3200t風電安裝船的機電系統(tǒng)設(shè)計

梁穎

摘要：機電系統(tǒng)作為3200t風電安裝船的主要構(gòu)成，會對船的運行穩(wěn)定性與安全產(chǎn)生極大影響。綜上所述，本文將結(jié)合實際案例對32001風電安裝船的機電系統(tǒng)設(shè)計策略展開分析與討論，以期提升機電系統(tǒng)穩(wěn)定性與安全性。

關(guān)鍵詞：風電安裝船；機電系統(tǒng)；設(shè)計策略；討論與分析

在風電機組安裝時，位置多于近海，包括分體式、整體式海上安裝兩種。32001風電安裝船主要是在海上對風電機組的配套以及相關(guān)專用設(shè)備進行安裝，目前我國在該部分還處于探索階段。

一、案例簡介

A船尾自航大型重吊船，長寬型深為139m×60m×11.20m，吃水設(shè)計為5.0m，排水量為300001，航速為5kn，船級社為CCS，最大整機運輸為3200t。A船首尾各有1個C形槽，整體組裝完成后會將風電機組拖曳到A船首尾的C形槽中。底部結(jié)構(gòu)為水泥中空塔形基礎(chǔ)，運輸時，在塔形基礎(chǔ)中注滿壓縮空氣以浮式運輸方式運行。在船首尾的左右舷都設(shè)置了1臺柴油機驅(qū)動的全回轉(zhuǎn)舵槳，在安裝現(xiàn)場利用動力定位系統(tǒng)進行安裝位置的確定。A船作業(yè)區(qū)域在潮間帶，會出現(xiàn)座底，在船上浮時配置船底沖洗裝置。

二、3200t風電安裝船機電系統(tǒng)設(shè)計策略

（一）柴油機驅(qū)動全回轉(zhuǎn)舵槳動力系統(tǒng)分析

為將風機安裝精度控制在0.5m范圍之內(nèi)，將動力定位配置為對風、水流干擾下的船舶位置進行控制與調(diào)整。在動力位置采用了推進模塊，選用了柴油機驅(qū)動的Z型全回轉(zhuǎn)舵槳系統(tǒng)進行推進，之后將其動力定位能力進行分析。通過對結(jié)果的分析，在船首與船尾左右舷推進艙室位置都設(shè)置了功率為2000kW的柴油主機，還有2206kW的Z形全回轉(zhuǎn)舵槳，裝置數(shù)量總共為4套m在進行安裝時，利用拖輪拖帶將A船拖至近海潮間帶區(qū)域，之后利用船槳自身的推進系統(tǒng)進行定位與移動，并安置了座底與風機。使用柴油機驅(qū)動的Z型全回轉(zhuǎn)舵槳的動力推進系統(tǒng)當中，無論是主機還是全回轉(zhuǎn)舵槳的控制模塊、系統(tǒng)接口技術(shù)，都對A船的風電安裝功能發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，通過多方面的協(xié)調(diào)工作采用以下設(shè)計方案：第一，主機控制系統(tǒng)。使用的4臺主機為氣電主機腰孔系統(tǒng)，各臺主機都有獨立的遙控系統(tǒng)。在運行時會采用航行模式、DP定位作業(yè)模式。船首尾的駕駛室都可當做主駕駛室，同時具備航行與DP定位的作業(yè)功能。在航行模式中，船尾的駕駛室會對船首的2臺主機進行控制，尾部的主機不會運行。船首駕駛室對尾部主機進行控制時，船首主機不運行。在DP定位作業(yè)模式中，船首尾的主機會同時運行。在船首尾的駕駛室與機艙集控室都可以對主機進行控制，同時還可以對主機的儀表及各項指示系統(tǒng)進行監(jiān)視，還設(shè)置了各種聲光等報警指示。第二，全回轉(zhuǎn)舵槳系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中使用了4臺Z形全回轉(zhuǎn)推進器，輸入最大功率為2205kW，最大的輸入轉(zhuǎn)速為1000r/min；輸入的最大扭矩為24000N·m；螺旋槳中心距離為3000mm；其直徑為2600mm；舵槳轉(zhuǎn)舵時速度為16-19°/s；含油料重量為5t左右。裝置的回轉(zhuǎn)由液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)進行控制，系統(tǒng)整體采用電源為220V。船尾的駕駛室設(shè)置了1個舵槳報警控制板，可對船首的2臺主機進行遙控控制。船首駕駛室中的舵槳控制報警板，可對船尾的2臺全回轉(zhuǎn)螺旋槳進行遙控控制。

