50000吨级半潜船电力推进系统概述
李明珠
摘要：作为新一代大型半潜船，50000吨级半潜船具有超强的载货能力，操作也十分的灵活方便，而且非常安全环保。因为半潜船的特殊用途，使电力推进比传统的柴油机更具有竞争力。本文首先介绍了50000吨级半潜船的基础信息，详细阐述了其电力推进系统设计，根据该船型的使用特点，分析了尚且存在的不足并给出了合理的改进建议。
关键词：50000吨；半潜船；电力推进系统；合理建议
中图分类号：U665.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）2-0054-02
全球石油消费的迅速增长，油价的不断攀升，深海油气工程的发展，油气生产设备、钻井平台等相关设备的运输需求与日俱增，这些现实问题的出现就促进了海上运输行业的发展。半潜船（Semi-submersible Heavy Lift Vessel）因为自身高效安全的特点，顺理成章地成为运输这些价值高、种类特殊货物的不二之选。
在近十几年的时间里，船舶电力推进在机动性、可靠性、运行效率、推进功率等方面都有了突破性的进展，成为柴油机直接带动螺旋桨推进方式的强有力的竞争者。半潜船正是应用了电力推进技术。
本文以50000吨级半潜船为例，详细阐述了其电力推进系统设計，为了半潜船的未来发展，提出了合理的建议。
1 50000吨级半潜船
50000吨级半潜船特殊的货物装载方式决定了其独特的船型及主尺度参数。就船体本身而言，除了载重量以外，对甲板面积也有要求。以“祥瑞口”号50000吨级半潜船为例，其拥有7000多平方米的装货甲板总面积，可下潜至26米，能够托起5万吨重、25米高的钻井平台，全球90%以上的石油钻井平台和大型海洋工程产品均可以利用其承运。
2 电力推进系统
母型船采用6600V中压给两台电力推进马达供电，两个推动船舶的定距桨由变频器驱动。因为采用了电力推进系统和入级RPS附加标志的原因，该船型的推进系统需要进行设计。
2.1配电系统
2.1.1电制
该船型采用的主电源规格为：AC6600V，60Hz，3PH，与此同时还包括常规使用低压的AC450V，60Hz；AC230V，60Hz低压电源和直流24V电源。
2.1.2发电机
该船型共配备有四台主发电机、一台辅助/停泊发电机和一台应急发电机。四台4341kVA（3690kW），AC6600V，60Hz，3PH中压发电机组用作主电源，给电力推进马达和包括两台侧推、四台排压载空压机在内的大功率设备进行供电，并且在经过两台2200 kVA，6.6/0.45kV的配电变压器变压后，供电给辅助设备以及船上的其他用电设备。
在船舶处于停泊的状态时，船舶对功率的需求较低，这个时候辅助/停泊发电机运行并充当主电源，通过450V汇流排为船舶提供日常生活用电。
船舶的应急电站采用的是一台AC450V，60Hz，3 PH，额定功率为400kW的应急发电机。在主电站失电的情况下自主启动，利用应急配电板供电给船上的相关设备。
2.1.3配电板
该船型用于全船供电的配电板包括两段（20+2屏）中压（6600V）和两段（23屏）低压（450V及230V）。除此之外，厨房配备有独立的变压器供电，这样做是为了隔离厨房设备和整个电网，以此避免厨房设备的低绝缘给全船电网造成不必要的影响。
2.2RPS附加标志的电力推进系统设计
RPS定义为水密舱壁分隔的冗余推进船舶，是挪威船级社（DET NORSKE VERITAS，DNV）的一个入级附加符号，RPS对船舶的推进系统提出了系统备份的要求。在无论发生什么故障致使单边不能运行的情况下，船舶照旧可以以操舵速度运行，并且推进功率不低于50%，为了满足要求就要配置两套或两套以上的推进系统。以此类推，船舶的控制功能也要进行必要的冗余设计，并且两套系统之间必须要有隔离。
