65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船自動電站的設(shè)計(jì)

王一民

(榮成造船工業(yè)有限公司, 山東 威海 264309)

65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船自動電站的設(shè)計(jì)

王一民

(榮成造船工業(yè)有限公司, 山東 威海 264309)

摘要：詳細(xì)介紹65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船自動電站的設(shè)計(jì)與功能的實(shí)現(xiàn)，敘述了組成自動電站的設(shè)備、各個(gè)發(fā)電機(jī)組的組裝、配合和選用原則，以及遠(yuǎn)洋魷魚釣船自動電站的有關(guān)要求和使用特點(diǎn)等。

關(guān)鍵詞：漁船;自動電站；發(fā)電機(jī)組；主配電板；充放電板

0引言

隨著我國造船業(yè)和海洋漁業(yè)的不斷發(fā)展壯大，漁船正朝著大型化、遠(yuǎn)洋化、綜合化和自動化的方向發(fā)展，伴隨而來的是船舶的用電設(shè)備數(shù)量不斷增加，用電的功耗日益增大，因而對船舶的安全性、穩(wěn)定性、舒適性以及可靠性都有更高的要求和需要，同時(shí)也對船舶核心動力之一的自動電站提出了更高的要求。漁船自動電站的好壞是評價(jià)一條漁船制造水平的重要指標(biāo)之一，更是漁船現(xiàn)代化和自動化的核心標(biāo)志，它直接影響船舶的航行、作業(yè)、安全。

大型遠(yuǎn)洋漁船由于作業(yè)海域遠(yuǎn)、作業(yè)周期長、續(xù)航能力強(qiáng)、自動化程度高，因而需要配備大量的設(shè)備，例如：數(shù)臺大型冷凍機(jī)組、數(shù)量眾多的大功率的燈具、中央空調(diào)、大功率的泵站以及許多通訊導(dǎo)航設(shè)備，若在作業(yè)中一旦發(fā)生斷電事故，輕則影響生產(chǎn)，重則會導(dǎo)致人員受傷等嚴(yán)重的后果，更有可能發(fā)生災(zāi)難性事件。因此，在自動化電站設(shè)計(jì)之初，必須從減輕船員的勞動強(qiáng)度、減少人員的配置、降低不必要的功耗、獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，要全面考慮、綜合布置、合理設(shè)計(jì)、多方論證，才可能保證自動電站系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

本文以在南美洲海域作業(yè)的65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船為例，敘述該遠(yuǎn)洋魷魚釣船的自動電站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及效果。

1船舶的主要量度

65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船主要作業(yè)于西南大西洋海域，滿足Ⅰ類航區(qū)建造要求。其船體結(jié)構(gòu)為鋼質(zhì)、橫骨架、雙甲板、球鼻艏，動力系統(tǒng)采用單柴油機(jī)驅(qū)動單槳和單舵。

主要量度：

總長

65.49 m

設(shè)計(jì)水線長

59.83 m

垂線間長

57.50 m

型寬

9.80 m

型深

6.20 m

設(shè)計(jì)吃水

3.70 m

滿載排水量

1 487.2 t

設(shè)計(jì)航速

12.5 kn

魚艙容積

880 m3

2自動電站功能設(shè)計(jì)

與貨船相比，65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船用電具有用電量大、負(fù)載大、負(fù)載設(shè)備組成復(fù)雜、種類繁多，發(fā)電機(jī)組負(fù)載變化頻繁復(fù)雜等特點(diǎn)。本漁船的電站主要由3臺500 kW的主柴油發(fā)電機(jī)組、1臺120 kW的停泊柴油發(fā)電機(jī)組以及主配電板、監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急充放電板、無線電充放電板、分配電箱和照明分電箱等組成。一般情況下，此類漁船的柴油發(fā)電機(jī)組都在出廠前組裝好，安裝在公共底座上，組合成發(fā)電機(jī)組。在發(fā)電機(jī)組上安裝1套監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)和1套安全保護(hù)系統(tǒng)，與電站的自動控制系統(tǒng)組成自動電站。監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)對機(jī)組進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測和報(bào)警，并且對不同的警報(bào)信號產(chǎn)生不同的信號，傳輸給安全保護(hù)系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，然后根據(jù)不同的信號產(chǎn)生相應(yīng)的反饋動作從而調(diào)整發(fā)電機(jī)組的啟動、停止、運(yùn)轉(zhuǎn)和緊急停車。電站自動系統(tǒng)對整個(gè)船舶的運(yùn)行和安全有重要的意義，更是一個(gè)系統(tǒng)工程，用在大型遠(yuǎn)洋魷魚釣船上，也是未來發(fā)展的方向。

