大型客滚船电力系统设计和布置研究

周康宁，李国荣，李 彬

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，江苏 南京 210015）

0 引言

2010年7月1日以后建造的超过120 m或3个以上主竖区的客船需要满足安全返港要求，客滚船上建区域舱室多、重量大、空船重心偏高、船舶稳性要求高等特点，对电力系统设计和主要电气设备布置提出了较高的要求。电力系统服务于所有安全返港子系统，是全船的核心系统，科学、合理的电力系统设计是安全返港分析和评估的保障。电力系统设计和舱室布局密不可分，既相辅相成，又相互制约，简洁的配电系统可节省不必要的舱室空间，合理的舱室布局，有利于电缆敷设，进而简化电力系统设计。本文以某大型客滚船为研究对象，对安全返港相关公约进行研究，介绍电力系统设计和舱室布局的策划流程，取得较好的效果。

图1 主竖区和主横区划分

1 概况

1.1 主要舱室及功能区划分

基于 SOLAS要求，本船分为2个主横区和6个主竖区。上建居住区域分布在3个主竖区内，其中船员及休息区布置在1号主竖区，乘客区即安全区A和安全区B分别布置在2号主竖区和3号主竖区。车辆甲板区域布置在1-8甲板，其中1-4甲板为1号主横区，5-8甲板为2号主横区。主机舱区域布置在舱壁甲板（3甲板）以下的4号主竖区，采用双机舱设计，分别为机舱 （左）、机舱（右），1个集控室布置在4号主竖区内。2个驾驶室分别布置于1号主竖区和2号主竖区。

1.2 电力系统概况

本船主电站装机容量超11 MW，4台主发电机，2台轴带发电机，采用AC690V发电机和配电板系统，主要负载电制为AC400V和AC230V，通过降压变压器降压方案实施。本船配置3台高压侧推，通过升压变压器方案实施。

2 电力系统

2.1 安全返港电力设备的定义

本船双机舱设计，每侧机舱均配置2台主发电机和1台轴带发电机，2台主发电机总功率和单台轴带发电机功率相当。正常航行时，两侧轴带发电机运行为基础负荷提供电源。进出港工况时，主发电机投入使用，与轴带发电机共同运行为全船基础负载和侧推提供电源。安全返港工况时，每侧机舱的2台主发电机并网或1台轴带发电机单机运行均可满足基础负荷需求。视舱室布置情况，决定选择其中1种模式或2种模式同时满足安全返港布置[1]。

2.2 配电系统的分类

为了便于客滚船配电系统的分析和评估，按照其负载的具体用途、安全性和区域等方面进行分类，将负载分为：1）主配电板，服务关键设备、重要设备，安全返港及安全撤离相关设备等 ；2）应急配电板，服务于应急设备、安全返港和安全撤离相关设备等；3）厨房配电板，服务于厨房设备；4）冷藏配电板，服务于冷藏车、房车、电动汽车充电桩等；5）侧推系统，服务于进出港工况。依照分类，只有主配电板和应急配板服务于安全返港及安全撤离系统，其它负载所涉及的配电板不需要考虑安全返港的布置要求。

2.3 主要电力设备布置原则

1）规划服务于安全返港相关舱室，优先考虑安全返港设备布置，视剩余空间情况再布置其它非安全返港设备；2）非安全返港要求的电力设备按其服务处所就近布置，降低电缆用量，并为机舱节省空间；3）大型电气设备尽可能布置在船舶重心以下，有利于船舶稳性控制。

3 机舱布置

3.1 U型连通舱

基于船舶稳性方面考虑，采用左、右机舱设计较前、后机舱设计方案对船舶稳性控制更有利。在舱壁甲板以下，所有边舱均为U型连通舱设计，两侧为同一水密和防火分隔，进水和火灾后考虑同时丢失。在任一侧破舱进水后，U型舱两侧液面快速一致，船舶稳性大大提高。

3.2 配电板室和变压器布置分析

主机和发电机所在的主机舱区域位于舱壁甲板以下，两侧为U型连通舱，主机舱和U型舱相临，电缆距离短，重心位置低，是配电板和变压器布置的理想区域。U型舱有明显的缺陷：1）因其左、右连通，并不利于左、右双机舱方案的安全返港设备布置。2）机舱所在主竖区靠近船尾，尾部线型收缩明显，边舱利用率较低。在舱壁甲板以下的4号主竖内完成左、右2个机舱的主要电力设备布置是不现实的。考虑将其中一侧的配电板和变压器布置在机舱相临的3号主竖区内。

SOLAS规定：“主配电板应相对于1个主发电站设置，尽可能使正常供电的完整性只有在1个处所发生火灾或其他事故时才可能受到影响。”根据 DNV规范第4部分第8章第2节9.1.2的要求：“当船舶被要求划分成不同的防火区时，服务于关键设备和重要设备的分配电板应和这些设备布置在同一防火区内。”将主配电板和所对应的发电机布置在2个不同的防火区，似乎不能满足DNV规范的条款，也达不到SOLAS的“尽实际可能”要求。考虑到客船是依据安全返港要求设计，已采用双机舱布置，经与船级社和挂旗国讨论，均同意单侧机舱的发电机和配电板布置在不同的主竖区[2]。

