“远景”号甲板货船电力推进系统设计

2013-01-11

船海工程 2013年1期

(宁波海星船舶设计所，浙江宁波 315103)

中远“远景”号是专为中远广州重大件运输公司设计的电力推进甲板货船，主要用于运输桥吊及重大件货物，也可用于石油平台模块及导管架的运输。本船为钢质、单甲板、双底、双机双桨的钢质全焊接结构的前驾驶甲板货船。航行于无限航区。总长Loa=142.80 m，垂线间长Lpp=134.50 m，型宽B=32.20 m，型深D=8.00 m，设计吃水d=5.20 m，具有一层连续主甲板，设有艏甲板室，主甲板为无梁拱、无脊弧的平甲板，前倾式船艏，巡洋舰式船艉，主甲板后部为甲板载货区域。

本船入级中国船级社，入级符号为

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

★ CSM Electric Propulsion System, AUT-0。

1 电力推进船舶的优点

通常，艉机型船舶均设有艉烟囱，甲板货船也是如此，这势必占去了主甲板后部甲板载货区域的有效面积，而且滚装大型货物时易侧斜，为解决此问题，采用电力推进系统。船舶运用电力推进系统通常有以下几个优点。

1)无主柴油机，发电机组安装位置与推进轴无关，布置比较自由；本船的发电机舱设在主甲板下甲板室后；

2)选用多台发电机组，低速航行时可减少使用台数，降低成本，节能减排；任1台发电机组发生故障，船舶仍能前进；本船选用3台发电机组，正常航行时使用2台；

3)推进机舱设备减少，更有利于线型优化，减少阻力，在同样功率下可以提高航速；

4)倒车时仍可以利用最大输出功率，获得满意的倒车速度；

5)对原动机控制要求简化容易实现遥控和自动控制；

6)原动机可以恒速运行，减少操作频度，可延长原动机的使用寿命；

7)易于实现驾驶室遥控和机舱自动化，本船已实现机舱自动化；

8)可以减少船舶振动和噪声，更加环保。

2 设计通则

1)根据船东和规范要求进行电力负荷计算；推进电动机应具有足够的转矩。

2)推进系统的电力，可以设计成公用电站供电给船舶用电设备和电力推进系统，也可以由专门的发电机组提供。本船采用公用电站的方法为推进系统供电。

3)采用公共电站供电，要注意以下情况。

(1)电站控制系统应保证安全地分配电能给推进和日用负载；如有必要，可以卸去非重要负载使推进电动机保持低推进功率。

(2)当1台发电机组发生故障时，剩余的发电机组应能向所有保证船舶正常航行的设备供电，同时应维持有效的推进，即应保证航速不小于7 kn或设计航速的一半，两者中取大者。

(3)航行主配电板汇流排的分段应采用断路器连接，该断路器应能切断其安装处可能产生的任何故障电流。

3 主要相关设备的选用

本船电力推进系统由航行主配电板(公共电站)，双绕组推进变压器，12脉冲推进变频器，推进电动机及推进控制系统组成。工作原理见图1。

图1 工作原理

1)主发电机组。

数量 3台

柴油机型号 G8300ZC (宁波中策)

额定功率×额定转速: 2 206 kW×600 r/min

发电机中船重工汾西

额定功率 2 000 kW

额定转速 600 r/min

额定电压 690 V

频率 50 Hz

2)推进电机。

数量 2台

型号西门子

额定功率 2 200 kW

额定转速 1 000 r/min

工作频率 50 Hz

3)推进变压器。

数量 2台

额定功率 2 530 kVA

初级侧电压 690 V±2×3.1%

次级侧电压 2×707～714.8 V(No load)

4)推进变频器。

数量 2台

额定功率 2 200 kW

输入电压 3×715 V

输出电压 2×(3×675 V)

输出频率 0～100 Hz

5)主配电板。航行配电板为所有用电设备的公共电站，钢质防滴式框架结构，由9屏组成，尺寸为5 420 mm×820 mm×2 380 mm置于发电机舱集控室内，采用板后接线和维修。

