海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望

1、海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望第22卷第4期(總第130期)2011年8月船舶ship&b0atv0i.22no.4august,201l船舶電氣海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望吳斐文(中國船舶工業(yè)集團公司第七.八研究所上海200011)關(guān)鍵詞海洋工程船舶;電氣系統(tǒng);電氣設(shè)備;現(xiàn)狀;展望摘要介紹了海洋工程市場形勢及海洋工程船舶的類型及特點,指出海洋工程船舶在開發(fā)模式上的變更及電氣技術(shù)在其中所負(fù)有的重要使命.較詳細(xì)分析了電氣系統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容及其性能要求,重點敘述電力推進及動力定位在海洋工程船舶中的重要性.對主要電氣設(shè)備的類型,規(guī)格也作了一定說明.最后,展望了海洋工程船舶的前景

2、及電氣系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.中圖分類號u665.13文獻標(biāo)志碼a文章編號10019855(2011)040045-08statusinquoandforecastforelectricsystemandequipment0t0ceanenglneerlngsnipnlwufei-wen(marinedesign&researchinstituteofchina,shanghai200011,china)keywords:oceanengineeringship;electricsystem;electricequipment;statusinquo;prospectabstract:this

3、paperintroducesthesituationofoceanengineeringmarketandthetypesandcharacteristicsofoceanengineeringships,reviewsthestatusinquooftheseships,andpointsoutthetransformofdevelopmentmodesaswellastheimportantroleofelectrictechnologywherein.itanalyzesthetechnologyandfunctionalrequirementofelectricsystem,ande

4、mphasizestheimportanceofelectricpropulsionanddynamicpositioningforoceanengineeringships.finallyitoutlinesthepatternsandstandardsofmainelectricequipmentsandprospectsthefutureofoceanengineeringshipsandthedevelopmenttrendofelectricsystem.0引言我國海洋工程船舶(簡稱海工船)在過去l0年中已形成了一個良好的開局.4000t全回轉(zhuǎn)起重船華天龍?zhí)柡?0萬噸浮式生產(chǎn)儲油輪海

5、洋石油117號的建造可視為一個新的起點.這既是用戶對海洋工程市場寄以巨大期望而開發(fā)的具有現(xiàn)代高新技術(shù)的海工船,也是造船工業(yè)深化科技體制改革,加大自主創(chuàng)新能力投入產(chǎn)生的結(jié)果.以開發(fā)海洋油氣資源為主要目標(biāo)任務(wù)的海洋工程裝備.是我國船舶工業(yè)新的亮點,已列入國務(wù)院振興船舶工業(yè)發(fā)展綱要的重點發(fā)展方向.加快海洋工程裝備制造業(yè)的發(fā)展.是船舶工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向.在推進海洋工程裝備制造業(yè)發(fā)展的同時,還要著力提高我國海洋工程裝備的研發(fā)設(shè)計能力,總裝集成能力和海工配套能力.這一系列政策措施已從中央到地方各級政府,企業(yè),事業(yè)及民營單位的規(guī)劃,計劃工作中逐步得到體現(xiàn).海洋油氣的開發(fā)是陸地石油開發(fā)的延續(xù),經(jīng)歷了一個由

6、淺水到深海,由簡易到復(fù)雜的發(fā)展過程.1887年.在美國加利福尼亞海岸數(shù)米深的海域鉆探了世界上第一口海上探井.我國則在上世紀(jì)6o年代在渤海灣拉開了海洋石油勘探的序幕.收稿日期2011-0210作者簡介吳斐文(1939一),男,漢族,研究員,主要從事船舶電氣研究與設(shè)計.45第22卷第4期(總第130期)2011年8月船舶ship&boatv01.22no.4august,2011據(jù)介紹,海洋石油資源約占全球石油資源總量的34%,而探明率只占到其30%左右,還處于早期階段.海洋油氣資源主要分布在大陸架,約占全球海洋油氣資源的60%,然后大陸坡的深水,超深水海域約占30%.水深小于500m為淺

