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摘要：本文介绍了某7800kW自航绞吸挖泥船的功率管理系统（PMS），并通过对配置和疏浚控制如何进行功率分配进行分析，阐述了大功率挖泥船功率管理系统关键设计要求。
关键词：大功率自航绞吸挖泥船;供电模式;疏浚工况
中图分类号：U674.31 文献标识码：A
Abstract： This paper introduces a power management system（PMS） of a 7800kW self-propelled suction dredger， and expounds the key design requirements of the power management system of a heavy power dredger by analyzing the configuration and how to allocate the power based on dredging control.
Key words： Heavy power self-propelled cutter suction dredger; Power supply mode; Dredging condition
1 前言
船舶电源管理系统（PMS）是一种复杂的自动化系统，用于处理船上发电机、配电板和重要用电设备的功率分配。该系统的主要作用如下：
（1）将确保电网容量在任何时候都符合工况需求，通过控制主要用电设备的负荷使用，保证船舶的电网安全;
（2）为发电机、柴油发动机、变压器、配电板和大型用电设备提供必要的控制和保护功能;
（3）在电网断电的情况下，控制配电系统恢复电网供电。
包括：柴油发电机、轴带发电机、连接开关和岸上连接的电源管理功能，同步、并联运行、柴油发电机的备用控制等。
本文以某7800KW自航绞吸挖泥船为载体，介绍在不同工况下如何通过PMS将本船的电力系统管理做到效率最大化。
2 船舶电站组成
全船供电系统图，如图1所示：
2.1 主发电机、中压配电板
本船共设有四台主发电机，通过断路器 MA-1、MA-2 和 MB-1、 MB-2 分别向中压配电板左/右屏供电：中压配电板发电机屏对每台主发电机的功率、电压、电流、频率等进行监测，对发电机断路器进行分/合闸状态指示，在测量屏设有分/合闸旋钮及发电机调速旋钮;在 PMS 触摸屏上可以发出主发电机主机定速请求、断路器分/合闸、负载转移等命令;对主发电机前、后轴承润滑单元进行运行状态指示;中压配电板左/右屏通过断路器（母联开关 MA-B）进行联接，在测量屏可对该断路器进行分/合闸操作及分/合闸状态指示，同时对保护脱扣及连锁进行报警显示。
中压配电板通过三个接触器 MA-3、 MA-4、 MB-7 分别向三个液压泵电机供电;通过两个断路器 MA-5、MB-5 分别向两套多传动系统变压器供电;通過五个断路器 MA-6、MA-7、 MA-8、 MB-3、 MB-4 分别向 1号主推进/水下泵变压器、 2 号绞刀变压器、2号舱内泵变压器、 1号绞刀/2 号主推进变压器、 1 号舱内泵变压器供电;通过一个断路器 MB-6向日用变压器供电，每个断路器的电流、功率等信号通过继保单元进行显示。
2.2辅发电机、 400V 主配电板
本船设有一台辅发电机;通过断路器 LA 向主配电板供电;通过两个断路器 LA-1、 LB-1 分别向 1#/2#照明变压器供电; 1 号/2 号岸电箱通过断路器对主配电板进行供电;通过断路器 LA-E1、 LA-E2 与应急配电板联接;通过断路器 LB 向日用变压器供电;低压配电板左/右屏通过断路器（母联开关 LA-B）进行联接;照明变压器通过两个断路器 LA-2、 LB-2 向 230V配电板供电;在400V 配电板辅发电机屏设有电压、电流、功率、频率等监测仪表及相关指示灯。
辅发电机屏遥控模式下，在 PMS 触摸屏上可以通过按钮进行手动辅发起机/停机、断路器分/合闸、加速/减速控制操作;在手动并车时，还可以通过辅发电机加速/减速按钮对辅发电机柴油机进行加/减速控制，以手动操作辅发电机与400V 电网并车;在 PMS 触摸屏上，设有各个断路器的状态指示，用于显示其分/合闸状态。
2.3 应急发电机、应急配电板
