3 800m3/h自航電動絞吸挖泥船電氣系統(tǒng)設(shè)計

黃 兵

(江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司,江蘇鎮(zhèn)江 212003)

3 800m3/h自航電動絞吸挖泥船按 2006版《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》設(shè)計,滿足 2004版《國內(nèi)航行海船法定檢驗規(guī)則》。該船近海航行,作業(yè)區(qū)域為沿海。

本船電氣系統(tǒng)分為航行電力系統(tǒng)、挖泥作業(yè)電力系統(tǒng)、挖泥疏浚綜合顯示系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)、外部通信系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、泥泵機控制及監(jiān)視系統(tǒng)、電動絞刀變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)、橫移及橋架變頻調(diào)速監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)。本船的電氣系統(tǒng)電制為交流AC3 000V、交流AC690V、交流AC400V、交流AC230V、直流DC24V。本文結(jié)合電制逐一介紹本船的電力系統(tǒng)。

1 電軸系統(tǒng)

電軸系統(tǒng)是挖泥船特有的系統(tǒng),由發(fā)電機直接供電給電動機的系統(tǒng)稱電軸系統(tǒng),電軸系統(tǒng)的特點為發(fā)電機和電動機之間直接連接。該發(fā)電機專供電動機使用,不能作為電網(wǎng)用電。電軸系統(tǒng)電動機的起動是通過控制發(fā)電機的勵磁電流來實現(xiàn),并組成閉環(huán)系統(tǒng)。電動機的調(diào)速是調(diào)發(fā)電機的原動機即柴油機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn),此時發(fā)電機的頻率、電壓也隨著變化,電動機的轉(zhuǎn)速可在 70%～100%(750～525 r/m in)之間變化,電動機以恒轉(zhuǎn)矩輸出。

發(fā)電機勵磁電流由船上電網(wǎng)三相電源經(jīng)電軸系統(tǒng)勵磁柜提供。電軸勵磁柜的控制使發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)特性,按電壓 U/頻率F比值進行,滿足電動機以恒轉(zhuǎn)矩輸出。電動機啟動后,電動機的轉(zhuǎn)速通過直接調(diào)節(jié)柴油機的速度來實施。

為了限制電動機的起動電流,電動機的起動只能在柴油機的轉(zhuǎn)速小于等于70%速度(525r/m in)下起動,此時,只要對發(fā)電機施加勵磁即可。這一起動只能在該速度以下才能進行。在起動期間,發(fā)電機受到強勵磁的作用,以確保電動機的可靠起動。電軸系統(tǒng)對電動機起動沖擊有良好的緩沖作用,并對系統(tǒng)扭振具有很好的調(diào)控作用,系統(tǒng)沖擊負荷小,轉(zhuǎn)矩傳遞可靠穩(wěn)定。電軸系統(tǒng)對移動中的橋架變形具有很好的動態(tài)適應(yīng)性,在動態(tài)大位移變形狀態(tài)下能確保系統(tǒng)可靠工作。挖泥施工中證明電軸系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、高效。

電軸系統(tǒng)框圖如圖 1所示。

本船電軸系統(tǒng)組成如下:

(1)發(fā)電機為TF2 540kVA水冷式船用發(fā)電機,發(fā)電機功率為 2 032kW,發(fā)電機端頭輸出電壓為3 150V,額定電流為 466A,極數(shù)為 6P,額定轉(zhuǎn)速為1 000r/min。

(2)水下泵電動機為YKS1900型水冷船用電動機,電動機功率為 1 900kW,電動機額定電壓為3 000V,額定電流為 450A,極數(shù)為 6P,額定轉(zhuǎn)速為985 r/min。

(3)高壓柜 1只,安裝在機艙內(nèi)。高壓柜主要測控功能有:開關(guān)量的采集、各類模擬量的測量顯示、信號量的輸出、事件及保護事件記錄功能、電流測量、電壓測量等。保護功能有:差動保護、電流速斷保護、反時限過電流保護、過電壓保護、零序電壓保護、溫度保護等。

圖1 電軸系統(tǒng)框圖

(4)勵磁調(diào)節(jié)柜 1只,安裝在機艙監(jiān)控室。勵磁調(diào)節(jié)柜進行發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié),發(fā)電機線圈加熱,電動機線圈加熱等。

(5)遠程遙控板 1塊,安裝在挖泥操縱臺上。遠程遙控板的功能是控制電源合閘、分閘,勵磁投入、勵磁切除,故障報警等。

本船的電軸系統(tǒng)電力電制為交流 AC3 000V。該電氣系統(tǒng)獨立使用,就是指電軸發(fā)電機發(fā)電直接供電給電軸電動機,電軸發(fā)電機不向船上其他設(shè)備供電,電動機驅(qū)動水下泥泵。

2 挖泥作業(yè)電力系統(tǒng)

挖泥作業(yè)電力系統(tǒng)簡圖見圖 2。挖泥作業(yè)電力系統(tǒng)使用交流AC690V、交流AC400V兩種電制。

(1)挖泥作業(yè)機艙設(shè) 2臺挖泥作業(yè)發(fā)電機,發(fā)電機為TFW 560-6-H系列發(fā)電機,額定電壓690V,額定電流 1 570A,額定功率1 500kW。2臺發(fā)電機可以并車使用。挖泥作業(yè)發(fā)電機主要向絞刀電機、橫移絞車電機以及橋架絞車電機供電。

