饱和潜水设备电气接口研究及设计

贾颖晖

（天海融合防务装备技术股份有限公司，上海 201612）

0 引 言

饱和潜水相比传统潜水方式具有下潜深度大、作业时间长和工作效率高等优势，在海洋开发、海洋科学研究、水下设施建造和援潜救生等领域得到广泛应用，受到世界各国的高度重视，具有广阔的发展前景。

使用饱和潜水设备能增加潜水作业深度，使潜水员在深水长时间作业时，有效减少其减压次数，大幅提高潜水作业效率，降低潜水员减压病的发生率；同时，能为潜水人员创造良好的工作环境，使其在高压强条件下完成水下安装、检查和维修等作业，具有广阔的市场前景。

饱和潜水支持船是依托饱和潜水设备形成的船型，饱和潜水设备在船上有撬装式和内置式2种存放方式，其中：撬装式即所有饱和潜水设备都安装在集装箱内，集装箱整体放置在船上的开敞甲板处；内置式即所有饱和潜水设备都为散供，安装在船上专门为饱和潜水设备设置的舱室内。因此，内置式饱和潜水设备对船舶的依存性更强，设计要求更高。饱和潜水系统由甲板（水下）居住舱、过渡舱、潜水钟、吊放系统和生命支持系统等组成。

本文以某300m饱和潜水支持船（见图1）为研究对象，对其饱和潜水设备电气接口进行研究设计。

图1 300m饱和潜水支持船

1 背景工程概况

该300m饱和潜水支持船是一艘具有DP（Dynamic Positioning）3能力的可在规定海域的环境下进行潜水作业的特种用途船，具有无限航区（极区除外）航行的能力。该船入 DNV GL和中国船级社（China Classification Society, CCS）双船级，其中：

1) DNV GL入级符号为DNV+1A1–E0, SF, DYNPOS AUTRO, SPS, CLEAN DESIGN, NAUT AW, DK(+),HELDK-SH, CRANE, COMF-C(3) V(3), BIS, DSV-SAT, DSV-SURFACE, BWM-T, RECYCLABLE, ECA(SOx-A)[1]；

2) CCS入级符号为CCS*CSA, SPS,DSV-Sat, DSV-Air, Strengthened for Deck Cargoes, Loading Computer(S,I,D), Helicopter Facilities, Lifting Appliance, DP-3, In-Water Survey, COMF(NOISE 3, VIB3)*CSM, AUTO-0,LSFO, OMBO, Clean Plus, BWMP, BWMS, GPR[2]。

根据船东的要求，潜水设备配置能搭载24名潜水员分批次进行最大水深为300m的饱和潜水作业的双钟饱和潜水系统。整套饱和潜水系统带有高压生活舱、潜水钟、逃生舱、收放系统、控制系统、生命支持系统和水下通信系统等设备，在充分考虑潜水安全的情况下，可满足最大限度的双潜水钟深水饱和潜水作业需求。

该潜水设备的制造商为意大利DRASS饱和潜水公司。

2 饱和潜水设备和船舶电气系统接口

2.1 基本概述

根据意大利饱和潜水公司DRASS提供的资料和DNV GL潜水规范的相关要求，主要从配电系统、通信系统、闭路电视监视系统和饱和潜水外部区域火灾报警系统等4个方面进行设计分析。

2.2 配电系统接口

2.2.1 船舶配电系统

该船设有DP系统，满足DP3规范的要求，即在预设的定位环境下，任意部件或系统发生单点故障，甚至因失火或进水造成整个舱室完全受损之后，仍能自动保持船舶的位置和艏向。因此，该船的配电系统结构必须满足DP3系统的要求，即电站与推进器的分组必须保持一致[1]。

该船设计有2个独立的机舱和2个独立的配电板室。机舱之间具有A60和水密分隔，每个机舱内的发电机组和辅助系统都可独立运行，互不影响。配电板室之间及各相邻机舱之间全部为A60和水密分隔。

根据系统的特性和设备的配置，共设计12块配电板，分别为2块AC690V主配电板、2块AC440V辅助配电板、2块AC230V辅助配电板、2块遥控无人潜水器（Remote Operated Vehicle, ROV）及收放系统配电板、2块潜水配电板、1块船用应急配电板和1块潜水用应急配电板。

