jī)界面（中英文）反饋至操作人員與綜合監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)主推遙控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超限時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警。

主推遙控系統(tǒng)具備與動(dòng)力定位（DP-2）、機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、功率管理（PMS）等系統(tǒng)的電氣接口。主推遙控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)主推變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備（包括主推移相變壓器、主推變頻器、主推電機(jī)、主推進(jìn)器）的操控功能。依靠主推遙控系統(tǒng)，操作人員能夠在遠(yuǎn)程（前駕駛室、后駕駛室、集控室）和就地（推進(jìn)器艙）實(shí)現(xiàn)對(duì)主推進(jìn)裝置操作功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

電力推進(jìn)船舶已成為未來(lái)船舶的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的船舶已采用電力推進(jìn)方式。海底管道事故的突發(fā)性和不確定性會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響，因此需要定期對(duì)海底管道進(jìn)行巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障失效問(wèn)題。本船提供了一種新型的海底管道巡檢船電力推進(jìn)系統(tǒng)解決方案，方案經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)、設(shè)備布置和使用維護(hù)更加方便，極大的降低全船裝機(jī)功率，節(jié)約系統(tǒng)成本。

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