本船设有一台应急发电机：通过断路器 E1 向应急配电板供电。应急配电板通过断路器 LA-E1、LA-E2 与主配电板左屏联接，通过两个断路器分别向两台应急 230V 变压器供电;相应应急照明变压器通过两个断路器向应急 230V 配电板供电，应急配电板上设有应急发电机电压、电流、功率、频率等监测仪表及相关指示灯。
在停泊遥控模式下，在 PMS 触摸屏上可以通过按钮进行手动起/停应急发电机及断路器的分/合闸、加速/减速按钮操作;在 PMS 触摸屏上设有断路器状态指示，用于相应断路器分/合闸状态显示; LA-E1 开关在应急配电板有电情况下或在 LA-E2 开关有电的情况下自动合闸。
3 供电模式
本船PMS设置有以下四种主要供电模式：
3.1 4台主发电机供电模式
本模式由四台主发电机运行向绞刀电机、水下泵电机、两台舱内泵电机和液压泵供电; 6.6kV中压配电板通过绞车/封水泵变频器向横移绞车、起桥绞车、封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电。 该模式通常在三泵挖泥 （岩）工况、 两泵挖泥（岩）工况下使用，辅发电机不工作，应急/停泊柴油发电机不工作。此时主发电机负荷率为88%。
3.2 3台主发电机供电模式
本模式由三台主发电机向左/右舷中压配电板供电，通过日用变压器向400V 配电 板供电，是单泵挖泥（岩）工况、 两泵挖泥（岩）工况下的常用模式：
（1）单泵挖泥（岩）工况
三台主发电机运行向两台绞刀电机、水下泥泵电机和液压泵供电;6.6kV 中压配电板通过绞车/封水泵变频器向横移绞车、起桥绞车、 封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电。
（2）双泵挖泥（岩）工况
三台主发电机运行向一台绞刀电机、水下泵电机、一台舱内泵电机和液压泵供电;6.6kV 中压配电板通过绞车/封水泵变频器向 横移绞车、起桥绞车、封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电;辅发电机不工作，应急/停泊柴油发电机不工作。此时主发电机负荷率为86.5%。
3.3 2台主发电机供电模式
本模式由两台主发电机提供 6600V及400V全船用电，是单泵挖泥（岩）工况、航行工况下的可选供电模式：
（1）单泵挖泥（ 岩）工况
两台主发电机运行向一台绞刀电机、水下 泵电机和液压泵供电; 6.6kV 中压配电板通过绞车/封水泵变频器向横移绞车、起桥绞 车、封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电。
（2）航行工况
两台主发电机运行向两台推进电机供电;6.6kV中压配电板通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电;辅发电机不工作，此时主发电机负荷率为84%。
3.4 1台主机供电模式
本模式由一台主发电机提供 6600V 及 400V 全船用电，绞刀维修工况下的可选供电模式;辅发电机不工作，应急/停泊柴油发电机不工作。此时主发电机负荷率为10%。
此工况建议选用辅发电机反供电模式更为经济，辅发电机的负荷率为56%。
4 功率限制与保护
4.1 基于自动疏浚系统的负载预分配及降功率顺序
在疏浚工程开始之前，自动疏浚系统根据预设的工地土质对疏浚设备进行功率预分：挖淤泥时，横移和绞刀的功率需求比较小，水下泵的功率需求比较大;挖硬土质时则相反。
另外，对于泥泵，如果过量的降低泥泵的功率会导致泥泵的转速降低，若低于疏浚管道内的临界流速，则在泥浆浓度较大的情况下就会出现堵 管。这些疏浚工况的来源是疏浚系统，并且功率的配置需求是一个变动的过程，此分配在电网未超负荷进行功率限制时有效。
在运行各设备功率总和大于在网主发电机总功率减400v配电板功率时，说明在当前电网配置下运行设备不能运行在额定功率，根据不同工况进行功率预分配可以提高施工效率，并可有效的防止电网超负荷进入限功率模式。表1为各设备额定功率的百分比权重，（可修改设定）：
例如：三泵双绞刀工况，开启四台主发电机，此时的功率预分配计算结果如下：
设备需求总功率：16312 KW
电网可用总功率： 13852 KW
绞刀实际分配功率： 5084 KW
横移绞车实际分配功率： 679 KW
水下泵实际分配功率： 3068 KW
舱内泵实际分配功率： 4331 KW
当电网超负荷后，进入功率限制，PMS根据不同工况查询限负荷优先级如表2所列：
当电网出現过载工况时（如过载 xKW），则 PMS将执行以下动作：
（1）向疏浚系统发出过载报警提示;
