50000噸級半潛船電力推進系統(tǒng)概述

李明珠

摘要：作為新一代大型半潛船，50000噸級半潛船具有超強的載貨能力，操作也十分的靈活方便，而且非常安全環(huán)保。因為半潛船的特殊用途，使電力推進比傳統(tǒng)的柴油機更具有競爭力。本文首先介紹了50000噸級半潛船的基礎(chǔ)信息，詳細闡述了其電力推進系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)該船型的使用特點，分析了尚且存在的不足并給出了合理的改進建議。

關(guān)鍵詞：50000噸；半潛船；電力推進系統(tǒng)；合理建議

中圖分類號：U665.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）2-0054-02

全球石油消費的迅速增長，油價的不斷攀升，深海油氣工程的發(fā)展，油氣生產(chǎn)設(shè)備、鉆井平臺等相關(guān)設(shè)備的運輸需求與日俱增，這些現(xiàn)實問題的出現(xiàn)就促進了海上運輸行業(yè)的發(fā)展。半潛船（Semi-submersible Heavy Lift Vessel）因為自身高效安全的特點，順理成章地成為運輸這些價值高、種類特殊貨物的不二之選。

在近十幾年的時間里，船舶電力推進在機動性、可靠性、運行效率、推進功率等方面都有了突破性的進展，成為柴油機直接帶動螺旋槳推進方式的強有力的競爭者。半潛船正是應(yīng)用了電力推進技術(shù)。

本文以50000噸級半潛船為例，詳細闡述了其電力推進系統(tǒng)設(shè)計，為了半潛船的未來發(fā)展，提出了合理的建議。

1 50000噸級半潛船

50000噸級半潛船特殊的貨物裝載方式?jīng)Q定了其獨特的船型及主尺度參數(shù)。就船體本身而言，除了載重量以外，對甲板面積也有要求。以“祥瑞口”號50000噸級半潛船為例，其擁有7000多平方米的裝貨甲板總面積，可下潛至26米，能夠托起5萬噸重、25米高的鉆井平臺，全球90%以上的石油鉆井平臺和大型海洋工程產(chǎn)品均可以利用其承運。

2 電力推進系統(tǒng)

母型船采用6600V中壓給兩臺電力推進馬達供電，兩個推動船舶的定距槳由變頻器驅(qū)動。因為采用了電力推進系統(tǒng)和入級RPS附加標志的原因，該船型的推進系統(tǒng)需要進行設(shè)計。

2.1配電系統(tǒng)

2.1.1電制

該船型采用的主電源規(guī)格為：AC6600V，60Hz，3PH，與此同時還包括常規(guī)使用低壓的AC450V，60Hz；AC230V，60Hz低壓電源和直流24V電源。

2.1.2發(fā)電機

該船型共配備有四臺主發(fā)電機、一臺輔助/停泊發(fā)電機和一臺應(yīng)急發(fā)電機。四臺4341kVA（3690kW），AC6600V，60Hz，3PH中壓發(fā)電機組用作主電源，給電力推進馬達和包括兩臺側(cè)推、四臺排壓載空壓機在內(nèi)的大功率設(shè)備進行供電，并且在經(jīng)過兩臺2200 kVA，6.6/0.45kV的配電變壓器變壓后，供電給輔助設(shè)備以及船上的其他用電設(shè)備。

在船舶處于停泊的狀態(tài)時，船舶對功率的需求較低，這個時候輔助/停泊發(fā)電機運行并充當主電源，通過450V匯流排為船舶提供日常生活用電。

船舶的應(yīng)急電站采用的是一臺AC450V，60Hz，3 PH，額定功率為400kW的應(yīng)急發(fā)電機。在主電站失電的情況下自主啟動，利用應(yīng)急配電板供電給船上的相關(guān)設(shè)備。

2.1.3配電板

該船型用于全船供電的配電板包括兩段（20+2屏）中壓（6600V）和兩段（23屏）低壓（450V及230V）。除此之外，廚房配備有獨立的變壓器供電，這樣做是為了隔離廚房設(shè)備和整個電網(wǎng)，以此避免廚房設(shè)備的低絕緣給全船電網(wǎng)造成不必要的影響。

2.2RPS附加標志的電力推進系統(tǒng)設(shè)計

RPS定義為水密艙壁分隔的冗余推進船舶，是挪威船級社（DET NORSKE VERITAS，DNV）的一個入級附加符號，RPS對船舶的推進系統(tǒng)提出了系統(tǒng)備份的要求。在無論發(fā)生什么故障致使單邊不能運行的情況下，船舶照舊可以以操舵速度運行，并且推進功率不低于50%，為了滿足要求就要配置兩套或兩套以上的推進系統(tǒng)。以此類推，船舶的控制功能也要進行必要的冗余設(shè)計，并且兩套系統(tǒng)之間必須要有隔離。

2.2.1配電系統(tǒng)設(shè)計

該船型要求具有不低于兩套的獨立推進系統(tǒng)，并且要確保兩套功能被可靠地彼此隔離。在50000噸級半潛船中，壓配電板、推進變頻器、450 V及230 V低壓主配電板等有關(guān)于推進系統(tǒng)的電氣設(shè)備，包括服務(wù)于主發(fā)電機和主推進馬達的輔助設(shè)備在內(nèi)，都要依據(jù)要求配備雙份。