图2 机舱布置简图

3.3 安全返港设备在U型连通舱的布置

相同肋位号的U型舱均相互连通，以部分机舱布置图为例，定义Fr.39-Fr.72之间的U型边舱服务于机舱（右）,即斜线所示阴影区域；定义Fr.72-Fr.114之间的U型边舱服务于机舱（左），即斜方格所示阴影区域。为便于电缆敷设和安全返港分析和评估，机舱（左）相关的安全返港设备只考虑布置在船中线左侧的斜方格的阴影区 ；机舱（右）相关的安全返港设备只考虑布置在船中线右侧的斜线的阴影区。U型连通舱另一侧边舱布置非安全返港相关的设备。

因两侧机舱已考虑冗余布置，单侧机舱内的2个发电机至主配电板的电缆无须再考虑分开敷设，阴影区内单侧机舱中的任一防火舱室丢失，单侧机舱均考虑丢失不可用，由另一侧机舱实现安全返港。因此只要两侧机舱的电缆不存在互相穿越的问题，都不会影响安全返港的分析和评估。依据上述原则，将服务主发电机的AC690V主配电板，服务于轴带发电机的直流配电配板，服务于安全返港相关负载的AC400V&AC230V主配电板均布置在相应的主配电板室内，主发电机和轴带发电机2种模式均满足安全返港要求，极大地提高了安全返港电力系统的安全性[3]。

4 主干电缆通道

与邮轮结构不同，客滚船在滚装处所布置了主横区，2个主横区之间A-60防火分隔，可充分利用2个主横区间的天然防火分隔，为双套设备和冗余设备的电缆布置提供较大便利[4]。

4.1 布置方法

每个主竖区布置至少1个A级电缆通道经过CASING贯穿于整个主竖区，每个主竖区的电缆通道均与主横区相临，便于主竖区和主横区之间电缆敷设和分配。如图3所示，以2号主横区为例，布置其中的CASING区域（阴影区域）为2号和3号主竖区。电缆通道设计为A-0级防火分隔，而非A-60级，基于以下分析：1）电缆通道对主横区的影响。依照SOLAS要求，主电缆通道被定义为第10类处所，为低失火风险区域，与其相临的主横区之间只需A-0级防火分隔即可。2）主横区对电缆通道的影响。主横区布置了水喷淋保护，在火灾事故界限内，相临的A级分隔的电缆通道的完整性不受影响。依据SOLAS公约II-2章和22条,并未对主横区作出限制，即配置了固定灭火的主横区不需要考虑超出事故界限的分析和评估。

图3 主竖区和主横区电缆通道布置图

4.2 安全返港电缆路径

基于上述分析，2个配电板室至2个安全区及2个驾驶室，应急配电室至2个安全区及2个驾驶室的电缆路径如下，做到完全分离，满足安全返港和安全撤离要求。1）主配电板室（左）→1号主横区→2号主竖区电缆通道→安全区A；2）主配电板室（右）→4号主竖区电缆通道→2号主横区→3号主竖区电缆通道→安全区B；3）主配电板室（左）→1号主横区→2号主竖区电缆通道→安全区A→第二驾驶室；4）主配电板室（右）→4号主竖区电缆通道→2号主横区→1号主竖区电缆通道→主驾驶室；5）应急发电机室→安全区A；6）应急发电机室→2号空调机室→2号主竖区电缆通道→2号主横区→安全区B。

4.3 居住区域安全返港相关舱室布置

依据SOLAS公约第II-2/21.3.2要求，如仅有电缆布置在电缆通道内，那么电缆通道可被定义为极少或无失火危险的处所，通道内无须配置固定式水基灭火系统，其它电气设备应尽量避免布置其中[5]。为便于后期安全返港的分析和评估，尽量减少电缆穿越多个不相关的防火区，主要做法如下：1）充分利用梯道、电缆通道及舱室单元的拐角区域，在电缆通道的位置设置独立的A级电气设备间，避免电缆穿越其它防火区。2）如布置不可避免时，通过改变结构形状，使电缆通道与电气设备间直接相临。

4.4 非安全返港相关电力设备布置

1）厨房配电板和厨房变压器，及冷藏配电板和冷藏变压器的布置。厨房降压变压器布置在艏部二甲板，厨房配电板布置在9甲厨房设备附近，将冷藏配电板、冷藏变压器集中布置在四甲板Casing冷藏配电板间。2）侧推的布置。升压变压器分别布置于变压器室（左）和侧推变压器室，这2个舱室均临近主配电板室，减少低压侧电缆长度。

5 结语

本文通过对大型客滚船电力系统方案及舱室布置分析和研究，解决了左右机舱布置难题，通过改进各电气设备间和电缆通道设置，简化了各安全返港子系统的分析和评估难度，提升了系统的安全性和可靠性。主要电力设备布置于船舶重心以下及服务处所附近，解决了客滚船船舶稳性、重量和重心控制等难题，同时电缆用量大幅减少，实现降本增效的目的。