（2）根据疏浚系统给定的工况，选择相应的功率限制优先级表，指定的一级降功率负载减少xKW;如果降低的功率小于最小允许功率，则降功率按照允许最小负载执行;
（3）如果一级降负荷达到最小功率限制值电网仍然过载，则激活二级降功率设备的降功率指令;
（4）依次执行相应的降功率等级。
必须注意：在航行工况下左右推进处于相同的降功率等级时，也就是如果出现推进的功率限制时，则两台推进都会受到相同的限制值;如果主推出现越控，则主推的允许功率为电网可用的100%功率;当其他设备降功率仍然不满足主推功率需求时，如果有备用机则启动备机，并车进网运行。
4.2 航行模式
船舶进出港时一般以低速航行，消耗的功率较少，此时采用双主发电机的模式就可以满足功率需求，另外2台主发电机则处在备机状态。
PMS主要管理主推进的功率使用：
（1）电网出现预过载（电网负荷大于90%）时，发出预过载报警，如果预过载持续时间大于1分钟，则启动备用发电机;
（2）电网出现过载（电网负荷大于95%）时，发出过载报警，同时启动备用发电机，PMS此时对推进的功率进行限制，进入降功率步骤，但不会降到设备允许使用的最小功率以下，如果过载持续时间大于10秒，则对非重要负载优先脱扣;
（3）船舶正常巡航时，为了保证船舶的航速，采用二台主发电机的模式就可以满足功率需求，另外2台主发电机则处在备机状态;
（4）如果主推出现越控，则主推的允许功率为电网可用的100%功率;当其他设备降功率仍然不满足主推功率需求时，如果有备用机则启动备机，并车进网运行。
5 结论
本文通过对一艘某7800KW自航绞吸挖泥船功率管理系统的研究，讨论了功率分配的重要项目和关键点，具有一定的借鉴意义，也为未来类似工作的开展提供一定的经验和帮助。
参考文献
[1] CCS.钢质海船入级规范（2018）.
[2] 何炎平 ，冯长华 ，顾敏童 ，李瑞祥 .“天鲸” 号大型自航绞吸挖泥船 [J].《船舶工程》.2009，31（5）：1-5.
[3] 韩海强，王潮. 400方绞吸挖泥船绞刀转速与桥架横移速度匹配研究.《中国疏浚》，2020 NO.03.
[4] 韦杏静，黄诚昭，谢一飞. “ACC”自动绞刀控制系统在8527型绞吸式挖泥船的应用.《中国疏浚》.2020 NO.04.
[5] 张博.大型绞吸船强风化岩施工工艺研究.《中国疏浚》，2020 NO.04.
[6] 陈梦.功率管理系统在耙吸挖泥船中的应用.《船舶与海洋工程》.2012.
关键词：大功率自航绞吸挖泥船;供电模式;疏浚工况
中图分类号：U674.31 文献标识码：A
Abstract： This paper introduces a power management system（PMS） of a 7800kW self-propelled suction dredger， and expounds the key design requirements of the power management system of a heavy power dredger by analyzing the configuration and how to allocate the power based on dredging control.
Key words： Heavy power self-propelled cutter suction dredger; Power supply mode; Dredging condition
1 前言
船舶电源管理系统（PMS）是一种复杂的自动化系统，用于处理船上发电机、配电板和重要用电设备的功率分配。该系统的主要作用如下：
（1）将确保电网容量在任何时候都符合工况需求，通过控制主要用电设备的负荷使用，保证船舶的电网安全;
（2）为发电机、柴油发动机、变压器、配电板和大型用电设备提供必要的控制和保护功能;
（3）在电网断电的情况下，控制配电系统恢复电网供电。
包括：柴油发电机、轴带发电机、连接开关和岸上连接的电源管理功能，同步、并联运行、柴油发电机的备用控制等。
本文以某7800KW自航绞吸挖泥船为载体，介绍在不同工况下如何通过PMS将本船的电力系统管理做到效率最大化。
2 船舶电站组成
全船供电系统图，如图1所示：
2.1 主发电机、中压配电板
