3200t风电安装船的机电系统设计

梁颖

摘要：机电系统作为3200t风电安装船的主要构成，会对船的运行稳定性与安全产生极大影响。综上所述，本文将结合实际案例对32001风电安装船的机电系统设计策略展开分析与讨论，以期提升机电系统稳定性与安全性。

关键词：风电安装船；机电系统；设计策略；讨论与分析

在风电机组安装时，位置多于近海，包括分体式、整体式海上安装两种。32001风电安装船主要是在海上对风电机组的配套以及相关专用设备进行安装，目前我国在该部分还处于探索阶段。

一、案例简介

A船尾自航大型重吊船，长宽型深为139m×60m×11.20m，吃水设计为5.0m，排水量为300001，航速为5kn，船级社为CCS，最大整机运输为3200t。A船首尾各有1个C形槽，整体组装完成后会将风电机组拖曳到A船首尾的C形槽中。底部结构为水泥中空塔形基础，运输时，在塔形基础中注满压缩空气以浮式运输方式运行。在船首尾的左右舷都设置了1台柴油机驱动的全回转舵桨，在安装现场利用动力定位系统进行安装位置的确定。A船作业区域在潮间带，会出现座底，在船上浮时配置船底冲洗装置。

二、3200t风电安装船机电系统设计策略

（一）柴油机驱动全回转舵桨动力系统分析

为将风机安装精度控制在0.5m范围之内，将动力定位配置为对风、水流干扰下的船舶位置进行控制与调整。在动力位置采用了推进模块，选用了柴油机驱动的Z型全回转舵桨系统进行推进，之后将其动力定位能力进行分析。通过对结果的分析，在船首与船尾左右舷推进舱室位置都设置了功率为2000kW的柴油主机，还有2206kW的Z形全回转舵桨，装置数量总共为4套m在进行安装时，利用拖轮拖带将A船拖至近海潮间带区域，之后利用船桨自身的推进系统進行定位与移动，并安置了座底与风机。使用柴油机驱动的Z型全回转舵桨的动力推进系统当中，无论是主机还是全回转舵桨的控制模块、系统接口技术，都对A船的风电安装功能发挥了至关重要的作用，通过多方面的协调工作采用以下设计方案：第一，主机控制系统。使用的4台主机为气电主机腰孔系统，各台主机都有独立的遥控系统。在运行时会采用航行模式、DP定位作业模式。船首尾的驾驶室都可当做主驾驶室，同时具备航行与DP定位的作业功能。在航行模式中，船尾的驾驶室会对船首的2台主机进行控制，尾部的主机不会运行。船首驾驶室对尾部主机进行控制时，船首主机不运行。在DP定位作业模式中，船首尾的主机会同时运行。在船首尾的驾驶室与机舱集控室都可以对主机进行控制，同时还可以对主机的仪表及各项指示系统进行监视，还设置了各种声光等报警指示。第二，全回转舵桨系统。在该系统中使用了4台Z形全回转推进器，输入最大功率为2205kW，最大的输入转速为1000r/min；输入的最大扭矩为24000N·m；螺旋桨中心距离为3000mm；其直径为2600mm；舵桨转舵时速度为16-19°/s；含油料重量为5t左右。装置的回转由液压回转系统进行控制，系统整体采用电源为220V。船尾的驾驶室设置了1个舵桨报警控制板，可对船首的2台主机进行遥控控制。船首驾驶室中的舵桨控制报警板，可对船尾的2台全回转螺旋桨进行遥控控制。

（二）电站系统自动化设计方案

3200t风电安装船主要使用的柴油机驱动方式为全回转舵桨动力装置，相比于电力推进系统来说，可大幅减少运营与建设成本。在对短路电流、施工工艺、设备成本等多方面因素充分考虑前提下，对船整体的电制系统确定。主电源使用了交流AC400V、50Hz三相三线绝缘系统，照明设施与其他弱点系统使用了交流AC220V、50Hz、三线与双线绝缘系统。在对自动电站进行管理时，对配电板设置了功率管理系统，对船体中的电网与发电设备进行管理，确保船舶在各种工况下提供不间断的供电。

（三）风机安装定位系统的DP技术应用策略

A船需要在海上进行定位作业，对其配制了动力定位控制系统，在实际运行海况前提下，可达到DP-1定位能力。A船属于中国船级社及CCS[2]，其对DP-1的系统配制提出了特定要求。在DP定位系统中包含控制系统、动力系统、推进系统、位置参考系统、传感器。在对DP定位能力进行故障模式效能分析后，对船首尾的驾驶室都设置了DP控制台，对4套主推进器系统形成了良好控制。A船的动力系统使用了Kongsberg控制系统，包含航行设备公用的风速风向仪、电罗经、船舶姿态传感器、DGPS等。

（四）风电机组浮式运输压缩空气系统

风力发电机组的塔形基础使用了水泥中空结构，在其表面预埋了吃起孔、灌浆孔。在运行时，风电机组将桁架吊机进行固定并稳定后，在船体上方的筒形基础中注入压缩空气，确保风机的底部基础不会被水浸入，之后采用浮式运输方式将其吊离水面，吊至安装现场。安装时需要3000m3的自由空气，1.5MPa的压缩空气。但这样空气量过大，无论是成本还是安装与建造效果较差。通过多方面的分析与考虑，在岸边及船上设置了压缩机压缩空气供给方案。岸边提供2000m3压缩空气，船中2台服务压缩机提供1000m3压缩空气，在运输过程中压缩机还可以及时补充气体。将压缩空气储存在20个容量为5m3、压力3.0MPa的空气瓶中，将其放置在主甲板的空气瓶室内。利用多罐并联的方式通过减压装置减压后对风电机组基础中进行充气。利用这样的设计可以降低服务空压机的容量、减少空气瓶的数量，还可减少设备的安装空间，从而降低了成本。

（五）座底高压冲洗水系统

A船的作业区域在潮间带中，如果在浅滩作业会出现底座工况，因此配备了高压冲洗系统。利用2台125m3/h×6.0MPa的高压水泵组[3]、高压水管系统、半管式冲水槽与高压水喷头共同组成的高压冲洗系统，冲洗时的压力可达到6.0MPa。该系统的水源由A船的高压水舱供给，水管与水舱之间设置了负荷卸载管路，出现超压情况时会经过溢流阀返回到高压冲洗水舱中。

三、结语

我国的风电安装技术还处于起步阶段，但其具备极强的开发潜能。3200t风电安装船属于开发创新型的风电机组整体一步式安装运输船，为了增强机电系统设计的合理性与科学性，需要不断实践并采用先进的技术与设计理念，才能增强机电系统设计的应用效果。

参考文献：

[1]赵媛媛.3200t风电安装船的机电系统设计[J].船舶，2015，26（02）：94-100.

[2]周涛.煤炭装卸船机电控制仿真系统设计[J].煤炭技术，2012，31（10）：21-23.

[3]卢雪松.DP-3动力定位船电力系统设计研究[J].机电信息，2017（06）：79+81.