船舶電站克令吊重載詢問(wèn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

常 亮，汪海龍，楊 杰

（舟山長(zhǎng)宏國(guó)際船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

船舶電站克令吊重載詢問(wèn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

常 亮，汪海龍，楊 杰

（舟山長(zhǎng)宏國(guó)際船舶修造有限公司，浙江舟山 316052）

針對(duì)某船自動(dòng)電站設(shè)計(jì)的不合理以及船廠調(diào)試人員的不規(guī)范操作導(dǎo)致甲板克令吊在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)發(fā)電機(jī)停車的現(xiàn)象，進(jìn)行了原因分析，并提出了修改設(shè)計(jì)方案。

船舶電站；克令吊；負(fù)載；重載詢問(wèn)；經(jīng)濟(jì)性

0 引言

船舶電站是全船電力系統(tǒng)最主要的組成部分，是連續(xù)供應(yīng)全船用電需求的設(shè)備。為了使船舶在航行、作業(yè)、停泊和應(yīng)急情況下都能連續(xù)、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行供電，船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。大功率設(shè)備的起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)沖擊較大，如果設(shè)計(jì)不合理極易造成電站和設(shè)備等的損壞，也極易造成人員傷亡。其中克令吊起動(dòng)后存在空載、部分負(fù)載運(yùn)行以及滿載的情況，故對(duì)重載詢問(wèn)功能的要求更高。本文針對(duì)某船的船舶電站重載詢問(wèn)功能進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)設(shè)計(jì)性能、運(yùn)行狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)性等方面作出詳細(xì)分析，為船舶電站設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考。

1 船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

船舶自動(dòng)電站要求能夠安全可靠地向用電設(shè)備供電，能夠保證所提供電能的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)全船設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。船舶自動(dòng)電站要求能夠自動(dòng)迅速并有選擇地切除故障，對(duì)用電設(shè)備和電站提供保護(hù)，根據(jù)設(shè)備的工作特性和對(duì)船舶正常工作狀態(tài)的需求程度自動(dòng)調(diào)整負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，保證全船電網(wǎng)穩(wěn)定性；根據(jù)船舶工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)使用數(shù)量，對(duì)電站工作狀態(tài)要有監(jiān)測(cè)功能。當(dāng)有大功率設(shè)備要投入工作時(shí)，要進(jìn)行重載問(wèn)詢，避免對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊[1]。

2 設(shè)計(jì)背景

176K、80K等好望角型和巴拿馬型的散貨船由于航線和碼頭的限制，甲板上沒(méi)有克令吊，大功率設(shè)備的重載詢問(wèn)僅限于壓載泵、艙底總用泵和消防總用泵等，這些泵的特點(diǎn)是海水管路吸口一直在水

線以下，所以每當(dāng)起動(dòng)后，就馬上到滿負(fù)荷狀態(tài)，沒(méi)有空載或部分負(fù)載的情況。而小型39K和64K等靈便型散貨船，航線都比較近，去的碼頭也多，一些比較落后的碼頭也能?？浚栽谥骷装迳媳仨毰鋫湎鄳?yīng)的克令吊等甲板裝卸貨設(shè)備。某船發(fā)電機(jī)為三臺(tái)550 kW，電制為AC 440 V，60 Hz，主甲板四臺(tái)克令吊單臺(tái)最大功率為230 kW。按克令吊“允許起動(dòng)（available）”白色指示燈工作，克令吊不用經(jīng)過(guò)重載詢問(wèn)，可以直接起動(dòng)；若電站預(yù)留功率不足240 kW時(shí)，需在克令吊處按“起動(dòng)請(qǐng)求（request）”信號(hào)按鈕，自動(dòng)電站起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，并車運(yùn)行后，電站給出“允許起動(dòng)（available）”信號(hào)，克令吊可以正常起動(dòng)[2]。某船在上述情況下，按照裝卸貨狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試克令吊。首先運(yùn)行一臺(tái)主發(fā)電機(jī)，另外兩臺(tái)備用，起動(dòng)第一臺(tái)克令吊進(jìn)行吊重，available白色指示燈工作，無(wú)需重載問(wèn)詢，再起動(dòng)第二臺(tái)克令吊，將兩臺(tái)克令吊負(fù)載增加，突然發(fā)生發(fā)電機(jī)停車，備用發(fā)電機(jī)也未起動(dòng)。