2.2.1配电系统设计
该船型要求具有不低于两套的独立推进系统，并且要确保两套功能被可靠地彼此隔离。在50000吨级半潜船中，压配电板、推进变频器、450 V及230 V低压主配电板等有关于推进系统的电气设备，包括服务于主发电机和主推进马达的辅助设备在内，都要依据要求配备双份。
6600 V中压配电板、450V配电板、马达起动屏以及230V配电板均配备两套，成左右对称分布，两部分的连接利用了联络开关。两侧的配电设备可以说是做到了完全对称（岸电箱与货物供电箱除外）。两侧的6600V中压配电板分别供电给对应侧的推进变压器，通过推进变频器驱动额定功率为5250 kW的推进马达。450 V及230 V配电板为同一侧的辅助机械供电，且为对同一侧的主机服务。这样的系统配置基本上能够满足RPS对推进部分冗余的设计要求，任何设备出现故障导致单边无法运行时，都避免了另外一侧受到不必要的影响，这就保证了不低于50%的推进功率。
利用各自的6600/450V变压器，两个6600V中压配电板连接到对应的450V主配电板，一般情况下，两个6600/450 V变压器有明确的分工，一个使用一个备用。如果发生故障，两个变压器会自动转换。推进马达的额定功率是5250 kW，根据RPS的要求，在单边发生故障，单边运行的情况下，两台发电机为同一侧的推进马达进行供电，综合考虑，每侧均采用24脉冲变频器控制推进器。
2.2.2推进控制系统设计
RPS对其控制功能也提出了冗余要求。推进设备包括：①两台5250kW推进电机；②四台3300kVA推进变压器；③两台7000kVAACS6000变频器；④两台PCU推进控制装置；⑤两台刹车电阻器。其控制被分为左和右两个推进器控制。
3半潜船电力推进系统的问题与对策
虽然50000万吨级半潜船采用中压供电，配电板成本和系统短路电流等级都得以降低，这样做的优点是既节省了电缆，又提高了系统安全可靠性，但是，有利就有弊。众所周知，中压系统对系统安全有较高的要求，这就对系统接地方式的设计提出了要求。综合考虑，虽然中点接地方式技术简单，但是弧光接地有引起较高过电压的隐患。如果采用直接接方案，过电压能够被控制在安全范围内，但是过大的短路电流也会对系统安全造成威胁。相比较而言，中点经电阻接地因为自身的优点，更适合应用于50000万吨级半潜船电力推进系统，这是因为中点经电阻接地能够使电弧接地过电压的危险降低，对比于直接接地，中点经电阻接地电流小，而且有良好的系统工作连续性，同时对通信有较少的干扰。
作为还没有广泛普及的新型的推进方式，电力推进技术本身仍然存在许多问题。如大功率电机带动螺旋桨的电力推进技术多年来一直由欧洲厂家垄断，这无疑也增加了维护保养的难度。相信随着我国电机行业的迅猛发展，一切问题都会迎刃而解。
参考文献：
[1] 焦宇清.50000 DWT半潛船总体设计综述[J]. 船舶设计通讯，2009年12月第 3 期（总第122期），51-57.
[2] 许旸.半潜船结构设计简介[J].广东造船，2017年01期，28-29.
[3] 冯志根.浅谈电力推进半潜船的优越性[J].船舶设计通讯，2009年9月增刊（总第121期），9-12.
[4] 刘以社.50000dwt半潜船电气系统设计[J].上海造船，2010年第3期（总第83期），47-51.
[5] 刘毅.50000DWT半潜船的电气系统特点介绍[J].广船科技，2008年第1期（总第99期），9-12.
[6]蔡睿眸. 18000 t半潜船设计建造简介[J].船舶设计通讯，2006年6月第l期（总第113期），11-14.
[7] 周兰辛. 18000 t半潜船结构设计研讨[J]. 船舶设计通讯，2001年12月第3-4期（总第104期），23-25.
