LNG船电气的可靠性设计-冗余技术

文 /上海高世迈船舶管理有限公司 戴明祥

按照系统可靠性设计原理，提高系统可靠性有两种方法：第一种方法是提高元件或单元的可靠性，选择高性能元件，降低元件的失效率，从而提高整个组成系统的可靠性；第二种方法是按照冗余技术进行系统设计，通过改变系统组成结构，以更安全、可靠的系统组成结构代替一般系统结构，从而提高系统运行的可靠性。本文以某LNG轮的电气设计为例，从冗余技术角度进行LNG船舶的电气系统设计方法分析，从而为全面了解、掌握LNG船舶电气系统可靠性设计思路和方法，熟悉系统结构和组成奠定基础。

1 LNG船舶动力供配电系统可靠性设计

目前LNG船舶主电站的功率都较大，一艘15万立方米的LNG船舶电站总功率达到1万千瓦，

图1 某轮主电站电力系统单线图

从经济性角度，这种船舶电站需要采用高低压输配电系统结构，也就是发电机为高压发电机、输配电为高低压配电屏供给不同电压等级用户的需要，其典型电力系统单线图见图1所示。

电力系统图清楚地告诉我们：该主电站由四台发电机（两台透平发电机3200/台、两台柴油发电机1600/台）分左右两组组成，每组各有一台透平和一台柴油发电机组成，并分布在左右两舷分别供电给左右独立房间分布的两个高压配电屏（A.C 6.6kv）、两个高压货泵分配电屏(A.C 6.6kv)、两个低压配电屏(A.C 440v)。所有左右高压配电屏、分配电屏、低压配电屏之间由两个联络开关联络，可进行自由隔离或连接操作，这种双供输配电结构设计能保证任何一组、一舷、一屏的发电机或配电屏故障时仍能给船舶提供电源，满足船舶正常航行或靠泊所须的电力负荷要求，最大限度地保证了船舶安全运行对电力系统的安全供应要求，从而达到电力系统可靠性设计的目的。

2 LNG船舶动力应急供配电系统可靠性设计

船舶特殊的运行环境和安全，要求船舶主电站出现故障时，船舶仍能提供消防和救生等所必须的动力电源，这就是船舶应急发电机即应急电站，LNG船舶的应急电站相比其它一般货轮又多了许多重要的功能，这些功能无一例外地提高了船舶应急供电的可靠性，其应急电站电力系统单线图见图2所示。

图2 某轮应急电站电力系统单线图

系统图告诉我们：应急发电机的电力除了供应应急电网外还可经应急配电屏分别给左右低压配电屏进行反馈供电，从而保证船舶主电站即主发电机失电后，低压电网仍能由应急发电机提供船舶正常安全所需的低压电力，确保了船舶主电网失电后的船舶安全，完成应急状况下应急供电的目标。

3 LNG船的分配电系统可靠性设计

除了高、低压主配电屏的特殊设计外，供电重要负荷的低压动力分配电屏在电源供应上都采取了双路电源供应，即每个分配电屏都有两路供电电源，分别来自左、右低压主配电屏或一路来自低压主配电屏，另一路来自应急配电屏，分配电屏内装有自动选择和转换供电电源电路装置，一旦任一路电源故障，自动电路能及时地转换到另一路电源，从而提高了分配电屏供电的连续性和可靠性。其供电原理图见图3所示。

图3 某轮分配电屏典型单线图

4 LNG船UPS供电可靠性设计

集成自动化系统是LNG船舶的中枢神经，多达二十多个监集成自动监测和控制功能，因此，分站与中央控制站的安全可靠供电则是确保LNG船舶集成自动化系统安全可靠运行的前提和基础，IAS系统不间断电源（即：UPS电源）的冗余电路结构就是LNG船舶安全运行的最重要保证，其中左右UPS电源的组成原理完全相同，只是主电源供电分别来自左、右主配电板，以右舷UPS为例，具体电路结构见图4所示。

全船分布的IAS分站或总站分别由两台独立的UPS供电。两台UPS分别安装于左右舷的低压配电室内，每台UPS有两路电源（即：主电源Main supply & 旁路电源 Bypass supply）供电，可在UPS控制箱上进行手动转换；主电源由主配电板（通过DGFS11 or 21开关）和应急配电板两路供电的且任一路故障时能自动转换的分配电板（如：DGFS11 or 12）进行供电，旁路电源由主配电板（通过DGF121 or 221开关）直接供电的分配电板（如：DGF121 or 221）进行供电；主电源故障时UPS能自动地将电瓶电源逆变为交流220V电源，供给IAS实现不间断电源供应，确保了集成自动化系统的电源可靠性与连续性。

5 结束语

通过LNG船舶输配电、控制系统不间断电源的电路结构分析，我们清楚地看到：基于冗余设计技术的可靠性设计在LNG船舶的电气设计中得到了充分而广泛应用，这种可靠性电气设计方法最大限度地保证了LNG船舶的供电可靠性，为LNG船舶的安全运行提供保障。这也是LNG船舶与其它一般货船设计上的本质区别。

图4 IAS系统UPS结构原理图