6600 V中壓配電板、450V配電板、馬達起動屏以及230V配電板均配備兩套，成左右對稱分布，兩部分的連接利用了聯(lián)絡(luò)開關(guān)。兩側(cè)的配電設(shè)備可以說是做到了完全對稱（岸電箱與貨物供電箱除外）。兩側(cè)的6600V中壓配電板分別供電給對應(yīng)側(cè)的推進變壓器，通過推進變頻器驅(qū)動額定功率為5250 kW的推進馬達。450 V及230 V配電板為同一側(cè)的輔助機械供電，且為對同一側(cè)的主機服務(wù)。這樣的系統(tǒng)配置基本上能夠滿足RPS對推進部分冗余的設(shè)計要求，任何設(shè)備出現(xiàn)故障導致單邊無法運行時，都避免了另外一側(cè)受到不必要的影響，這就保證了不低于50%的推進功率。

利用各自的6600/450V變壓器，兩個6600V中壓配電板連接到對應(yīng)的450V主配電板，一般情況下，兩個6600/450 V變壓器有明確的分工，一個使用一個備用。如果發(fā)生故障，兩個變壓器會自動轉(zhuǎn)換。推進馬達的額定功率是5250 kW，根據(jù)RPS的要求，在單邊發(fā)生故障，單邊運行的情況下，兩臺發(fā)電機為同一側(cè)的推進馬達進行供電，綜合考慮，每側(cè)均采用24脈沖變頻器控制推進器。

2.2.2推進控制系統(tǒng)設(shè)計

RPS對其控制功能也提出了冗余要求。推進設(shè)備包括：①兩臺5250kW推進電機；②四臺3300kVA推進變壓器；③兩臺7000kVAACS6000變頻器；④兩臺PCU推進控制裝置；⑤兩臺剎車電阻器。其控制被分為左和右兩個推進器控制。endprint

3半潛船電力推進系統(tǒng)的問題與對策

雖然50000萬噸級半潛船采用中壓供電，配電板成本和系統(tǒng)短路電流等級都得以降低，這樣做的優(yōu)點是既節(jié)省了電纜，又提高了系統(tǒng)安全可靠性，但是，有利就有弊。眾所周知，中壓系統(tǒng)對系統(tǒng)安全有較高的要求，這就對系統(tǒng)接地方式的設(shè)計提出了要求。綜合考慮，雖然中點接地方式技術(shù)簡單，但是弧光接地有引起較高過電壓的隱患。如果采用直接接方案，過電壓能夠被控制在安全范圍內(nèi)，但是過大的短路電流也會對系統(tǒng)安全造成威脅。相比較而言，中點經(jīng)電阻接地因為自身的優(yōu)點，更適合應(yīng)用于50000萬噸級半潛船電力推進系統(tǒng)，這是因為中點經(jīng)電阻接地能夠使電弧接地過電壓的危險降低，對比于直接接地，中點經(jīng)電阻接地電流小，而且有良好的系統(tǒng)工作連續(xù)性，同時對通信有較少的干擾。

作為還沒有廣泛普及的新型的推進方式，電力推進技術(shù)本身仍然存在許多問題。如大功率電機帶動螺旋槳的電力推進技術(shù)多年來一直由歐洲廠家壟斷，這無疑也增加了維護保養(yǎng)的難度。相信隨著我國電機行業(yè)的迅猛發(fā)展，一切問題都會迎刃而解。

參考文獻：

[1] 焦宇清.50000 DWT半潛船總體設(shè)計綜述[J]. 船舶設(shè)計通訊，2009年12月第 3 期（總第122期），51-57.

[2] 許旸.半潛船結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介[J].廣東造船，2017年01期，28-29.

[3] 馮志根.淺談電力推進半潛船的優(yōu)越性[J].船舶設(shè)計通訊，2009年9月增刊（總第121期），9-12.

[4] 劉以社.50000dwt半潛船電氣系統(tǒng)設(shè)計[J].上海造船，2010年第3期（總第83期），47-51.

[5] 劉毅.50000DWT半潛船的電氣系統(tǒng)特點介紹[J].廣船科技，2008年第1期（總第99期），9-12.

[6]蔡睿眸. 18000 t半潛船設(shè)計建造簡介[J].船舶設(shè)計通訊，2006年6月第l期（總第113期），11-14.

[7] 周蘭辛. 18000 t半潛船結(jié)構(gòu)設(shè)計研討[J]. 船舶設(shè)計通訊，2001年12月第3-4期（總第104期），23-25.

[8] 蔡睿眸. 18000t半潛船的開發(fā)[J]. 廣船科技，2001年第4期（總第74期），1-6.

[9] 遲少艷，楊青. 38000噸級自航半潛船結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].上海造船，2011年第4期， 17-20.

[10]馮志根.半潛船船型特點及其發(fā)展前景[J].上海造船，2006（1）.

[11] 陳俊，任世貴. 50000DWT半潛船壓載系統(tǒng)設(shè)計[J].船舶設(shè)計通訊，2016年S2期，72-76+82.endprint