[8] 蔡睿眸. 18000t半潜船的开发[J]. 广船科技，2001年第4期（总第74期），1-6.
[9] 迟少艳，杨青. 38000吨级自航半潜船结构设计[J].上海造船，2011年第4期， 17-20.
[10]冯志根.半潜船船型特点及其发展前景[J].上海造船，2006（1）.
[11] 陈俊，任世贵. 50000DWT半潜船压载系统设计[J].船舶设计通讯，2016年S2期，72-76+82.
摘要：作为新一代大型半潜船，50000吨级半潜船具有超强的载货能力，操作也十分的灵活方便，而且非常安全环保。因为半潜船的特殊用途，使电力推进比传统的柴油机更具有竞争力。本文首先介绍了50000吨级半潜船的基础信息，详细阐述了其电力推进系统设计，根据该船型的使用特点，分析了尚且存在的不足并给出了合理的改进建议。
关键词：50000吨；半潜船；电力推进系统；合理建议
中图分类号：U665.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）2-0054-02
全球石油消费的迅速增长，油价的不断攀升，深海油气工程的发展，油气生产设备、钻井平台等相关设备的运输需求与日俱增，这些现实问题的出现就促进了海上运输行业的发展。半潜船（Semi-submersible Heavy Lift Vessel）因为自身高效安全的特点，顺理成章地成为运输这些价值高、种类特殊货物的不二之选。
在近十几年的时间里，船舶电力推进在机动性、可靠性、运行效率、推进功率等方面都有了突破性的进展，成为柴油机直接带动螺旋桨推进方式的强有力的竞争者。半潜船正是应用了电力推进技术。
本文以50000吨级半潜船为例，详细阐述了其电力推进系统设計，为了半潜船的未来发展，提出了合理的建议。
1 50000吨级半潜船
50000吨级半潜船特殊的货物装载方式决定了其独特的船型及主尺度参数。就船体本身而言，除了载重量以外，对甲板面积也有要求。以“祥瑞口”号50000吨级半潜船为例，其拥有7000多平方米的装货甲板总面积，可下潜至26米，能够托起5万吨重、25米高的钻井平台，全球90%以上的石油钻井平台和大型海洋工程产品均可以利用其承运。
2 电力推进系统
母型船采用6600V中压给两台电力推进马达供电，两个推动船舶的定距桨由变频器驱动。因为采用了电力推进系统和入级RPS附加标志的原因，该船型的推进系统需要进行设计。
2.1配电系统
2.1.1电制
该船型采用的主电源规格为：AC6600V，60Hz，3PH，与此同时还包括常规使用低压的AC450V，60Hz；AC230V，60Hz低压电源和直流24V电源。
2.1.2发电机
该船型共配备有四台主发电机、一台辅助/停泊发电机和一台应急发电机。四台4341kVA（3690kW），AC6600V，60Hz，3PH中压发电机组用作主电源，给电力推进马达和包括两台侧推、四台排压载空压机在内的大功率设备进行供电，并且在经过两台2200 kVA，6.6/0.45kV的配电变压器变压后，供电给辅助设备以及船上的其他用电设备。
在船舶处于停泊的状态时，船舶对功率的需求较低，这个时候辅助/停泊发电机运行并充当主电源，通过450V汇流排为船舶提供日常生活用电。
船舶的应急电站采用的是一台AC450V，60Hz，3 PH，额定功率为400kW的应急发电机。在主电站失电的情况下自主启动，利用应急配电板供电给船上的相关设备。
2.1.3配电板
该船型用于全船供电的配电板包括两段（20+2屏）中压（6600V）和两段（23屏）低压（450V及230V）。除此之外，厨房配备有独立的变压器供电，这样做是为了隔离厨房设备和整个电网，以此避免厨房设备的低绝缘给全船电网造成不必要的影响。
2.2RPS附加标志的电力推进系统设计
