拖輪控制系統(tǒng)雙電源改造方案

虞成安

摘 要：在1998年之前建造出廠的部分港作拖輪的控制系統(tǒng)只有一路電源，船舶輔機(jī)由于多種因素發(fā)生停機(jī)故障，引起發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，電站不能供電造成全船失電時(shí)，船舶的控制系統(tǒng)失靈，不能正常對(duì)船舶進(jìn)行機(jī)動(dòng)操縱，這不僅使本船的安全得不到保證，而且也使被助泊的大船處境十分危險(xiǎn)。因此從機(jī)動(dòng)性、安全性的角度出發(fā)，有必要對(duì)原單電源控制系統(tǒng)的拖輪進(jìn)行雙電源改造，從而保證拖輪控制系統(tǒng)電源的正常供應(yīng)，確保船舶控制系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)正常工作，保障船舶運(yùn)行的安全。

關(guān)鍵詞：失電;雙電源;DC/AC轉(zhuǎn)換電源

中圖分類號(hào)：U674.24? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）02-0046-03

近年來，寧波舟山港口吞吐量逐步上升，2017年寧波舟山港口吞吐量為100711萬噸，比2016年增加了8934萬噸，集裝箱吞吐量為2597萬TEU，同比增長13.8%。其中拖輪助泊量也同步上升，同時(shí)拖輪還要承擔(dān)寧波舟山港口搶險(xiǎn)、消防、拖帶等特殊作業(yè)，因此拖輪安全運(yùn)行是寧波舟山港正常生產(chǎn)的重要保障。

從目前公司拖輪的狀況來看，在1998年之前建造出廠的拖輪我公司有11艘，其中控制系統(tǒng)只有單電源（一路電源）控制的有7艘，隨著船舶使用年限的增加，設(shè)備老化、工作環(huán)境等的不確定因素，船舶電站在長時(shí)間的運(yùn)行中，發(fā)生多起由于發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘及輔機(jī)停機(jī)引起的全船失電，拖輪的控制系統(tǒng)失靈，無法對(duì)船舶進(jìn)行有效的機(jī)動(dòng)操縱，不僅使本船的安全得不到保證，而且也使被助泊的大船處境十分危險(xiǎn)。而公司1998年以后建造的船舶都具有雙電源供電功能，即使船舶在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘或輔機(jī)停機(jī)，在一定時(shí)間內(nèi)（15分鐘）控制系統(tǒng)有備用電源供電，不會(huì)影響船舶操縱，可以有足夠時(shí)間去應(yīng)對(duì)主電源失電情況，有效保證了本船與大輪的安全。但跟日本生產(chǎn)廠家聯(lián)系，把拖輪控制系統(tǒng)單電源改成雙電源的改造費(fèi)用高昂，需要50多萬元。針對(duì)這種情況，公司下定決心進(jìn)行自行攻關(guān)改進(jìn)。

1 拖輪控制系統(tǒng)單電源狀況

要對(duì)拖輪控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，必須要熟悉其控制的原理。以甬港消拖1號(hào)船為例：主機(jī)、舵槳和離合器系日本新瀉公司產(chǎn)品，主機(jī)型號(hào)為6L28HX，舵槳型號(hào)為ZP21-2A，單機(jī)功率1800PS，配滑差式離合器與舵槳配接，擁有獨(dú)立的控制及報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)有獨(dú)立的電源。主機(jī)、舵槳、離合器及其報(bào)警系統(tǒng)審圖。原圖紙如圖1（消拖1號(hào)控制電源系統(tǒng)圖）：

圖1所示為甬港消拖1號(hào)輪的主機(jī)、舵槳、離合器控制及報(bào)警系統(tǒng)電源圖，電源由AC220V、變壓器TR1（300VA）、TR2（300VA）、蓄電池及相關(guān)電路組成，提供交流220V、100V、直流24V電壓供系統(tǒng)工作。當(dāng)船舶正常供電時(shí)，電源經(jīng)開關(guān)、變壓器及相關(guān)電路處理后得到AC220V、AC100V及DC24V與蓄電池提供的DC24V一起供系統(tǒng)正常工作，一旦發(fā)生發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘及輔機(jī)停機(jī)引起的全船失電問題時(shí)，船舶的控制系統(tǒng)失電，船上工作人員就無法對(duì)船舶進(jìn)行有效的機(jī)動(dòng)操縱。