發(fā)電機(jī)停車發(fā)生之后，進(jìn)行了原因分析。單臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，若此時(shí)起動(dòng)第一臺(tái)克令吊，由于自動(dòng)電站總功率為：550 kW－154.72 kW=395.28 kW＞240 kW這時(shí)不用起備用發(fā)電機(jī)，直接起動(dòng)克令吊。此時(shí)第一臺(tái)克令吊如果為空載，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量為80 kW左右，按克令吊廠家給出的克令吊在部分負(fù)載運(yùn)行S1工作狀態(tài)下的功率為127 kW，則：127 kW+154.72 kW =281.72 kW若此時(shí)起動(dòng)第二臺(tái)克令吊，則：550 kW－281.72 kW=268.28 kW這時(shí)不起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，而是直接起動(dòng)克令吊。這樣單臺(tái)發(fā)電機(jī)帶動(dòng)兩臺(tái)克令吊，在部分負(fù)載運(yùn)行S1狀態(tài)下，154.72 kW+127 kW+127 kW=408.72 kW，但當(dāng)兩臺(tái)克令吊同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，154.72 kW+2×230 kW=614.72 kW。而且在幾秒鐘內(nèi)，瞬間超過(guò)單臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定功率，而備用發(fā)電機(jī)從起動(dòng)到合閘并車成功，按配電系統(tǒng)流程圖大概需要83 s的時(shí)間。所以兩臺(tái)克令吊突然滿負(fù)荷運(yùn)行，備用發(fā)電機(jī)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)起動(dòng)并合閘，必然對(duì)自動(dòng)電站、主匯流排、發(fā)電機(jī)主開關(guān)，甚至發(fā)電機(jī)造成電網(wǎng)沖擊和損傷等不良后果，對(duì)船舶的安全工作和航行以及船員的生命造成危險(xiǎn)。

2.1 原設(shè)計(jì)方案

按照電力負(fù)荷計(jì)算要求，船舶裝卸貨時(shí)，必須預(yù)先兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并車，一臺(tái)發(fā)電機(jī)備用。按裝卸貨狀態(tài)，卸載后總功率為154.72 kW，即使同時(shí)使用四臺(tái)克令吊，總功率為：154.72 kW+4×127 kW=662.72 kW。 剩余總功率為：1 100 kW－662.72 kW=437.28 kW。單臺(tái)距滿負(fù)荷運(yùn)行功率相差：230 kW－127 kW=103 kW，437.28 kW/103 kW=4.25。即使四臺(tái)克令吊同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行，發(fā)電機(jī)功率也能滿足負(fù)載要求，只是發(fā)電機(jī)負(fù)載很高，達(dá)到97.7%，應(yīng)起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)。但由于四臺(tái)克令吊同時(shí)工作具有時(shí)序性，不可能四臺(tái)吊機(jī)同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行，電站負(fù)荷滿足要求，無(wú)需經(jīng)過(guò)重載詢問(wèn)，可以直接起動(dòng)[3]。又由于各個(gè)碼頭和港口條件的限制，四臺(tái)克令吊未必可以同時(shí)工作，如果僅一臺(tái)克令吊滿負(fù)載運(yùn)行，負(fù)載只有：154.72 kW +230 kW=384.72 kW。一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行也完全可以滿足工作狀態(tài)。開啟兩臺(tái)發(fā)電機(jī)就會(huì)造成浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性不好。除非船員手動(dòng)卸載一臺(tái)發(fā)電機(jī)才能避免浪費(fèi)。但是如果此時(shí)還需增加吊機(jī)投入工作，也需要船員手動(dòng)并車后，才能增加吊機(jī)，這樣操作起來(lái)非常不便，設(shè)計(jì)不夠人性化。

2.2 改進(jìn)方案一

單臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)第一臺(tái)克令吊，通過(guò)調(diào)整PMS，不管此臺(tái)克令吊的實(shí)際情況是空載還是滿載，自動(dòng)電站均應(yīng)將此吊機(jī)當(dāng)成滿載運(yùn)行，即230 kW。后續(xù)起動(dòng)的吊機(jī)也完全按照滿載計(jì)算。這樣若電站預(yù)留功率大于240 kW時(shí)，吊機(jī)不用經(jīng)過(guò)重載詢問(wèn)，可直接起動(dòng)；不足240 kW時(shí)，需在克令吊處按起動(dòng)請(qǐng)求（request）信號(hào)按鈕，自動(dòng)電站起動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，并車運(yùn)行后，電站給出允許起動(dòng)（available）信號(hào)，克令吊可以正常起動(dòng)。這樣的結(jié)果是發(fā)電機(jī)先行并車，發(fā)電機(jī)功率滿足負(fù)荷要求才起動(dòng)克令吊，對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有沖擊，安全性較好。但此方案需要增加四臺(tái)克令吊的功率信號(hào)到PMS，以及增加四個(gè)功率變送器、八個(gè)電流互感器、一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，建造成本相應(yīng)增加，經(jīng)濟(jì)性稍差。

