王小林+李美玲

摘 要：針對(duì)動(dòng)力定位電力系統(tǒng)中合排模式的設(shè)計(jì)，以我司78 m平臺(tái)供應(yīng)船為實(shí)例，從原理設(shè)計(jì)和功能方面，結(jié)合實(shí)際需要和滿足相關(guān)船級(jí)社規(guī)范進(jìn)行介紹。本文對(duì)類似電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力定位；電力系統(tǒng)；匯流排；合排；FMEA

中圖分類號(hào)：U674.38+ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Taking the 78 m platform supply vessel as an example， this paper introduces the design of closed model of DP2 system from the aspects of design principle， function and combined with the actual design needs and the relative requirements of classification society.

Key words： Dynamic positioning ；Power system；Bus bar；Close；FMEA

1 引言

近幾年來海洋開發(fā)系統(tǒng)逐漸由淺海向深海發(fā)展，常用的斷開模式的動(dòng)力定位系統(tǒng)成本高、能耗高，而閉合模式的動(dòng)力定位系統(tǒng)具有油耗低、經(jīng)濟(jì)效益高、定位能力高、安全更可靠的優(yōu)點(diǎn)，將成為船東優(yōu)先選擇的方案。

2 動(dòng)力定位系統(tǒng)定義

動(dòng)力定位系統(tǒng)的工作原理是：應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)采集來的風(fēng)、浪、流等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置自動(dòng)地進(jìn)行計(jì)算，控制各個(gè)推力器的推力大小，保持船舶定位不漂移。

動(dòng)力定位系統(tǒng)由四大部分組成：控制系統(tǒng)；推進(jìn)器系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；測(cè)量系統(tǒng)。

動(dòng)力定位等級(jí)分為三級(jí)：1級(jí)動(dòng)力定位（DP0和DP1）、2級(jí)動(dòng)力定位（DP2）、3級(jí)動(dòng)力定位（DP3）。

DP0是指船舶裝備一套集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，能在最大環(huán)境條件下，使船舶的位置和航向保持在限定范圍；

DP1是指船舶裝備一套集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，另外還有一套獨(dú)立的集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，能在最大環(huán)境條件下，使船舶的位置和航向保持在限定范圍；

DP2是指船舶裝備一套集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，另外還有一套獨(dú)立的集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，能在最大環(huán)境條件下即使船舶發(fā)生單個(gè)故障，仍能使船舶的位置和航向保持在限定范圍；

DP3是指船舶裝備一套集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，另外還有一套獨(dú)立的集控手操和自動(dòng)航向保持的動(dòng)力定位系統(tǒng)，能在最大環(huán)境條件下即使船舶發(fā)生單個(gè)故障，包括由于失火或進(jìn)水而完全失去一個(gè)艙，都可使船舶的位置和航向保持在限定范圍。

FMEA是故障模式與失效影響分析的英文縮寫，它是一種能深入到各個(gè)層面的系統(tǒng)化的分析方法。FMEA應(yīng)用著名的墨菲理論，從系統(tǒng)到子系統(tǒng)、再到設(shè)備、再到部件都要進(jìn)行仔細(xì)分析，同時(shí)還能結(jié)合ROM（可靠性、可操作性和可維護(hù)性）分析，指出潛在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，特別是 能影響DP船舶冗余性的風(fēng)險(xiǎn)。目前，主要船級(jí)社都把FMEA報(bào)告和實(shí)驗(yàn)作為DP船舶入級(jí)的依據(jù)。

3 斷開模式動(dòng)力定位系統(tǒng)分析

具有2級(jí)動(dòng)力定位（DP2）的船舶，都要求在發(fā)生單點(diǎn)故障后船舶還具有一定的定位能力，保持船舶的位置和航向在限定范圍內(nèi)，這就要求電力系統(tǒng)按A和B排分別供應(yīng)船舶的推進(jìn)系統(tǒng)的電源（見圖1）。在DP模式下，ACB6是斷開的，即在主配電板匯流A排完全失效的情況下，主配電板匯流B排仍能供電，即要求4臺(tái)發(fā)電機(jī)在DP模式下必須是全部運(yùn)行，這就造成油耗高、經(jīng)濟(jì)效益低。如果出現(xiàn)最大單點(diǎn)故障，A或B匯流排失電，船舶將丟失一半的推進(jìn)器，雖然還能定位但定位能力會(huì)大大降低，安全性也隨之降低。

4 合排模式動(dòng)力定位系統(tǒng)分析

合排模式的動(dòng)力定位電力系統(tǒng)，要求主匯流的聯(lián)絡(luò)開關(guān)必須是兩個(gè)，如圖2的ACB6和ACB7。正常工作工況是啟動(dòng)任意3臺(tái)發(fā)電機(jī)作為全船DP動(dòng)力供電，剩下一臺(tái)作為備用，這樣相比斷開模式動(dòng)力系統(tǒng)少運(yùn)行一臺(tái)發(fā)電機(jī)，達(dá)到降低能耗的要求。

4.1 合排模式電力系統(tǒng)的FMEA分析

（1）當(dāng)A、B兩個(gè)其中一個(gè)匯流排的發(fā)電機(jī)或匯流排出現(xiàn)短路時(shí)才快速打開ACB6和ACB7，并且是故障側(cè)的ACB優(yōu)先動(dòng)作；

