陳俊杰，夏 駿，周祎隆

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

0 引 言

近些年來，隨著大型和超大型集裝箱船的國際市場逐漸飽和，小型集裝箱船開始受到越來越多船東的關(guān)注。隨著冷鏈運(yùn)輸需求量逐漸增大，小型集裝箱船上的冷藏集裝箱（以下簡稱“冷箱”）數(shù)量逐漸增多，對冷箱可靠性的要求越來越高。目前已有船東在集裝箱船的入級符號中增加 RCP（Refrigerated Container Stowage Positions）入級符號，以提高市場競爭力。RCP入級符號的增加對船舶電氣設(shè)計(jì)的影響較大。本文基于某2700TEU集裝箱船項(xiàng)目，重點(diǎn)介紹RCP入級符號的設(shè)計(jì)要求和該項(xiàng)目所采用的設(shè)計(jì)方案。

1 RCP入級符號的意義和表示形式

在德國勞氏船級社（Germanischer Lloyd，GL）規(guī)范[1]中關(guān)于RCP入級符號的章節(jié)中，對冷箱和為冷箱服務(wù)的風(fēng)機(jī)等設(shè)備的供電、監(jiān)測及報(bào)警提出了更高的要求，即增加RCP入級符號的意義在于提高船上特定位置處冷箱的可靠性。入級符號以RCP xxx/xx的形式表示，其中：斜線前的數(shù)字表示帶RCP入級符號的冷箱總數(shù)；斜線后的數(shù)字表示裝載生鮮貨物的冷箱占冷箱總數(shù)的百分比，其余為深凍貨物。

該2700TEU集裝箱船中冷箱數(shù)量為600個(gè)。由于該船電站容量的限制，結(jié)合船東要求，帶RCP入級符號的冷箱總數(shù)只有500個(gè)，即入級符號為RCP 500/50。

2 兩類集裝箱船配電設(shè)計(jì)比較

2.1 配電設(shè)計(jì)概貌

以某4800TEU常規(guī)集裝箱船為例，該船配置4臺發(fā)電機(jī)（2臺2200kW，2臺1420kW）；配有600個(gè)冷箱，分別由14個(gè)冷箱電力分電箱供電（1～7號分電箱由主配電板1號AC440V饋電屏直接供電；8～14號分電箱由主配電板2號AC440V饋電屏直接供電）。該船電力一次系統(tǒng)單線圖見圖1。

圖1 4800TEU集裝箱船電力一次系統(tǒng)單線圖

2700TEU集裝箱船帶有入級符號RCP500/50，配置4臺發(fā)電機(jī)（單臺1880kW）。該船電力一次系統(tǒng)單線圖見圖2。

2.2 發(fā)電機(jī)容量選取[2]

在電站設(shè)計(jì)方面，由于冷箱功率消耗的差異，帶有RCP入級符號的集裝箱船與常規(guī)船型在發(fā)電機(jī)的選取上有所不同。

上述4800TEU集裝箱船作為常規(guī)帶冷箱的集裝箱船，在正常航行時(shí)平均每個(gè)冷箱的功率消耗通常通過與船東協(xié)商來確定。該船共有600個(gè)冷箱，單個(gè)冷箱的功率為6.18kW；配置4臺發(fā)電機(jī)（2臺2200kW，2臺1420kW），在正常航行時(shí)運(yùn)行2臺2200kW的發(fā)電機(jī)和1臺1420kW的發(fā)電機(jī)。冷箱總功率為3708kW，其他船用設(shè)備的功率為1384.5kW，發(fā)電機(jī)負(fù)荷率為87.5%。

