12500 DWT多用途船电气设计

杨 璟 顾伟杰

（上海船舶研究设计院，上海 200032）

0 引言

12500 DWT多用途船是由荷兰spliethoff航运公司委托上海船舶研究设计院担任详细设计，并由荣成市西霞口船业有限公司及江苏长博船厂有限公司建造。

该船主要尺度及参数如下：

1 电力系统设计特点

1.1 电站工况

各种工况下发电机的使用情况如表1所示。

表1 各工况下发电机使用情况

1.2 配电系统的设计

配电系统示意图如图1所示。

1.3 配电系统设计特点

该船3台主发电机可长期并联运行。主发电机与轴带发电机只在进行负载转移时短时并联运行。在装载冷藏集装箱的工况下，根据此类船舶的常规设计，轴带发电机仅给轴发汇流排上的冷藏箱负载（图1中3～6RJB馈电分路）供电。主发电机给主汇流排上的基本负载及剩余冷藏箱负载 （图1中1RJB、2RJB、7RJB馈电分路）供电。主汇流排和轴发汇流排的母联开关CQF3（见图1）断开，轴带发电机和主发电机分区供电。然而根据具体航行工况的不同以及载运冷藏箱数量较少时，会出现如下情况：轴发汇流排上，冷藏箱数量较少，轴带发电机处于低负荷运行状态；而主汇流排上的负载略大于1台主发电机的容量，此时必须由2台主发电机并联供电，这样主发也处于低负荷运行状态。船东确认上述情况将是该船在运营中经常出现的工况。为了解决这一问题，通过对负荷的详细计算，该船配电系统增加了1号主发电机可以同其他发电机分区供电的功能。即在上述航行工况下，1号柴油发电机与主汇流排之间BUS1之间的开关CQF1断开（见图1），这样1号发电机即为汇流排BUS3下总功率约250 kW的负载单独供电，此时轴发仍然可以给连接在主汇流排和轴发汇流排上的负载供电。这种设计提高了发电机的利用率，避免了发电机低负荷运行的情况，使供电方式更加经济、灵活，在延长了柴油机的使用寿命的同时，也为环保作出了一点贡献。

图1 配电系统示意图

1.4 发电机的保护

船舶发电机是船舶电站的核心设备。电站的可靠性主要取决于发电机组能否持续有效地向电网输送电源。该船为发电机设置了过载保护、短路保护、欠压保护及逆功率保护。此外，由于该船设有3台功率均为154 kW的起重机，若其所载的重物以制动方式下放时，会产生最大为120 kW逆功率，如果不能被其他负载所吸收，逆功率就会回馈到电站发电机，使发电机变为电动机，不仅造成发动机的损坏，还影响了电力系统的稳定性。因此该船为起重机设置一套逆功率吸收系统。该系统包括1个逆功率吸收主控箱、3个逆功率吸收电阻箱以及安装在主配电板内用以监测及吸收逆功率的相关器件。该套装置保证了在船舶装卸货工况时，电力系统的稳定性。

1.5 冷箱电力电缆的配置

船东要求装载120个冷藏集装箱。若按常规设计，在相应的货舱舱口围附近设置若干个冷藏箱插座，并敷设从主配电板至冷藏箱插座的电力电缆。但是由于船东对该船实际运营状况有非常精确的了解和要求，该船装载冷藏集装箱的几率很低，因此不需安装冷藏箱插座，只需在舷侧空舱中将电缆敷设到位并在终端设电缆接线箱。同时，为了提高这些电缆的利用率，其中72个冷藏箱与3台起重机共用电缆，即每24个冷藏箱与1台起重机共用主回路电缆。具体而言，即从主配电板敷设至起重机的电缆至起重机附近的空舱时，先接到一个冷藏箱插座电缆接线箱，即图1中2RJB～4RJB，然后再从该接线箱将电缆接入起重机。这样一来，该电缆不仅在装卸货工况时可为起重机供电，也可在航行工况时为冷藏集装箱供电，一举两得。这种方案减少了电缆的闲置，提高了经济性。

