船舶电站克令吊重载询问设计优化

常 亮，汪海龙，杨 杰

（舟山长宏国际船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

船舶电站克令吊重载询问设计优化

常 亮，汪海龙，杨 杰

（舟山长宏国际船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

针对某船自动电站设计的不合理以及船厂调试人员的不规范操作导致甲板克令吊在调试过程中出现发电机停车的现象，进行了原因分析，并提出了修改设计方案。

船舶电站；克令吊；负载；重载询问；经济性

0 引言

船舶电站是全船电力系统最主要的组成部分，是连续供应全船用电需求的设备。为了使船舶在航行、作业、停泊和应急情况下都能连续、可靠、经济、合理地进行供电，船舶电网的稳定性至关重要。大功率设备的起动对电网冲击较大，如果设计不合理极易造成电站和设备等的损坏，也极易造成人员伤亡。其中克令吊起动后存在空载、部分负载运行以及满载的情况，故对重载询问功能的要求更高。本文针对某船的船舶电站重载询问功能进行详细分析，对设计性能、运行状态和经济性等方面作出详细分析，为船舶电站设计优化提供参考。

1 船舶电站自动化系统简介

船舶自动电站要求能够安全可靠地向用电设备供电，能够保证所提供电能的质量，实现全船设备的经济性运行。船舶自动电站要求能够自动迅速并有选择地切除故障，对用电设备和电站提供保护，根据设备的工作特性和对船舶正常工作状态的需求程度自动调整负载运行状态，保证全船电网稳定性；根据船舶工作状态自动调整发电机使用数量，对电站工作状态要有监测功能。当有大功率设备要投入工作时，要进行重载问询，避免对电网造成较大冲击[1]。

2 设计背景

176K、80K等好望角型和巴拿马型的散货船由于航线和码头的限制，甲板上没有克令吊，大功率设备的重载询问仅限于压载泵、舱底总用泵和消防总用泵等，这些泵的特点是海水管路吸口一直在水

线以下，所以每当起动后，就马上到满负荷状态，没有空载或部分负载的情况。而小型39K和64K等灵便型散货船，航线都比较近，去的码头也多，一些比较落后的码头也能停靠，所以在主甲板上必须配备相应的克令吊等甲板装卸货设备。某船发电机为三台550 kW，电制为AC 440 V，60 Hz，主甲板四台克令吊单台最大功率为230 kW。按克令吊“允许起动（available）”白色指示灯工作，克令吊不用经过重载询问，可以直接起动；若电站预留功率不足240 kW时，需在克令吊处按“起动请求（request）”信号按钮，自动电站起动备用发电机，并车运行后，电站给出“允许起动（available）”信号，克令吊可以正常起动[2]。某船在上述情况下，按照装卸货状态进行试验调试克令吊。首先运行一台主发电机，另外两台备用，起动第一台克令吊进行吊重，available白色指示灯工作，无需重载问询，再起动第二台克令吊，将两台克令吊负载增加，突然发生发电机停车，备用发电机也未起动。

发电机停车发生之后，进行了原因分析。单台发电机运行，若此时起动第一台克令吊，由于自动电站总功率为：550 kW－154.72 kW=395.28 kW＞240 kW这时不用起备用发电机，直接起动克令吊。此时第一台克令吊如果为空载，经现场实际测量为80 kW左右，按克令吊厂家给出的克令吊在部分负载运行S1工作状态下的功率为127 kW，则：127 kW+154.72 kW =281.72 kW若此时起动第二台克令吊，则：550 kW－281.72 kW=268.28 kW这时不起动备用发电机，而是直接起动克令吊。这样单台发电机带动两台克令吊，在部分负载运行S1状态下，154.72 kW+127 kW+127 kW=408.72 kW，但当两台克令吊同时满负荷运转时，154.72 kW+2×230 kW=614.72 kW。而且在几秒钟内，瞬间超过单台发电机的额定功率，而备用发电机从起动到合闸并车成功，按配电系统流程图大概需要83 s的时间。所以两台克令吊突然满负荷运行，备用发电机无法在短时间内起动并合闸，必然对自动电站、主汇流排、发电机主开关，甚至发电机造成电网冲击和损伤等不良后果，对船舶的安全工作和航行以及船员的生命造成危险。

2.1 原设计方案

按照电力负荷计算要求，船舶装卸货时，必须预先两台发电机并车，一台发电机备用。按装卸货状态，卸载后总功率为154.72 kW，即使同时使用四台克令吊，总功率为：154.72 kW+4×127 kW=662.72 kW。 剩余总功率为：1 100 kW－662.72 kW=437.28 kW。单台距满负荷运行功率相差：230 kW－127 kW=103 kW，437.28 kW/103 kW=4.25。即使四台克令吊同时满负荷运行，发电机功率也能满足负载要求，只是发电机负载很高，达到97.7%，应起动备用发电机。但由于四台克令吊同时工作具有时序性，不可能四台吊机同时满负荷运行，电站负荷满足要求，无需经过重载询问，可以直接起动[3]。又由于各个码头和港口条件的限制，四台克令吊未必可以同时工作，如果仅一台克令吊满负载运行，负载只有：154.72 kW +230 kW=384.72 kW。一台发电机运行也完全可以满足工作状态。开启两台发电机就会造成浪费，经济性不好。除非船员手动卸载一台发电机才能避免浪费。但是如果此时还需增加吊机投入工作，也需要船员手动并车后，才能增加吊机，这样操作起来非常不便，设计不够人性化。