航行主配电板组成如下。

主发电机屏 3屏

联络开关屏 2屏

电力推进屏 2屏

主变压器兼压载屏 2屏

航行主配电板具有船舶自动电站管理系统功能：①备用发电机的自动起动和并车；②能自动卸掉非重要负载来防止发电机过载；③重载问询；④保证在网机组负载分配均匀。

4 电气设计

4.1 电制

本船的电压、频率、相数和线制设计如下。

主发电机 690 V AC 50 Hz 3相 3线

推进电动机 690 V AC 50 Hz 3相 3线

压载泵电动机690 V AC 50 Hz 3相 3线

停泊发电机 400 V AC 50 Hz 3相 3线

日常电动机 380 V AC 50 Hz 3相 3线

正常照明 220 V AC 50 Hz 1相 2线

应急照明 220 V AC 50 Hz 1相 2线

航行设备 220 V AC 50 Hz 1相 2线

24 V DC 2线

无线电设备 220 V AC 50 Hz 1相 2线

24 V DC 2线

船内通信等 220 V AC 50 Hz 1相 2线

24 V DC 2线

4.2 船舶推进

本船的主推进系统采用双机交流电力推进装置，电源为能向推进电机和正常负载供电的公共电站。

4.2.1 主发电机

主发电机输出交流690 V、50 Hz、3相3线，经变频后供电给电力推进装置，主发电机经电力变压器降压至400 V后供电给全船动力设备、甲板机械、正常照明、应急照明、航行信号灯及无线电通信导航设备等。本船设置交流同步主发电机3台，供电给全船推进、动力、甲板机械、照明、通信导航等用电设备。3台主发电机可作长期并联运行，在单机工作时，当运行的主发电机发生故障失电时，另2台备用的主发电机可按顺序自行启动，并在30 s内投入供电，若启动失败，会在机舱集控台上报警。

4.2.2 停泊发电机

1台停泊发电机输出交流400 V、50 Hz、3相3线，供电给除主推进装置和压载泵外的用电设备。

4.2.3 电力变压器

本船设CSD-500型500 kVA 690 V/400 V电力变压器2台，安装在发电机舱集控室外，提供全船的AC400V设备用电，2台变压器互为备用。

4.2.4 发电机使用工况

工况包括运行发电机和备用发电机。

航行3台2 000 kW)和1台320 kW；

进出港为2台2 000 kW和1台2 000 kW+320 kW；

装卸货为1台320 kW和3台2 000 kW；

停泊为1台320 kW和3台2 000 kW；

应急为1台100 kW。

根据电力负荷估算，所选用的发电机容量能保证本船在航行、进出港、装卸货、停泊及应急等工况下，满足各用电设备正常工作所需的电能。

4.2.5 电力推进设备

主推进装置采用双机交流电力推进系统，推进电机的功率为2 200 kW×2，电压AC690 V，输出转速为0～1 000 r/min，频率为0～50 Hz。推进电机采用变频控制启动，推进电机和变频器设在电力推进机舱内，在驾驶室和机舱集控室设主推进遥控装置，推进电机旁设机控、遥控转换器，机旁操作优先，电力推进系统的控制满足AUT-0要求。

推进电机的制动通过限流器将推进电机的制动能量传输给制动电阻消耗。

本船输出轴上设有电动抱闸机构，可在推进电机停转后进行紧急抱闸。抱闸机构中设有传感器，能把抱闸的状态传输到监测报警系统。

4.2.6 电力推进的遥控

主电力推进的遥控采用微机控制的遥控系统，符合自动化AUT-0附加标志的要求，主推进遥控操纵单元安装在驾驶室控制台和机舱集控台上，机舱控制站单元安装在电推机舱左右主推进电机附近，机旁设机控-遥控转换器，机旁控制优先，遥控单元上设主推进紧急停止铵钮及各种监测报警项目。

驾驶室和机舱集控室能实现对主推进的起动、调速、停车，齿轮箱的正倒车换向等自动顺序控制。

服务于主电力推进的变频器控制柜和三绕组变压器设在电力推进机舱内。

4.3 电气保护

在主电路中设有过电流保护电器，以确保机动航行或在恶劣海况或浮冰中航行时引起的过电流不会导致引起过电流保护装置动作。

电站功率管理系统负责监管整个电站的可靠、平稳、安全的运行，必要时能自动卸掉非重要负载来防止发电机过载。

推进驱动器还配备“发电机功率保护限制”功能，可根据发电机的实际可用功率，限制推进驱动系统的输出功率，但一台或多台发电机发生突然脱扣，系统将快速限制推进系统的输出功率，避免继续运行的发电机发生过载，保证重要设备的不间断运行和有效推进。

4.4 监测仪表和报警

推进变频驱动器具有完备的监测与保护功能，与推进控制系统相联，接收和执行来自控制系统的指令，该指令驱动电动机运转。推进控制系统具有完善的安全保护监控，确保控制操作可靠及最大程度地保护推进系统。本船的机舱自动化入级标志为周期无人值班，机器处所AUT-0附加有标志，报警和显示均满足中国船级社《钢质海船入级规范》(2009)对电力推进和AUT-0的要求。