2.3 改進(jìn)方案二

按照?qǐng)D1所示的流程圖，在單臺(tái)發(fā)電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)起動(dòng)一臺(tái)克令吊，功率足夠，無(wú)需重載詢問(wèn)，可直接起動(dòng)。當(dāng)兩臺(tái)至四臺(tái)吊機(jī)運(yùn)行時(shí)，設(shè)定必須開啟兩臺(tái)發(fā)電機(jī)。這樣不僅不會(huì)造成能源浪費(fèi)，還能有效提供足夠功率滿足吊機(jī)正常工作狀態(tài)，配電

板廠家的修改也非常容易，不僅提高了船舶的安全性能，還大大節(jié)省了資金投入。

圖1 流程圖

3 船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

從技術(shù)上看，船舶電站主要經(jīng)歷了分立式控制、集中式控制和集散式系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶電站控制性能已經(jīng)有了前所未有的突破。

在自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將它們組成電站自動(dòng)化系統(tǒng)裝置，使其能夠成為完整可靠的電站自動(dòng)化系統(tǒng)。集中式控制系統(tǒng)便于集中控制，方便船舶工作人員操作，但故障的查找及維修比較困難。分散控制即對(duì)各個(gè)設(shè)備模塊進(jìn)行分散控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性，但無(wú)形中給使用者在操作過(guò)程中帶來(lái)一定的不便，而且與無(wú)人機(jī)艙的集中管理理念的要求有一定的矛盾。未來(lái)船舶電站自動(dòng)化系統(tǒng)正朝著集散型自動(dòng)化方向發(fā)展，它集中了兩者的大部分優(yōu)點(diǎn)，克服了一些缺點(diǎn)，使系統(tǒng)可靠性和操作性達(dá)到最大化。目前各國(guó)船舶電站自動(dòng)化發(fā)展設(shè)計(jì)趨勢(shì)也是充分依據(jù)此設(shè)計(jì)原理，集散型控制系統(tǒng)的研發(fā)在技術(shù)上和使用上保證了電站的穩(wěn)定運(yùn)行，但在自動(dòng)化程度越高的情況下，要降低影響維持滿意的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的故障，這才是未來(lái)要努力的方向，才能使船舶電站自動(dòng)化真正進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。未來(lái)船舶正朝著低能耗、高附加值、電氣自動(dòng)化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展，而由于船舶使用人員的技術(shù)水平通常落后于先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，所以當(dāng)他們遇到功能復(fù)雜、設(shè)計(jì)先進(jìn)的自動(dòng)化電站時(shí)，通常面對(duì)船舶產(chǎn)生的運(yùn)行故障無(wú)從下手，不知道應(yīng)該如何檢查、處理、解決故障，甚至造成停電、設(shè)備損壞以及一系列威脅船舶安全運(yùn)營(yíng)的操作，進(jìn)而給船舶的安全運(yùn)營(yíng)和航運(yùn)效益帶來(lái)極大的損失。相應(yīng)地，對(duì)船舶電站以及船舶操作人員的技術(shù)水平也提出了更高的要求。更加成熟、人性化的船舶電站系統(tǒng)可以讓設(shè)備和裝置更加穩(wěn)定、安全、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，降低運(yùn)營(yíng)成本[4]。

4 結(jié)論

船舶大功率設(shè)備在起動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，船舶電站作為供應(yīng)全船電能的設(shè)備，必須設(shè)置合理的重載詢問(wèn)，以保證即使在大功率設(shè)備運(yùn)行的情況下也能連續(xù)、可靠地供電。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須仔細(xì)考量各個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備的特殊性，盡可能設(shè)計(jì)出最完善的方案?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員也要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)試，避免不必要的事故發(fā)生。如果在工作中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理處，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)部進(jìn)行溝通和探討。

[1]莊福余.船舶供電技術(shù).[M].哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2006.

[2]袁繼華.船舶電氣安裝與調(diào)試[M].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1979.

[3]中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán), 中國(guó)船舶重工集團(tuán), 中國(guó)造船工程學(xué)會(huì).船舶設(shè)計(jì)使用手冊(cè) 電氣分冊(cè)[Z].北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2013.

[4]姜錦范.船舶電站及自動(dòng)化[M].遼寧大連: 大連海事大學(xué)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.

為：U665.12；U664.4

A

10.14141/j.31-1981.2016.02.006

常亮（1981—），男，助理工程師，研究方向：船舶電氣。