2.2 改进方案一

单台发电机运行时，起动第一台克令吊，通过调整PMS，不管此台克令吊的实际情况是空载还是满载，自动电站均应将此吊机当成满载运行，即230 kW。后续起动的吊机也完全按照满载计算。这样若电站预留功率大于240 kW时，吊机不用经过重载询问，可直接起动；不足240 kW时，需在克令吊处按起动请求（request）信号按钮，自动电站起动备用发电机，并车运行后，电站给出允许起动（available）信号，克令吊可以正常起动。这样的结果是发电机先行并车，发电机功率满足负荷要求才起动克令吊，对电网没有冲击，安全性较好。但此方案需要增加四台克令吊的功率信号到PMS，以及增加四个功率变送器、八个电流互感器、一个数据采集模块，建造成本相应增加，经济性稍差。

2.3 改进方案二

按照图1所示的流程图，在单台发电机独立运行时起动一台克令吊，功率足够，无需重载询问，可直接起动。当两台至四台吊机运行时，设定必须开启两台发电机。这样不仅不会造成能源浪费，还能有效提供足够功率满足吊机正常工作状态，配电

板厂家的修改也非常容易，不仅提高了船舶的安全性能，还大大节省了资金投入。

图1 流程图

3 船舶电站自动化系统发展趋势

从技术上看，船舶电站主要经历了分立式控制、集中式控制和集散式系统。随着电子技术和控制技术的不断发展，船舶电站控制性能已经有了前所未有的突破。

在自动化系统的基础上，将它们组成电站自动化系统装置，使其能够成为完整可靠的电站自动化系统。集中式控制系统便于集中控制，方便船舶工作人员操作，但故障的查找及维修比较困难。分散控制即对各个设备模块进行分散控制，提高了系统的稳定性和可维护性，但无形中给使用者在操作过程中带来一定的不便，而且与无人机舱的集中管理理念的要求有一定的矛盾。未来船舶电站自动化系统正朝着集散型自动化方向发展，它集中了两者的大部分优点，克服了一些缺点，使系统可靠性和操作性达到最大化。目前各国船舶电站自动化发展设计趋势也是充分依据此设计原理，集散型控制系统的研发在技术上和使用上保证了电站的稳定运行，但在自动化程度越高的情况下，要降低影响维持满意的质量标准的故障，这才是未来要努力的方向，才能使船舶电站自动化真正进入一个全新的时代。未来船舶正朝着低能耗、高附加值、电气自动化、绿色环保等方向发展，而由于船舶使用人员的技术水平通常落后于先进设计技术的发展，所以当他们遇到功能复杂、设计先进的自动化电站时，通常面对船舶产生的运行故障无从下手，不知道应该如何检查、处理、解决故障，甚至造成停电、设备损坏以及一系列威胁船舶安全运营的操作，进而给船舶的安全运营和航运效益带来极大的损失。相应地，对船舶电站以及船舶操作人员的技术水平也提出了更高的要求。更加成熟、人性化的船舶电站系统可以让设备和装置更加稳定、安全、高效地运转，降低运营成本[4]。

4 结论

船舶大功率设备在起动和运行过程中对电网冲击很大，船舶电站作为供应全船电能的设备，必须设置合理的重载询问，以保证即使在大功率设备运行的情况下也能连续、可靠地供电。设计人员在设计过程中必须仔细考量各个系统及设备的特殊性，尽可能设计出最完善的方案。现场调试人员也要严格按照设计要求进行调试，避免不必要的事故发生。如果在工作中发现设计不合理处，应及时与设计部进行沟通和探讨。

[1]庄福余.船舶供电技术.[M].哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2006.

[2]袁继华.船舶电气安装与调试[M].北京: 国防工业出版社, 1979.

[3]中国船舶工业集团, 中国船舶重工集团, 中国造船工程学会.船舶设计使用手册 电气分册[Z].北京: 国防工业出版社, 2013.

[4]姜锦范.船舶电站及自动化[M].辽宁大连: 大连海事大学出版社, 2005.

Design Optimization of Crane Heavy Load Request of Ship Power Station

Chang Liang, Wang Hai-long, Yang Jie
(Zhoushan Changhong International Shipyard Co., Ltd., Zhejiang Zhoushan 312000, China)

The unreasonable design of the ship automatic power station and the non-standard operation by the commissioning personnel in the shipyard led to the parking phenomenon of the generator of the deck crane in the debugging process.The paper analyzes the cause of the incident and presents a design for modification.

ship power station; crane; load; heavy load request; economy.

为：U665.12；U664.4

A

10.14141/j.31-1981.2016.02.006

常亮（1981—），男，助理工程师，研究方向：船舶电气。