7、水,大于500m為深海,l500m以上為超深海.20002005年中,全球新增油氣探明儲量164億噸油當(dāng)量,其中深海占41%,淺海占31%,陸上占28%.可見,重點已在海上深海區(qū).油氣分布主要在波斯灣,墨西哥灣和幾內(nèi)亞灣的三灣:北海及南海的兩海和黑海及馬拉開波湖的兩湖.根據(jù)各方面的信息.將目前現(xiàn)存的主要海洋工程船舶的數(shù)量列于表1中,提供大家一個宏觀印象來了解整個海洋工程市場的面貌,作為我們今后工作方向的參考.表l全球及我國主要海洋工程船舶的數(shù)量鉆井船半潛式生產(chǎn)范圍fpso大型起重船大型鋪管船半潛重載船浮式2半潛式自升式平臺全球4526034685527201435我國05422e6017816

8、371海工船類型及特點海洋工程裝備包括為海洋油氣資源開發(fā)生產(chǎn)提供的裝備和以海上工程作業(yè)及服務(wù)為使命的工程船舶及配套設(shè)備,范圍很廣.沒有一個權(quán)威的歸類.表2中列出了近lo年中屬于國內(nèi)船東(個別除外)國內(nèi)建造的主要海工船的實例.特別標(biāo)明了其設(shè)計情況.其中,由國外公司做基本設(shè)計的有8項,占47%;合作設(shè)計的有2項,占12%;國內(nèi)獨立做的有7項,占41%.其實,就船舶設(shè)計本身而言.并非說國內(nèi)沒有能力.水平也差不到那里去.主要是船東的觀念及心理在起作用或在對作業(yè)性能無把握時的決定,一般可以理解.七o八所獨立從基本設(shè)計尤其從概念設(shè)計做起的項目較多較突出,至今仍有項目在進行.從振興綱要以及十一五期間安排的課

9、題研究來看,我國對海洋工程裝備的要求(不僅對海工船)是提升海洋工程裝備設(shè)計水平,為培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供全面技術(shù)支撐:加大船用設(shè)備科技創(chuàng)新力度,大幅提升配套自主化率和本土化率等.就是要提倡有自主知識產(chǎn)權(quán)的獨立自主的開發(fā)和設(shè)計,逐步擺脫依賴國外公司的局面.這是研制模式的重大改變,對提高我國海洋工程裝備的現(xiàn)代化具有重要意義.從表2中還可看出,中壓電站,電力推進,動力定位是當(dāng)代海工船電氣系統(tǒng)的主要特征.表2中的l7項船型采用中壓電站占到88%(15項),即使沒有推進的7項中(其中1項是柴油機推進),中壓電站也占到71%(5項);采用電力推進為100%,10項46需要推進的全是;采用動力定位的在電推中

10、有7項,達70%:此外.這些海工船無一例外均為高度自動化的中央集中控制.往往通過網(wǎng)絡(luò)通信形式構(gòu)成全船自動化系統(tǒng).對電氣專業(yè)而言,中壓電力系統(tǒng),電力推進系統(tǒng),動力定位系統(tǒng)和全船自動化系統(tǒng)這4大系統(tǒng)在海工船研制中具有了舉足輕重的地位和責(zé)任.這是在常規(guī)船舶研制中很難出現(xiàn)的情況,也是歷史發(fā)展所賦于我們的使命.需要我們?nèi)w從業(yè)人員的不懈努力才能實現(xiàn).2海工船的電氣系統(tǒng)2.1中壓電力系統(tǒng)海工船無論是油氣勘探或生產(chǎn)裝置還是工程作業(yè)裝置都具有大量作業(yè)設(shè)備,是除常規(guī)船舶的機器輔助設(shè)備,保船設(shè)備和日用設(shè)備之外,獨有的不可或缺的特種設(shè)備.不僅用途各異,而且功率往往巨大,形成了一個重要的電力負(fù)荷群體.海工船的供電系統(tǒng)