本船共设有四台主发电机，通过断路器 MA-1、MA-2 和 MB-1、 MB-2 分别向中压配电板左/右屏供电：中压配电板发电机屏对每台主发电机的功率、电压、电流、频率等进行监测，对发电机断路器进行分/合闸状态指示，在测量屏设有分/合闸旋钮及发电机调速旋钮;在 PMS 触摸屏上可以发出主发电机主机定速请求、断路器分/合闸、负载转移等命令;对主发电机前、后轴承润滑单元进行运行状态指示;中压配电板左/右屏通过断路器（母联开关 MA-B）进行联接，在测量屏可对该断路器进行分/合闸操作及分/合闸状态指示，同时对保护脱扣及连锁进行报警显示。
中压配电板通过三个接触器 MA-3、 MA-4、 MB-7 分别向三个液压泵电机供电;通过两个断路器 MA-5、MB-5 分别向两套多传动系统变压器供电;通過五个断路器 MA-6、MA-7、 MA-8、 MB-3、 MB-4 分别向 1号主推进/水下泵变压器、 2 号绞刀变压器、2号舱内泵变压器、 1号绞刀/2 号主推进变压器、 1 号舱内泵变压器供电;通过一个断路器 MB-6向日用变压器供电，每个断路器的电流、功率等信号通过继保单元进行显示。
2.2辅发电机、 400V 主配电板
本船设有一台辅发电机;通过断路器 LA 向主配电板供电;通过两个断路器 LA-1、 LB-1 分别向 1#/2#照明变压器供电; 1 号/2 号岸电箱通过断路器对主配电板进行供电;通过断路器 LA-E1、 LA-E2 与应急配电板联接;通过断路器 LB 向日用变压器供电;低压配电板左/右屏通过断路器（母联开关 LA-B）进行联接;照明变压器通过两个断路器 LA-2、 LB-2 向 230V配电板供电;在400V 配电板辅发电机屏设有电压、电流、功率、频率等监测仪表及相关指示灯。
辅发电机屏遥控模式下，在 PMS 触摸屏上可以通过按钮进行手动辅发起机/停机、断路器分/合闸、加速/减速控制操作;在手动并车时，还可以通过辅发电机加速/减速按钮对辅发电机柴油机进行加/减速控制，以手动操作辅发电机与400V 电网并车;在 PMS 触摸屏上，设有各个断路器的状态指示，用于显示其分/合闸状态。
2.3 应急发电机、应急配电板
本船设有一台应急发电机：通过断路器 E1 向应急配电板供电。应急配电板通过断路器 LA-E1、LA-E2 与主配电板左屏联接，通过两个断路器分别向两台应急 230V 变压器供电;相应应急照明变压器通过两个断路器向应急 230V 配电板供电，应急配电板上设有应急发电机电压、电流、功率、频率等监测仪表及相关指示灯。
在停泊遥控模式下，在 PMS 触摸屏上可以通过按钮进行手动起/停应急发电机及断路器的分/合闸、加速/减速按钮操作;在 PMS 触摸屏上设有断路器状态指示，用于相应断路器分/合闸状态显示; LA-E1 开关在应急配电板有电情况下或在 LA-E2 开关有电的情况下自动合闸。
3 供电模式
本船PMS设置有以下四种主要供电模式：
3.1 4台主发电机供电模式
本模式由四台主发电机运行向绞刀电机、水下泵电机、两台舱内泵电机和液压泵供电; 6.6kV中压配电板通过绞车/封水泵变频器向横移绞车、起桥绞车、封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电。 该模式通常在三泵挖泥 （岩）工况、 两泵挖泥（岩）工况下使用，辅发电机不工作，应急/停泊柴油发电机不工作。此时主发电机负荷率为88%。
3.2 3台主发电机供电模式
本模式由三台主发电机向左/右舷中压配电板供电，通过日用变压器向400V 配电 板供电，是单泵挖泥（岩）工况、 两泵挖泥（岩）工况下的常用模式：
（1）单泵挖泥（岩）工况
三台主发电机运行向两台绞刀电机、水下泥泵电机和液压泵供电;6.6kV 中压配电板通过绞车/封水泵变频器向横移绞车、起桥绞车、 封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电。
（2）双泵挖泥（岩）工况
三台主发电机运行向一台绞刀电机、水下泵电机、一台舱内泵电机和液压泵供电;6.6kV 中压配电板通过绞车/封水泵变频器向 横移绞车、起桥绞车、封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电;辅发电机不工作，应急/停泊柴油发电机不工作。此时主发电机负荷率为86.5%。
3.3 2台主发电机供电模式
本模式由两台主发电机提供 6600V及400V全船用电，是单泵挖泥（岩）工况、航行工况下的可选供电模式：
（1）单泵挖泥（ 岩）工况
两台主发电机运行向一台绞刀电机、水下 泵电机和液压泵供电; 6.6kV 中压配电板通过绞车/封水泵变频器向横移绞车、起桥绞 车、封水泵系统供电，通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电。
