某游船电力推进系统方案设计

V01．29No．92009．9 船电技术2009年第9期 某游船电力推进系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 黄鹏蔡鸿武柯常国 黎波 (中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉430064) 摘要：随着电力推进技术的发展，电力推进应用日趋广泛。本文首先概要的介绍了某游船电力推进系统的系统 方案，然后针对各分系统设备，如柴油发电机组、主配电板、推进系统、控制系统各种参数确定、选型设计进行 了详尽的介绍。 关键词：电力推进小水线面双体船功率管理系统(PMS)可编程控制器(PLC)操作员面板(OP) 中图分类号：U664．14 文献标识码：A 文章编号：1003．4862(2009)09．0001．05 DesignofElectricPropulsionSystemofaYacht HuangPeng，CaiHongwu，KeChangguo，LiBo (WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，CSIC，Wuhan430064。China) Abstract：聊琥therapiddevelopmentofelectricpropulsionwchnology,moreandmoreapplicationsofelectric propulsionhavebeencarriedout．Firstly,历括articlegivesabriefoverallintroductionofthedesignofelectric propulsionsystemofayacht,thendescribesalltheequipmeritsofeverysubsystemindetail,suchasgenerator sets,舢玩swi幻hboards,propulsionsystem,controlsystemetc． Keywords：ElectricPropulsion；SmallWater-PlaneAreaTwinHull(SWATH)；PowerManagementSystem(PMS)； ProgrammableLogicController(PLc)：OperatorPanel(OP) 1引言 随着电力半导体技术、电子控制技术的迅速发 展，交流电机变频调速技术的应用日趋广泛，舰船 电力推进系统研究和应用逐渐成熟。船舶电力推进 系统在机动性、可靠性、运行效率、布置灵活性、 经济性、易于使用维护等方面的巨大优势，特别是 一些 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 船、豪华游船、油轮等广泛地采用电力推 进。 小水线面双体船(SmallWater-PlaneAreaTwin Hull，缩写为SWATH)作为一种高性能的双体船， 具有广泛的应用前景。小水线面双体船借助于两个 潜入水下的鱼雷状浮体通过若干个流线型支柱来 支撑水面上方的主船体，其水线面积是很狭小的， 仅相当于同等排水量常规单体船的四分之一左右。 因此具有较好的快速性、优良的耐波性、杰出的可 布置性以及良好的稳性等优点。 某游船对于机动性、运行经济性和舒适性有很 高的要求，船型采用小水线面双体船。 对于小水线面双体船，片体内空间有限，若采 用直接推进方式，庞大的主机(可能还带有轴带发 电机以及齿轮箱)在狭小的片体内，布置非常困难。 所以本船采用电力推进，在片体内布置推进电动机 驱动全回转舵桨装置。 船型参数如下： 收稿日期：2009．08．03 作者简介：黄鹏(1969．)，男，高级工程师，研究方向：质量管理。 总长(m) 76 水线长(m) 64．5 总宽(m) 26 片体宽(m) 8．5 万方数据 船电技术2009年第9期 V01．29No．92009．9 片体中心距(m) 17．5 型深(m) 6．1 设计吃水(m) 3 排水量(t) 2066 设计航速(k11) 11．5 额定乘员(P) 800 船员定额(P) 50 2系统方案 某游船综合电力推进系统单线图如图1所示。 主要包括供电分系统、推进分系统、功率管理系统 (PowerManagementSystem，PMS)、控制系统组 成。 供电分系统采用2台500kW柴油发电机组 (G1、G4)、2台760kW柴油发电机组(G2、G3)、 400V主配电板2套(MSBl、MSB2)，分布在两舷 布置，两舷配有母联开关可实现两舷并联运行或单 独运行。 