對于該27000TEU集裝箱船，對帶有RCP入級符號的冷箱的供電有強(qiáng)制的最低功率要求。GL規(guī)范要求，不同數(shù)量的冷箱和生鮮/深凍貨物的占比對應(yīng)不同的功率要求。圖3為40ft（1ft=0.3048m）冷藏集裝箱電站及分配電系統(tǒng)的功率需求。由圖3可知，單個(gè)冷箱的功率消耗為7.85kW。該船若需裝載500個(gè)以上的冷箱（最多600個(gè)），與船東約定，單個(gè)冷箱的功率為6kW，該工況所需電站容量是小于RCP入級符號對應(yīng)的容量的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮功率較大者。冷箱的總功率為 3925kW，其他船用設(shè)備的功率為1291kW。選用4臺額定功率為1880kW的發(fā)電機(jī)，在正常航行時(shí)運(yùn)行3臺，發(fā)電機(jī)的負(fù)荷率為92.49%。

圖2 2700TEU集裝箱船電力一次系統(tǒng)單線圖

圖3 40ft冷藏集裝箱電站及分配電系統(tǒng)的功率需求

由圖3可知，功率值是隨著冷箱數(shù)量的增加階躍式增加的，當(dāng)冷箱數(shù)量取501個(gè)時(shí)，單個(gè)功率即可以7.5kW計(jì)算，總功率為3757.5kW。

因此，在計(jì)算電力負(fù)荷時(shí)使用RCP 501/50所得功率值反而比使用RCP 500/50降低了167.5kW。由此，電站容量配置方案可做進(jìn)一步優(yōu)化（見表1）。

此外，在進(jìn)港工況和出港工況下2種船型均無備用發(fā)電機(jī)。對于帶RCP入級符號的集裝箱船，切除部分帶RCP入級符號的冷箱的做法是不允許的，其電站容量應(yīng)滿足所有帶RCP入級符號的冷箱在網(wǎng)時(shí)的總用電負(fù)荷；對于不帶RCP入級符號的集裝箱船，切除部分冷箱來滿足電力負(fù)荷是允許的（見表2）。

2.3 變壓器的選取

對于常規(guī)集裝箱船，冷箱電力分電箱由主配電板直接供電，電力分電箱給冷箱插座提供電力。

對于帶RCP入級符號的集裝箱船，規(guī)范要求冷箱插座的供電需與船用電源電隔離[3]。對于采用中壓系統(tǒng)（如 6.6kV）的大型集裝箱船而言，一般會設(shè)置降壓變壓器，兼做隔離變壓器[4]。然而，對于小型集裝箱船而言，主電站系統(tǒng)的電壓等級為AC440V，若沒有特殊要求，通常不設(shè)置專門的隔離變壓器。因此，對于帶RCP入級符號的采用有低壓系統(tǒng)的小型集裝箱船，需配置冷箱專用的隔離變壓器和配電板。該類型船的單線圖如圖2所示。

表1 正常航行工況下3種方案的電力負(fù)荷對比

表2 進(jìn)港和出港工況下2種方案的設(shè)計(jì)差異

該船共配置4臺AC450V/AC450V的隔離變壓器，其中：1號冷箱隔離變壓器為1～4號冷箱電力分電箱共158個(gè)冷箱供電；2號冷箱隔離變壓器為5～8號冷箱電力分電箱共164個(gè)冷箱供電；3號冷箱隔離變壓器為9～10號冷箱電力分電箱共76個(gè)冷箱供電；4號冷箱隔離變壓器為11～13號冷箱電力分電箱共102個(gè)冷箱供電。根據(jù)船檢機(jī)構(gòu)對圖3的解釋，隔離變壓器的容量應(yīng)根據(jù)“分配電系統(tǒng)”線計(jì)算，即單個(gè)冷箱的功率應(yīng)以9.875kW計(jì)算。隔離變壓器容量計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 隔離變壓器容量計(jì)算結(jié)果

最大的2臺隔離變壓器的容量分別為2300kV.A和2200kV.A，而單臺發(fā)電機(jī)的容量為1880kW，已相當(dāng)于一整臺發(fā)電機(jī)的容量。為避免隔離變壓器開關(guān)合閘時(shí)電站崩潰，為隔離變壓器配置勵(lì)磁變壓器[5]，在開關(guān)合閘之前進(jìn)行預(yù)充磁，以減小合閘時(shí)的沖擊電流（如圖2中的1ET和2ET所示）；同時(shí)，在操作說明書中注明需至少有2臺發(fā)電機(jī)在網(wǎng)時(shí)才合閘。稍小的2臺隔離變壓器的容量為1600kV.A和1100kV.A，采用直接合閘的方式，但也至少有2臺發(fā)電機(jī)在網(wǎng)時(shí)才可合閘。