此船的自動化電站系統(tǒng)必須滿足以下功能：

(1)發(fā)電機(jī)和主配電板可以實(shí)現(xiàn)自動巡回監(jiān)測與報(bào)警。

(2)發(fā)電機(jī)的自動運(yùn)行。在自動控制時(shí)，由PLC控制發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和調(diào)速。

(3)負(fù)載過大時(shí)可自動增加發(fā)電機(jī)。

(4)負(fù)載過低時(shí)自動關(guān)閉多余發(fā)電機(jī)。

(5)自動故障停機(jī)。

(6)失電后，自動啟動應(yīng)急電源。

(7)自動并車功能，能自動調(diào)整頻率和相位。并車同時(shí)自動分配負(fù)荷。

(8)主電站啟動后，全船電力恢復(fù)，自動切斷應(yīng)急電源。

3自動電站的組成

65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船電力系統(tǒng)分為電源、配電板、電網(wǎng)和負(fù)載4部分。電源部分由3臺主柴油發(fā)電機(jī)組、1臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組組成；配電板主要包括7屏主配電板；電網(wǎng)包括電纜電路和電力分電箱、照明分電箱、充放電板等；負(fù)載包括各種保證船舶正常運(yùn)行的用電設(shè)備。本船主要電網(wǎng)圖如圖1所示。

圖1　主要電網(wǎng)示意圖

3.1主要負(fù)載

本船主要用電設(shè)備由冷凍設(shè)備、甲板機(jī)械、輪機(jī)設(shè)備、通訊設(shè)備、釣魚設(shè)備等組成。

(1)冷凍設(shè)備：3臺200 kW的制冷壓縮機(jī)組、循環(huán)泵、制冷風(fēng)機(jī)等。

(2)甲板機(jī)械：舵機(jī)、錨機(jī)、絞纜車等。

(3)輪機(jī)設(shè)備：各種水泵、油泵、空壓機(jī)組、中央空調(diào)機(jī)組、鍋爐和通風(fēng)機(jī)等。

(4)無線電和衛(wèi)星導(dǎo)航通訊設(shè)備。

(5)生活設(shè)備和照明用電。

(6)釣魷魚的魷釣機(jī)和誘魚燈。

此船作業(yè)用的誘魚燈單個(gè)功率為2 kW，數(shù)量為180個(gè)，正常工作時(shí)間全部開啟；每臺制冷壓縮機(jī)的功率為200 kW，正常工作時(shí)要啟動2臺制冷壓縮機(jī)，另1臺制冷壓縮機(jī)備用。當(dāng)捕魚量很大時(shí)，3臺制冷壓縮機(jī)需要同時(shí)啟動；46臺魷釣機(jī)，每臺功率0.75 kW，外加其他必須開啟的油泵、水泵、通風(fēng)機(jī)、機(jī)艙照明等設(shè)備，綜合計(jì)算消耗的功率不小于700 kW。

3.2主柴油發(fā)電機(jī)組

3.2.1主柴油發(fā)電機(jī)組的功率選取

為保證釣魷魚作業(yè)時(shí)間的工作正常，魚貨應(yīng)及時(shí)新鮮冷凍。通過對用電設(shè)備的用電量計(jì)算，并且考慮作業(yè)時(shí)的設(shè)備用電量儲備、設(shè)備的長時(shí)間可靠供電運(yùn)行和燃油經(jīng)濟(jì)性，最終采用3臺500 kW的柴油發(fā)電機(jī)組作為主發(fā)電機(jī)組為全船供電。此柴油發(fā)電機(jī)組采用了濰柴動力的CW6200ZD型的船用柴油機(jī)搭配西門子公司的IFC6456型船用鼠籠式異步電動機(jī)，產(chǎn)生3相、AC380 V、50 Hz電能。海上環(huán)境潮濕，為保證發(fā)電機(jī)的干燥和運(yùn)行穩(wěn)定，每臺發(fā)電機(jī)的內(nèi)部都加裝防冷凝加熱器。