RPS定义为水密舱壁分隔的冗余推进船舶，是挪威船级社（DET NORSKE VERITAS，DNV）的一个入级附加符号，RPS对船舶的推进系统提出了系统备份的要求。在无论发生什么故障致使单边不能运行的情况下，船舶照旧可以以操舵速度运行，并且推进功率不低于50%，为了满足要求就要配置两套或两套以上的推进系统。以此类推，船舶的控制功能也要进行必要的冗余设计，并且两套系统之间必须要有隔离。
2.2.1配电系统设计
该船型要求具有不低于两套的独立推进系统，并且要确保两套功能被可靠地彼此隔离。在50000吨级半潜船中，压配电板、推进变频器、450 V及230 V低压主配电板等有关于推进系统的电气设备，包括服务于主发电机和主推进马达的辅助设备在内，都要依据要求配备双份。
6600 V中压配电板、450V配电板、马达起动屏以及230V配电板均配备两套，成左右对称分布，两部分的连接利用了联络开关。两侧的配电设备可以说是做到了完全对称（岸电箱与货物供电箱除外）。两侧的6600V中压配电板分别供电给对应侧的推进变压器，通过推进变频器驱动额定功率为5250 kW的推进马达。450 V及230 V配电板为同一侧的辅助机械供电，且为对同一侧的主机服务。这样的系统配置基本上能够满足RPS对推进部分冗余的设计要求，任何设备出现故障导致单边无法运行时，都避免了另外一侧受到不必要的影响，这就保证了不低于50%的推进功率。
利用各自的6600/450V变压器，两个6600V中压配电板连接到对应的450V主配电板，一般情况下，两个6600/450 V变压器有明确的分工，一个使用一个备用。如果发生故障，两个变压器会自动转换。推进马达的额定功率是5250 kW，根据RPS的要求，在单边发生故障，单边运行的情况下，两台发电机为同一侧的推进马达进行供电，综合考虑，每侧均采用24脉冲变频器控制推进器。
2.2.2推进控制系统设计
RPS对其控制功能也提出了冗余要求。推进设备包括：①两台5250kW推进电机；②四台3300kVA推进变压器；③两台7000kVAACS6000变频器；④两台PCU推进控制装置；⑤两台刹车电阻器。其控制被分为左和右两个推进器控制。
3半潜船电力推进系统的问题与对策
虽然50000万吨级半潜船采用中压供电，配电板成本和系统短路电流等级都得以降低，这样做的优点是既节省了电缆，又提高了系统安全可靠性，但是，有利就有弊。众所周知，中压系统对系统安全有较高的要求，这就对系统接地方式的设计提出了要求。综合考虑，虽然中点接地方式技术简单，但是弧光接地有引起较高过电压的隐患。如果采用直接接方案，过电压能够被控制在安全范围内，但是过大的短路电流也会对系统安全造成威胁。相比较而言，中点经电阻接地因为自身的优点，更适合应用于50000万吨级半潜船电力推进系统，这是因为中点经电阻接地能够使电弧接地过电压的危险降低，对比于直接接地，中点经电阻接地电流小，而且有良好的系统工作连续性，同时对通信有较少的干扰。
作为还没有广泛普及的新型的推进方式，电力推进技术本身仍然存在许多问题。如大功率电机带动螺旋桨的电力推进技术多年来一直由欧洲厂家垄断，这无疑也增加了维护保养的难度。相信随着我国电机行业的迅猛发展，一切问题都会迎刃而解。
参考文献：
[1] 焦宇清.50000 DWT半潛船总体设计综述[J]. 船舶设计通讯，2009年12月第 3 期（总第122期），51-57.
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[6]蔡睿眸. 18000 t半潜船设计建造简介[J].船舶设计通讯，2006年6月第l期（总第113期），11-14.
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[10]冯志根.半潜船船型特点及其发展前景[J].上海造船，2006（1）.
[11] 陈俊，任世贵. 50000DWT半潜船压载系统设计[J].船舶设计通讯，2016年S2期，72-76+82.