11、要滿足他們的不同工況下的用電負(fù)荷,在電力負(fù)荷計算中作特別考慮.而且要特別考慮他們可能特有的不同工況下的配電要求,例如多路供電或轉(zhuǎn)換供電的要求.表3列出了主要海工船特有的作業(yè)設(shè)備的規(guī)格.從中可見他們構(gòu)成了一個大功率的電力系統(tǒng)的需求.大功率用電負(fù)荷必須要有一個大功率電站來供電.這個大功率電站在超過10mw以后.必然會采用中壓發(fā)電機才能組成.中壓發(fā)電機按系統(tǒng)短路容量估算后,一般可按所有發(fā)電機電流之和乘上8倍海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望表2我國建造使用的主要海工船實例序號船名類型船型主要功能基本設(shè)計詳細(xì)設(shè)計電氣特點船東3000m水深dp3,電推,1海油981鉆井船半潛平臺f&g,70

12、8所708所中海油12000nl鉆井中壓電站350ft水深2海油936鉆井船自升平臺custo深圳惠爾低壓電站中海油30000fl鉆井400ft水深3海油941鉆井船自升平臺f&g大重中壓電站中海油9000m鉆井250ft水深4中油海9鉆井船自升平臺f&g大重低壓電站中石油7000m鉆井5海油112fpso浮式15萬噸儲油kmg,708所708所中壓電站中海油6海油l17fps0浮式30萬噸儲油708所708所中壓電站中海油,康菲3800t起重電推,7蘭疆起重鋪管浮式f&ghalter來福士中海油s型鋪管中壓電站4000t起重dp3,電推,8海油201起重鋪管浮式cus

13、to船院中海油s型鋪管中壓電站4400t起重dp2,電推,90ceanic5000起重鋪管浮式sda伊朗s型鋪管中壓電站4000t起重電推,1o華天龍起重/打撈浮式708所708所廣撈s型鋪管預(yù)留中壓電站3000t起重dp2,電推,11威力起重,打撈浮式708所708所上撈s型鋪管預(yù)留中壓電站12蘭鯨起重船浮式75oot起重sda中壓電站中海油1200t起重13海油202鋪管船駁式708所708所中壓電站中海油s型鋪管20620t載重vuykeng.dp,電推14泰安口半潛重載船半潛式船院中遠航19m潛深center中壓電站30000t載重dp1,電推l5華海龍半潛重載船半潛式708所708所

14、r糖23m潛深中壓電站5o000t載重dp2,電推16海油278半潛重載船半潛式dehamarine708所中海油26.8nl潛深中壓電站12纜壓縮空氣電推,17海油720物探船浮式skipsteknisk708所中海油地震勘探中壓電站注:有母型船總圖資料;系改裝設(shè)計,原船為油船.即可估得在不同電壓等級下的短路容量.并按表4所列極限容量來決定斷路器的分?jǐn)嗄芰?電壓等級越高,系統(tǒng)功率也越大.原則上發(fā)電機單機功率盡可能大些,負(fù)荷率也可比常規(guī)低壓有所提高.一般95%也可接受.中壓發(fā)電機絕大多數(shù)采用中性點高電阻接地系統(tǒng)elo.大功率電力系統(tǒng)除了供電裝置外,還有較復(fù)雜的配電系統(tǒng)和配電網(wǎng)絡(luò).配電系統(tǒng)包括配

15、電板及匯流排的結(jié)構(gòu)和型式.這個問題的進一步分析在具有dp一2/dp一3以上要求時可參閱參考文獻f11的論述.配電網(wǎng)絡(luò)主要根據(jù)多路供電和轉(zhuǎn)換供電要求進行分析,這在dp一2/dp一3以上要求時更有必要.2.2電力推進系統(tǒng)電力推進是一個既古老又具有嶄新活力的船舶推進型式.進入2l世紀(jì)以來,基于對提高船舶操縱性能的需要以及對動力裝置的綜合應(yīng)用的研究,船舶電力推進獲得了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用.這是由于當(dāng)代船舶的使命已經(jīng)從交通運輸這一狹隘的用途擴展到了國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域,海工船就是其中之一.電力推進系統(tǒng)是集船舶總體布置,推進性能,機電設(shè)備配置總成的全船性的綜合系統(tǒng).由于包括柴油機發(fā)電系統(tǒng),交流變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)和

