周康寧，李國榮，李 彬

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，江蘇 南京 210015）

0 引言

2010年7月1日以后建造的超過120 m或3個以上主豎區(qū)的客船需要滿足安全返港要求，客滾船上建區(qū)域艙室多、重量大、空船重心偏高、船舶穩(wěn)性要求高等特點，對電力系統(tǒng)設計和主要電氣設備布置提出了較高的要求。電力系統(tǒng)服務于所有安全返港子系統(tǒng)，是全船的核心系統(tǒng)，科學、合理的電力系統(tǒng)設計是安全返港分析和評估的保障。電力系統(tǒng)設計和艙室布局密不可分，既相輔相成，又相互制約，簡潔的配電系統(tǒng)可節(jié)省不必要的艙室空間，合理的艙室布局，有利于電纜敷設，進而簡化電力系統(tǒng)設計。本文以某大型客滾船為研究對象，對安全返港相關公約進行研究，介紹電力系統(tǒng)設計和艙室布局的策劃流程，取得較好的效果。

圖1 主豎區(qū)和主橫區(qū)劃分

1 概況

1.1 主要艙室及功能區(qū)劃分

基于 SOLAS要求，本船分為2個主橫區(qū)和6個主豎區(qū)。上建居住區(qū)域分布在3個主豎區(qū)內，其中船員及休息區(qū)布置在1號主豎區(qū)，乘客區(qū)即安全區(qū)A和安全區(qū)B分別布置在2號主豎區(qū)和3號主豎區(qū)。車輛甲板區(qū)域布置在1-8甲板，其中1-4甲板為1號主橫區(qū)，5-8甲板為2號主橫區(qū)。主機艙區(qū)域布置在艙壁甲板（3甲板）以下的4號主豎區(qū)，采用雙機艙設計，分別為機艙 （左）、機艙（右），1個集控室布置在4號主豎區(qū)內。2個駕駛室分別布置于1號主豎區(qū)和2號主豎區(qū)。

1.2 電力系統(tǒng)概況

本船主電站裝機容量超11 MW，4臺主發(fā)電機，2臺軸帶發(fā)電機，采用AC690V發(fā)電機和配電板系統(tǒng)，主要負載電制為AC400V和AC230V，通過降壓變壓器降壓方案實施。本船配置3臺高壓側推，通過升壓變壓器方案實施。

2 電力系統(tǒng)

2.1 安全返港電力設備的定義

本船雙機艙設計，每側機艙均配置2臺主發(fā)電機和1臺軸帶發(fā)電機，2臺主發(fā)電機總功率和單臺軸帶發(fā)電機功率相當。正常航行時，兩側軸帶發(fā)電機運行為基礎負荷提供電源。進出港工況時，主發(fā)電機投入使用，與軸帶發(fā)電機共同運行為全船基礎負載和側推提供電源。安全返港工況時，每側機艙的2臺主發(fā)電機并網或1臺軸帶發(fā)電機單機運行均可滿足基礎負荷需求。視艙室布置情況，決定選擇其中1種模式或2種模式同時滿足安全返港布置[1]。

2.2 配電系統(tǒng)的分類

為了便于客滾船配電系統(tǒng)的分析和評估，按照其負載的具體用途、安全性和區(qū)域等方面進行分類，將負載分為：1）主配電板，服務關鍵設備、重要設備，安全返港及安全撤離相關設備等 ；2）應急配電板，服務于應急設備、安全返港和安全撤離相關設備等；3）廚房配電板，服務于廚房設備；4）冷藏配電板，服務于冷藏車、房車、電動汽車充電樁等；5）側推系統(tǒng)，服務于進出港工況。依照分類，只有主配電板和應急配板服務于安全返港及安全撤離系統(tǒng)，其它負載所涉及的配電板不需要考慮安全返港的布置要求。