(2)本船配2臺電動絞刀,絞刀電動機為 JFSD750-6P 750kW 785A 690V水下防水電機,該電機為國內(nèi)研制。2臺水下電動機均配大功率重載型變頻器驅(qū)動以調(diào)節(jié)水下電動機的轉(zhuǎn)速即絞刀的轉(zhuǎn)速。操縱臺上設(shè)置了變頻器的遙控監(jiān)視板。機旁設(shè)置了變頻器機旁控制箱。

(3)配備 2臺橫移絞車變頻電動機,電動機型號為YZP400L3-8-H 690V 315 kW,2臺橫移絞車變頻電動機均配變頻器驅(qū)動以調(diào)節(jié)橫移絞車的轉(zhuǎn)速。操縱臺上設(shè)置了變頻器的遙控監(jiān)視板。機旁設(shè)置了變頻器機旁控制箱。通過對變頻器的模式及參數(shù)設(shè)定可使橫移絞車在收放的過程中,放纜絞車始終保持為橫張力。

(4)配備 2臺橋架絞車變頻電動機,電動機型號為YZP400L3-8-H 690V 315 kW,2臺橋架絞車變頻電動機均配變頻器驅(qū)動以調(diào)節(jié)橋架絞車的轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)橋架的升降速度。操縱臺上設(shè)置了變頻器的遙控監(jiān)視板。機旁設(shè)置了變頻器機旁控制箱。

(5)本船使用了 6臺變頻電動機,配備 6臺變頻器;在挖泥作業(yè)機艙旁的變頻器室設(shè)有變頻控制柜,變頻器受海拔高度以及溫度影響會降容,所以設(shè)計時變頻器選型跨了 2檔,絞刀電機變頻器選用水冷型變頻器,其余為風冷變頻器。變頻器室設(shè)有空調(diào)裝置保證變頻器工作溫度在許可范圍內(nèi)。

(6)絞刀電機功率較大,所配的變頻器功率相應(yīng)也大,工作時會產(chǎn)生諧波影響其他電器設(shè)備的使用,所以本船配備了 12脈移相變壓器、濾波器等以消除諧波。

(7)挖泥作業(yè)時許多機艙輔機同時工作,如封水泵、液壓泵站、作業(yè)機艙風機、燃油輸送泵等,所以作業(yè)機艙內(nèi)設(shè)置了 2臺 690V/400V變壓器供電給挖泥作業(yè)輔機配電板向上述挖泥輔機提供電力。

(8)監(jiān)控室內(nèi)設(shè)挖泥作業(yè)配電板 1座,該配電板可以向航行配電板提供電力。液壓控制系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)、外部通信系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、泥泵機控制及監(jiān)視系統(tǒng)、挖泥疏浚綜合顯示系統(tǒng)等所需的電力均由航行配電板提供。這種設(shè)計使用時靈活方便,如果工地的土質(zhì)疏松絞刀電機就不會滿載工作。挖泥作業(yè)時全船電力可由挖泥作業(yè)發(fā)電機提供,如果挖泥作業(yè)發(fā)電機電力緊張則由航行發(fā)電機供電。

3 航行電力系統(tǒng)

航行電力系統(tǒng)圖如圖 2所示。

(1)航行機艙內(nèi)設(shè)置 2臺航行發(fā)電機,發(fā)電機參數(shù)為400V,90.5A,50kW。航行時使用1臺,另1臺備用,2臺發(fā)電機可以短時并車不斷電轉(zhuǎn)移負荷。

(2)航行機艙內(nèi)設(shè)航行配電板 1座。該配電板主要向航行輔機及全船照明系統(tǒng)、內(nèi)部通信系統(tǒng)、外部通信系統(tǒng)以及機艙監(jiān)控系統(tǒng)供電。

4 應(yīng)急電力系統(tǒng)

應(yīng)急發(fā)電機機艙內(nèi)設(shè)置應(yīng)急發(fā)電機 1臺,應(yīng)急配電板 1座。應(yīng)急配電板與航行配電板設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān),船舶正常航行時航行配電板向應(yīng)急配電板正向供電;應(yīng)急時應(yīng)急配電板向全船應(yīng)急負載供電,這時應(yīng)急配電板不能向航行配電板反向供電;當船停泊時可以開動應(yīng)急發(fā)電機作為停泊發(fā)電機使用,這時該發(fā)電機向全船提供電力,并且可以向航行配電板反向供電。

圖2 挖泥作業(yè)和航行電力系統(tǒng)簡圖

5 液壓控制系統(tǒng)

本船選用S7-200系列可編程序控制器組成液壓控制系統(tǒng),液壓控制系統(tǒng)安裝在操縱臺內(nèi)。

6 控制臺

該船設(shè)有挖泥機艙監(jiān)控臺、航行機艙監(jiān)控板、駕駛室航行控制臺、駕駛室挖泥操縱臺。挖泥操縱臺設(shè)置與挖泥作業(yè)有關(guān)的控制設(shè)備及挖泥作業(yè)顯示儀表,駕駛室航行控制臺則設(shè)置與航行有關(guān)的設(shè)備及儀表。