16、計算機自47第22卷第4期(總第13o期)2011年8月船舶ship&b0atvo1.22no.4august,2011表3主要海工船作業(yè)設(shè)備及電站規(guī)格序號船名作業(yè)設(shè)備最大用電,kw電站/kw1海油981頂驅(qū)21150hp絞車51230hp泥槳泵4臺21230hp錨絞車4臺1150hp1ikv8x55302海油941樁腿抬升3組52臺12=1872,鉆盤及頂驅(qū)約3000,泥槳泵約30006kv4237510.5kv22400o3海油1171o.5kv系統(tǒng)約20000.6.3kv系統(tǒng)約12000(均為泵及壓縮機等)+6.3kv235004oceanic5000起重機3900,鋪管系統(tǒng)約2

17、500,定位錨系統(tǒng)1o臺450=4500,壓載泵43206.6kv743456.3kv428505華天龍起重機3900.定位錨系統(tǒng)12臺400=4800壓載泵4x220+o.4kv210256海油202起重機2200,鋪管系統(tǒng)約2034,定位錨系統(tǒng)12臺xl000=12000,壓載泵4x906.3kv428656.3kv3x43457華海龍定位錨系統(tǒng)4臺250=1000,壓載泵4臺x315+0.4kvl10oo8海油278壓載空壓機45006.6kv457609海油720地震空壓機3x9006.6kv44200表4中壓電網(wǎng)短路容量/mva斷路器分?jǐn)嗄芰?伽/ka3kv6.6kv11kvl3.8

18、kv15kv2513028647659865031.51643606007538l940208457762956l0395026057295311951299動化系統(tǒng)在內(nèi)的船舶動力,驅(qū)動,控制設(shè)備的成熟發(fā)展,產(chǎn)品可選范圍極大,也促進了適合各種需要的電力推進系統(tǒng)的開發(fā).電力推進系統(tǒng)的優(yōu)點越來越得到充分的認(rèn)識而被接受,海工船采用電力推進的主要理由在于需要優(yōu)越的操縱性能(特別是長期低速.如表1中的海油720)甚至動力定位要求.在采用主推進加上首,尾側(cè)向推進以及可伸縮全回轉(zhuǎn)推力器的應(yīng)用后.操縱性能獲得全方位的保證:側(cè)推及可伸縮推力器的驅(qū)動采用電動必定是最合理方便的.而此時主推進的驅(qū)動也只能采用電動才是

19、一個具有相同機動性能的和諧的統(tǒng)一的系統(tǒng).因此.現(xiàn)代的動力定位無一不是采用電力推進作為驅(qū)動裝置的系統(tǒng).同時,由于海工船具有大功率的電力系統(tǒng).當(dāng)不進行作業(yè)而需要作船舶移位時,推進裝置完全可利用這個大功率電站作為動力.所以某些即使不需要動力定位要求的海工船,也往往配置電動主推進裝置進行低速48航行或移位.表l中蘭疆號和華天龍?zhí)杻伤移鹬卮褪沁@種應(yīng)用.表5列出了表1中采用電推的推進裝置規(guī)格.從表5中可看到許多有趣的現(xiàn)象:(1)所用推力器類型五花八門;(2)大部分采用fpp,少數(shù)采用cpp;甚至個別如第10項主推cpp還用變頻驅(qū)動;(3)主推進器無論是否用于dp,采用常規(guī)尾軸式,z推和pod的都有;(4

20、)最大單機功率5500kw;(5)驅(qū)動型式多樣化,以虛擬24p最多,個別用真實24p以及循環(huán)型,沒有用6p或afe:(6)世界著名供應(yīng)商都參與,abb有5項,西門子3項,羅賓康與converteam各1項;(7)推進電動機(除pod外)轉(zhuǎn)速最低的為750r/min;(8)主推進兼dp作業(yè)的理論上應(yīng)具有恒動率調(diào)速性能,但并非全有.是否能從表5這10種應(yīng)用中總結(jié)一種標(biāo)準(zhǔn)的最佳的驅(qū)動形式,現(xiàn)在看來還不具備條件.根據(jù)目前變頻器發(fā)展來看,電壓型變頻應(yīng)成主流,也有達到23萬千瓦大功率規(guī)格產(chǎn)品推出.因此過去用scr構(gòu)成的電流型變頻器或循環(huán)型變頻器近來已不大見到應(yīng)用了.但是,電壓型變頻器中真實24p或多重迭加