2.3 主要電力設備布置原則

1）規(guī)劃服務于安全返港相關艙室，優(yōu)先考慮安全返港設備布置，視剩余空間情況再布置其它非安全返港設備；2）非安全返港要求的電力設備按其服務處所就近布置，降低電纜用量，并為機艙節(jié)省空間；3）大型電氣設備盡可能布置在船舶重心以下，有利于船舶穩(wěn)性控制。

3 機艙布置

3.1 U型連通艙

基于船舶穩(wěn)性方面考慮，采用左、右機艙設計較前、后機艙設計方案對船舶穩(wěn)性控制更有利。在艙壁甲板以下，所有邊艙均為U型連通艙設計，兩側為同一水密和防火分隔，進水和火災后考慮同時丟失。在任一側破艙進水后，U型艙兩側液面快速一致，船舶穩(wěn)性大大提高。

3.2 配電板室和變壓器布置分析

主機和發(fā)電機所在的主機艙區(qū)域位于艙壁甲板以下，兩側為U型連通艙，主機艙和U型艙相臨，電纜距離短，重心位置低，是配電板和變壓器布置的理想區(qū)域。U型艙有明顯的缺陷：1）因其左、右連通，并不利于左、右雙機艙方案的安全返港設備布置。2）機艙所在主豎區(qū)靠近船尾，尾部線型收縮明顯，邊艙利用率較低。在艙壁甲板以下的4號主豎內完成左、右2個機艙的主要電力設備布置是不現實的?？紤]將其中一側的配電板和變壓器布置在機艙相臨的3號主豎區(qū)內。

SOLAS規(guī)定：“主配電板應相對于1個主發(fā)電站設置，盡可能使正常供電的完整性只有在1個處所發(fā)生火災或其他事故時才可能受到影響。”根據 DNV規(guī)范第4部分第8章第2節(jié)9.1.2的要求：“當船舶被要求劃分成不同的防火區(qū)時，服務于關鍵設備和重要設備的分配電板應和這些設備布置在同一防火區(qū)內?！睂⒅髋潆姲搴退鶎陌l(fā)電機布置在2個不同的防火區(qū)，似乎不能滿足DNV規(guī)范的條款，也達不到SOLAS的“盡實際可能”要求?？紤]到客船是依據安全返港要求設計，已采用雙機艙布置，經與船級社和掛旗國討論，均同意單側機艙的發(fā)電機和配電板布置在不同的主豎區(qū)[2]。

圖2 機艙布置簡圖

3.3 安全返港設備在U型連通艙的布置

相同肋位號的U型艙均相互連通，以部分機艙布置圖為例，定義Fr.39-Fr.72之間的U型邊艙服務于機艙（右）,即斜線所示陰影區(qū)域；定義Fr.72-Fr.114之間的U型邊艙服務于機艙（左），即斜方格所示陰影區(qū)域。為便于電纜敷設和安全返港分析和評估，機艙（左）相關的安全返港設備只考慮布置在船中線左側的斜方格的陰影區(qū) ；機艙（右）相關的安全返港設備只考慮布置在船中線右側的斜線的陰影區(qū)。U型連通艙另一側邊艙布置非安全返港相關的設備。

因兩側機艙已考慮冗余布置，單側機艙內的2個發(fā)電機至主配電板的電纜無須再考慮分開敷設，陰影區(qū)內單側機艙中的任一防火艙室丟失，單側機艙均考慮丟失不可用，由另一側機艙實現安全返港。因此只要兩側機艙的電纜不存在互相穿越的問題，都不會影響安全返港的分析和評估。依據上述原則，將服務主發(fā)電機的AC690V主配電板，服務于軸帶發(fā)電機的直流配電配板，服務于安全返港相關負載的AC400V&AC230V主配電板均布置在相應的主配電板室內，主發(fā)電機和軸帶發(fā)電機2種模式均滿足安全返港要求，極大地提高了安全返港電力系統(tǒng)的安全性[3]。

4 主干電纜通道

與郵輪結構不同，客滾船在滾裝處所布置了主橫區(qū)，2個主橫區(qū)之間A-60防火分隔，可充分利用2個主橫區(qū)間的天然防火分隔，為雙套設備和冗余設備的電纜布置提供較大便利[4]。

