某電池動力客船主干電纜路徑設計

周忠亮 陳以君 劉旦花

摘? ? 要：本文基于電池動力系統特點、用電設備配置、規范標準要求、船型情況等進行分析，以某純電池動力客船為例，介紹電池動力船舶的主干電纜路徑設計思路及方法。

關鍵詞：電池動力船舶;主干電纜;直流電源;電磁兼容

中圖分類號：U665.12 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Main Cable Routing Design for Battery Powered Ship

ZHOU Zhongliang， CHEN Yijun， LIU Danhua

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： Based on the analysis of battery power system characteristics， electrical equipment configuration， rules and standard requirements and ship types， this paper takes a battery powered passenger ship as an example to introduce the main cable path design ideas and solutions of battery powered ship.

Key words： Battery powered ship; Main cable routing; DC power supply; Electromagnetic compatibility

1? ? ?前言

船舶主干電纜是指主要設備之間連接的電纜，即是從主電源至主配電板，再從主配電板至各設備控制箱或分配電箱的電纜，包括電力電纜和通訊電纜。

主干電纜路徑圖，是用于表達連續貫通全船各層甲板、各個主要艙室將設備連接起來，顯示貫穿件位置、設備進線方式、不同電纜敷設要求、電纜保護措施等的圖紙，是后續生產設計的依據。主干電纜路徑設計的合理性，是保證電力和信號安全高效傳輸的基礎，不同船舶對主干電纜路徑的設計有不同的要求。

近年來，新能源船舶快速發展，涌現出純電池動力、氫燃料電池動力、混合動力等船舶。新能源船舶采用了大量新技術、新設備，出現了中壓直流電源電纜、交流電源電纜、變頻電纜、低壓電源電纜、模擬信號電纜、數字信號電纜、光纖電纜等。如何控制各電纜之間的電磁兼容性，保證信號傳輸的穩定性以及系統布置的合理性，成為重要的研究課題。

2? ? ?主干電纜路徑設計基本思路

在設計主干電纜路徑時，不僅要遵循規范、設計準則要求，同時要考慮線路走向、安裝工藝以及成本的合理性，基本思路如下：

（1）準備好相關設計圖紙，包括：總布置圖、防火控制圖、絕緣布置圖、機械設備布置圖、電氣設備布置圖、結構圖等，弄清艙室分隔、防火艙壁、主豎區、意向電纜路徑的空間位置;

（2）對機電設備進行分類，羅列雙套及以上的設備（包括主電源、變壓器、傳令鐘、操舵裝置等）和應急狀態下仍需供電或控制的設備;

（3）整理機電設備進線方式、電纜類別，評估主干電纜需要寬度、高度，標記對信號要求嚴格的電纜;

（4）主干電纜應盡量避免穿過船體強力結構件，不可避免時應與結構專業協商并增加補強措施;

（5）主干電纜盡量減少穿過防火區和水密隔艙，不可避免時應采用貫穿件和防火堵料密封;

（6）雙套設備的供電和控制電纜、不同電壓等級的電力電纜、對信號要求嚴格的電纜均應分開敷設，并盡可能遠離;

（7）主干電纜應避免穿過潮濕、高熱區域，禁止穿過廚房、冷庫、防爆艙室以及油艙、水艙;

（8）經過露天區域的電纜、進入機械處所或防爆區的末端電纜，均應采取保護措施;

（9）主干電纜的走向，應考慮到通過用電設備集中區域以及兼顧左右舷用電設備;

（10）主干電纜通道應盡量平直，縮短電纜長度;

（11）主干電纜通道應有足夠的安裝和維修空間，降低施工難度;

（12）保持與各專業之間的溝通協調。

3? ? ?某電池動力船舶主干電纜路徑設計

本文以某純電池動力客船為例，介紹其主干電纜路徑設計：

（1）該船采用鋰電池組作為主動力（全船共六組鋰電池組，左右舷各三組，總電量約3 000 kWh），雙推進電機雙舵槳，尾部推進，首駕駛;

（2）主船體為雙體結構，上建為兩層，客艙采用了全通透的玻璃形式;機電設備艙室主要設置在船舶中部及尾部，駕駛室設在主甲板;

（3）機電氣設備主要有鋰電池組、直流配電柜、交流配電板、隔離變壓器、交流推進電機、全回轉舵槳裝置、充電柜、駕控臺、監視臺、空調機組等;