21、型(完美無諧波)還很少見到應(yīng)用,筆海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望表5主要電力推進海工船的推進裝置規(guī)格序號船名推力器類型螺旋槳類型用途功率/kw驅(qū)動型式供應(yīng)商1海油981z推fppdp8x4600變頻電壓12pabb2蘭疆z推fpp主推2x300o變頻電壓虛24p羅賓康z推fppdp/主推2x4500變頻電壓虛24pabb3海油201可伸縮z推fppdp5x3200變頻電壓虛24pabbz推fppdp,主推2x5500變頻電壓虛24pabb4oceanic5000可伸縮z推fppdp4x2200變頻電壓虛24pabb隧道式cppdp/側(cè)推2x1935軟起動器abbz推cpp主推2x150

22、0軟起動器西門子5華天龍隧道式cpp側(cè)推1x200o軟起動器西門子z推fppdp,主推2x4500變頻電壓虛24pabb6威力可伸縮z推fppdp2x20o0變頻電壓虛24pabb隧道式fppdp/側(cè)推1x2000變頻電壓型12pabbp0dfppdp/主推2x4700變頻循環(huán)型西門子7泰安口隧道式fppdp/側(cè)推2x800變頻電壓型西門子尾軸式fppdp/主推2x3500變頻電壓型12pabb8華海龍隧道式fppdp,側(cè)推1x2500變頻電壓型12pabb隧道式fppdp/側(cè)推2x20o0變頻電壓型12pabb尾軸式fppdp,主推2x5500變頻電壓虛24pconverteam可伸縮z推f

23、ppdp2x2000變頻電壓虛24pconverteam9海油278隧道式fppdp/側(cè)推2x200o變頻電壓虛24pconverteam隧道式fppdp/側(cè)推1x200o變頻電壓型12pconverteam尾軸式cpp主推2x4500變頻電壓型24p西門子10海油720可伸縮z推cpp側(cè)推11500自耦變起動器西門子隧道式cpp側(cè)推11200自耦變起動器西門子者認(rèn)為未來一定會出現(xiàn),應(yīng)用在大功率的推進系統(tǒng)中.隨著變頻器價格的下降.afe會出現(xiàn)在中功率應(yīng)用中,而6p型在小功率應(yīng)用中不會消失.2.3動力定位系統(tǒng)動力定位(dp)技術(shù)誕生于上世紀(jì)60年代世界油氣開發(fā)快速時期.首先就用于鉆井船尤勒卡號.

24、目前,其已成為一門成熟的技術(shù),在海工船以及其他許多船上都有廣泛應(yīng)用.國際海事組織imo在1994年出版一本dp系統(tǒng)船舶指南(113imo/imomsccirc.645).實際上這個指南的基本思想出自于國際海事承包商協(xié)會imca及其前身動力定位船舶船東協(xié)會dpvoa及海上潛水承包商協(xié)會aodc的一系列指導(dǎo)性文件中.1991年出版的103dpvoa以及后來imcam103文件就是將有關(guān)dp船舶的規(guī)則,操作程序以及良好的實踐融為了一體,并且定期審閱和更新.目前m103文件已有2007.12的修49第22卷第4期(總第130期)2011年8月船舶ship&b0atvol_22no.4augus

25、t,2011訂版.這個文件的前言,目錄,術(shù)語及縮寫詞匯編及第一章,第六章,第八章已有譯文,發(fā)表在參考文獻12中.imca組織是有關(guān)動力定位一切事宜的最權(quán)威的機構(gòu).其出版的一系列文件具有重要的指導(dǎo)作用和規(guī)范的意義,詳見參考文獻13.dp船舶設(shè)計現(xiàn)在有一個誤區(qū).船東似乎很在乎dp的設(shè)備等級,往往為人級dp一1還是dp一2或dp一3而考慮再三.而且把考慮的重點放在了dp供應(yīng)商上,好像dp供應(yīng)商能包辦一切.而對自己的dp船舶應(yīng)適合怎樣的環(huán)境條件和應(yīng)該如何進行dp操作這之間的關(guān)系考慮較少,對不同的dp設(shè)備等級與船舶的環(huán)境條件,工作狀態(tài)乃至船舶的動力配置,總體布置以至將來運行時dp操作員的能力和經(jīng)驗之間非

