国际航行货船应急发电机的容量确定
2016-12-15黄立明韦佳威
黄立明 韦佳威
（广船国际技术中心）
国际航行货船应急发电机的容量确定
黄立明韦佳威
（广船国际技术中心）
文章根据SOLAS的要求，探讨国际航行海船应急发电机的重要性，并给出通过应用需要系数法计算船用应急发电机容量的方法，以保证电力负荷计算的准确性，进一步达到合理经济地选择应急发电机组的目的。
船用应急发电机 容量确定
0 前言
根据《国际海上人命安全公约》（SOLAS）要求，国际航行海船的应急发电机需要按照相应规范配置，以满足船舶在紧急情态下的安全需要。不同船型的不同配置对应急发电机容量的要求不尽相同，如何在设计之前确定船舶所需应急发电机容量?计算裕量并选取合适的应急发电机是成本控制中的一大主题。本文从规范要求出发，对如何确定普通货船的应急发电机容量提出方案，以有效地选择机型，方便布置并控制成本，给船东和船厂提供一些帮助。此方案已经过多船实船验证，行之有效。
1 船舶应急电力系统及应急发电机容量确定的意义
船舶电力系统分为主电力系统和应急电力系统。正常情况下，船舶用电设备由主电力系统供电，当主电力系统出现故障的时候，应急电力系统投入工作，向应急情况下需要使用的重要设备供电以保证船舶的安全。因此，船舶应急电力系统是船舶人命安全的保障，是船舶安全检查时必检的项目之一。SOLAS规定客船和货船均应有独立的应急电源。作为应急电源使用的发电机即称为应急发电机。应急发电机应该由具有独立的冷却装置和燃油供给，并由设有满足规范要求的起动装置的柴油机驱动。除了设有满足规范规定的临时应急电源的货船外，当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电失效时应能自动起动和自动连接应急配电板，尽快地承载应急负载，最长不得超过45s。应急发电机的容量应确保SOLAS和主管机关有关规定的供电范围和供电时间，并应考虑到这些用电设备可能同时工作。需要注意的是，SOLAS规定应急电源也可在安全情况下短时间内向非重要设备供电。而一旦船舶处于应急状况时，非重要设备需要自动脱扣以满足保证航行安全的重要设备供电。因此选择合适的容量非常重要，要求既能保证容量满足使用要求，又不过高超出以保证经济性。
2 货船应急发电机容量计算
2.1电力负荷计算的意义
为确定应急发电机的合适容量，需要进行电力负荷计算。电力负荷计算正确与否直接影响全船用电设备的正常运行和电站运行的经济性和可靠性。然而在方案初期，没有具体用电设备的实际负荷和具体使用情况，电力负荷的计算是较为困难的。影响这些情况的因素较多，难于全盘考虑，因此应与轮机，舾装等专业密切配合，对各用电设备的实际负荷及具体使用情况，做全面细致的调查和分析，才能得出较准确的计算结果。
2.2应急发电机负载及分类
随着船舶种类不同、吨位不同，必须由应急发电机供电的电气设备范围也略有不同，通常根据下述用电设备的所需电功率确定应急发电机容量，即：航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报警和信号装置、火灾探测和报警装置、应急用无线电设备和导航设备、应急消防泵等消防设备、应急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机、动力操作水密门及其指示器和报警器；其它需要应急发电机供电的用电设备，如船员提升至甲板上以便逃脱的电梯应急装置等。
SOLAS规定，应急电源的容量应足以给以下设备供电：
⑴ 对以下各处应急照明供电18小时
① 所有服务及起居处所内的走廊，楼梯和出口，乘人升降机厢和升降机通道
② 机械处所及主电站，包括它们的控制位置
③ 所有控制站，机械控制室及每一处主配电板和应急配电板
④ 所有消防装备的存放地点
⑤ 舵机处
⑥ 消防泵，喷水泵，舱底污水泵（如有）及其马达的起动位置
⑦ 泵舱室
⑵ 对下列设备供电18小时：
① 航行灯和其他国际海上避碰规则强制要求的其他灯
② 中频无线装置；船舶地球站中频/高频无线装置
③ 所有紧急状态下需要的船内通信设备
④ 船运导航设备；（对5000总吨以下的船，不合理或不可用的设备可忽略此要求）
⑤ 探火和火灾报警系统
⑥ 间歇工作的白昼信号灯，船笛，手动操作呼叫点和所有应急情况下所需内部信号
