淺談DP2海工船舶電站管理系統(tǒng)

操定友

摘要：船舶電站管理系統(tǒng)（Power Management System）是船舶電力系統(tǒng)至關(guān)重要的組成部分，同時也是船舶自動化系統(tǒng)的重要組成。本文以一艘?guī)в蠨P2定位的AHTS海洋工程船舶為平臺，介紹其電站管理系統(tǒng)的配置結(jié)構(gòu)和功能，對船舶設(shè)計(jì)、調(diào)試人員以及遠(yuǎn)洋的船舶電子電氣員一起學(xué)習(xí)、參考。

關(guān)鍵詞：海洋工程船舶;船舶電站管理系統(tǒng);動態(tài)定位

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）16-0215-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

AHTS多用途工作船具有動力定位功能，主要用于海上打撈救助、海洋石油鉆井平臺補(bǔ)給及遠(yuǎn)洋拖帶功能等?；诖肮こ套鳂I(yè)的安全需要和多功能化發(fā)展，一個可靠性高、功能齊全的船舶電站管理系統(tǒng)對于此類船舶是非常重要的?；诂F(xiàn)代自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，目前的船舶電站基于PLC控制技術(shù)，已形成了功能完善的自動船舶電站管理系統(tǒng)。為了能快速對船舶電力管理系統(tǒng)進(jìn)行熟悉，并能在后期的日常管理維護(hù)過程中對出現(xiàn)的故障快速應(yīng)對，船舶電站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員、調(diào)試人員以及專門從事船舶電氣維護(hù)的船舶電子電氣員對船舶電站管理系統(tǒng)工作原理以及相關(guān)功能的掌握是極其重要的。

1 AHTS船簡介

此船采用兩臺型號為MAN BW 8L27/38 的2920kW的定速主機(jī)配各配一個CPP的螺旋槳，2臺1200kW的軸帶發(fā)電機(jī)（SG1&SG2），2臺Caterpillar型號為C18功率為425kW的輔助發(fā)電機(jī)（DG1&DG2），1臺VolvoPenta的122kW的應(yīng)急發(fā)電機(jī)，2臺功率為515kW的艏側(cè)推（BT1&BT2），一臺515kW的尾側(cè)推（ST1），采用Converteam的動力定位DP2系統(tǒng)。其中兩臺軸帶發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為三臺側(cè)推供電。帶有動力定位功能的海工船舶電站系統(tǒng)對船舶電站的自動管理要求都比較高，要呈現(xiàn)一定的冗余性，特別是在進(jìn)行鉆井平臺靠泊定位作業(yè)時，安全可靠的船舶電站顯得極其重要，一旦發(fā)生船舶電站故障，正在靠泊的船舶很容易和鉆井平臺發(fā)生碰撞而造成經(jīng)濟(jì)損失。由于此類船舶，輔助柴油發(fā)電機(jī)在日常工作中，主要為船舶提供基本的電力供應(yīng)，在本篇文章中相較軸帶發(fā)電機(jī)涉及較多。

2 AHTS船的電站管理系統(tǒng)的構(gòu)成

此AHTS船由兩臺輔助發(fā)電機(jī)控制單元、兩臺主機(jī)控制單元、同步并車控制單元、PMS狀態(tài)顯示單元以及 PMS控制單元組成。PMS狀態(tài)顯示單元如圖1。

2.1發(fā)電機(jī)控制單元

發(fā)電機(jī)控制單元作為PMS的核心，它由兩個輔助發(fā)電機(jī)控制單元、兩臺軸帶發(fā)電機(jī)控制單元、一個并車控制單元組成。每臺發(fā)電機(jī)都有各自獨(dú)立的控制單元，每個控制單元都各自連接到對應(yīng)的配電板設(shè)備，冗余性高。