2 拖輪控制系統(tǒng)單電源的改造

主機(jī)、舵槳、離合器及其報(bào)警系統(tǒng)控制電源改造。圖紙如圖2（消拖1號(hào)雙電源改造方案圖）：

圖2所示為甬港消拖1號(hào)輪主機(jī)、舵槳、離合器及其報(bào)警系統(tǒng)電源控制改進(jìn)圖。圖中在原線路上新增一路備用電源，由應(yīng)急充放蓄電池組作為后備電源。船舶原來供電系統(tǒng)作為主電源，正常使用時(shí)主電源供電，新增加的一路電源處于備用狀態(tài)，當(dāng)船舶供電失常時(shí)，新增的一路電源自動(dòng)投入，有效的保證了船舶的正常運(yùn)行。改造時(shí)需滿足：①增加兩個(gè)DC/AC轉(zhuǎn)換電源，是否有足夠安裝空間。②DC/AC轉(zhuǎn)換電源在船舶正常供電失常時(shí)，自動(dòng)投入需十分快速，轉(zhuǎn)換時(shí)間短（小于10ms），否則會(huì)導(dǎo)致主電源失常時(shí)，備用電源還沒轉(zhuǎn)換成功。船舶控制系統(tǒng)需要重新啟動(dòng)，船舶安全運(yùn)行得不到保證。③DC/AC轉(zhuǎn)換電源空載電流小，在沒有負(fù)載情況下可以節(jié)約能源，在投入使用時(shí)，滿足船舶安全運(yùn)行時(shí)間要大于15分鐘，使船上工作人員有足夠時(shí)間處理緊急情況。

3 增加指示、報(bào)警電路

由于供電電源的增加，在使用中應(yīng)把設(shè)備原來的供電電源作為正常工作中的主電源，新增加的電源作為備用電源，在船舶正常供電受到影響時(shí)的應(yīng)急救助，因此，備用電源的使用應(yīng)有明確的聲、光指示，提醒船上工作人員需要及時(shí)處理，因此在電路使用中原設(shè)備中的AC220V主電源失電報(bào)警的同時(shí)，新增加了電源輸出端的聲、光報(bào)警。電路如圖3。

4 DC/AC轉(zhuǎn)換電源設(shè)備選用說明

經(jīng)過多家轉(zhuǎn)換電源生產(chǎn)商的比對(duì)，這次設(shè)備改造中用到的DC/AC轉(zhuǎn)換電源采用深圳市歐瑞電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的多功能24V純正弦波工頻逆變器。深圳市歐瑞電力設(shè)備有限公司位于中國–深圳寶安，是深圳市規(guī)模最大的配套電力電源生產(chǎn)廠家之一，主要產(chǎn)品有：直流屏、直流壁掛電源、EPS應(yīng)急電源、高頻電力逆變器、高頻通信逆變器、工頻電力逆變器等系列電源產(chǎn)品，是一家集專業(yè)研制開發(fā)、生產(chǎn)、銷售一體系的高新技術(shù)企業(yè)，并且在電源技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域上一直處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

多功能24V純正弦波工頻逆變器具有以下特性：

（1）全銅變壓器設(shè)計(jì)，高效率運(yùn)作（效率大于85%），噪聲小。

（2）前面板LED指示燈能對(duì)設(shè)備狀態(tài)一目了然。

（3）空載電流小，在沒有負(fù)載情況下可以節(jié)約能源（節(jié)電模式低于25W）。

（4）具有過壓、低壓、過載、過流、短路及過高溫保護(hù)功能。

（5）帶載能力強(qiáng)，可帶空調(diào)、風(fēng)扇、電機(jī)等感性類負(fù)載，高惡劣環(huán)境穩(wěn)定性好、壽命長。

（6）輸入電壓范圍廣（DC21V……DC32V），轉(zhuǎn)換時(shí)間快（小于10ms）。

（7）噴粉鋼構(gòu)外殼，耐腐蝕鋼底盤，具有一定防水功能。

（8）多功能24V純正弦波工頻逆變器外部尺寸不大，經(jīng)測(cè)量駕駛臺(tái)操縱面板下方有足夠空間符合安裝條件。

5 拖輪控制系統(tǒng)單電源的改造后運(yùn)行的情況

關(guān)于甬港消拖1號(hào)輪主機(jī)、舵槳、離合器控制系統(tǒng)雙電源改造的項(xiàng)目，于2016年年底提出申請(qǐng)，報(bào)公司技術(shù)部門審批，并列入2017年成安創(chuàng)新工作室的改造項(xiàng)目。

