2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型配電系統(tǒng)優(yōu)化方案

（中船黃埔文沖船舶有限公司 廣州510727）

引 言

據(jù)信德海事網(wǎng)有關(guān)消息顯示，2017年海鮮產(chǎn)品海運(yùn)總量增長5%，冷藏集裝箱船海運(yùn)總量增長8%，越來越多的水果貿(mào)易商等都越來越多地依賴全冷藏集裝箱船；隨著2020年限硫新規(guī)的生效，許多老舊以及耗油量高的傳統(tǒng)冷藏船舶將會(huì)被送拆；2018年冷藏貨物海運(yùn)業(yè)的新發(fā)展表明，市場正在進(jìn)一步偏向與投資冷藏集裝箱市場；馬士基航運(yùn)以及旗下的漢堡南美、Great White Fleet、水果貿(mào)易商Del Monte等行業(yè)巨頭紛紛開始部署冷藏箱高比重的航線［1］。這些信息無不表明，冷藏貨物海運(yùn)模式已從專業(yè)冷藏船隊(duì)向冷藏集裝箱轉(zhuǎn)變，新造集裝箱船搭載高箱位冷藏箱的能力將越來越受到重視。［1］

隨著冷藏箱數(shù)的不斷增加，對(duì)船舶電站的容量需求也越來越大，這是對(duì)一次系統(tǒng)負(fù)荷開關(guān)的短路分段能力的考驗(yàn)，普通分段等級(jí)的開關(guān)已經(jīng)無法適應(yīng)電站的需求，必須采用較高甚至最高分段等級(jí)的開關(guān)才能滿足設(shè)計(jì)需要［2-3］。更高的分段能力預(yù)示著更高的價(jià)格，如何順應(yīng)電站的需求，通過合理的方案配置，設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)合理的方案，是需要我們研究和考慮的事情。

12500標(biāo)準(zhǔn)箱船型短路電流分析

2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型配置2194.5 kW發(fā)電機(jī)2臺(tái)，1425 kW發(fā)電機(jī)2臺(tái)，裝載冷藏箱數(shù)為530箱， 根據(jù)船舶負(fù)荷建立短路電流計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 短路電流計(jì)算模型

根據(jù)上述模型計(jì)算出各采樣點(diǎn)短路電流（如下頁表1所示）。通過該數(shù)據(jù)分析可知，安裝的主配電板內(nèi)的一次AC 440 V負(fù)載，由于短路電流過高，需要采用具有最高短路分?jǐn)嗄芰Φ腣級(jí)開關(guān)，短路分?jǐn)嗄芰?80 kA（見A6～A9及B采樣點(diǎn)），而安裝在分電箱內(nèi)的二次AC 440 V負(fù)載，由于短路電流大大降低的原因，則可以采用具有較低分?jǐn)嗄芰Φ腘級(jí)開關(guān)，短路分?jǐn)嗄芰?0 kA（見F1～F5采樣點(diǎn)）。以ABB插入式塑殼斷路器為例，同為250 A框架等級(jí)的斷路器，一個(gè)V級(jí)開關(guān)比一個(gè)N級(jí)開關(guān)約貴4000元人民幣，如何根據(jù)實(shí)際配電需求有效調(diào)整一次、二次系統(tǒng)的配電負(fù)荷，將直接影響整個(gè)配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本。

2 配電優(yōu)化方案

2.1 一次、二次系統(tǒng)負(fù)荷分配

根據(jù)上述短路電流分析，2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型一次系統(tǒng)必須采用V級(jí)分?jǐn)嗄芰Φ拈_關(guān)，以某品牌開關(guān)為例，其V級(jí)分?jǐn)嗄芰﹂_關(guān)最小的框架電流為250 A，因此二次系統(tǒng)的分電箱需在綜合考慮負(fù)荷類型的基礎(chǔ)上，盡量將單個(gè)分電箱的總負(fù)荷向250 A靠攏，以達(dá)到盡量減少開關(guān)使用量、減少成本支出的目的。

2.2 冷藏箱負(fù)荷分配

2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型需配置2臺(tái)總?cè)萘繛?300 kVA的冷藏變壓器，根據(jù)計(jì)算該部分總負(fù)荷約為8316 A。為確保相應(yīng)的配電方案具有較高的經(jīng)濟(jì)性能，在優(yōu)化方案中將采用不對(duì)等式配電模式，即靠近配電板的左舷配備較高容量的冷藏變壓器，容量約為3450 kVA；距離配電板較遠(yuǎn)的右舷將配備容量稍低的冷藏變壓器，容量約為2850 kVA。這樣不但可達(dá)到降低電纜用量的目的，配電板內(nèi)部的負(fù)荷開關(guān)也可由2個(gè)V級(jí)5000 A空氣開關(guān)改為1個(gè)V級(jí)4000 A和1個(gè)V級(jí)5000 A空氣開關(guān)，經(jīng)濟(jì)性能顯著。