發(fā)電機(jī)并車控制單元的作用是進(jìn)行發(fā)電機(jī)的并車控制，具有負(fù)荷分配和速度控制的功能。它能夠?qū)o助發(fā)電機(jī)和主機(jī)的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷進(jìn)行控制。通常情況下，兩臺輔助發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，而軸帶與輔助發(fā)電機(jī)則進(jìn)行短暫的并電轉(zhuǎn)移負(fù)載操作，不容許長時間并聯(lián)運(yùn)行。兩臺輔助發(fā)電機(jī)在并聯(lián)運(yùn)行過程中，其發(fā)電機(jī)控制單元通過MODBUS通信工作在同步控制、負(fù)荷均分模式下進(jìn)行負(fù)載均勻分配，控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在整個工作過程中保持額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)MODBUS通信發(fā)生故障，此時兩臺輔助發(fā)電機(jī)的調(diào)速器將工作在速度調(diào)差、負(fù)荷均分模式。

2.2 發(fā)電機(jī)顯示單元

發(fā)電機(jī)顯示單元通過采集模塊，分別對DG1、DG2、SG1、SG2的電壓、頻率、電流、有功功率、功率因數(shù)等進(jìn)行采集以及對BT1、BT2、ST1的消耗功率和各聯(lián)絡(luò)開關(guān)、控制開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行采集，集中顯示。通過主配電板上的顯示單元，我們可以隨時進(jìn)行監(jiān)測查看比較。

2.3 PMS控制單元

為了保證PMS控制的冗余性，配有兩個PMS控制單元。它們之間各自互為主備用。當(dāng)任何一個出現(xiàn)故障的時候，另外一個可以直接進(jìn)行替代操作，接管船舶電站的控制。起到了很好的安全保護(hù)控制作用。

2.4 PMS遠(yuǎn)程顯示操作單元

PMS遠(yuǎn)程顯示操作單元和集控室控制顯示單元集成在一起構(gòu)成IAS工作站，其位置分別在駕駛室的前后駕控臺各1套和集控室集控臺1套，共計(jì)3套。通過工作站對船舶電站各項(xiàng)信息參數(shù)的采集，PMS顯示單元顯示整個船舶電站的相關(guān)所有參數(shù)，包括聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)參數(shù)、配電板開關(guān)狀態(tài)、電網(wǎng)參數(shù)、工作模式等。

3 AHTS船PMS功能

船舶電站管理系統(tǒng)通過監(jiān)測相關(guān)的動作信號、電氣參數(shù)以及報警，對柴油發(fā)電機(jī)組啟停、匯流排聯(lián)絡(luò)開關(guān)、并車控制器、發(fā)電機(jī)控制開關(guān)以及發(fā)電機(jī)組調(diào)速器等進(jìn)行控制，通過邏輯判斷功能去控制輔助柴油發(fā)電機(jī)組的啟動、停車、并車、卸載以及相關(guān)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的閉合、分?jǐn)嘁约拜S帶發(fā)電機(jī)的投入、退出等操作，同時能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載的自動分級卸載，確保能夠提供足夠的功率到主配電板，確保船舶的操作安全。

本船PMS具有半自動模式和自動模式兩種。發(fā)電機(jī)在半自動模式下，操作人員可以在發(fā)電機(jī)對應(yīng)的PMS控制進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的手動啟動、自動停止以及主開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合閘分閘操作。當(dāng)設(shè)置為自動模式時，PMS會根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際用電情況以及相應(yīng)的工況，靈活地進(jìn)行選擇發(fā)電機(jī)的工作數(shù)量以及發(fā)電機(jī)種類，提供最優(yōu)最安全的運(yùn)行。