根据机舱和配电板室的分区，全船的动力设备完全分开为前后2个系统，其中：前机舱1号主发电机和3号主发电机连接至前AC690V主配电板；后机舱2号主发电机和4号主发电机连接至后AC690V主配电板。在DP模式下，2块AC690V主配电板之间的母联开关全部断开，各自独立运行，分别给各自DP区内的设备供电。

配电系统单线图见图2。

图2 配电系统单线图

2.2.2 饱和潜水设备电气接口

DRASS公司提供的饱和潜水设备有潜水系统左主配电板、右主配电板和潜水系统应急配电板，具体饱和潜水配电接口示意见图3。

图3 饱和潜水配电接口示意

根据 DRASS的要求，饱和潜水系统同时使用的最大功率约为 1600kW，左右各需 800kW，电压为AC440V。饱和潜水配电板为所有饱和潜水设备供电，主要包含潜水收放装置、空压机、环境单元、加热泵组、冷却泵组、各加热单元、各控制单元及辅助设备等。饱和潜水变压器负荷估算见表1。

表1 饱和潜水变压器负荷估算

根据潜水系统作业安全性和可靠性等方面的技术要求，背景工程电源和配电系统已具备DP3定位作业能力，配置2套可完全独立运行的电网；2套电网分别通过1台容量为1250kVA的AC690V/450V变压器，为左配电系统和右配电系统供电，应急电源由饱和潜水应急发电机提供。

在 DP3正常作业状态下，饱和潜水左主配电板由 DPI区船用主配电板经容量为 1250kVA的左AC690V/450V船用变压器供电；饱和潜水右主配电板和应急配电板由 DPII区船用主配电板经容量为1250kVA的右AC690V/450V船用变压器供电。

在DP3的DPI区船用主配电板因发生故障而失电的状态下，饱和潜水系统转换至DPII区船用主配电板供电；饱和潜水左主配电板由右主配电板经应急配电板供电，但左主配电板不是重要负载，需卸载，仅为重要设备供电。反之亦然。

当DP3的DPI区和DIPII区船用主配电板全部失电之后，饱和潜水左主配电板和右主配电板均由饱和潜水应急发电机经应急配电板供电，但需将所有不重要的负载卸载，以保证人命安全和安全操作所需设备的正常供电。

为保证操作的安全性，在饱和潜水左主配电板上，需将船用变压器进线开关与饱和潜水应急配电板供电开关联锁，即变压器进线开关闭合时，应急配电板供电开关打开，反之亦然，以保证安全实现上述功能。

该船的饱和潜水设备采用独立的应急发电机供电，除了常规要求以外，DNV GL还提出该应急发电机必须满足以下要求：

1) 潜水系统应急发电机运行时间必须保证主电源失电之后，潜水人员从水下到减压舱直至安全减压等一系列安全操作能顺利完成。

2) 根据不同饱和潜水设备配置的要求，其持续运行时间一般为7～15d。在这段时间内，需保证潜水应急发电机正常运行，即需保证正常运行的设备通过潜水应急发电机供电。但是，规范中并未定义哪些设备必须由潜水应急发电机供电，因此需与各相关方讨论各种可能性之后再确定。以背景工程为例，经过与 DNV GL、饱和潜水设备商DRASS和饱和潜水故障模式分析公司协商，最终确定由潜水应急发电机为潜水应急发电机室送风机、潜水应急发电机缸套水加热器和潜水应急发电机启动蓄电池充电器供电。

3) 对于饱和潜水设备与船舶配电系统的接口，需针对相关规范和设备商的要求进行整体分析设计。

2.3 通信系统接口

饱和潜水支持船区域一般分为内部区域和外部区域，其中：内部区域是指饱和减压舱、潜水钟等内部的区域，包括连接减压舱的通道和高压救生艇舱；外部区域是指潜水作业时暴露在空气中的潜水系统区域，例如潜水内部系统的外部、包含潜水系统的舱室或区域等[1]。

饱和潜水系统分为内部区域通信系统和外部区域通信系统，其中：内部区域通信系统是指与饱和潜水设备配套的通信系统，包括潜水钟控制台、饱和潜水控制台、潜水钟、减压舱、过渡舱和高压逃生艇等区域之间的通信，一般都是饱和潜水厂家自行设计并配置的；外部区域通信系统是指在饱和潜水支持船上，在与饱和潜水操作相关的区域设置的独立通信系统。

