带RCP入级符号的集装箱船配电系统设计

陈俊杰，夏 骏，周祎隆

（中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

0 引 言

近些年来，随着大型和超大型集装箱船的国际市场逐渐饱和，小型集装箱船开始受到越来越多船东的关注。随着冷链运输需求量逐渐增大，小型集装箱船上的冷藏集装箱（以下简称“冷箱”）数量逐渐增多，对冷箱可靠性的要求越来越高。目前已有船东在集装箱船的入级符号中增加 RCP（Refrigerated Container Stowage Positions）入级符号，以提高市场竞争力。RCP入级符号的增加对船舶电气设计的影响较大。本文基于某2700TEU集装箱船项目，重点介绍RCP入级符号的设计要求和该项目所采用的设计方案。

1 RCP入级符号的意义和表示形式

在德国劳氏船级社（Germanischer Lloyd，GL）规范[1]中关于RCP入级符号的章节中，对冷箱和为冷箱服务的风机等设备的供电、监测及报警提出了更高的要求，即增加RCP入级符号的意义在于提高船上特定位置处冷箱的可靠性。入级符号以RCP xxx/xx的形式表示，其中：斜线前的数字表示带RCP入级符号的冷箱总数；斜线后的数字表示装载生鲜货物的冷箱占冷箱总数的百分比，其余为深冻货物。

该2700TEU集装箱船中冷箱数量为600个。由于该船电站容量的限制，结合船东要求，带RCP入级符号的冷箱总数只有500个，即入级符号为RCP 500/50。

2 两类集装箱船配电设计比较

2.1 配电设计概貌

以某4800TEU常规集装箱船为例，该船配置4台发电机（2台2200kW，2台1420kW）；配有600个冷箱，分别由14个冷箱电力分电箱供电（1～7号分电箱由主配电板1号AC440V馈电屏直接供电；8～14号分电箱由主配电板2号AC440V馈电屏直接供电）。该船电力一次系统单线图见图1。

图1 4800TEU集装箱船电力一次系统单线图

2700TEU集装箱船带有入级符号RCP500/50，配置4台发电机（单台1880kW）。该船电力一次系统单线图见图2。

2.2 发电机容量选取[2]

在电站设计方面，由于冷箱功率消耗的差异，带有RCP入级符号的集装箱船与常规船型在发电机的选取上有所不同。

上述4800TEU集装箱船作为常规带冷箱的集装箱船，在正常航行时平均每个冷箱的功率消耗通常通过与船东协商来确定。该船共有600个冷箱，单个冷箱的功率为6.18kW；配置4台发电机（2台2200kW，2台1420kW），在正常航行时运行2台2200kW的发电机和1台1420kW的发电机。冷箱总功率为3708kW，其他船用设备的功率为1384.5kW，发电机负荷率为87.5%。

对于该27000TEU集装箱船，对带有RCP入级符号的冷箱的供电有强制的最低功率要求。GL规范要求，不同数量的冷箱和生鲜/深冻货物的占比对应不同的功率要求。图3为40ft（1ft=0.3048m）冷藏集装箱电站及分配电系统的功率需求。由图3可知，单个冷箱的功率消耗为7.85kW。该船若需装载500个以上的冷箱（最多600个），与船东约定，单个冷箱的功率为6kW，该工况所需电站容量是小于RCP入级符号对应的容量的，因此在设计时应考虑功率较大者。冷箱的总功率为 3925kW，其他船用设备的功率为1291kW。选用4台额定功率为1880kW的发电机，在正常航行时运行3台，发电机的负荷率为92.49%。

图2 2700TEU集装箱船电力一次系统单线图

图3 40ft冷藏集装箱电站及分配电系统的功率需求

由图3可知，功率值是随着冷箱数量的增加阶跃式增加的，当冷箱数量取501个时，单个功率即可以7.5kW计算，总功率为3757.5kW。

因此，在计算电力负荷时使用RCP 501/50所得功率值反而比使用RCP 500/50降低了167.5kW。由此，电站容量配置方案可做进一步优化（见表1）。

此外，在进港工况和出港工况下2种船型均无备用发电机。对于带RCP入级符号的集装箱船，切除部分带RCP入级符号的冷箱的做法是不允许的，其电站容量应满足所有带RCP入级符号的冷箱在网时的总用电负荷；对于不带RCP入级符号的集装箱船，切除部分冷箱来满足电力负荷是允许的（见表2）。