表1 采樣點(diǎn)短路電流計(jì)算結(jié)果

2.3 配電板各負(fù)荷開關(guān)的精細(xì)布置

如何將配電板上各設(shè)備負(fù)荷開關(guān)的安裝位置與該設(shè)備在船上的實(shí)際位置聯(lián)系起來，這看似簡單的細(xì)節(jié)，但把握好了就能帶來意想不到的經(jīng)濟(jì)成果和施工便利。

2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型配置一臺(tái)1100 kW的艏側(cè)推器，按容量計(jì)算，該側(cè)推器需要采用8根3×120的動(dòng)力電纜，數(shù)量多且價(jià)格高。設(shè)備安裝在艏側(cè)推器艙，相應(yīng)的，在優(yōu)化方案中將艏側(cè)推器的配電開關(guān)設(shè)置在配電板更靠近艏部的P16屏。

2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型的岸電箱容量需要800 A，較一般集裝箱船型容量更大。按容量計(jì)算，需要采用4根3×120的動(dòng)力電纜。岸電箱安裝在艉樓甲板電氣設(shè)備間，相應(yīng)的，在優(yōu)化方案中將岸電的配電開關(guān)設(shè)置在配電板更靠近艉部的P6屏。

常規(guī)船型中，通常將AC 220 V負(fù)載屏放置在正面對(duì)配電板右側(cè)的位置（一般為P21-P22屏），2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型中，綜合考慮了上建主干通道的位置，在優(yōu)化方案中將AC 220 V負(fù)載屏調(diào)整到更靠近艉部的P1-P2屏。

2.4 照明系統(tǒng)配電的精細(xì)策劃

照明系統(tǒng)原理不難，但一套能經(jīng)受各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考核的優(yōu)秀照明系統(tǒng)卻需要從整體配電方案出發(fā)，綜合考慮全船的設(shè)備布置和艙室結(jié)構(gòu)才能達(dá)成。2500標(biāo)準(zhǔn)箱配電方案精細(xì)策劃了每一個(gè)電箱的配電范圍和開關(guān)數(shù)量，通過物盡所用的原則，將照明系統(tǒng)電箱和開關(guān)的用量控制到最小的范圍。

2500標(biāo)準(zhǔn)箱船型配電優(yōu)化方案單線圖如圖2所示。

圖22500標(biāo)準(zhǔn)箱船型配電系統(tǒng)優(yōu)化方案單線圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

冷藏變壓器的ACB選型，是2500標(biāo)準(zhǔn)箱配電系統(tǒng)優(yōu)化方案的最大亮點(diǎn)。根據(jù)上述短路電流計(jì)算結(jié)構(gòu)和冷藏部分負(fù)荷不對(duì)等式配電模式，對(duì)冷藏變壓器ACB的選型結(jié)果參見圖3。

圖3 冷藏變壓器ACB選型及官方公布價(jià)

配電板AC 440 V負(fù)荷開關(guān)屏 & ACA 220 V負(fù)荷開關(guān)屏如圖4所示。

4 方案對(duì)比

2500標(biāo)準(zhǔn)箱船按船舶實(shí)際負(fù)荷優(yōu)化后的配電優(yōu)化方案與原初始配電方案比較，具有非常明顯的性能-成本最優(yōu)化效益，且有效提高了施工維護(hù)便利性，詳細(xì)對(duì)比情況見表2。

圖4 AC 440 V負(fù)荷開關(guān)屏& AC 220 V負(fù)荷開關(guān)屏

表2 配電優(yōu)化方案與原初始配電方案對(duì)比表

5 結(jié) 語

在整個(gè)配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，我們結(jié)合以往建造集裝箱船的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，收集主流開關(guān)品牌不同分配等級(jí)開關(guān)的價(jià)格成本，對(duì)系統(tǒng)配置的最優(yōu)方案進(jìn)行比對(duì)，通過設(shè)計(jì)人員不懈地努力，不斷與設(shè)計(jì)公司、廠家聯(lián)系、溝通，最終完成了相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。希望在今后新船型的設(shè)計(jì)中得以探討和推廣。