⑶ 对舵机应急供电应满足：对于货船，SOLAS要求舵机应配2套容量为50%的动力单元，其中，在应急情况下，船舶处于最深吃水状态航行时，船以半速的速度航行或以7海里/时的速度航行时（取大者），舵可在60秒内从一侧15度摆到另一侧15度，据此对单套舵机提供应急电源。根据不同船级社要求，对舵机在应急工况下的使用系数要求不尽相同，最高取0.8。
⑷ 从瘫船状态恢复船舶推进各种设备的正常运转所需的电量。该工况不属于应急工况，且负荷功耗一般比应急工况小。
2.3电力负荷计算方法
船舶电力负荷计算是根据用电设备的数量、负载和使用情况进行的，其计算结果是作为选择发电机容量和台数的依据。船舶电力负载计算方法较多，各种方法略有不同，但其基本构思是一样的，即计算船舶各工况下用电设备所需的功率。目前，应用较多的方法有需要系数法和三类负载法。这里采用我厂常用的需要系数法来计算应急发电机所需容量。
2.3.1计算各用电设备的额定输入功率
考虑到功率损耗问题，根据经验我厂在计算时对电动机额定功率大于25kW，考虑8%的损耗；额定功率在15kW~25kW，考虑9%损耗；10kW~15kW考虑11%损耗；5kW~10kW考虑13%损耗；5kW以内则考虑18%损耗。对于灯具等设备由于损耗较小则忽略。
2.3.2选择工况及负载
此处讨论应急发电机容量，应选择应急工况和瘫船起动情况。在需要系数法中，计算公式为：
PG= ΣKi×Pci+K2×ΣKi×PR
其中PG为计算总功率，Pci为各连续负载额定输入功率，PR为各间断负载额定输人功率，Ki为需要系数，K2为同时系数。
其中，需要系数，就是设备使用时的最大需要功率与其额定输入功率之比；同时系数，是设备在对应工况下不连续运行，根据经验和实际试验结果给定的系数，一般取0.3～0.5。
根据法规的初衷，应急负荷使用的时间窗口小，应考虑各种可能发生的情况，因此接入的负载均按最大连续工作的情况，同时系数及需要系数均应为1。在实际设计中，因设备的轴功率，即设备最大输出的功率，小于马达的额定功率，换而言之，电动机的需要系数不为1；根据船级社的解释，如能提供设备商的轴功率与额定功率数据，需要系数可为轴功率/额定功率。
需要注意的是，SOLAS规定，应急电源可在安全情况下短时间内向非重要设备供电。而一旦船舶处于应急状况时，非重要设备需要自动脱扣以满足保证航行安全的重要设备供电，如不能自动脱扣，则应计入应急发电机容量。故在选择应急工况下的接入负载时，应结合实际情况以避免估算出的发电机容量过度超出而增加成本。
2.3.3根据上述总功率，绘制应急状况下的负载明细表，以选择应急发电机的容量
2.3.4以某5万吨油船为例，应急发电机负载明细表见表1
其中瘫船状态并无具体计算送审要求，此处仅举例说明瘫船状态负荷远小于应急工况，应急发电机容量由应急工况计算功率值确定。
表1 应急发电机负载明细
2.4应急发电机容量确定
一般而言，发电机容量的选择应该同时满足以下条件：
⑴ 发电机的额定功率连续运行大于或等于负荷的计算功率。
⑵ 发电机的允许过载功率大于或等于负荷的尖峰功率。
⑶ 大容量电动机起动时发电机的瞬时压降不大于15%。
应急发电机负荷率应不超过100%，一般计算不应超90%。因此，选择应急发电机时，其功率以超过，并不超出以保证经济性为宜。此案例中，应急工况下的总功率较重，取。经查阅某发电机厂选型手册，可选用的发电机。
3 结束语
由前面的分析可知，对于应急发电机容量的选择应充分考虑到应急工况及瘫船状态下应接入的全部负载。由于应急工况对于船舶安全的重要性，在选择容量时应严格按照规范要求，以可靠性优先，综合考虑经济性及性价比，采用规范、科学、合理的计算方法，就可以找到选择最适合本船舶的应急发电机。
[1] 仇挺,黄颖峰. 船用应急发电机的经济选型[J]. 南通航运职业技术学院学报, 2007(2):87-90.
[2] 陈育敏. 应急柴油发电机组容量选择及有关问题[J]. 上海电器技术, 2005(3):17-20.
[3] 高树柏. 船舶应急发电机自动控制系统的研究[D]. 大连海事大学, 2012.
[4] 李明, 姜春明, 王术新. 船用柴油发电机组的选型探讨[J].舰船科学技术, 2004, 26(3):31-33.
[5] 中国船舶工业集团公司. 船舶设计实用手册(第3版)((电气分册)(精)[M]. 国防工业, 2013.
10.3969/j.issn.2095-4506.2016.03.005
黄立明（1983 --），男，工程师，船舶电气。韦佳威（1990--），女，助理工程师，船舶电气。
（2016-6-6）
