初探船舶电气设计的常见问题分析

【摘  要】造船业是一个技术、劳动高度密集的行业，近几年我国造船行业在技术层面上发展迅速，但是在经济层面上却处于下行状态，需要进一步分析、探究船舶电气设计相关问题，促进船舶制造业的“回暖”。本文在广泛调查研究船舶电气设计相关文献的基础上，深入分析了船舶电气设计常见问题，并在文中提出了相关的设计要点。

【关键词】电气设计;船舶制造;船舶电气系统

船舶设计是一个复杂的工作，其中涵盖多个学科的内容，涉及到不同专业的相互协作，然而目前在实际工作中，船舶电气设计的设计方法选择、设计方案确定、参数决策、设备选择均存在一定的问题，对船舶设计效率、效益造成了一定的影响。由此可见，亟需系统的梳理船舶电气设计常见问题，以为广大从业者的实际工作提供可靠的数据参考。

一、设计方法选用问题

船舶电气设计是一个不断完善的过程，大部分设计工作都是在原有设计方法的基础上去继承、完善，从而让设计方案更加合理、可靠、使用，以满足船舶使用者的实际需求。目前，大多数从业者都采用图纸绘制相对方便的CAD软件为主要设计工具，但是CAD软件的图形信息往往不直观，和数据库的相互关联较为模糊，而船舶电气设计工作往往“一动百动”，不合理的设计方法严重影响了船舶电气设计的效率、效益[1]。目前，国内船舶设计已经普遍开始应用Tribon、CADDS5时，船舶电气设计仍旧普遍使用CAD，但即便是Tribon、CADDS5，依舊只能够提供2d绘图功能，其中只涵盖少量的重量、材料、坐标、厂商、名称的信息，防护等级、功率等信息涵盖极少，远远不能够满足船舶电气设计的需求，尤其是近年来行业内关注度较高的智能船舶电气设计[2]。

由此可见，需要循序推进高质量的船舶电气设计，务必要选择合适的方法，同时要注意设计工作的组织，具体体现为：（1）制定标准化的任务，在船舶电气设计的过程中，基于此前的设计活动，设置需要生成何种结果的设计任务，以保证设计工作的循序推进;（2）根据船舶电气设计需求，制定详细的设计规范，确定各个专业设计相关参数的限制指标;（3）确定设计任务启动的必须条件，如任务、设计资料（说明书、规格图、系统图、布置图、计算书、材料表）等;（4）规范各设计人员在设计任务中的角色，详细划分设计人员的职能，如审定、审核、校验、设计等。另外，近年来，国内外学者已经针对CAD船舶电气设计开展了大量有关参数、数字方面的研究，并从不同方面提出了在CAD平台采用“参数化”设计的具体方法，如Aetive Automation技术等，这些技术可实现对CAD船舶电气图纸中电气设备标识的自动识别，这就提高了船舶电气设计图纸的可读性[3]。

二、电力负荷估算问题

船舶电气设计需要充分考虑到船舶的实际用途、船舶电气系统的功能、船舶电气系统的规模。在确定电站配置的阶段，就需要根据船舶特性、工况进行有效分类，然后判断船舶电气在不同工况以及不同载荷状态下的电力负荷系数，在对船舶用电负荷进行初步估算之后，便可以此为基础来确定设备的数量、功率、负荷率，并综合在不同条件下设备负荷率对发电机组功率的影响，一方面要保证负荷率的合理性;另一方面也要发电机组功率的合理性[4]。

电力负荷的估算切忌单方面考虑、片面设计，而是要在完善考虑的基础上，根据需求设置一定的冗余量。一般来说，在设计船舶电气系统的过程中，可通过增加发电机组的功率以及数量来提高冗余度，保证在损失任何一个舱室或者任何一个发电机组损坏的情况下，余下发电机组仍旧能够满足船舶的使用需求[5]。在对正常状态下船舶电力负荷以及各种不同工况下船舶电力负荷进行合理估算之后，还需要考虑到意外情况下的电力负荷。在这个阶段，不仅仅要考虑到辅助设备的故障，同时还要考虑到发电机组的损失，配电板单段的损失，根据单故障情况下的动力情况，准确确定辅助设备用电情况以及船舶推进器负荷，最终以最大的负荷参数来确定船舶中发电机组以及其他设备的数量。

