600FEU冷藏集裝箱船電氣設(shè)計(jì)

顧偉杰 賴昌偉

（上海船舶研究設(shè)計(jì)院，上海 200032）

0.前言

600FEU冷藏集裝箱船是為某國(guó)際著名冷鏈?zhǔn)称饭玖可泶蛟斓娜洳叵浼b箱船。全船有656個(gè)40尺箱位，共設(shè)有634個(gè)冷藏箱插座，可同時(shí)裝載600FEU冷藏箱，與同尺度類別的集裝箱船相比，冷藏箱的裝載數(shù)量巨大，大大提升了該公司冷鏈運(yùn)輸?shù)哪芰?。該船入DNVGL船級(jí)，全船自動(dòng)化程度較高，具有橋樓NAUT（NAV）及無(wú)人機(jī)艙E0入級(jí)符號(hào)。

1.電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 低壓電站的選擇

該船為全冷藏箱集裝箱船，可同時(shí)裝載600FEU冷藏箱。單個(gè)FEU功率按照8kW計(jì)，冷藏箱用電負(fù)荷達(dá)到4.8MW。此外，船上配置1臺(tái)脫硫塔、1臺(tái)首側(cè)推、4臺(tái)克令吊、54臺(tái)貨艙風(fēng)機(jī)等用電設(shè)備，電站總?cè)萘窟_(dá)到11.25MVA，短路電流達(dá)到90kA。因此該船的電站容量處于低壓與中壓兩者皆可的臨界狀態(tài)。

針對(duì)該船實(shí)際情況，相較低壓而言，選擇中壓系統(tǒng)雖然可以降低發(fā)電機(jī)額定電流及系統(tǒng)短路電流，但中壓系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和開關(guān)設(shè)備價(jià)格較高，且船上至少需配置2臺(tái)降壓中壓變壓器為AC440V系統(tǒng)供電，同時(shí)還要為中壓配電板、中壓變壓器等設(shè)備設(shè)置專門的艙室。上述這些因素不但使本就不寬裕的機(jī)艙更加難以布置，還增加了建造成本。因此，考慮簡(jiǎn)化機(jī)艙布置，以及減少項(xiàng)目初投資，該船選擇低壓電站系統(tǒng)。

選擇低壓系統(tǒng)（AC440V）之后，針對(duì)其帶來(lái)的大電流情況，找到解決方案。首先，可通過(guò)選用高性空氣斷路器來(lái)解決系統(tǒng)保護(hù)方面的問(wèn)題。其次，對(duì)于大電流傳輸，則可通過(guò)選用單芯電力電纜對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。由于相同截面積的單芯電纜載流量明顯大于三芯電纜，該船在電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)供電回路的設(shè)計(jì)中，采用單芯電力電纜替代常用的三芯電力電纜。此優(yōu)化方案顯著減少了大載流量電纜的用量，相較于三芯電纜減重超過(guò)30%，全船電纜減重近10%。同時(shí)，電纜用量的減少，也降低了機(jī)艙內(nèi)電纜的敷設(shè)難度。

1.2 電站配置及工況

該船電力系統(tǒng)單線圖如圖1，主電站配置2臺(tái)2650kW柴油發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)1850kW柴油發(fā)電機(jī)組，還配置了2臺(tái)150kVA的主變壓器、1臺(tái)95kVA的廚房變壓器，用于各類AC220V設(shè)備的供電。主配電系統(tǒng)單線圖如圖1。

圖1 主配電系統(tǒng)單線圖

該船最大用電工況出現(xiàn)在帶冷箱進(jìn)出港工況，總計(jì)需要功率7240kW，占總裝機(jī)容量的80%。此外，帶冷箱航行工況需要功率總計(jì)6326kW，開2臺(tái)2650kW發(fā)電機(jī)組+1臺(tái)1850kW發(fā)電機(jī)組，1臺(tái)1850kW發(fā)電機(jī)組作為備用，負(fù)荷率達(dá)到88%。

2.冷藏箱配電及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該船需配置634個(gè)冷藏箱插座，其中甲板上340個(gè)，貨艙內(nèi)294個(gè)。根據(jù)船上冷藏箱的位置，選用了49個(gè)6聯(lián)插座箱、58個(gè)5聯(lián)插座箱、11個(gè)4聯(lián)插座箱、2個(gè)3聯(lián)插座箱，分別布置在便于作業(yè)的區(qū)域。上述插座箱由23個(gè)冷藏箱分電箱供電，這些分電箱布置在相應(yīng)的插座箱附近，節(jié)省了電纜及其敷設(shè)，在今后的運(yùn)營(yíng)中也便于管理。在機(jī)艙集控室的主配電板上，設(shè)置了2屏冷藏箱供電屏，由兩個(gè)主匯流排分別供電，23個(gè)分電箱的饋電開關(guān)被平均分配在這兩個(gè)供電屏上。

對(duì)于全冷藏箱集裝箱船而言，冷藏箱的管理尤為重要。對(duì)于冷藏箱的主要管理工作，就是如何設(shè)定控制器的參數(shù)和讀取數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)。在船上安裝冷藏箱監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以大大削減由人工數(shù)據(jù)抄錄和系統(tǒng)監(jiān)視產(chǎn)生的人力物力，同時(shí)還可以讓船員對(duì)制冷裝置失靈可能產(chǎn)生的問(wèn)題做出快速反應(yīng)，從而避免發(fā)生貨損。