根據(jù)消拖1號(hào)輪的大修計(jì)劃，修船計(jì)劃于2016年9月進(jìn)行，在17年的1至8月份，先后完成了甬港消拖1號(hào)輪主機(jī)、舵槳、離合器控制系統(tǒng)雙電源改造方案的研制、設(shè)定，并完成了器材采購，前期工作于8月份之前全部完成。

2017年9月，利用消拖1號(hào)輪進(jìn)廠大修時(shí)間，工作室參加人員一起投入改造工作，于9月18日成功完成了改造工作，并進(jìn)行試航測(cè)試：

（1）起航前，1號(hào)蓄電池組電壓25.6V，主電源斷電時(shí)，蓄電池組供電電流25A，全船應(yīng)急設(shè)備及主機(jī)、舵槳、離合器控制系統(tǒng)工作正常。

（2）航行5分鐘，1號(hào)蓄電池組電壓24.8V，電流25A，船舶運(yùn)行正常。

（3）航行10分鐘，1 號(hào)蓄電池組電壓24.2V，電流25A，船舶運(yùn)行正常。

（4）航行15分鐘，1號(hào)蓄電池組電壓24V，電流25.6A，船舶運(yùn)行正常。

（5）航行20分鐘，1號(hào)蓄電池組電壓23.5V，電流26.2A，DC/AC轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)低壓報(bào)警，將主電源恢復(fù)供電，測(cè)試結(jié)束。

經(jīng)過以上試驗(yàn)，設(shè)備改造完全適合船舶正常航行，而且提高了船舶航行的可靠性。經(jīng)過改造，消拖1號(hào)輪船舶的安全運(yùn)行得到保障。經(jīng)過2年多的實(shí)際運(yùn)行，船舶的操縱、控制未出現(xiàn)任何的問題。因此，借鑒消拖1號(hào)輪的改造經(jīng)驗(yàn)，對(duì)拖16、拖17輪也進(jìn)行雙電源改造，可以提高船舶航行的安全性，獲得良好的使用效果。工作室后續(xù)還要將控制系統(tǒng)單電源拖輪逐步進(jìn)行改造，因?yàn)楦脑鞎r(shí)由于電纜需要重新鋪設(shè)，改造后還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，所以拖輪控制系統(tǒng)單電源改成雙電源一般在船舶進(jìn)廠大修時(shí)進(jìn)行。

6 改造費(fèi)用

根據(jù)廠方報(bào)價(jià)，歐瑞ORN-1024多功能逆變器（220、110系列）每臺(tái)售價(jià)1500元人民幣，每船總計(jì)兩臺(tái)（3000元），另加敷線等配材，預(yù)計(jì)每船改造費(fèi)用在5000元左右。對(duì)比日本生產(chǎn)廠家的價(jià)格50多萬元，節(jié)省費(fèi)用十分可觀。

7 結(jié)束語

從目前中國各個(gè)港口使用的拖輪情況來看，大多數(shù)主要的設(shè)備--主機(jī)、舵槳系統(tǒng)、控制系統(tǒng)向日本廠家采購，國外廠家利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)，往往在物料、備件、技術(shù)改造方面漫天要價(jià)。從對(duì)拖輪原單電源控制系統(tǒng)進(jìn)行雙電源改造后的結(jié)果來看，主要存在兩個(gè)關(guān)鍵因素：一是對(duì)拖輪原單電源控制系統(tǒng)原理掌握程度，二是國內(nèi)加工制造業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)多功能24V純正弦波工頻逆變器的深圳市歐瑞電力設(shè)備有限公司是一家集專業(yè)研制開發(fā)、生產(chǎn)、銷售一體系的高新技術(shù)企業(yè)。這樣的企業(yè)在中國是越來越多，中國已經(jīng)從加工制造業(yè)大國變成加工制造業(yè)強(qiáng)國。這也是我們進(jìn)行技術(shù)改造的底氣，相信自己有能力、有條件、有實(shí)力進(jìn)行改造。