（4）重要機電設備在左右片體對稱布置，直流配電板布置在主甲板右舷;

（5）直流配電柜、交流配電板、駕控臺、監視臺采用常規的底部進線方式;

（6）采用直流組網的電力推進系統，電纜類別有直流750 V電源電纜、交流380 V電源電纜、變頻電纜、低壓電源電纜、控制信號電纜、網絡通信電纜等;

（7）鋰電池輸出直流電，電流根據負載變化存在波動性，系統使用載流量大的單芯電纜;

（8）根據規范要求，與鋰電池組無關的設備不能放置在鋰電池艙里。

3.1? ?主干電纜整體布置

主干電纜路徑布置方案為：主甲板以下的左右片體各設一條主干通道，主干通道不貫穿鋰電池艙，左右舷電纜需連接起來;上建左右舷各設一條主干通道，左右舷的電纜通道需連接起來，如圖1、圖2所示。

全船主干電纜路徑的布置與常規雙體船體的差異，主要在于主甲板以下主干電纜通道不連貫，首尾各需要設置連接上一層的電纜通道。

根據艙室布置及結構特點，該船的主要設備集中在尾部，因此主干電纜路徑設計的重點和難點為尾部區域、船首駕控臺區域、上建上下貫通部分。

3.2? ?尾部區域主干電纜布置

尾部區域主要為動力電纜。主動力電源為非傳統交流電源，而是鋰電池直流電源;另外，鋰電池組功率較大，主電源電纜采用大電流單芯電纜，且需要區分正負極;動力鋰電池集中分布在艙底左右兩個片體，直流配電柜放置在其中一個片體的上層甲板。

（1）根據直流電纜安裝標準要求，直流電纜與交流電纜近距離敷設時，應盡可能避免與交流電纜長距離平行敷設;

電氣系統中的干擾信號，主要是由頻率的不同產生的。在直流系統中，產生直流電的整流設備以及直流電轉換成交流電的逆變設備，均會產生大量高次諧波，從而干擾周圍的模擬信號和數字信號。該船整流及逆變裝置均集中在直流配電柜內，因此進入直流配電柜的不同類型電纜需分開進入，即從不同的貫穿件進入;鋰電池組的通訊信號對電磁兼容性要求較高，為確保信號傳輸的穩定性以及系統工作的可靠性，通信電纜與直流電纜考慮分開敷設。

（2）根據上述設計思路，尾部區域的直流電纜、變頻電纜、交流及控制電纜需分開敷設。如何設置路徑連接兩個片體的電纜通道，以及減少電纜彼此之間的干擾是設計的難點。有兩種連接方案：

方案一，在上建（即主甲板）設置連通路徑，因左舷區域為衛生間通道難以布置，右舷的配電間空間小，而且大量電纜集中在右舷會造成重心偏右;

方案二，在主甲板以下設電纜連接橋，但由于電纜較大，需設置多個連接橋 。

該船設計選擇了方案二，在主甲板下左右片體設置四條連接橋，用于連接不同類型的電纜，每個連接橋體積相對較小，獨立用于敷設電纜，如圖3所示：粗實線表示交流電纜及屏蔽電纜;粗虛線表示變頻電纜;粗點劃線表示直流電纜;雙細虛線表示連接橋。同樣，橫向平行敷設的不同類型電纜盡可能遠離，以保證信號傳輸的穩定性以及系統工作的可靠性。

（3）主甲板船尾左右舷各設置了一個充電柜，兩個充電柜互相連接，任意一個均能對全船鋰電池進行充電。充電柜至直流配電柜之間，采用16根1x70 mm2的單芯電纜，為提高電磁兼容性，充電電纜與其他電纜分開敷設。為此，設一專用連接橋將左右片體的直流充電電纜連通，再接至直流配電柜，從而實現對動力電池的充電功能。

（4）由于本船左右兩舷鋰電池組主電源電纜各使用18根1x70 mm2的單芯電纜，推進電機各使用3根3x70 mm2變頻電纜，通往左右舷的交流電流較少，信號電纜較多。通過優化電纜選型來減少施工工作量，即交流電纜選用帶銅編織鎧裝的型號（可起到一定屏蔽作用），信號控制電纜采用帶屏蔽型號的電纜，盡可能將屏蔽電纜與交流電纜分開綁扎，以減少信號干擾。