2.4 冷箱供電集中控制

GL規(guī)范要求船舶在失電之后能在一個(gè)“集中控制位置”[6]逐步恢復(fù)對冷箱的供電。

該船的集中控制位置設(shè)置在貨艙區(qū)域的一個(gè)設(shè)備間內(nèi)，設(shè)備間內(nèi)布置有隔離變壓器和冷箱配電板，冷箱配電板上設(shè)置有變壓器遙控合閘按鈕，從而滿足失電之后在設(shè)備間逐步恢復(fù)對冷箱供電的要求。

出于便利性考慮，通常會將機(jī)艙集控室作為集中控制位置。該船之所以選擇其他位置作為集中控制位置，主要是因?yàn)椋?/p>

1) 機(jī)艙和集控室空間有限，機(jī)艙無法布置4臺大容量隔離變壓器，集控室無法布置4塊冷箱配電板；

2) 4臺大容量變壓器的散熱量超過機(jī)艙風(fēng)機(jī)的散熱能力。

因此，在與其他專業(yè)人員和船廠多次溝通之后，最終將隔離變壓器和冷箱配電板布置到了貨艙區(qū)域。

上述布置有一定的局限性。貨艙區(qū)域的設(shè)備間并非專門的控制室，通常不會有人值班。當(dāng)有故障發(fā)生、需調(diào)整冷箱運(yùn)行工況或檢修冷箱分電箱的開關(guān)時(shí)，只能到位于貨艙區(qū)域的設(shè)備間去操作，不方便對冷箱供電的集中控制。因此，建議在設(shè)計(jì)帶有RCP入級符號的集裝箱船時(shí)，考慮在機(jī)艙預(yù)留足夠的隔離變壓器布置區(qū)域，并在集控室預(yù)留冷箱配電板的布置空間，與主配電板做成一體，將機(jī)艙集控室設(shè)為冷箱供電的“集中控制位置”，從而實(shí)現(xiàn)在集控室更便利、更可靠地對冷箱供配電進(jìn)行控制。

3 帶RCP入級符號的報(bào)警設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)范要求，在顯示、監(jiān)測和報(bào)警方面，有以下幾點(diǎn)強(qiáng)制要求：

1) 每個(gè)為冷箱供電和為其服務(wù)的貨艙風(fēng)機(jī)供電的分電箱都應(yīng)設(shè)有就地電源指示燈。

2) 超過150個(gè)冷箱的帶RCP入級符號的集裝箱船應(yīng)配有冷箱監(jiān)測系統(tǒng)。帶有冷箱的集裝箱船通常會配置該系統(tǒng)；帶有RCP入級符號的集裝箱船應(yīng)強(qiáng)制配備該系統(tǒng)。

3) 每個(gè)冷箱分電箱和為貨艙風(fēng)機(jī)供電的分電箱都應(yīng)能發(fā)出失電故障信號。

4) “3)”中所有報(bào)警應(yīng)均有就地顯示和在控制站顯示，并接入全船報(bào)警系統(tǒng)。

5) 規(guī)范強(qiáng)制要求的報(bào)警信號會比常規(guī)集裝箱船多一些，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。

4 結(jié) 語

對于帶RCP入級符號、采用低壓配電的小型集裝箱船，應(yīng)考慮以下問題：

1) 根據(jù)入級符號，合理選取冷箱功率值，確定電站容量；

2) 根據(jù)冷箱布置和冷箱電力分電箱的分配，合理選取隔離變壓器，對于大容量的隔離變壓器，應(yīng)考慮其合閘時(shí)對電網(wǎng)的沖擊；

3) 在項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段，提前考慮并預(yù)留冷箱供配電設(shè)備的布置空間；

4) 滿足規(guī)范對指示和報(bào)警信號的強(qiáng)制要求。