3.1 基本功能

PMS的基本功能如下：

（1） 自動起停并車發(fā)電機(jī)。下列通過三種情況來分析自動啟停機(jī)的功能。

1DP工況：當(dāng)兩臺軸帶發(fā)電機(jī)各自分別為船舶電網(wǎng)供電時，設(shè)置兩臺柴油發(fā)電機(jī)均為自動模式。當(dāng)軸帶發(fā)電機(jī)超過額定功率的85%時，對應(yīng)的柴油發(fā)電機(jī)將自行啟動，自動調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并與相應(yīng)的軸帶發(fā)電機(jī)進(jìn)行短暫并車，自動轉(zhuǎn)移部分負(fù)載到輔助柴油機(jī)，降低軸帶發(fā)電機(jī)的負(fù)載，同時斷開軸帶發(fā)電機(jī)與輔助柴油機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。確保側(cè)推器能夠正常工作，保持DP定位的可靠性。2 海上航行：當(dāng)一臺柴油機(jī)發(fā)電機(jī)為船舶電網(wǎng)供電時，同時主機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，可設(shè)置兩臺軸帶發(fā)電機(jī)為第一第二備用。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)過載或者因故出現(xiàn)問題時，按照相應(yīng)的設(shè)置順序，自動對軸帶發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵磁、合閘，并投入運(yùn)行，同時退出柴油發(fā)電機(jī)。當(dāng)軸帶發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行，同理可對柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行啟動順序設(shè)置，當(dāng)軸帶發(fā)電機(jī)因?yàn)槌霈F(xiàn)故障時，按順序啟動柴油發(fā)電機(jī)并投入運(yùn)行。當(dāng)同步并車在規(guī)定的時間內(nèi)失敗時，發(fā)出失敗報警，并起動下一備用機(jī)組。3靠泊：當(dāng)一臺柴油發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行，另一柴油發(fā)電機(jī)設(shè)為自動模式，當(dāng)出現(xiàn)過載時，將自動啟動另一臺發(fā)電機(jī)，自動并車并自動分配負(fù)載。

（2） 負(fù)荷分配。正常情況下，兩臺柴油發(fā)電機(jī)在并聯(lián)運(yùn)行過程中，PMS通過監(jiān)測電網(wǎng)負(fù)荷以及柴油發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，通過調(diào)節(jié)柴油發(fā)電機(jī)組的油門，使得兩臺發(fā)電機(jī)能夠均分電網(wǎng)負(fù)荷。

（3） 重載詢問。重載詢問功能是當(dāng)啟動側(cè)推器等大功率用電設(shè)備時，首先會向PMS系統(tǒng)發(fā)出請求信號，PMS計(jì)算電網(wǎng)的可用功率，通過可用功率來決定是否允許啟動側(cè)推器，只有當(dāng)可用功率做時，才由PMS系統(tǒng)發(fā)出啟動這一大功率設(shè)備的指令。并且通過設(shè)置，只允許在軸帶發(fā)電機(jī)工作的情況下才能啟動側(cè)推。這種功能能夠很好地保護(hù)了船舶電站以及發(fā)電機(jī)組，避免了不必要的失電操作。

3.2發(fā)電機(jī)組保護(hù)功能

PMS能夠保證船舶電站供電的可靠性，同時也能對發(fā)電機(jī)組起到保護(hù)作用。當(dāng)輔助柴油發(fā)電機(jī)組在供電過程中，因故發(fā)生次要報警（如滑油壓力偏低、冷卻水溫度偏高等），PMS將發(fā)送啟動信號到備用機(jī)組，備用機(jī)組啟動并同步并車，并車完成以后再轉(zhuǎn)移負(fù)載，等故障機(jī)組負(fù)載轉(zhuǎn)移完成后，發(fā)出解列指令，再將該機(jī)組ACB分閘并停車。當(dāng)輔助柴油發(fā)電機(jī)組的故障到達(dá)保護(hù)裝置的動作極限（如超速、冷卻水高溫、滑油壓力低壓）時，PMS將發(fā)出啟動備用機(jī)組的信號，待備用機(jī)組啟動成功立即切除故障機(jī)組，以短時斷電交換機(jī)組的方式進(jìn)行處理。待故障機(jī)組停機(jī)后，在故障信號未復(fù)位之前進(jìn)行抑制啟動。

