2500t起重船電站的設計研究

劉 波，歐才杰，倪國春

（江南重工股份有限公司，上海 200023）

0 引 言

船舶電站自動化裝置，從上世紀 60年代采用繼電器控制技術(shù)及其后來的晶體管分立元件控制技術(shù)，到70年代的小規(guī)模集成電路及其后來的中大規(guī)模集成數(shù)字、模擬電路控制技術(shù)，至80年代的微處理控制技術(shù)，90年代的可編程控制器(PLC)控制技術(shù)，至今船舶電站已形成了較為完善的船舶電站管理系統(tǒng)，其高精度、全自動化的控制功能為電站安全、可靠、經(jīng)濟運行提供了支撐，同時也大大地降低了船員的工作強度，使我國船舶電站自動化進入了一個嶄新的階段。

1 船舶概況

2500t起重船總長 105.6m，型寬 42.0m，型深 8.0m。該船機艙配置了 4臺作業(yè)發(fā)電機，原動機為KTA38-D(M)-880kW，發(fā)電機為HFC6502-44E - 800kW；1臺停泊發(fā)電機，原動機為6CTA8.3- GM155-135kW，發(fā)電機為1FC2282-4SB43。主甲板上設有4臺300kW起升絞車、4臺315kW變幅絞車、4臺55kW索具絞車和9臺110kW系泊定位絞車。在機艙監(jiān)控室內(nèi)設主配電板共12屏，向外圍設備集中供電。

2 自動電站系統(tǒng)的構(gòu)成

該船4臺主發(fā)電機和1臺停泊發(fā)電機組成一個強大的發(fā)電系統(tǒng)。每臺發(fā)電機分別由丹麥DEIF公司的multi-line 2并車保護單元（PPU）獨立控制，見圖1。該控制器功能完善，可以測量并顯示發(fā)電機三相電壓、匯流排三相電壓、發(fā)電機三相電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率、發(fā)電機相頻率和匯流排相頻率。5臺PPU配合西門子公司S7-300系列PLC構(gòu)建成電站管理系統(tǒng)（PMS），主站由PS307電源模塊、CPU313、3塊SM323輸入/輸出模塊、1塊SM322輸出模塊和1塊SM321輸入模塊組成[1]，根據(jù)不同工況的電力需求，PLC通過邏輯運算后發(fā)出控制命令給對應發(fā)電機組PPU（從站），以實現(xiàn)相應發(fā)電機（從站），以實現(xiàn)相應發(fā)電機的起停、并網(wǎng)、負荷分配、負載轉(zhuǎn)移與解列等功能。主站的上位機為西門子TP170系列觸摸屏，該觸摸屏實時監(jiān)控并直觀顯示各發(fā)電機的各種參數(shù)，見圖2。

圖1 主配電板

3 自動電站系統(tǒng)的實現(xiàn)

起重船復雜的作業(yè)工況，要求其電站能根據(jù)負載情況自動并車、停車。而實現(xiàn)船舶同步發(fā)電機組準同步并聯(lián)運行，必須滿足3個條件，即待并機和在網(wǎng)機電壓一致、頻率一致和相位一致[2]。

3.1 自動并車

一般情況下，一臺主發(fā)電機工作，當網(wǎng)上負載達到90%的額定功率時，PMS會依次起動備用發(fā)電機組、自動同步、自動合閘、自動功率分配?？紤]到船上某些大功率設備在起動瞬間會造成短時的過電流，為防止備用機組誤起動，在PLC程序里設置了一個10s的延時動作，當負載持續(xù)達到90%額定功率超過10s后，PMS才發(fā)出并機信號。

圖2 1號發(fā)電機監(jiān)控界面

圖3 功率問詢一

該船設有“功率問詢一”（見圖3）和“功率問詢二”2個按鈕，當大的負荷即將投入運行時，通過功率問詢按鈕進行操作，即2個主鉤工作時，因負荷要求需2臺發(fā)電機供電，起升前按下“功率問詢一”，PMS將根據(jù)電網(wǎng)上已有發(fā)電機數(shù)量來判斷是否需要額外開機；2個以上的主鉤工作時，需4臺發(fā)電機同時供電，起升前按下“功率問詢二”，此時PMS將根據(jù)電網(wǎng)上已有發(fā)電機數(shù)量來判斷是否需要額外開機以及計算開機數(shù)量。

3.2 自動解列

柴油機最佳、最經(jīng)濟、利用率最高的運行工況是在70%～90%（額定功率）之間。為此，4臺主發(fā)電機并聯(lián)運行時，當負載功率小于60%的額定總功率時，3min后PMS發(fā)出在網(wǎng)發(fā)電機負荷轉(zhuǎn)移信號、分閘信號，無誤后延時3min發(fā)出停車信號解列1臺發(fā)電機。3臺主發(fā)電機并聯(lián)運行時，負載功率小于50%的額定總功率，2臺主發(fā)電機并聯(lián)運行時，負載功率小于35%的額定總功率，均按同樣的方式解列。將上述轉(zhuǎn)化為PLC程序塊見圖4。

圖4 輕載解列

4 結(jié) 語

該智能系統(tǒng)的設計，對實現(xiàn)無人機艙有著重要的意義，也使我國船舶電站自動化的發(fā)展進入一個嶄新的階段。

[1]SIEMENS. 選型手冊[M].

[2]黃倫坤，朱正鵬，劉宗德. 船舶電站及其自動裝置[M].北京：人民交通出版社，1994.