3.2.2柴油發(fā)電機(jī)組的并車

正常工作的情況下，運(yùn)行2臺500 kW的主發(fā)電機(jī)組，3臺主發(fā)電機(jī)組之間的任何2臺均可以長期并車運(yùn)行。在用電負(fù)荷特別大的情況下，3臺發(fā)電機(jī)組也可以同時(shí)并車運(yùn)行。當(dāng)用電負(fù)荷下降時(shí)，會根據(jù)功率的實(shí)際情況自動減車運(yùn)行，從而降低油耗，節(jié)約能源。當(dāng)負(fù)載超過1臺發(fā)電機(jī)組額定功率的80%時(shí)就要并車運(yùn)行，因?yàn)槿绻l(fā)電機(jī)組長期在超過額定功率80%的負(fù)荷下工作，對發(fā)電機(jī)組的損傷很大。發(fā)電機(jī)采用電子形式并車裝置，可以根據(jù)設(shè)備的需要和功率的多少來自動并車和脫扣。在白天不作業(yè)情況下，有可能只啟動1臺冷凍機(jī)組和1臺發(fā)電機(jī)組。

3.3停泊發(fā)電機(jī)組

3.3.1停泊柴油發(fā)電機(jī)組的選取

本船設(shè)置1臺120 kW的停泊發(fā)電機(jī)組。該發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)采用WD615.67型功率為138 kW柴油機(jī)搭配西門子發(fā)電機(jī)。此發(fā)電機(jī)組作為輔助發(fā)電機(jī)組，可以與前面的3臺主發(fā)電機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)任意并車運(yùn)行，進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)移。同時(shí)，在船舶靠港或者空載航行時(shí)單獨(dú)運(yùn)行停泊柴油發(fā)電機(jī)組，可以滿足日常的生活用電需要，達(dá)到節(jié)約能源、降低能耗和成本的目的。

3.3.2停泊柴油發(fā)電機(jī)組的啟動

120 kW發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)有電池啟動和機(jī)械彈簧啟動這2種啟動方式，確保在任何情況下都能啟動成功。停泊發(fā)電機(jī)在主配電板上單獨(dú)配置1個(gè)停泊發(fā)電機(jī)組屏，配有自動控制系統(tǒng)。當(dāng)選擇自動時(shí)，一旦其他發(fā)電機(jī)組失電，自動啟動停泊發(fā)電機(jī)。當(dāng)需要時(shí)也可以在機(jī)旁手動啟動停泊發(fā)電機(jī)組，確保能及時(shí)提供電能。