26、常復(fù)雜的相互影響的關(guān)系了解較少.因此,提出一個恰當(dāng)?shù)膁p設(shè)備等級必須非常慎重.在113imo文件中的2.1節(jié)指出:對一特殊操作所要求的船舶的設(shè)備等級應(yīng)由船東和客戶(一般指操作者一筆者)在位置喪失后果風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上認(rèn)可.另外,主管機關(guān)或沿岸國家可對該特殊操作決定這些設(shè)備的等級.imcam103文件中指出,作為基本決定,該風(fēng)險分析必須在早期進行.并在工作的各個不同階段中重作考慮.并且指出d2級設(shè)備和dp一3級設(shè)備的船舶之間的差別不像操作員的培訓(xùn)和經(jīng)驗,船上的程序,船舶的動力和推力冗余以及控制系統(tǒng)是那么重要.因此,筆者認(rèn)為,dp船舶設(shè)計從一開始,船東必須就船舶的動力和推力冗余以及控制系統(tǒng)與船舶概念

27、設(shè)計部門進行充分的溝通和分析,而不應(yīng)該貿(mào)然先在設(shè)計任務(wù)書上定下某一設(shè)備等級要求更合理.作為船舶總體設(shè)計者,在開發(fā)研制需要采用dp的新船型時,可參考圖1所示的dp船舶設(shè)計程序來進行.這是經(jīng)過了多型dp船舶的開發(fā)研究后,初步摸索總結(jié)出來的一套程序和原則.這個過程主要由總體專業(yè)和電氣專業(yè)協(xié)調(diào)進行,是dp中電氣系統(tǒng)設(shè)計的重點內(nèi)容_14.dp技術(shù)應(yīng)用已有50余年歷史了,而形成一個市場一種規(guī)范也有近20年了.直至近期.dp也還是一個新興的產(chǎn)業(yè).dp供應(yīng)商主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)及基準(zhǔn)系統(tǒng)(傳感器),著名的有挪威kongsberg.法國converteam(前身alatom),美國l一3(前身nautronix),

28、我國都有采用,另外芬蘭navis也有采用.新加坡mt及加拿大autonan也有推介.目前,國內(nèi)剛開始起步應(yīng)用dp,對dp試驗,操作人員的培訓(xùn),鉆井領(lǐng)班,起重機司機,rov操作員50圖1動力定位船舶設(shè)計程序都需要有關(guān)dp工作的能力和限制的基本操作須知,船舶設(shè)計,驗船,管理部門都需要對imca的相關(guān)文件進行了解掌握,這些工作有待得到進一步的加強落實.2.4全船自動化系統(tǒng)海工船具有工程作業(yè)的特點,并且控制采用以中央集成的形式,所以海工船的自動化系統(tǒng)比較完整和強大.無論是鉆井作業(yè),油氣處理,樁腿升降,升沉作業(yè),調(diào)載平衡,鋪管作業(yè),布纜作業(yè),多點錨泊定位以及動力定位所含的對所有推力器的各種操作都是全船性

29、各種設(shè)備的綜合遙控.海工船的自動化系統(tǒng)遠比常規(guī)船的主機遙控復(fù)雜得多,船舶自動化進人到了一個更廣泛的領(lǐng)域和層次.海工船的全船自動化系統(tǒng)不僅包含傳統(tǒng)的監(jiān)測報警系統(tǒng),還包括功率管理系統(tǒng),壓載系統(tǒng)檢測控制,液位(壓力,溫度,流量)檢測控制,輔助機器設(shè)備控制,甚至裝載和穩(wěn)性計算系統(tǒng).并且和dp控制系統(tǒng)一起集成為一個無縫連接的自動化系統(tǒng).在系統(tǒng)內(nèi)各種信息自由流通,各種控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行.提供海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望各種次級系統(tǒng)按船舶操縱要求的功能集成的最佳方案.因此,可獲得一個自動化程度最高,技術(shù)通用,備件最少和較少培訓(xùn)的運行系統(tǒng),并且安全可靠.一般要求全船自動化系統(tǒng)在所有層面上,包括操作站,