（5）直流電源采用了大量的單芯電纜，如何減少電纜體積、降低施工難度、設計的路徑能否滿足電纜彎曲半徑要求，也是主干電纜路徑需要考慮的問題。該船通過分析比較各類電纜特點，選擇了載流量高、電纜直徑細、性價比高的新型CJPJ系列柔性電纜，其體積、重量均比常規單芯電纜小，電纜轉彎容易，在主干路徑上的彎曲半徑也能滿足規范要求。

3.3? ?駕控臺區域主干電纜布置

該船的駕控臺布置在主甲板，由于雙體船這一特殊性，使得駕控臺底部正下方處于水面上方，即處于懸空狀態。如果駕控臺采用傳統的底部進線方式，則需要在船體底下增加電纜連接橋，電纜從兩舷進入連接橋，再在連接橋中間位置往上穿過主甲板進入駕控臺。此連接橋長度約5 m，標準要求電纜每300 mm需要進行綁扎或者固定，因此連接橋內部的電纜拉放、綁扎/固定以及甲板貫穿件的密封等施工困難;由于船首連接橋受水流沖擊較多，駕控臺底部貫穿件相當于在船體底板開孔安裝，其密封性、防腐蝕的要求更高，工藝水平難以實現。若需滿足施工空間需求，連接橋內部凈空高度至少600 mm以上，整個連接橋體積龐大，將增加船舶航行阻力，影響船舶性能，因此采用連接橋方式不可行。

該船采用駕控臺兩側下部進線的方式，駕控臺兩側地板設計成抬高的型式，以滿足兩側電纜敷設要求：兩側電纜通道從主甲板天花沿駕駛室兩側艙壁往下延伸至主甲板地板，然后從貼近地板處穿過艙壁進入駕駛室，再沿地板敷設至駕控臺;駕控臺兩側采用花鐵板或者其他材料覆蓋在主干通道上方，形成一個臺階，起裝飾作用，同時保護電纜避免機械損傷，如圖4所示：

3.4? ?上建部分主干電纜布置

（1）該船主甲板尾部的艙室布置情況：左舷區域為衛生間，右舷區域為配電間、備餐間，中部為人行通道。駕控臺至兩臺舵槳及推進電機的控制電纜，應分開并盡可能遠離敷設;為兼顧左右舷設備，上建甲板亦需分成左右舷兩條主干通道;該船尾部的艙室布置使得主干電纜路徑布置較為困難，左舷電纜路徑避開樓梯并與下一層電纜通道連通，只有左舷衛生間可布置，但由于衛生間屬于一般潮濕處所，與基本設計要求有一定的沖突。為達到主干電纜分開及遠離敷設的要求，該船選擇在衛生間內布置電纜通道，同時采取防水裝飾板包裹等措施對電纜進行防潮處理，如圖5所示。

（2）基于旅客的觀光需求，主甲板客艙區以及二層甲板的結構型式為全通透玻璃。船中及船首，上下兩層除了結構骨材外，兩舷沒有艙室鋼壁;從主甲板通往二層甲板的主干電纜路徑若沿玻璃窗往上走，則會影響客艙的整體美觀，同時不利于電纜的固定，施工工藝復雜。經過優化菜梯間的開門方向和裝修方案，讓出通道空間，電纜通道在主甲板天花沿菜梯間外側艙壁往上通至二層甲板天花，從而將兩層主干電纜通道連通;二層甲板菜梯間外側電纜通道位置利用可拆卸的裝修板包圍起來，滿足美觀效果和維修需求;二層甲板及以上沒有要求必須分開敷設的電纜，因此設一個上下貫通的電纜通道可滿足規范要求。

4? ? 結束語

主干電纜路徑是船舶詳細設計的重要圖紙，可以指導電氣系統設計和生產設計。故主干電纜路徑設計要求設計人員掌握規范標準、熟悉船舶相關設計圖紙、了解機電設備供電及控制特點，進行全局考慮，兼顧全船用電設備，將電纜網絡盡可能清晰簡潔地表達。主干電纜路徑的合理設計，一定程度上減少電纜的長度，降低施工難度，節約成本，同時保障了用電設備的工作需求，使電氣系統的安全性、可靠性更高。

參考文獻

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