3.3電力負(fù)荷管理功能

在DP工況時，兩臺輔助柴油發(fā)電機(jī)分別給船舶兩邊配電板供電，提供基本電力供應(yīng)。兩臺軸帶發(fā)電機(jī)分別給一臺艏側(cè)推、尾側(cè)推和另一臺艏側(cè)推供電。當(dāng)一臺軸帶發(fā)電機(jī)因故退出尾側(cè)推失電時，PMS系統(tǒng)發(fā)出信號給軸帶發(fā)電機(jī)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)通過另外一個軸帶發(fā)電機(jī)供電給失電的尾側(cè)推器，同時尾側(cè)推器自動啟動并投入運(yùn)行，保持DP的冗余狀態(tài)。當(dāng)輔助柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生過載時，PMS系統(tǒng)通過切除不重要的負(fù)載，保持船舶電站的穩(wěn)定。當(dāng)輔助柴油機(jī)因故跳閘時，可自動合上相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)通過軸帶發(fā)電機(jī)給相應(yīng)的匯流排供電。

當(dāng)主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，軸帶發(fā)電機(jī)設(shè)置為自動模式，同時一臺發(fā)電柴油機(jī)在運(yùn)行，而另一臺柴油發(fā)電機(jī)由于維護(hù)或者設(shè)置原因處于手動控制。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)過載時，將自動對一臺軸帶發(fā)電機(jī)進(jìn)行勵磁并待成功建立電壓后通過主調(diào)柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)行合閘操作，按照各自額定功率的比例進(jìn)行負(fù)荷分配。

3.4電壓與無功功率的自動調(diào)節(jié)

當(dāng)船舶電網(wǎng)電壓偏離額定值而降低時，可能導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備的損壞或使發(fā)電機(jī)相關(guān)保護(hù)電器動作而導(dǎo)致跳閘造成全船失電。另外，當(dāng)兩臺柴油發(fā)電機(jī)在并聯(lián)運(yùn)行過程中，勵磁電流的變化會影響到它們之間無功功率的分配。PMS系統(tǒng)通過監(jiān)視發(fā)電機(jī)的端電壓，通過調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，并調(diào)節(jié)無功功率的分配。

3.5電站故障的處理

（1） 起勵失敗 當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)在規(guī)定的時間內(nèi)電壓不能成功建立，將發(fā)出報警，并且啟動備用機(jī)組。

（2） 發(fā)電機(jī)啟動失敗 當(dāng)船舶電站系統(tǒng)發(fā)出啟動指令后，在規(guī)定的時間內(nèi)未能正常啟動，將發(fā)出失敗報警。

（3） 自動并車失敗 當(dāng)電壓建立成功后，系統(tǒng)會發(fā)出自動同步合閘指令，若在規(guī)定的時間內(nèi)系統(tǒng)發(fā)不出合閘指令，說明同步系統(tǒng)有故障，將發(fā)出報警并啟動備用機(jī)組。

（4） ACB合閘失敗 在發(fā)出合閘指令卻不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成合閘操作，將發(fā)出報警并啟動備用機(jī)組。

（5） ACB異常分閘 當(dāng)由于保護(hù)設(shè)備的動作導(dǎo)致ACB分閘，此時系統(tǒng)將發(fā)出報警并啟動備用機(jī)組合閘自動投入運(yùn)行。

（6） 頻率/電壓超限報警? 當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓、頻率信號高于或低于限制值時，PMS系統(tǒng)將會自動發(fā)出報警提醒值班人員注意。

4結(jié)束語

船舶電站電源管理系統(tǒng)作為船舶自動化的核心組成部分，對于船舶的電力系統(tǒng)的可靠性起著至關(guān)重要的作用，掌握它有利于不僅有利于理論上的學(xué)習(xí)，也可以在船舶電站的日常工作過程中能夠正確地操作以及保養(yǎng)，并能夠熟練地對船舶電站故障進(jìn)行診斷排查，特別是對于廣大從事船舶電氣的人員有理論以及實(shí)踐上的指導(dǎo)意義。

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【通聯(lián)編輯：光文玲】