30、通信鏈,處理器,i/o模塊和供電單元上均有冗余,并有內(nèi)置的自診斷模塊(包括所有系統(tǒng)部件和內(nèi)部通信的監(jiān)測,現(xiàn)場電路延伸監(jiān)測,獨立的i/o模塊,接地故障檢測等),在系統(tǒng)或現(xiàn)場故障事件中,用預(yù)設(shè)系統(tǒng)響應(yīng)來達到故障安全運行.所有應(yīng)用軟件可在線編輯.控制系統(tǒng)在安裝和運行時可能發(fā)生的新的要求容易進行調(diào)整.自動化系統(tǒng)包括操作站,現(xiàn)場站(含系統(tǒng)接口,包括硬線i/o信號和串行i/o信號),網(wǎng)絡(luò)分配單元(交換機),延伸報警系統(tǒng),打印機,ups電源.自動化系統(tǒng)應(yīng)含有趨勢分析,報告系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)庫,用圖形顯示和過程視圖作為監(jiān)測手段.自動化系統(tǒng)通信一般采用屏蔽對絞電纜(stp)7類網(wǎng)絡(luò)線或光纜連接控制站和過程站,stp

31、電纜一般不大于100m,常用雙星形或環(huán)形通信組成冗余網(wǎng)絡(luò)153海工船的電氣設(shè)備根據(jù)海工船電氣系統(tǒng)分析來看,海工船的電氣設(shè)備所不同于常規(guī)船舶的主要特點在于中壓電氣設(shè)備及變頻器的應(yīng)用.iec標(biāo)準(zhǔn)及各國造船規(guī)范都對中壓電氣設(shè)備有所專門的規(guī)定,iec已出版了新的高于1kv直至15kv電壓等級的交流供電系統(tǒng)的專輯iec60092503:2007.ccs2009版規(guī)范對高壓電氣裝置的特殊要求同2006版的一樣,沒有跟上iec的變化.另外,iec也出版了新的電力推進裝置專輯iec60092501:2007.ccs2009版規(guī)范已有類似新要求的修訂.中壓發(fā)電機除了同低壓一樣的要求外,特別強調(diào)重視內(nèi)部短路和接地

32、故障的保護,中壓發(fā)電機必須設(shè)滅磁保護.中壓發(fā)電機功率大,其avr裝置也大,一般散件供應(yīng),中壓配電板內(nèi)也放不下,只能獨立安裝或安裝在集控臺內(nèi).如果中壓電網(wǎng)中變頻器負(fù)載比例較大時,電網(wǎng)功率因數(shù)可能較高,發(fā)電機額定功率因數(shù)也可提高到0.85或0.9,有可能減少發(fā)電機的kva容量,縮小機座號.中壓發(fā)電機常用風(fēng)一水冷卻方式.目前,國內(nèi)有引進生產(chǎn)的西門子1fj4系列和利萊森瑪ls系列,上海電機廠可供應(yīng)自主研制的大中型中壓發(fā)電機及中壓電動機.中壓變壓器在海工船上大量應(yīng)用.甚至中壓配電板的每條饋電電路都連接一臺中壓變壓器,包括推進移相變壓器,作業(yè)機械移相或降壓變壓器,日用負(fù)載降壓變壓器等.其中有些變壓器的容量

33、可能很大.甚至接近或超過單臺發(fā)電機的容量.因此,大容量變壓器接通時的沖擊電流會造成發(fā)電機過流脫扣或過大的電壓跌落,一般用預(yù)充磁的方式來降低其沖擊電流.低壓預(yù)充磁變壓器可設(shè)置在中壓變壓器箱內(nèi)集成一體.變頻用移相變壓器一般為三繞組形式,常用+y接線.日用負(fù)載降壓變壓器有時容量也較大,低壓側(cè)電流將很大,一般采用a/a接線,則低壓繞組制造較方便.降壓變壓器不能用y,y接成,在發(fā)生接地故障時會有三次諧波電流流過影響溫升.中壓變壓器也常用風(fēng)一水冷卻方式.目前,國內(nèi)泰州海田和江蘇中電都能供應(yīng)風(fēng)一水冷中壓變壓器,與abb,西門子供應(yīng)進口的trasfor相當(dāng).中壓配電板與低壓配電板有著天壤之別,它是以分割封閉的