根据背景工程的饱和潜水设备布置和实船的船体布置，共设置 42门电话系统作为潜水系统的外部通信系统，包含的区域有主动力定位控制站、备用动力定位控制站、驾驶室勘察桌、集控室集控台、起重机司机室、水下机器人控制室及办公室、潜水应急发电机室、潜水钟棚、潜水钟应急控制站、潜水钟控制台、潜水配电板间、潜水技术监督室、饱和潜水控制台、空气潜水区域、潜水减压舱外部控制板、潜水用气罐间、气体操作间、潜水设备间和潜水舱压力输送区域（见图4）。

饱和潜水系统既能保证各区域间必要的通信，又能保证船舶的安全性。即除了饱和潜水控制台和潜水钟控制台以外，其他区域不能与潜水设备内部区域（包括潜水钟、减压舱、过渡舱和高压逃生艇等内部区域）通信，保证非饱和潜水操作人员和非饱和潜水监督人员不能指挥各潜水舱内的潜水人员，保证命令的合理性和人员的安全性。

根据DNV GL规范的要求，需在饱和潜水控制站、饱和潜水操作位置、动力定位控制站、驾驶室、船舶主要控制站或钻台、起重机及水下机器人控制站等区域设置独立的固定式双向通信系统[1]。这些位置只是规范推荐的位置，具体位置还需根据实船的功能和船东的要求确定。

2.4 闭路电视监视系统接口

饱和潜水设备的闭路电视监视系统的工作机理通常是在饱和潜水控制站和潜水钟控制站，通过摄像机监视所有饱和潜水内部区域的情况。通过饱和潜水控制站可监视各减压舱、过渡舱、过渡舱闸门处和高压救生艇内的情况；通过潜水钟控制站可监视潜水钟内的情况。为提高安全性，更好地对饱和潜水内部区域的人员状态和系统进行监视，可将所有内部信号通过通信接口传输给船舶的闭路电视监视系统。

背景工程是通过网络接口将所有饱和潜水内部区域的闭路电视监视信号传输给全船闭路电视监视系统。全船闭路电视监视系统在驾驶室动力定位控制站、安全中心控制站、水下机器人控制站和机舱集控站等处设置监视器，饱和潜水内部区域的人员和系统状态可通过这些控制站进行监视。监视器上既可设置各种画面配置（4画面、9画面和16画面等），又可随时单画面切换；既可集中监视所有区域，又可单独监视某一区域。

可根据要求设置相关的权限，仅要求在部分重要的控制站设置对潜水内部区域的监视权限，以保证更高的安全性和私密性。

图4 饱和潜水外部区域通信系统示意

2.5 饱和潜水外部区域火灾报警系统

火灾报警系统是针对饱和潜水外部区域设计的。对于内置式饱和潜水支持船来说，饱和潜水外部区域的火灾报警设计除了需满足常规火灾报警系统设计的要求以外，还需满足以下要求：

1) 可成为全船火灾报警的一部分，但覆盖饱和潜水外部区域的回路不能覆盖其他区域；或单独为饱和潜水外部区域设置一套火灾报警装置[1]。

2) 在饱和潜水控制站和潜水钟控制站设置火灾报警复视器[1]。

由于火灾报警系统是按客船的标准设计的，产品本身回路较多，因此并未对饱和潜水外部区域采用独立的火灾报警装置，而是采用全船火灾报警系统的部分回路进行设计。回路仍按相关规范的要求设计，根据主竖区和其他不同区域的要求设置相应的火灾报警回路，并按规范的要求在饱和潜水控制区域设置独立的火灾报警复视器。

需注意，总体防火区域划分图对饱和潜水外部区域有独立的定义和代号，饱和潜水外部区域的火灾报警系统需据此进行设计。

3 结 语

结合DNV GL最新规范、规则的要求和设备资料的相关内容，通过对内置式饱和潜水设备和船舶的电气系统接口进行整体研究分析，掌握了主要的设计要点，并在背景工程中得到了充分的实施应用，顺利通过了船级社的验收。

由于世界上的饱和潜水设备生产厂家较少，因此本文的研究具有广泛的实用性和较高的参考价值。