4.1 布置方法

每個主豎區(qū)布置至少1個A級電纜通道經過CASING貫穿于整個主豎區(qū)，每個主豎區(qū)的電纜通道均與主橫區(qū)相臨，便于主豎區(qū)和主橫區(qū)之間電纜敷設和分配。如圖3所示，以2號主橫區(qū)為例，布置其中的CASING區(qū)域（陰影區(qū)域）為2號和3號主豎區(qū)。電纜通道設計為A-0級防火分隔，而非A-60級，基于以下分析：1）電纜通道對主橫區(qū)的影響。依照SOLAS要求，主電纜通道被定義為第10類處所，為低失火風險區(qū)域，與其相臨的主橫區(qū)之間只需A-0級防火分隔即可。2）主橫區(qū)對電纜通道的影響。主橫區(qū)布置了水噴淋保護，在火災事故界限內，相臨的A級分隔的電纜通道的完整性不受影響。依據SOLAS公約II-2章和22條,并未對主橫區(qū)作出限制，即配置了固定滅火的主橫區(qū)不需要考慮超出事故界限的分析和評估。

圖3 主豎區(qū)和主橫區(qū)電纜通道布置圖

4.2 安全返港電纜路徑

基于上述分析，2個配電板室至2個安全區(qū)及2個駕駛室，應急配電室至2個安全區(qū)及2個駕駛室的電纜路徑如下，做到完全分離，滿足安全返港和安全撤離要求。1）主配電板室（左）→1號主橫區(qū)→2號主豎區(qū)電纜通道→安全區(qū)A；2）主配電板室（右）→4號主豎區(qū)電纜通道→2號主橫區(qū)→3號主豎區(qū)電纜通道→安全區(qū)B；3）主配電板室（左）→1號主橫區(qū)→2號主豎區(qū)電纜通道→安全區(qū)A→第二駕駛室；4）主配電板室（右）→4號主豎區(qū)電纜通道→2號主橫區(qū)→1號主豎區(qū)電纜通道→主駕駛室；5）應急發(fā)電機室→安全區(qū)A；6）應急發(fā)電機室→2號空調機室→2號主豎區(qū)電纜通道→2號主橫區(qū)→安全區(qū)B。

4.3 居住區(qū)域安全返港相關艙室布置

依據SOLAS公約第II-2/21.3.2要求，如僅有電纜布置在電纜通道內，那么電纜通道可被定義為極少或無失火危險的處所，通道內無須配置固定式水基滅火系統(tǒng)，其它電氣設備應盡量避免布置其中[5]。為便于后期安全返港的分析和評估，盡量減少電纜穿越多個不相關的防火區(qū)，主要做法如下：1）充分利用梯道、電纜通道及艙室單元的拐角區(qū)域，在電纜通道的位置設置獨立的A級電氣設備間，避免電纜穿越其它防火區(qū)。2）如布置不可避免時，通過改變結構形狀，使電纜通道與電氣設備間直接相臨。

4.4 非安全返港相關電力設備布置

1）廚房配電板和廚房變壓器，及冷藏配電板和冷藏變壓器的布置。廚房降壓變壓器布置在艏部二甲板，廚房配電板布置在9甲廚房設備附近，將冷藏配電板、冷藏變壓器集中布置在四甲板Casing冷藏配電板間。2）側推的布置。升壓變壓器分別布置于變壓器室（左）和側推變壓器室，這2個艙室均臨近主配電板室，減少低壓側電纜長度。

5 結語

本文通過對大型客滾船電力系統(tǒng)方案及艙室布置分析和研究，解決了左右機艙布置難題，通過改進各電氣設備間和電纜通道設置，簡化了各安全返港子系統(tǒng)的分析和評估難度，提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性。主要電力設備布置于船舶重心以下及服務處所附近，解決了客滾船船舶穩(wěn)性、重量和重心控制等難題，同時電纜用量大幅減少，實現降本增效的目的。