推进系统由2台推进变压器(1000kVA)、2台 推进变频器(含制动单元和制动电阻)、2台推进电 机(750kW)组成、驱动2套全回转舵桨装置。 3供电分系统方案 3．1电压等级确定 ‘ 供电分系统电压等级的选择是一个全船性的 重要参数，受发电机功率及数量、用电负荷的性质、 负荷类型及数量而影响，需通过短路电流计算、系 统容量的计算、开关选型估价、机组选型估价、电 缆选型估价、日用配电变压器选型估价，在几种方 案之间进行经济性、安全性比较后再作出合理的选 择。 图1单线图 由于本船供电系统容量不大，总容量2520kW， 电压等级可以确定在400V或者690V，根据短路 电流计算，并综合考虑经济性及其他负荷情况，电 网电压等级选择在 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的400V。这样，本船的其 他日用负载可以从主配电板直接取电，若采用690V 电压等级，则需要配置两台日用降压变压器(一用 一备)，配电板也因为电压等级增加需要增加相应 开关控制屏，变得复杂且不经济。 3．2发电机组 机组选型与配置受船舶电力系统的运行工况 和负荷有关，根据总体所提供的用电负荷表，优化 2 机组配置，确保机组运行的经济性和合理性，尽量 让工作机组运行于效率较高的负荷率上，一般是 65--一90％。电力推进船舶，在航行工况或进出港工 况时，根据操作情况，推进电机的功率变化范围较 大，变化频繁，从而要求并联运行的发电机的柴油 机组有较好的调速特性。本船采用两大两小4台l司 系列的发电机组，在特性上比较接近，再加上PMS 的协调控制，可以确保本船供电分系统的稳定运 行，最大限度的避免“黑船”(BLACKOUT)事故的 发生。 最终的机组配置：G1、G4为500kw机组，型 万方数据 V01．29No．92009．9 船电技术2009年第9期 号为CCFJ760JWS，G2、G3为760kW机组，型号 为1FC6408—4SA，转速为1500rpm，额定电压400 V，功率因数0．8(滞后)，G1、G4额定电流902A， G2、G3额定电流1371A。 3．3主配电板 ’主配电板是连接发电系统与用电负载的桥梁： 主配电板配合PMS完成发电系统的管理运行，完 成系统用电设备供电管理、保护。 主配电板分为左舷主配电板和右舷主配电板， 这样做是为了满足船上对冗余的要求，根据发电机 组的分布式布局将主配电板分为两个区。根据船级 社规范要求，任何电力推进船舶必须能忍受任何一 部分失效所产生的后果，例如出现一个母排短路 时。而且，这样设计对于防水和防火问题同样重要， 可以很方便的隔离故障区(或者进水区、失火区)， 避免“黑船”事故。 其中左舷主配电板MSBl包括1号联络开关及 变压器供电屏、1号400V负载屏、3号400V负载 屏、1号发电机屏、3号发电机屏、l号推进器负载 屏。右舷主配电板包括2号联络开关及岸电屏、2 号400V负载屏、4号400V负载屏、2号发电机屏、 并车及功率管理屏、4号发电机屏、2号推进器负 载屏、1号230V负载屏、2号230V负载屏。 主断路器均采用西门子的3WL系列产品，具 体开关选型如下表1： 表1开关选型配置表 4推进分系统方案 考虑谐波因素，需要配置三绕组的推进变压器 进行移相，通过抵消谐波电流从而降低注入电网的 畸变电流。 因此有推进变压器的存在，推进系统的电压等 级选择可灵活根据电动机、变频器的选型情况来确 定，最后由推进变压器实现任意升压或降压。 4．1推进变压器 采用电力推进的船舶缺点之一是电力系统中 有较大的谐波污染，而且，已经有实船发生，因为 谐波污染，导致雷达等通讯设备不能正常工作。根 据船级社要求，总谐波失真(THD)电压不大于5％， 单次谐波电压不大于3％。对于电力推进舰船的谐 波抑制，较为有效可行的目前有三个：办法一是降 低发电机组的超瞬变电抗(Xd”)，但是降低超瞬变 电抗对发电机来说成本上升，而且会导致短路电流 的上升，开关容量需要变大，二者之间如何取舍， 需要综合考虑。办法二在推进系统上考虑，采用移 相变压器，形成12脉冲或者24脉冲整流。办法三 是加装滤波器，有针对性的滤去某些较大的单次谐 波。 本船推进变压器采用12脉冲整流变压器。每 套推进变压器均有两套三相次级绕组。在每套变压 器的二套次级绕组中，各对应绕组之间存在着30 度电位移，在交流400V电网上形成12脉冲整流 回路。一套变压器的原级绕组具有约+7．5。电角度偏 移，而第二套变压器的原级绕组则具有约一7．5。电角 度偏移。当两套变压器同时工作时，便在交流400V 电网上形成了24脉冲整流回路。