（2）航行工况
两台主发电机运行向两台推进电机供电;6.6kV中压配电板通过日用变压器向 400V 主配电板和应急配电板供电;辅发电机不工作，此时主发电机负荷率为84%。
3.4 1台主机供电模式
本模式由一台主发电机提供 6600V 及 400V 全船用电，绞刀维修工况下的可选供电模式;辅发电机不工作，应急/停泊柴油发电机不工作。此时主发电机负荷率为10%。
此工况建议选用辅发电机反供电模式更为经济，辅发电机的负荷率为56%。
4 功率限制与保护
4.1 基于自动疏浚系统的负载预分配及降功率顺序
在疏浚工程开始之前，自动疏浚系统根据预设的工地土质对疏浚设备进行功率预分：挖淤泥时，横移和绞刀的功率需求比较小，水下泵的功率需求比较大;挖硬土质时则相反。
另外，对于泥泵，如果过量的降低泥泵的功率会导致泥泵的转速降低，若低于疏浚管道内的临界流速，则在泥浆浓度较大的情况下就会出现堵 管。这些疏浚工况的来源是疏浚系统，并且功率的配置需求是一个变动的过程，此分配在电网未超负荷进行功率限制时有效。
在运行各设备功率总和大于在网主发电机总功率减400v配电板功率时，说明在当前电网配置下运行设备不能运行在额定功率，根据不同工况进行功率预分配可以提高施工效率，并可有效的防止电网超负荷进入限功率模式。表1为各设备额定功率的百分比权重，（可修改设定）：
例如：三泵双绞刀工况，开启四台主发电机，此时的功率预分配计算结果如下：
设备需求总功率：16312 KW
电网可用总功率： 13852 KW
绞刀实际分配功率： 5084 KW
横移绞车实际分配功率： 679 KW
水下泵实际分配功率： 3068 KW
舱内泵实际分配功率： 4331 KW
当电网超负荷后，进入功率限制，PMS根据不同工况查询限负荷优先级如表2所列：
当电网出現过载工况时（如过载 xKW），则 PMS将执行以下动作：
（1）向疏浚系统发出过载报警提示;
（2）根据疏浚系统给定的工况，选择相应的功率限制优先级表，指定的一级降功率负载减少xKW;如果降低的功率小于最小允许功率，则降功率按照允许最小负载执行;
（3）如果一级降负荷达到最小功率限制值电网仍然过载，则激活二级降功率设备的降功率指令;
（4）依次执行相应的降功率等级。
必须注意：在航行工况下左右推进处于相同的降功率等级时，也就是如果出现推进的功率限制时，则两台推进都会受到相同的限制值;如果主推出现越控，则主推的允许功率为电网可用的100%功率;当其他设备降功率仍然不满足主推功率需求时，如果有备用机则启动备机，并车进网运行。
4.2 航行模式
船舶进出港时一般以低速航行，消耗的功率较少，此时采用双主发电机的模式就可以满足功率需求，另外2台主发电机则处在备机状态。
PMS主要管理主推进的功率使用：
（1）电网出现预过载（电网负荷大于90%）时，发出预过载报警，如果预过载持续时间大于1分钟，则启动备用发电机;
（2）电网出现过载（电网负荷大于95%）时，发出过载报警，同时启动备用发电机，PMS此时对推进的功率进行限制，进入降功率步骤，但不会降到设备允许使用的最小功率以下，如果过载持续时间大于10秒，则对非重要负载优先脱扣;
（3）船舶正常巡航时，为了保证船舶的航速，采用二台主发电机的模式就可以满足功率需求，另外2台主发电机则处在备机状态;
（4）如果主推出现越控，则主推的允许功率为电网可用的100%功率;当其他设备降功率仍然不满足主推功率需求时，如果有备用机则启动备机，并车进网运行。
5 结论
本文通过对一艘某7800KW自航绞吸挖泥船功率管理系统的研究，讨论了功率分配的重要项目和关键点，具有一定的借鉴意义，也为未来类似工作的开展提供一定的经验和帮助。
参考文献
[1] CCS.钢质海船入级规范（2018）.
[2] 何炎平 ，冯长华 ，顾敏童 ，李瑞祥 .“天鲸” 号大型自航绞吸挖泥船 [J].《船舶工程》.2009，31（5）：1-5.
[3] 韩海强，王潮. 400方绞吸挖泥船绞刀转速与桥架横移速度匹配研究.《中国疏浚》，2020 NO.03.
[4] 韦杏静，黄诚昭，谢一飞. “ACC”自动绞刀控制系统在8527型绞吸式挖泥船的应用.《中国疏浚》.2020 NO.04.
[5] 张博.大型绞吸船强风化岩施工工艺研究.《中国疏浚》，2020 NO.04.
[6] 陈梦.功率管理系统在耙吸挖泥船中的应用.《船舶与海洋工程》.2012.