（二）電站系統(tǒng)自動化設(shè)計方案

3200t風電安裝船主要使用的柴油機驅(qū)動方式為全回轉(zhuǎn)舵槳動力裝置，相比于電力推進系統(tǒng)來說，可大幅減少運營與建設(shè)成本。在對短路電流、施工工藝、設(shè)備成本等多方面因素充分考慮前提下，對船整體的電制系統(tǒng)確定。主電源使用了交流AC400V、50Hz三相三線絕緣系統(tǒng)，照明設(shè)施與其他弱點系統(tǒng)使用了交流AC220V、50Hz、三線與雙線絕緣系統(tǒng)。在對自動電站進行管理時，對配電板設(shè)置了功率管理系統(tǒng)，對船體中的電網(wǎng)與發(fā)電設(shè)備進行管理，確保船舶在各種工況下提供不間斷的供電。

（三）風機安裝定位系統(tǒng)的DP技術(shù)應(yīng)用策略

A船需要在海上進行定位作業(yè)，對其配制了動力定位控制系統(tǒng)，在實際運行海況前提下，可達到DP-1定位能力。A船屬于中國船級社及CCS[2]，其對DP-1的系統(tǒng)配制提出了特定要求。在DP定位系統(tǒng)中包含控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、位置參考系統(tǒng)、傳感器。在對DP定位能力進行故障模式效能分析后，對船首尾的駕駛室都設(shè)置了DP控制臺，對4套主推進器系統(tǒng)形成了良好控制。A船的動力系統(tǒng)使用了Kongsberg控制系統(tǒng)，包含航行設(shè)備公用的風速風向儀、電羅經(jīng)、船舶姿態(tài)傳感器、DGPS等。

（四）風電機組浮式運輸壓縮空氣系統(tǒng)

風力發(fā)電機組的塔形基礎(chǔ)使用了水泥中空結(jié)構(gòu)，在其表面預埋了吃起孔、灌漿孔。在運行時，風電機組將桁架吊機進行固定并穩(wěn)定后，在船體上方的筒形基礎(chǔ)中注入壓縮空氣，確保風機的底部基礎(chǔ)不會被水浸入，之后采用浮式運輸方式將其吊離水面，吊至安裝現(xiàn)場。安裝時需要3000m3的自由空氣，1.5MPa的壓縮空氣。但這樣空氣量過大，無論是成本還是安裝與建造效果較差。通過多方面的分析與考慮，在岸邊及船上設(shè)置了壓縮機壓縮空氣供給方案。岸邊提供2000m3壓縮空氣，船中2臺服務(wù)壓縮機提供1000m3壓縮空氣，在運輸過程中壓縮機還可以及時補充氣體。將壓縮空氣儲存在20個容量為5m3、壓力3.0MPa的空氣瓶中，將其放置在主甲板的空氣瓶室內(nèi)。利用多罐并聯(lián)的方式通過減壓裝置減壓后對風電機組基礎(chǔ)中進行充氣。利用這樣的設(shè)計可以降低服務(wù)空壓機的容量、減少空氣瓶的數(shù)量，還可減少設(shè)備的安裝空間，從而降低了成本。

（五）座底高壓沖洗水系統(tǒng)

A船的作業(yè)區(qū)域在潮間帶中，如果在淺灘作業(yè)會出現(xiàn)底座工況，因此配備了高壓沖洗系統(tǒng)。利用2臺125m3/h×6.0MPa的高壓水泵組[3]、高壓水管系統(tǒng)、半管式?jīng)_水槽與高壓水噴頭共同組成的高壓沖洗系統(tǒng)，沖洗時的壓力可達到6.0MPa。該系統(tǒng)的水源由A船的高壓水艙供給，水管與水艙之間設(shè)置了負荷卸載管路，出現(xiàn)超壓情況時會經(jīng)過溢流閥返回到高壓沖洗水艙中。

三、結(jié)語

我國的風電安裝技術(shù)還處于起步階段，但其具備極強的開發(fā)潛能。3200t風電安裝船屬于開發(fā)創(chuàng)新型的風電機組整體一步式安裝運輸船，為了增強機電系統(tǒng)設(shè)計的合理性與科學性，需要不斷實踐并采用先進的技術(shù)與設(shè)計理念，才能增強機電系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用效果。

參考文獻：

[1]趙媛媛.3200t風電安裝船的機電系統(tǒng)設(shè)計[J].船舶，2015，26（02）：94-100.

[2]周濤.煤炭裝卸船機電控制仿真系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭技術(shù)，2012，31（10）：21-23.

[3]盧雪松.DP-3動力定位船電力系統(tǒng)設(shè)計研究[J].機電信息，2017（06）：79+81.