2 自动化系统设计

2.1 机舱集中控制站

对于同类型的船舶而言，机舱中一般设有集控室，而该船因船东多年的用船习惯，机舱内不设置集控室，而将机舱底层主机左侧的区域设置为机舱集中控制站，将主机控制面板、机舱监测报警箱等设备均布置于此区域以方便操作。该船的主机、齿轮箱及其控制系统由Wartsila打包提供，机舱集中控制站设置了主机转速表、螺距表、传令钟及电话等设备，实现了机舱集中控制站的基本配置，使其能够全面地完成机舱内主辅机等各类设备的监测及控制，同样也满足船级社周期性无人值班机舱的相关规范要求。

2.2 机舱监测报警系统

该船机舱监测报警系统由荷兰某公司提供。该监测报警系统产品集成度非常高。系统主要由监测报警箱及延伸报警板组成，其中监测报警箱由信号采集模块及触摸屏组成，不仅拥有信号采集功能，还涵盖了报警功能以及主机、辅机等重要机舱设备的模拟量指示功能，非常适合类似空间小、设备布局紧凑但是功能齐全的船型。

3 导航系统的设计

3.1 一人桥楼特殊要求

该船满足英国劳氏船级社一人桥楼要求 （LRNAV1）。与其他船级社不同的是，英国劳氏规定任何船舶若要满足NAV1规范要求，无论是否为全封闭的驾驶室，必须要配置声接收系统，使桥楼值班人员能够在驾驶室内听到外部声音信号并确定其方向。

该船在驾驶室控制台设置一块综合报警板，使规范要求的与航行设备相关的报警点可以集中显示，以便桥楼值班人员的监控。除此之外，该船还配置了S波段及X波段雷达、计程仪、测深仪、GPS及电罗经等导航设备，以满足导航的需要，同时为航行操作及航行安全创造了更便捷及有效的工作条件。

3.2 巴拿马仪表

据巴拿马运河要求，驾驶室两侧门外的上方应安装舵角指示器、主推进螺距表、主推进转速表，以便在两翼指挥位置读取相应参数。该船船东考虑到露天安装的设备易被海浪损坏及海水侵蚀，不同意在室外安装上述仪表。因此该船巴拿马仪表的设置便独辟蹊径，在驾驶室内部两侧的窗台上各安装一个360°转动旋杆，杆上设巴拿马仪表板，上述三表自上而下安装，见图2～图4。平时这些仪表面向船中，方便在驾驶室内各个位置查看数据，而当船舶驶入巴拿马运河时，可将旋杆转动，使仪表面向舷侧，则可在室外两翼指挥位置读数。这种灵活的方式使巴拿马仪表在航行中产生了更大的利用价值，同时这些表从传统的室外安装转移到了驾驶室内，对仪表的防护及可靠性来说更加有利。

图2 巴拿马仪表板安装俯视图

图3 巴拿马仪表板安装视图A

图4 巴拿马仪表板安装视图B

3.3 卫星罗经

应船东的要求，该船除磁罗经及电罗经外还配置了一套卫星罗经。卫星罗经系统由天线单元、处理器单元及显示器单元组成。此系统通过天线单元收到的连续的船舶航向信号，通过处理单元及显示器单元在驾驶室控制站显示船舶航向，同时将航向信号提供至自动舵系统。此设备成为磁罗经及电罗经很好的补充，提高了船舶航向指示系统的冗余性。

4 结语

12500 DWT多用途船在电力、自动化以及导航等系统的设计中紧抓船东对船舶的运营要求和使用习惯，有针对性地采用了一些特殊的设计思路与方案，提高了该船在使用过程中的经济性与灵活性，为今后的同类型船舶的电气设计提供了一点借鉴。