龍可軍，李興宇

（1.海裝駐廣州地區(qū)第三軍事代表室，廣州，510250；2.廣州船舶及海洋工程設(shè)計研究院，廣州510250）

1 前言

該船是一艘遠(yuǎn)海航區(qū)綜合試驗船，主要用途是滿足建設(shè)單位試驗基地科研生產(chǎn)需求，在試驗海域進行各類電子設(shè)備的試驗、測試及驗證等，同時兼顧試驗設(shè)備、人員的交通運輸功能，為我國電子科學(xué)的發(fā)展、海洋科學(xué)事業(yè)和國防建設(shè)收集資料。該船的設(shè)計滿足中國船級社（CCS）《國內(nèi)航行海船入級規(guī)則》2012、《國內(nèi)航行海船建造規(guī)范》2012 及其修改通報、中國海事局（MSA）《船舶與海上設(shè)施法定檢驗規(guī)則—國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則》（2011）及其修改通報有關(guān)要求。

2 船舶主要參數(shù)

3 電站設(shè)計

該船電站設(shè)計除滿足規(guī)范、規(guī)則對于船舶正常航行的配置要求外，還應(yīng)滿足船上配備的各類電子設(shè)備及輔助系統(tǒng)的海上試驗需求。

3.1 各種工況負(fù)荷計算

主發(fā)電機組首先要滿足為全船航行安全設(shè)備提供充足的電能，同時為機艙輔助設(shè)備、生活設(shè)備等提供電源，還要為試驗設(shè)備提供電源。因此，如何確定電站主發(fā)電機的單臺額定容量及配置數(shù)量，主要從各工況用電總負(fù)荷情況進行分析：

（1）航行工況

按照規(guī)范的要求，主電源要滿足為正常推進運行、船舶安全所必需的設(shè)備供電，也要滿足最低舒適居住條件的設(shè)備供電（工況Ⅰ）。通過電力負(fù)荷計算，航行工況Ⅰ總負(fù)荷約為179 kW；工況Ⅱ為含試驗設(shè)備，總負(fù)荷約為230.1 kW。

（2）試驗狀態(tài)工況

該船搭載了較多的電子設(shè)備，不同電子設(shè)備的用電需求差別較大；同時，為了滿足設(shè)備測試要求，還安裝了液壓起重機、A 形架吊機等大功率輔助試驗設(shè)備。通過電力負(fù)荷計算，使用10 t液壓起重機、A形架吊機時（工況Ⅰ）總負(fù)荷約為386.4 kW；不使用10 t 液壓起重機、A 形架吊機時（工況Ⅱ）總負(fù)荷約為330.5 kW。

（3）進出港工況

進出港工況下需要使用錨機、吊機等設(shè)備，在離靠碼頭時需要使用首側(cè)推。通過電力負(fù)荷計算，進出港工況總負(fù)荷約為327.5 kW。

（4）停泊工況設(shè)備

停泊狀態(tài)下，主要為生活用電、空調(diào)設(shè)備用電、油污水排放設(shè)備及維修設(shè)備等供電，經(jīng)計算，總負(fù)荷約為91.1kW 。

各種工況用電負(fù)荷，見表1 所列。

表1 各種工況用電負(fù)荷表

3.2 主電站設(shè)計

（1）航行工況Ⅰ是船舶的主要使用工況，根據(jù)計算，航行工況Ⅰ用電負(fù)荷為179 kW。從設(shè)備使用及經(jīng)濟性考慮，使用單臺主發(fā)電機容量為200 kW，此時發(fā)電機負(fù)荷率為89.5%，備用發(fā)電機為2 臺；航行工況Ⅱ為含試驗設(shè)備。根據(jù)計算，航行工況Ⅱ用電負(fù)荷為230.1 kW，使用2 臺發(fā)電機容量為2X200 kW，發(fā)電機負(fù)荷率為57.5%；備用發(fā)電機為1 臺；

（2）試驗工況Ⅱ用電負(fù)荷為330.5 kW；使用2 臺200 kW 發(fā)電機組并車可滿足用電需求，但無法滿足試驗工況Ⅰ的長期用電需求，因此，需要增加1 臺同型200 kW 發(fā)電機組，即選用3 臺200 kW 發(fā)電機組，其設(shè)備維修互換性較好，且各發(fā)電機的使用時間更均衡，不會因為過度使用1 臺發(fā)電機組而提前進行大修；