当两台主推进电 动机带有相同的负载时，虚拟24脉冲整流回路处 于最佳的工作状态。 4．2变频器及电机 变频器是电力推进系统中的重要设备，是推进 电机的工作电源。本船选择西门子SINAMICSG150 系列风冷变频器。 SINAMICSG150是西门子新一代变频器 SINAMICS家族中的一员，2004年开始在中国销 售，它不仅继承了MasterDrive的特点，而且具有 3 万方数据 船电技术2009年第3期 V01．29No．32009．3 自身的优点，将全面取代MaserDrive。G150是高 品质单机传动变频器，进线电压分为380～480V时， 功率范围110～900kW，进线电压分为500。600V 时，功率范围110～1000kW，进线电压分为660～690 V时，功率范围75～1500kW，控制方式为矢量控 制。 G150具有丰富的客户端子，包括8个数字量 输入(DI)，4个双向输入／输出(DI／DO)，2点继电 器输出(Do)，2个模拟差分输入(AI)，2个模拟输 出(AO)，1个KTY84温度传感器或PTC敏电阻， ±10V辅助电源用于模拟给定输入，24v辅助电源 用于数字量输入，所有的DI／DO，AUAO都可以 自由编程定义功能。与MasterDrive不同，G150的 客户端子，不在控制板上，而是在客户端子板TM31 上。当有端子损坏时，只须更换TM3l，节约了维 修成本。 ’ PROFIBUS接口是G150的标准配置，无需选 件。通过PROFIBUS可以将G150连接到更高层的 自动化系统。通过PROFIBUS可以与调试软件 Starter连接，便于调试和存储参数。 电机选用西门子N—compact系列低压鼠笼异步 4 电动机，比起1LA6系列电机不仅技术上极其优化， 效率更高，更节能，噪声更低。冷却方式为筋冷和 轴流风机冷却，设计有适合空气动力学的散热筋以 及机座内双循环冷却通道，使电机具有足够的通风 效能，同时有效地使定子温升均匀分布，使用寿命 更长。该电机采用特殊的定子绕组和轴承绝缘，可 以承受变频器产生的谐波及很高dv／dt带来的影响， 这样町以减少电抗器及滤波器的配置。 5 PMS及控制方案 5．1组成以及功能 PMS及控制系统设备组成和控制对象如图2所 示。控制系统设备主要有就地控制箱、集控台监视 面板(MP)、驾控台推进控制组件。其中就地控制 箱就近安装于电动机旁，实现就地的电机启动、停 止、调速功能，采用S7—300作为主控制器。集控台 监视面板为西门予操作面板(0P)，安装于集控室， 可对整个电力推进系统设备进行监视。驾控台推进 控制组件安装于驾控台，实现电机启动、停止、调 速功能的遥控，实现推进控制及指示、操作位置指 示、安全保护、故障报警指示及操作。 图2设备组成和控制对象 PMS核心设备为西门子s7—300以及操作面板5．2功率管理功能 (oP)，安装于主配电板。PMS最重要的功能是在任何时候都能提供足 万方数据 V01．29No．92009．9 船电技术2009年第9期 够的电能。PMS能在不同的运行工况下，自动处理 电能的分配。PMS根据功率的需求对每台柴油发 电机组进行监控并协调各柴油发电机组的工作，对 发电系统进行故障报警和处理，为电力推进系统及 其他用电设备提供可靠、稳定及优化配置的电力能 源。在发电系统出现故障时，PMS能采取相应的措 施，尽可能保证对负载的连续供电，避免“黑船” (BLACKOuT)，确保船舶的安全性。 电力系统重要参数的实时监控是实现PMS功 能的前提保障。PMS可以根据电网的运行状况、每 台发电机组的运行情况，动态调整对机组的控制指 令。 本系统提供功率管理功能： (1)自动并车、自动调频调载、自动负荷分配。 (2)保护及报警功能。 (3)推进功率限制。 (4)柴油发电机组监控。 (5)发电机组起、停序列设定功能。 本船电力推进系统方案是在前期进行诸多论 证计算工作的基础上完成，本方案综合考虑性能、 经济性，设计方案合理可行，本船采用电力推进作 为推进方式，机动性、总体布局灵活性优势明显， 受到船东和总体所的好评。 参考文献： 【2】 【3】 【4】 6结束语 ‘51 [海装动态] DamirRadan．IntegratedControlofMarineElectrical PowerSystems，THESISFORTHEDEGREEOF PHILOSOPHIAEDOCTOR．DepartmentofMarine Technology,NorwegianUniversityof Scienceand Technology,2008，2． 葛纬祯，石理国．