三、机舱数量问题

在确定船舶电力总负荷之后，需要确定电机的数量以及容量，要求船舶在一个机舱失效的情况下，船舶电气系统仍旧能够支持船舶保持正常的状态，这和机舱数量的确定息息相关，因在出现单故障的情况下，发生故障的机舱发电机组必然全部不能正常工作，船舶的电站容量也会因此下降，由此对船舶的正常运作造成影响。

这里以16000t深水铺管起重船为例子，16000t深水铺管起重船在出现单故障的情况下，其总负荷约为73000kW，考虑到16000t深水铺管起重船所用单台发电机组功率的可选范围为5800kW-8700kW。那么16000t深水铺管起重船电气系统就可设置4个机舱，然后单台发电机组功率选择为7000kW，在出现单故障的情况下，1处机舱不能发挥作用，其余三个发电机组数量为11台，若发电机组负荷率90%，那么需要的发电机组数量就约为12台，每一个机舱需要设置4个发电机组，电气系统内设置16个发电机组。发电机组的数量以及发电机组的功率在确定之后，需根据实际情况，考虑到船舶电气系统的短路容量，保证断路器的断开保护能力以及配电板的电压能够满足短路时的安全需求。这里为提高船舶电气系统的安全性、可靠性，需保证设备存有一定量的裕度，并保证整个电气系统具有良好的经济性，将16个发电机组区分为两个不同的独立电网，确定电压等级为11kV，这种设置方式就能够让船舶短路容量需求降低一半，既提高了安全性，同时也提升了经济性[6]。

四、配电板汇流负荷校核

动力定位稳定，是船舶电气设计需要重点考虑的问题。因此，在设计的过程中，需要对配电板分区供电的汇流负荷进行准确的校核，这个时候不仅仅要校核在出现单故障后各个配电板负荷的合理性，同时还要校核在最大负荷情况下机组的负荷率，并判断负荷是否合理，一般可结合PMS进行调整。

这里仍旧以16000t深水铺管起重船电气系统设计为例子，考虑到在正常的工况条件下，单侧分区电站的配电板汇流负荷正常，所以无论是哪个分区的配电板汇流负荷出现问题，都不会导致出现过载、分闸的情况。若是出现故障，将PMS备用发电机投入使用，那么全船仍旧有13台发电机供电，可保证船舶依旧保持正常状态工作。值得注意的是，在设计的过程中，需要考虑到供电负荷的转换问题，保证独立分段在实际运作中不会出现过载的情况。

结束语

综上所述，船舶电气系统的设计不仅仅要选择合理的设计方法，合理规划设计任务，选择合适的设计规范，同时还要结合实际情况，考虑到船舶的实际用途。近年来，我国船舶电气设计朝着智能化、集成化、数字化的方向越发明显，广大从业者对此要有足够的认识，结合船舶电气系统设计中的常见问题，探究更高质量、高效率的设计方法。

参考文献：

[1]陈卫宝.极地航行船舶电气设计和设备配置特殊性研究[J].舰船科学技术，2017（10）.

[2]王桂兰.大型船用泵自动切换中电气控制故障排查系统的设计[J].舰船科学技术，2017（02）：175-177.

[3]李红梅，杨港，陈超艳，et al.关于船舶详细设计图纸设绘和送审影响因素的分析[J].中国造船，2017（58）：708.

[4]赵进，赵琳，鲍雷，et al.船舶电气设计常见问题分析与处理方法[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2017（1）：181-182.

[5]唐乾伟.引起船舶电气设备常见故障的因素[J].化工设计通讯，2017（3）.

[6]邹智曦，欧阳康百，姚刚.对船舶电气设计过程管控的研究[J].船舶标准化工程师，2018，51（05）：51-57.

（作者单位：中船澄西新荣船舶有限公司）

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