2.3 变压器的选取

对于常规集装箱船，冷箱电力分电箱由主配电板直接供电，电力分电箱给冷箱插座提供电力。

对于带RCP入级符号的集装箱船，规范要求冷箱插座的供电需与船用电源电隔离[3]。对于采用中压系统（如 6.6kV）的大型集装箱船而言，一般会设置降压变压器，兼做隔离变压器[4]。然而，对于小型集装箱船而言，主电站系统的电压等级为AC440V，若没有特殊要求，通常不设置专门的隔离变压器。因此，对于带RCP入级符号的采用有低压系统的小型集装箱船，需配置冷箱专用的隔离变压器和配电板。该类型船的单线图如图2所示。

表1 正常航行工况下3种方案的电力负荷对比

表2 进港和出港工况下2种方案的设计差异

该船共配置4台AC450V/AC450V的隔离变压器，其中：1号冷箱隔离变压器为1～4号冷箱电力分电箱共158个冷箱供电；2号冷箱隔离变压器为5～8号冷箱电力分电箱共164个冷箱供电；3号冷箱隔离变压器为9～10号冷箱电力分电箱共76个冷箱供电；4号冷箱隔离变压器为11～13号冷箱电力分电箱共102个冷箱供电。根据船检机构对图3的解释，隔离变压器的容量应根据“分配电系统”线计算，即单个冷箱的功率应以9.875kW计算。隔离变压器容量计算结果见表3。

表3 隔离变压器容量计算结果

最大的2台隔离变压器的容量分别为2300kV.A和2200kV.A，而单台发电机的容量为1880kW，已相当于一整台发电机的容量。为避免隔离变压器开关合闸时电站崩溃，为隔离变压器配置励磁变压器[5]，在开关合闸之前进行预充磁，以减小合闸时的冲击电流（如图2中的1ET和2ET所示）；同时，在操作说明书中注明需至少有2台发电机在网时才合闸。稍小的2台隔离变压器的容量为1600kV.A和1100kV.A，采用直接合闸的方式，但也至少有2台发电机在网时才可合闸。

2.4 冷箱供电集中控制

GL规范要求船舶在失电之后能在一个“集中控制位置”[6]逐步恢复对冷箱的供电。

该船的集中控制位置设置在货舱区域的一个设备间内，设备间内布置有隔离变压器和冷箱配电板，冷箱配电板上设置有变压器遥控合闸按钮，从而满足失电之后在设备间逐步恢复对冷箱供电的要求。

出于便利性考虑，通常会将机舱集控室作为集中控制位置。该船之所以选择其他位置作为集中控制位置，主要是因为：

1) 机舱和集控室空间有限，机舱无法布置4台大容量隔离变压器，集控室无法布置4块冷箱配电板；

2) 4台大容量变压器的散热量超过机舱风机的散热能力。

因此，在与其他专业人员和船厂多次沟通之后，最终将隔离变压器和冷箱配电板布置到了货舱区域。

上述布置有一定的局限性。货舱区域的设备间并非专门的控制室，通常不会有人值班。当有故障发生、需调整冷箱运行工况或检修冷箱分电箱的开关时，只能到位于货舱区域的设备间去操作，不方便对冷箱供电的集中控制。因此，建议在设计带有RCP入级符号的集装箱船时，考虑在机舱预留足够的隔离变压器布置区域，并在集控室预留冷箱配电板的布置空间，与主配电板做成一体，将机舱集控室设为冷箱供电的“集中控制位置”，从而实现在集控室更便利、更可靠地对冷箱供配电进行控制。

3 带RCP入级符号的报警设计

根据规范要求，在显示、监测和报警方面，有以下几点强制要求：

1) 每个为冷箱供电和为其服务的货舱风机供电的分电箱都应设有就地电源指示灯。

2) 超过150个冷箱的带RCP入级符号的集装箱船应配有冷箱监测系统。带有冷箱的集装箱船通常会配置该系统；带有RCP入级符号的集装箱船应强制配备该系统。

3) 每个冷箱分电箱和为货舱风机供电的分电箱都应能发出失电故障信号。

4) “3)”中所有报警应均有就地显示和在控制站显示，并接入全船报警系统。

5) 规范强制要求的报警信号会比常规集装箱船多一些，在设计时应注意。

4 结 语

对于带RCP入级符号、采用低压配电的小型集装箱船，应考虑以下问题：

1) 根据入级符号，合理选取冷箱功率值，确定电站容量；

2) 根据冷箱布置和冷箱电力分电箱的分配，合理选取隔离变压器，对于大容量的隔离变压器，应考虑其合闸时对电网的冲击；

3) 在项目前期设计阶段，提前考虑并预留冷箱供配电设备的布置空间；

4) 满足规范对指示和报警信号的强制要求。