34、結(jié)構(gòu)組成斷路器室,母線室,電纜室和低壓室而構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的每屏結(jié)構(gòu).每屏只裝一臺斷路器饋電一個用戶,常用真空斷路器,另有sf6斷路器,小功率饋電也有真空接觸器+熔斷器式.斷路器和接觸器都不帶保護裝置,另配多功能保護繼電器進行保護脫扣.中壓配電板的控制及操作均為直流電源,需另配24v或110vups.中壓配電板對安全要求特別高,靠部件的結(jié)構(gòu)本身及相互的聯(lián)鎖來保證.不會讓人接觸到高電壓部件.中壓配電板按電壓等級有7.2kv,12kv,17.5kv等幾種最高使用電壓規(guī)格,按電流等級有630a,l250a,2500a,4000a等幾種.分?jǐn)嗄芰τ?5ka,31.5ka,40ka,50ka等幾種.工頻耐壓標(biāo)準(zhǔn)

35、在我國執(zhí)行兩種標(biāo)準(zhǔn),一種是iec71.11993.另一種是gb311.11997,后者比前者高,以6kv等級為例,iec為20kv,gb為30kv;10kv等級,iec為28kv,gb為42kv.目前,國內(nèi)有引進生產(chǎn)的西門子nxair系列和abbzs1系列中壓配電板.控制設(shè)備主要采用變頻器及軟起動器.變頻器目前均采用交一直一交電壓型結(jié)構(gòu)的形式,以二極管整流+逆變器構(gòu)成.而以有源前端afe+逆變器具有無諧波及功率因數(shù)可達1的變頻器因價格較高而應(yīng)用較少,但前景似可看好.另外以大功率二極管整流+多臺逆變器構(gòu)成的多傳動變頻器因適用于同類型非同時工作的設(shè)備而獲得較多應(yīng)用,如起重機,定5】第22卷第4期(

36、總第130期)2011年8月船舶ship&b0atv01.22no.4august,2011位錨絞車等.二極管整流是一種非線性元件,因此輸入電流中會產(chǎn)生諧波電流,引起電源(發(fā)電機)內(nèi)阻抗生成相應(yīng)的諧波電壓,惡化電網(wǎng)電能質(zhì)量.為了改善電網(wǎng)質(zhì)量.需采用多脈波整流.一般有12脈波,24脈波等,增設(shè)移相變壓器來實現(xiàn).目前,國內(nèi)有引進生產(chǎn)的abb的acs800系列.西門子的s120系列,偉肯的nx系列,均為低壓風(fēng)冷,而現(xiàn)在船上常用的低壓水冷均需進口.另外,船上也常用的中壓水冷的如abb的acs6000系列.西門子的gm150系列,converteam的mv7000系列(另有低壓mv3000系列)

37、則需進口.軟起動器是以晶閘管組成的無觸點交流起動器,一般以升壓法,恒壓法,限流法來控制電動機的最大起動電流并自動進行加速,起動結(jié)束可用接觸器短接或不短接.目前,國內(nèi)有引進生產(chǎn)的施耐德的ats48系列,西門子的3rw34系列等,均為低壓.另外,在中壓等級上船上常用進口的以色列solcon的hrvsdn系列.4展望前期有兩則海洋工程方面的重大新聞.一則是中國交通建設(shè)總公司出資1.25億美元收購美國的friede&goldman公司,f&g是國際著名的海洋工程設(shè)計和項目管理公司.表2中有4艘平臺和船皆由他們作基本設(shè)計:另一則是大連中遠船務(wù)公司開工承建第一艘dp3鉆井船大連開拓者號,不過遺憾的是該船是出口的,而非中國船東.包括2010年3月,南通中遠船務(wù)公司交付了世界上首座圓筒型鉆探儲油平臺sevandriller號(spar)在內(nèi).這些新