工程船强电系统主配电板

摘要： 本文主要介绍大洋船厂所建造的GPA254系列船的强电系统主配电板。众所周知，船东在工程船上的特殊要求较多，而在此船上，船东要求安装四台功率为1825KW的主发电机；另外本船是近海工程船，船东要求主配电板的设计还必需满足失效模式及故障分析（FMEA）的要求。本文从主配电板的原理和设计上做一些说明。

关键词：主配电板MSB

应急配电板ESB

0 引言

配电板向船舶上所有的电气设备提供足够的工作能源，以保证船舶的正常航行和船上人员的日常生活用电，是非常重要的一项设备。

主配电板一旦出现故障，将会影响着船舶的安全航行。因此，大中型船舶除要求设置主配电板作为正常航行时的供电外，还需设置应急配电板。

配电板的自动化程度在不断提高，船东对船上人员的安全保护也在不断提高。在大洋船厂建造的GPA254上，船东为了避免部分发电机损坏后，对船舶及船员造成不利影响，船东特意在此船上加装了一台相同功率的主发电机。

此发电机的控制原理在设计阶段就颇费周折，由于本船功率大的用电设备较多，船舶将来的工作环境要求高。船东的当时想法是：当有一台主发电机出现故障时，第四台发电机能随时被起动，尽量不影响其它的设备的使用。而且，此船的配电板设计必需满足FMEA（失效模式和故障分析）的要求。

GPA254为电力推进船，四台主发；三台艉推进器（其中左右两台推进器可360度旋转）；艏部有二台艏侧推。本船上的推进系统，DP系统，监测系统，通讯导航系统等之间联系非常密切．在这种配置下，本船对电站的要求非常的高。

1．主配电板设计要求

1．1．主配电板的组成：

由于全船的功率都从主配电板上的汇排上出去，因此主配电板的单线图设计必需清晰明确符合它的特殊要求。船舶主配电板按其在船舶上所起的作用一般可分为发电机屏、并车屏、负载屏和岸电屏四类。其应用说明如下：

1) 发电机控制屏 每一台发电机一般均应有一个独立控制屏,以便对发电机进行控制、监视和调整。每台发电机的功率为1825KW，每台发电机一个控制屏。另，由于此船在很多方面的自动化程度相当高，在进入DP操作模式后，整条船会为了达到预先设计好的目的和方向，会自动起动、停止各个相关设备，船舶完全可以自由的在海上航行。为了对船的功能有所抑制，所以我们在发电机的起动上没有采用自动起动方式，而用的是手动起动。

2）并车屏 发电机作并联运行时，主配电板一般设有一个并车屏。而本船也是有一个单独的并车屏。

3）负载屏 该屏上装有各种规格的自动空气断路器，经此可供电给较重要的负载，如各种油泵、风机、对外消防泵、克令吊等，还可供电给照明等小型电力系统，有的大型配电板有几个负载屏。

4） 岸电屏 在大型船舶中，因引入岸电容量较大，故开关设备较大，并装有监测仪表、相序指示、逆功保护等环节。而此船的设备较多，没有足够的空间为它单独设一屏，只是设计了一屏的一部分给岸电箱。

本船的推进器是用750V直流推进器推进，所以在集控室里面除了有主配电板，还有艉进器，艏侧推推进器控制屏，可控硅整流器等。

1．2主配电板设计的方案：

此船在对主汇流排进行设计时，开始时曾提出来两种方案：

一．通过软件去控制，当已有三台发电机在运行时，第四台发电机的起动将被抑制，无论如何将不能被起动。

二．第四台发电机起动时，汇流排中间的连接开关BUSBAR LINK被自动切断。汇流排两端各自运行两台主发电机。

我们从主配电板单线图（图一）中可以看出，此船的主配板所负荷的设备较多，设备功率又较大，考虑到此船的自动定位的功能和FMEA（失效模式和故障分析）的要求。所以最终，我们选择了方案二。

从图一中不难看出，此单线图有一个较特殊的地方：此船上ESB的220Vac的设备从MSB上获得电源方式有两种：

一种是从变压器XF3获得（第一方式）；

另一种从MSB上的220Vac电源上直接获得（第二方式）。

这也主要是从它的冗余功能上考虑的。在做FMEA调试时，除非有其它特别的规定，一般地主配电板的单线图中各个设备的工作状态设置如下：

?DG1(1号发电机)、DG2和DG3、DG4在正常工作状态时。DG1、DG3为汇流排A提供电能；DG3、DG4为汇流排B提供电能。四台发电机同时工作时，中间的汇流排开关断开。

?480V MSB 汇流排 处于断开状态。汇流排A、B之间靠汇流排开关（并车装置）连接，而正常的DP操作模式下，此开关处于断开状态。

?220Vac ESB 应急汇流排开关处于打开状态。当从MSB到ESB的开关或XF3失效，此开关会自动合上。

?ESB 中220Vac 第一电源由变压器XF3获得；

?应急发电机两开关处于自动转换模式。

?为了满足本船的FMEA要求，此船每台发电机均带一套蓄电池；一套充放电板。尽量保证每台发电机的起动不受其它因素的影响。

从图一中可以看出，汇流排A为左推进电机（T3）、中推进电机（T4）、前艏侧推（T1）、及左变压器XF1、各种组合起动屏、风机供电。由于在前面的主配电板单线图里已经介绍了各个较大设备的功率，细心的人可以看出在DP状态和FIFI状态下，DG1和DG3的总功率根本就不够使用。当然我们是从软件抑制上来避免这种情况的。