該船采用純電力載波系統(tǒng)對(duì)全船冷藏箱實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一高效的集中監(jiān)控和管理。目前各大廠家生產(chǎn)的冷藏箱上，除了由控制器和數(shù)據(jù)記錄儀構(gòu)成的微處理器外，還增加了可提供遠(yuǎn)程通訊用的調(diào)制解調(diào)器，它將冷藏箱上制冷裝置、溫度等信息調(diào)制成電力網(wǎng)絡(luò)上的高頻信號(hào)，通過(guò)電力載波將信號(hào)傳輸至機(jī)艙集控室主配電板。監(jiān)控系統(tǒng)只需在主配電板的冷藏箱供電屏內(nèi)設(shè)置調(diào)制解調(diào)器，將信號(hào)解調(diào)出來(lái)，最后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)發(fā)送給船舶辦公室里的遠(yuǎn)程監(jiān)控電腦。

純電力載波系統(tǒng)無(wú)需配置額外的信號(hào)電纜，既降低了成本，也避免了機(jī)械損傷、遺失和耗費(fèi)人工的問(wèn)題。該系統(tǒng)可雙向傳輸信號(hào)，即遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以接受來(lái)自集裝箱的多項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（如：溫度、送風(fēng)、回風(fēng)、解凍、加熱、制冷等），還可以對(duì)溫度點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，也可以在船上對(duì)冷藏箱進(jìn)行自檢并在一個(gè)航次結(jié)束后讀取數(shù)據(jù)記錄儀的信息，從而進(jìn)一步節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

3.橋樓電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該船橋樓系統(tǒng)入級(jí)NAUT（NAV）船級(jí)符號(hào)，該符號(hào)對(duì)于駕駛員操作的便利性方面提出了較高要求，分別按照駕駛員的工作狀態(tài)，如：坐姿或坐/站姿，以及操作便捷度，如：觸及范圍內(nèi)或易于讀取，對(duì)航行及操縱工作站、監(jiān)測(cè)工作站、手動(dòng)操舵工作站、靠泊工作站的設(shè)備配置，制定了詳盡的規(guī)范。假如僅僅是簡(jiǎn)單地參照規(guī)范為各工作站配置相關(guān)設(shè)備，則電氣系統(tǒng)架構(gòu)以及橋樓設(shè)備的布置會(huì)變得異常繁冗，可能會(huì)在一座駕控臺(tái)上的臨近區(qū)域重復(fù)出現(xiàn)相同功能的儀表、控制或分顯示器，駕控臺(tái)的尺寸也會(huì)因此產(chǎn)生變化，繼而會(huì)對(duì)整個(gè)駕駛室的布置產(chǎn)生影響，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致船舶建造成本的增加。其中的難點(diǎn)除了規(guī)范的細(xì)致條款外，還在于船東的特殊要求以及產(chǎn)品系統(tǒng)配置的限制性。該船的中央報(bào)警管理系統(tǒng)就是其中之一。

根據(jù)規(guī)范要求，駕駛員能在航行及操縱工作站位置對(duì)中央報(bào)警管理系統(tǒng)進(jìn)行控制操作，也能在監(jiān)測(cè)工作站位置觀察到該系統(tǒng)的相關(guān)信息。通常將該系統(tǒng)的小型主單元安裝在駕控臺(tái)中央稍偏右的位置，即可滿足要求。但由于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，該船的中央報(bào)警管理系統(tǒng)沒(méi)有獨(dú)立的主顯示單元，相應(yīng)的顯示功能整合在指揮顯示中。而由于船東不希望為指揮顯示配置獨(dú)立的專用顯示器，因此指揮顯示的相應(yīng)功能又集成到航行及操縱工作站最右側(cè)的電子海圖上。顯然，處在駕控臺(tái)左側(cè)的監(jiān)測(cè)工作站位置是不易于觀察到相關(guān)信息的?？墒侨绻麑?6英寸的電子海圖移至駕控臺(tái)中央位置，既不便于在航行及操縱工作站位置對(duì)其進(jìn)行控制操作，又打亂了駕控臺(tái)中央?yún)^(qū)域的設(shè)備布局。在評(píng)估了中央報(bào)警管理系統(tǒng)信息在電子海圖上的顯示位置與尺寸，以及駕駛員在監(jiān)測(cè)工作站位置的視野與視線角度，最終做了一個(gè)改動(dòng)最小的調(diào)整，見(jiàn)圖2橋樓工作站布局示意圖：即改變通常的布局方式，將航行及操縱工作站區(qū)域的電子海圖與X波段雷達(dá)對(duì)調(diào)位置。這樣就將顯示器與監(jiān)測(cè)工作站間距縮短到了約2m，視線角度中偏右約60°，創(chuàng)造了一個(gè)較合理的觀測(cè)條件。該方案既達(dá)到了NAUT（NAV）船級(jí)符號(hào)的規(guī)范要求，又滿足了船東的使用習(xí)慣。由此可見(jiàn)，橋樓電氣設(shè)備的合理化布置是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需對(duì)該船控制站總體布局進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)規(guī)劃，并綜合考慮視線、工作環(huán)境、通道、照明以及人體工程學(xué)等因素，才能設(shè)計(jì)出一套令各方滿意的方案。

圖2 橋樓工作站布局示意圖

4.結(jié)語(yǔ)

600FEU冷藏集裝箱船的電力、冷藏箱監(jiān)控以及橋樓等電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，緊抓船東對(duì)船舶的運(yùn)營(yíng)要求和使用習(xí)慣，采用了一些有針對(duì)性的設(shè)計(jì)思路與方案，提高了該船的經(jīng)濟(jì)性，保證了運(yùn)營(yíng)管理的高效與便捷，為今后的同類型船舶的電氣設(shè)計(jì)提供了一點(diǎn)借鑒。本文是作者在設(shè)計(jì)過(guò)程中的總結(jié)和體會(huì)，謬誤之處在所難免，還望讀者指正。