（3）進出港工況使用首側(cè)推時，選用任意2 臺200 kW 發(fā)電機均可滿足用電需求，設(shè)置3 臺200 kW發(fā)電機組，留有備用發(fā)電機組，可靠性更高。

綜合以上分析，本船配置3 臺船用三相交流同步發(fā)電機組，每臺發(fā)電機組額定功率200 kW，供全船動力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通信導(dǎo)航、報警、控制設(shè)備及電子試驗設(shè)備等用電；3 臺柴油主發(fā)電機能單獨運行，互為備用，也可以任意2臺或3臺發(fā)電機組長期并聯(lián)運行。

3.3 應(yīng)急電站設(shè)計

應(yīng)急電站主要滿足應(yīng)急狀態(tài)下的負(fù)荷用電需求，主要用于維持船舶安全或遇險救生等用途，包括應(yīng)急照明、無線電通信及導(dǎo)航設(shè)備、應(yīng)急消防泵、內(nèi)部通信設(shè)備、報警設(shè)備及應(yīng)急發(fā)電機室分機等。

通過負(fù)荷計算，為滿足應(yīng)急狀態(tài)下設(shè)備用電需求，本船選用75 kW 三相交流同步應(yīng)急發(fā)電機組1 臺， 安裝在應(yīng)急發(fā)電機室。

4 配電系統(tǒng)設(shè)計

本船配電系統(tǒng)，主要由主配電板、應(yīng)急配電板及分電箱等組成。

4.1 主配電板

（1）結(jié)構(gòu)

本船設(shè)主配電板一臺，鋼質(zhì)落地式，布置在機艙集控室，控制和保護3 臺主發(fā)電機并對全船AC380V/AC220 V 設(shè)備供電；主配電板由7 屏組成，包括3 屏發(fā)電機控制屏、1 屏發(fā)電機同步屏、1 屏負(fù)載控制屏、2 屏電機集中控制屏。

發(fā)電機屏上部設(shè)置各類儀表，下部設(shè)置發(fā)電機主開關(guān)；同步屏設(shè)置有同步表、岸電儀表等；負(fù)載屏主要設(shè)置各類負(fù)載斷路器；集中控制屏主要布置各類泵起動控制設(shè)備。

（2）功能

① 主開關(guān)設(shè)計：主配電板發(fā)電機主開關(guān)采用施耐德公司MT06 型自動空氣斷路器，脫扣器額定電流600 A，具有過載長延時、短路短延時和瞬動三段保護及欠壓脫扣保護等功能，采用逆功率繼電器作逆功率保護。

② 連鎖設(shè)計：主配電板發(fā)電機主開關(guān)與岸電開關(guān)聯(lián)鎖，使發(fā)電機組與岸電電源不能同時供電；空氣斷路器與主發(fā)電機防潮加熱器有聯(lián)鎖，防潮加熱器開起情況下不能起動發(fā)電機組；主變壓器之間設(shè)聯(lián)鎖，避免變壓器同時接入電網(wǎng)；主配電板與應(yīng)急配電板通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)聯(lián)鎖，正常時應(yīng)急配電板的負(fù)載通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)由主配電板供電。

③ 卸載設(shè)計：主配電板具有自動卸載功能。當(dāng)發(fā)電機的負(fù)載電流達到額定值的90%時，主配電板發(fā)出過載預(yù)報警，延時10 s后進行一級卸載，卸除廚房設(shè)備；如負(fù)載電流達到95%額定電流，經(jīng)延時后進行第二級卸載，卸除空調(diào)設(shè)備。

④ 自動電站管理系統(tǒng)：主配電板設(shè)有進口的自動電站管理系統(tǒng)，對發(fā)電機組進行管理，能夠自動平衡并聯(lián)發(fā)電機的負(fù)載；運行發(fā)電機重載時增加在線發(fā)電機，輕載時減少在線發(fā)電機；在線運行發(fā)電機發(fā)生故障無法繼續(xù)工作時，管理系統(tǒng)發(fā)出指令，備用發(fā)電機自動起動，故障發(fā)電機自動退出。