汇流排B为右推进电机（T5）、后艏侧推（T2）、应急配电板、及右变压器XF2、各种组合起动屏、风机供电等。

1．3 主配电板保护设计：

主配电板保护装置是指安装在主配电板上用来控制主开关的装置，在正常情况下，发电机的电能是通过配电板上的三相主开关的闭合来送至配电板的汇流排的。当电力系统出现负载加重或短路等不正常的情况时，保护装置立即开始动作，断主开关，以避免发电机超负荷运行。主开关一般采用的是自动空气断路器。为了保证柴油发电机的负荷试验正常进行，首先要做好主配电板保护装置的设计。

一． 过载保护

将保护装置整定在发电机额定电流的123%-135%，延时断电器调整在15-30秒，当电流超过整定值时保护装置开始动作。

二．失压保护

可利用空气断路器的低压脱扣线圈来完成。若发电机不能发电，则空气断路器便不能合闸；当电压降至额定电压的70%-85%时，应经系统选择性保护要求延时后，方能动作，一般整定在80%-70%之内。对于低于70%额定电压时作失压处理，瞬时动作的延时特性应与短路保护的延时特性相协调，具体要求可以按照发电机技术条件决定。当时此船上的发电机用的是康明斯发电机。

三． 逆功率保护

发电机是否出现逆功率由逆功率继电器检测。整定值一般按照发电机额定功率的8%-15%整定，延时时间调整在3-10秒，当逆功率超过整定值并持续时间较长时，保护装置开始动作。

四． 优先自动卸载

这是利用空气断路器的长延时继电器的动作特性来完成的。整定值为发电机额定功率的100%-110%，延时时间一般整定在10秒等，当发电机过载时，线圈开始动作，利用自动卸载或来保护发电机，使之能正常工作。

五．短路保护

它是利用过电流脱扣器的瞬时动作来实现发电机的短路，始动值为发电机机额定电流的200%-300%。由于动作时间太短，调试时通常采用模拟的方法。时间一般为0.12-0.43秒。

目前多使用的电子控制保护装置,可不必通过发电机运行来校验其保护功能,而是采用模拟试验法,即根据所使用的空气断路器所给出的参数,输入一个与故障信号相仿的电气信号,使保护装置动作,以检验整定时间的正确性.但是在GPA254上,主配电板厂家购买了和船上相同数量的发电机,各种实验都在他们厂里真实的进行.

1．4 主配电板连锁试验：

主配电板连锁，是为了防止给船舶供电的不同电源系统间出现电源短路、相序混乱及环流等故障而设置的互相制约的控制线路。一般地，在主配电板上设置的连锁如下：

1） 配电板上发电机主开关与岸电开关之间连锁

为了避免二者同时供电，它们之间必须要实现互锁。主开关合闸，岸电开关合闸机构失效；当发电机主开关断开时，岸电开关合闸机构恢复功能。

2）主发电机开关与应急配电板上的应急发电机主开关之间的连锁

当主配电板上发电机主开关断开，主配电板汇流失电，应急发电机自动启动后，应急配电板上的应急发电机主开关应在45秒内自动合闸供电。当主配电板恢复供电时，应急配电板上的应急发电机主开关应自动断开，并且合不上闸。

3）发电机主开关与发电机空间加热器开关之间的连锁

发电机为了内部防潮，通常采用加热电阻对发电机内部加热。当主配电板发电机开关断开时，加热器开关应自动合闸，接通发电机空间加热器的电源，对发电机内部加热。

2 主配电板的失效模式及故障分析（FMEA）：

我们为本船的设备做了一套非常先进的调试试验，主配电板FMEA试验。根据船东的特殊要求，设计公司为本船所有设备编写了非常完善的故障调试程序，其中有几条是为主配电板编写的。比如：

1）汇流排A失效故障分析；

2）汇流排B失效故障分析；

3）24V电源失效故障分析；

等等。

我们在调试阶段就为主配电板每一部分设备的失效后产生的后果进行了实际分析和调试。各种设备失效后，在调试程序书上需将船舶将产生的后果、下一步进行的动作、需要的解决方法表示出来。船员以后可以根据这个解决现场发生的问题。

由于主配电板必需满足FMEA的要求，而且本船又带DP功能。此船在DP状态下，一般设备都有被自动起动/停止的功能。所以主配电板与功率管理系统连系非常紧密。数据之间的连接有两条通道，一条主通道，一条备用通道。如果一条通道被损坏，另一通道自动投入到运行状态。这也是它们之间的冗余保护功能。每个设备的工作状态，每个发电机的工作状态，以及发电机的负荷状态随时被送往功率管理系统，功率管理系统对船体的运行状态进行总体分析，发出通知是否需要起动其它发电机或抑制其它设备的起动等等。

3．结语

主配电是船上及其重要的一项设备，它的原理和设计影响到全船的控制和安全。各个船东、船检、船厂都极其重视。本船经过各种较完善设计，各个用电设备在出现一些状况后，电能都能进行一些功率的自动分配和调整。达到了非常先进的水平。

作者介绍：唐莹毕业于南通航运职业技术学院，现工作于扬州大洋造船有限公司技术部

孔晶晶毕业于淮阴工学院，现工作于扬州大洋造船有限公司技术部

薛芳毕业于江苏科技大学，现工作于扬州大洋造船有限公司技术部

王逸英毕业于江苏科技大学，现工作于扬州大洋造船有限公司技术部