（2）如果僅是發(fā)電機(jī)常規(guī)故障（如滑油壓力低報(bào)警或停車等），則要求DP控制系統(tǒng)發(fā)出減螺距信號(hào)給側(cè)推，待備用發(fā)電機(jī)起動(dòng)和并聯(lián)到MSB后才恢復(fù)到正常螺距，這個(gè)降螺距的信號(hào)只有幾十秒，而如果是斷開模式的DP電力系統(tǒng)將丟失1個(gè)推進(jìn)器，故合排模式的定位能力得到大大提高；

（3）整個(gè)配電系統(tǒng)有冗余布局，功率管理系統(tǒng)應(yīng)具有充足的冗余或適當(dāng)?shù)目煽啃?，在船舶電站可分配功率降低時(shí)，能發(fā)出降螺距信號(hào)給對(duì)應(yīng)推進(jìn)器，要假設(shè)功率管理系統(tǒng)的電源、控制器、I/O 模塊、通迅總線或網(wǎng)絡(luò)等會(huì)發(fā)生故障，但故障不會(huì)引起整個(gè)功率管理系統(tǒng)功能喪失；

（4）應(yīng)急停止系統(tǒng)的回路故障不應(yīng)引起與船舶定位能力相關(guān)的推進(jìn)器和動(dòng)力系統(tǒng)停機(jī)（包括機(jī)艙風(fēng)機(jī)和主空壓機(jī)）；

（5）需要合閘運(yùn)行的母排聯(lián)絡(luò)開關(guān)必須有短路保護(hù)、不平衡電流監(jiān)控保護(hù)、有功電流和無功電流監(jiān)控保護(hù)功能（也可由發(fā)電機(jī)組的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)），以免單個(gè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁或調(diào)速器故障蔓延到與其 并列運(yùn)行的其它發(fā)電機(jī)而引起全船失電。

4.2 合排模式推進(jìn)器的FMEA分析

（1）電力驅(qū)動(dòng)的側(cè)推在合排電力系統(tǒng)中必須考慮瞬間電壓降，當(dāng)合排的匯流排短路時(shí)，電網(wǎng)將產(chǎn)生瞬時(shí)電壓降，導(dǎo)致側(cè)推的ACB或控制元件停止工作。作為合排的DP系統(tǒng)，側(cè)推必須在匯流排斷開前保持運(yùn)行，從而保證船舶的定位能力；

（2）如果出現(xiàn)任一故障會(huì)導(dǎo)致操作人員對(duì)推進(jìn)器失去控制時(shí)，應(yīng)將推進(jìn)命令自動(dòng)歸零。如果故障僅影響一部分推進(jìn)器，對(duì)這些受影響的推進(jìn)器其控制命令應(yīng)自動(dòng)歸零，而此時(shí)保持其他未受影響的推進(jìn)器仍處于操縱桿控制下；

（3）每一推進(jìn)器應(yīng)設(shè)有獨(dú)立的應(yīng)急停止裝置。每個(gè)推進(jìn)器的應(yīng)急停止裝置應(yīng)有單獨(dú)的電纜、應(yīng)急停止系統(tǒng)中回路故障應(yīng)報(bào)警，如連接斷開或短路滿足長期運(yùn)轉(zhuǎn)的要求；

（4）分析若螺距反饋信號(hào)斷路、DP或JS命令斷路，受影響推進(jìn)器螺距將如何變化？是否影響定位？

4.3 合排模式發(fā)電機(jī)組的FMEA分析

斷開模式動(dòng)力定位系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)故障不需要特別分析，但合排模式的動(dòng)力定位系統(tǒng)是重點(diǎn)分析對(duì)象之一，調(diào)速器的命令信號(hào)和反饋信號(hào)輸出到主配電板PMS系統(tǒng)，PMS系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)無功和有功監(jiān)測(cè)和控制，判斷是否退出電網(wǎng)，防止電網(wǎng)的無功和有功分配不均，導(dǎo)致全船失電。自動(dòng)調(diào)壓板（AVR）也需要做同樣分析。

4.4 其它系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

（1）風(fēng)速風(fēng)向儀有加熱熔冰功能，至少有3 臺(tái)，且只有2臺(tái)具有相同的工作原理；

（2）位置參照系統(tǒng)應(yīng)能為動(dòng)力定位操作提供精確的數(shù)據(jù)，當(dāng)船舶偏離設(shè)定的航向或操作者決定的工作區(qū)域時(shí)將發(fā)出聽覺和視覺報(bào)警。應(yīng)對(duì)位置參照系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)提供的信號(hào)不正確或明顯降低時(shí)應(yīng)發(fā)出報(bào)警；

（3）DP 系統(tǒng)應(yīng)從UPS 供電，并且是兩個(gè)UPS。

5 結(jié)束語

隨著合排模式動(dòng)力定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，如果對(duì)其認(rèn)識(shí)不足將會(huì)對(duì)船舶定位能力、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。因此，只有對(duì)它深刻的認(rèn)知并采取相應(yīng)的有效措施，才能實(shí)現(xiàn)運(yùn)營的低成本、低排放、高安全、高效益，才能在同行業(yè)中具有明顯的競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。

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