⑤ 并車設(shè)計：設(shè)有手動、半自動及自動三種并車工作模式。手動模式下，所有發(fā)電機均可轉(zhuǎn)為手動操作模式；半自動模式下，可手動、半自動并車，自動平衡并聯(lián)發(fā)電機的負(fù)載；自動模式下，由自動電站管理系統(tǒng)管理電站運行。

⑥ 重載問詢功能：由于本船設(shè)有首側(cè)推等大功率負(fù)載，為避免電站容量不夠無法起動大功率負(fù)載，或為降低起動大功率負(fù)載時對電網(wǎng)的沖擊導(dǎo)致影響其他設(shè)備正常使用，在起動大功率負(fù)載前必須向電網(wǎng)作詢問，如在網(wǎng)的柴油發(fā)電機總?cè)萘科。瑧?yīng)自動起動備用主發(fā)電機組向電網(wǎng)供電。

⑦ 重要負(fù)載順序重新自起動：主電網(wǎng)恢復(fù)供電后，下列重要負(fù)載按系統(tǒng)預(yù)定的程序重新自動起動：舵機、機艙風(fēng)機、主機滑油備用泵、齒輪箱滑油備用泵、主機淡水備用泵、主機海水備用泵。

（3）匯流排

① 本船除常規(guī)船舶安全航行設(shè)備外，還設(shè)有大量電子設(shè)備，因此匯流排設(shè)計成三個獨立的分段：匯流排A 段連接1 號發(fā)電機組、B 段連接2 號發(fā)電機組，采取聯(lián)絡(luò)開關(guān)進行連接。當(dāng)匯流排某一處故障時，可通過斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)保護另一分段上的設(shè)備供電的連續(xù)性；B 段、C 段（連接3 號發(fā)電機組）由斷路器連接。除試驗狀態(tài)外，B 段、C 段連接斷路器保持接通，本船執(zhí)行試驗任務(wù)并需要分區(qū)供電時，B 段、C 段的連接斷路器分?jǐn)?，? 號機組獨立向試驗設(shè)備供電。

② 分區(qū)供電操作，可在自動電站管理下自動進行，也可在非自動電站狀態(tài)下人工操作完成；分區(qū)供電結(jié)束后，一般應(yīng)將3 號發(fā)電機重新整步，待到3 號發(fā)電機達到同步條件時，將B 段、C 段的連接斷路器合閘與其他發(fā)電機并網(wǎng)運行，以保持系統(tǒng)設(shè)備的連續(xù)供電；也可以手動切斷3號發(fā)電機主開關(guān)，將3號發(fā)電機停機，然后將B 段、C 段的連接斷路器合閘，此時系統(tǒng)將不能連續(xù)供電。

4.2 應(yīng)急配電板

（1）在應(yīng)急發(fā)電機室設(shè)應(yīng)急配電板一塊，用于控制、保護應(yīng)急發(fā)電機和對全船AC380 V/AC220 V 應(yīng)急設(shè)備供電。應(yīng)急配電板由2 屏組成，包括1 屏發(fā)電機控制屏/負(fù)載屏、1 屏負(fù)載屏；

（2）應(yīng)急配電板為鋼質(zhì)自立式結(jié)構(gòu)，防護等級為IP22；應(yīng)急配電板前面為面板，側(cè)面設(shè)旁板，前部有扶手；應(yīng)急配電板為板前維修，底部進線；

（3）應(yīng)急配電板發(fā)電機主開關(guān)為MSX250 自動空氣斷路器，脫扣器額定電流160 A，具有過載長延時、短路短延時保護及欠壓脫扣保護等功能。

（4）當(dāng)主電網(wǎng)失電時，應(yīng)急發(fā)電機在45 s 鐘之內(nèi)完成自動起動，通過應(yīng)急配電板向應(yīng)急設(shè)備供電；在主配電板恢復(fù)供電后，應(yīng)急發(fā)電機主開關(guān)應(yīng)自動分閘，應(yīng)急發(fā)電機空載運行一段時間后停車；應(yīng)急發(fā)電機不能與主發(fā)電機并車。

5 結(jié)語

電力系統(tǒng)設(shè)計是船舶設(shè)計重要內(nèi)容，直接影響船舶安全及功能的實現(xiàn)，設(shè)計科學(xué)合理的電力系統(tǒng)，既有利于提高船舶的航行安全性，也可以提高經(jīng)濟性。