小水线面船的开发与应用，中国海洋 平台，2002． AIfKare／kdnanes．MaritimeElectricalInstallationsAnd DieselElectricPropulsion，ABBASMarine，2003，4． 云俊峰，黄仁和，赵建华．现代舰船电力推进设计走向， 舰船科学技术，2003，1． 孙诗南．船舶电力系统研究与设计，国防工业出版社， 1990． ·法国DCNS公司准备与希腊谈判出售 FREMM护卫舰 据法国航宇防务网3月26日报道，DCNS公司 销售与市场负责人3月24日表示，DCNS公司准备 与希腊正式开始谈判出售4或6艘FREMM多功能护 卫舰。公司希望谈判能很快结束。 FREMM护卫舰排水量约6000吨，由法国和意大 利联合研制。该负责人没有透露价格细节，估计大 约5亿欧元(6．78亿美元)。但金融危机对希腊经 济冲击很大，政府已很难为原 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 购买的舰艇和战 机拨款。 法国版FREMM护卫舰是在击败包括意大利版 FREMM护卫舰在内的多家公司产品后，赢得与希腊 谈判机会的。DCNS公司希望欧洲导弹制造商MBDA 为法国版FREMM护卫舰提供装备。意大利版FREMM 护卫舰的作战管理系统与法国不同。 DCNS公司与希腊当地的埃莱夫西斯船厂有合 作 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，去年又在雅典开设了办公场所。 1月份，希腊国防部长万盖利斯·梅伊马拉基斯 称，政府已经正式同意开启双边谈判，商讨从法国 购买6艘FREMM护卫舰和15架“超级美洲狮”搜 救直升机。 此前，德国造U-214常规潜艇在希腊服役时出 现困难。DCNS认为这有助于公司向巴基斯坦推销自 己的产品。 路透社1月22日报道，希腊国防部长称由于 技术问题，希腊正试图与德国重新谈判德国造常规 潜艇的合同。希腊与德国原先签订了4艘潜艇价值 约40亿欧元的合同，其中3艘尚未交付。 希腊出现的问题可能会使巴基斯坦重新考虑 原先制定的从德国购买214潜艇的计划，这为DCNS 公司推销“马林鱼”潜艇留下了机会。 为巴基斯坦海军建造的最后3艘“奥古斯塔 90”潜艇去年9月份下水。这3艘潜艇都装备了AIP 系统，此前2艘也已经过改装配备了AIP系统。保 源：中国船舶信息中心g强) 5 万方数据 某游船电力推进系统方案设计 作者： 黄鹏， 蔡鸿武， 柯常国， 黎波， Huang Peng， Cai Hongwu， Ke Changguo， Li Bo 作者单位： 中国船舶重工集团公司第712研究所 刊名： 船电技术 英文刊名： MARINE ELECTRIC & ELECTRONIC ENGINEERING 年，卷(期)： 2009，29(9) 引用次数： 0次 参考文献(5条) 1.Damir Radan Integrated Control of Marine Electrical Power Systems 2008 2.葛纬祯.石理国 小水线面船的开发与应用 2002 3.Alf Kare Adnanes Maritime Electrical Installations And Diesel Electric Propulsion 2003(4) 4.云俊峰.黄仁和.赵建华 现代舰船电力推进设计走向 2003(1) 5.孙诗南 船舶电力系统研究与设计 1990 相似文献(2条) 1.期刊论文 郑炜 某小水线面双体船综合电力推进系统设计 -船电技术2003,23(6) 电力推进已经成为当今船舶推进的热门话题,本文通过对某试验船电力推进系统的组成的初步探讨,对电力推进系统设计中将要遇到的谐波干扰、制 动方式以及冷却等问题进行了分析,并且提出了解决的办法. 2.期刊论文 邓林.印德武.李明.Deng Lin.Yin De-wu.Li Ming 综合电力系统在舰船上的应用 -中国舰船研究 2007,2(4) 综合电力系统的显著特点就是采用电力推进取代常规动力推进.在小水线面双体船上采用综合电力系统是将原动机与螺旋桨的硬连接改变为柔性连接 ,达到推进轴系优化布置.介绍综合电力系统在舰船上系统组成情况,分析整个系统的主要功能以及组成该系统的柴油发电机组、配电板、推进变压器等主 要设备的功能,论述基于网络、计算机和控制技术的监控系统的设计与前景. 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_chuandjs200909001.aspx 下载时间：2010年1月16日