3.4主配電板

3.4.1主配電板的電制

65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船的電制分為3種，其主要設(shè)備的電制如下：

(1)動力裝置采用AC380 V、50 Hz、三相三線制。

(2)照明及小型電器及生活用電器均采用AC220 V、50 Hz、單向兩線制(主線路為三相三線制)。

(3)通訊助航設(shè)備采用AC220 V、50 Hz、單相兩線制加DC24 V兩線制。

(4)應(yīng)急照明系統(tǒng)采用DC24 V雙線絕緣制。

(5)誘魚燈系統(tǒng)采用AC220 V、50 Hz、單相兩線制。

3.4.2主配電板組成

本船將主配電板分為1號發(fā)電機(jī)組屏、2號發(fā)電機(jī)組屏、3號發(fā)電機(jī)組屏、停泊發(fā)電機(jī)組屏、負(fù)載屏和2個(gè)組合啟動屏等幾個(gè)單元模塊。設(shè)計(jì)船舶、岸電連鎖裝置以保護(hù)配電板的安全運(yùn)行，防止人為的疏忽而造成經(jīng)濟(jì)損失。發(fā)電機(jī)屏上，有連接來自主發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)傳遙控信號，其中有：柴油機(jī)的降速、升速、停機(jī)、遠(yuǎn)程啟動、緊急停車、電機(jī)過熱保護(hù)等。為方便并車，配電板上設(shè)有整步表和同步指示燈。發(fā)電機(jī)組屏上設(shè)有絕緣監(jiān)測裝置、功率表、交流電壓表、交流電流表、頻率表、逆功率繼電器、發(fā)電機(jī)過載報(bào)警指示燈和充磁裝置等。主配電板上還包括組合啟動屏和負(fù)載屏。組合啟動屏聯(lián)接到各個(gè)啟動箱，例如：機(jī)艙風(fēng)機(jī)啟動箱、冷凍機(jī)艙風(fēng)機(jī)啟動箱、各種泵的啟動箱、冷凍機(jī)啟動箱等。負(fù)載屏通過斷路器和岸電連接。

為了船舶維修和保養(yǎng)方便，主配電板采用了相似的主屏結(jié)構(gòu)形式和通用元件，個(gè)別地方使用單獨(dú)控制或者連鎖裝置保證各個(gè)功能的運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

3.5應(yīng)急充放電板

在甲板上設(shè)應(yīng)急充放電板1個(gè)，板內(nèi)設(shè)有空氣斷路器、負(fù)載開關(guān)、熔斷器、各種儀表、指示燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、直流接觸器、絕緣監(jiān)測裝置等設(shè)備。其主要作用是對船上安裝的蓄電池充電或是放電，控制和監(jiān)視充電的情況以及當(dāng)主電網(wǎng)和應(yīng)急電網(wǎng)都斷電情況

下，能自動提供應(yīng)急照明等。

根據(jù)蓄電池的容量和用電設(shè)備的要求，本船采用的充電器的主要參數(shù)：

形式

硅整流式

輸出電壓

DC0～36 V

充電電流

40 A

充電方式

轉(zhuǎn)換及浮充電式

輸入電壓

AC220 V 50 Hz

當(dāng)主配電板失電時(shí)，應(yīng)急充放電板能夠向規(guī)定的必要的處所和設(shè)備提供應(yīng)急用電。

3.6監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測保護(hù)的作用，報(bào)警信號有欠壓報(bào)警、過載報(bào)警、逆功率報(bào)警等。不同的設(shè)備的延伸報(bào)警信號同時(shí)輸入駕控臺和集控室并且有本地的聲光報(bào)警信號。在集控室和駕駛室有控制按鈕，對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測和控制，并對緊急情況進(jìn)行應(yīng)急處理。

4結(jié)語

65 m遠(yuǎn)洋魷魚釣船電站系統(tǒng)自動化程度高，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的控制要求，保障了船舶的作業(yè)和設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也減輕了船員的負(fù)擔(dān)，降低了油耗。由于選用3臺同樣規(guī)格的主柴油發(fā)電機(jī)組，因此大大減少了備件的數(shù)量，并且增加了備件的通用性，為船東節(jié)省了部分費(fèi)用和寶貴的機(jī)艙空間。

從近2年的海上作業(yè)情況看，設(shè)計(jì)的自動電站經(jīng)受住了各種海況的考驗(yàn)，能滿足魷魚釣船作業(yè)的要求。漁船用戶現(xiàn)在十分關(guān)注魚艙的大小，要求擴(kuò)大魚艙空間，壓縮機(jī)艙空間。根據(jù)實(shí)際安裝效果看，本船機(jī)艙的空間高度過低，安裝發(fā)電機(jī)組的排煙管路后，電纜通道和排煙管的距離稍微有點(diǎn)近，導(dǎo)致電纜通道很窄，不利于電纜的散熱，在后續(xù)船舶設(shè)計(jì)和建造中需要加以完善。

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收稿日期：2016-01-04

作者簡介：王一民(1982—),男，工程師，從事船舶機(jī)電設(shè)計(jì)工作。

中圖分類號：U665.12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A