船舶闭合模式二级动力定位系统的研究和应用

王小林+李美玲

摘 要：针对动力定位电力系统中合排模式的设计，以我司78 m平台供应船为实例，从原理设计和功能方面，结合实际需要和满足相关船级社规范进行介绍。本文对类似电力系统设计具有一定的指导意义。

关键词：动力定位；电力系统；汇流排；合排；FMEA

中图分类号：U674.38+ 文献标识码：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

近几年来海洋开发系统逐渐由浅海向深海发展，常用的断开模式的动力定位系统成本高、能耗高，而闭合模式的动力定位系统具有油耗低、经济效益高、定位能力高、安全更可靠的优点，将成为船东优先选择的方案。

2 动力定位系统定义

动力定位系统的工作原理是：应用计算机对采集来的风、浪、流等环境参数，根据位置参照系统提供的位置自动地进行计算，控制各个推力器的推力大小，保持船舶定位不漂移。

动力定位系统由四大部分组成：控制系统；推进器系统；电力系统；测量系统。

动力定位等级分为三级：1级动力定位（DP0和DP1）、2级动力定位（DP2）、3级动力定位（DP3）。

DP0是指船舶装备一套集控手操和自动航向保持的动力定位系统，能在最大环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围；

DP1是指船舶装备一套集控手操和自动航向保持的动力定位系统，另外还有一套独立的集控手操和自动航向保持的动力定位系统，能在最大环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围；

DP2是指船舶装备一套集控手操和自动航向保持的动力定位系统，另外还有一套独立的集控手操和自动航向保持的动力定位系统，能在最大环境条件下即使船舶发生单个故障，仍能使船舶的位置和航向保持在限定范围；

DP3是指船舶装备一套集控手操和自动航向保持的动力定位系统，另外还有一套独立的集控手操和自动航向保持的动力定位系统，能在最大环境条件下即使船舶发生单个故障，包括由于失火或进水而完全失去一个舱，都可使船舶的位置和航向保持在限定范围。

FMEA是故障模式与失效影响分析的英文缩写，它是一种能深入到各个层面的系统化的分析方法。FMEA应用著名的墨菲理论，从系统到子系统、再到设备、再到部件都要进行仔细分析，同时还能结合ROM（可靠性、可操作性和可维护性）分析，指出潜在的技术风险，特别是 能影响DP船舶冗余性的风险。目前，主要船级社都把FMEA报告和实验作为DP船舶入级的依据。

3 断开模式动力定位系统分析

具有2级动力定位（DP2）的船舶，都要求在发生单点故障后船舶还具有一定的定位能力，保持船舶的位置和航向在限定范围内，这就要求电力系统按A和B排分别供应船舶的推进系统的电源（见图1）。在DP模式下，ACB6是断开的，即在主配电板汇流A排完全失效的情况下，主配电板汇流B排仍能供电，即要求4台发电机在DP模式下必须是全部运行，这就造成油耗高、经济效益低。如果出现最大单点故障，A或B汇流排失电，船舶将丢失一半的推进器，虽然还能定位但定位能力会大大降低，安全性也随之降低。

4 合排模式动力定位系统分析

合排模式的动力定位电力系统，要求主汇流的联络开关必须是两个，如图2的ACB6和ACB7。正常工作工况是启动任意3台发电机作为全船DP动力供电，剩下一台作为备用，这样相比断开模式动力系统少运行一台发电机，达到降低能耗的要求。

4.1 合排模式电力系统的FMEA分析

（1）当A、B两个其中一个汇流排的发电机或汇流排出现短路时才快速打开ACB6和ACB7，并且是故障侧的ACB优先动作；

（2）如果仅是发电机常规故障（如滑油压力低报警或停车等），则要求DP控制系统发出减螺距信号给侧推，待备用发电机起动和并联到MSB后才恢复到正常螺距，这个降螺距的信号只有几十秒，而如果是断开模式的DP电力系统将丢失1个推进器，故合排模式的定位能力得到大大提高；

（3）整个配电系统有冗余布局，功率管理系统应具有充足的冗余或适当的可靠性，在船舶电站可分配功率降低时，能发出降螺距信号给对应推进器，要假设功率管理系统的电源、控制器、I/O 模块、通迅总线或网络等会发生故障，但故障不会引起整个功率管理系统功能丧失；

（4）应急停止系统的回路故障不应引起与船舶定位能力相关的推进器和动力系统停机（包括机舱风机和主空压机）；

（5）需要合闸运行的母排联络开关必须有短路保护、不平衡电流监控保护、有功电流和无功电流监控保护功能（也可由发电机组的保护功能实现），以免单个发电机励磁或调速器故障蔓延到与其 并列运行的其它发电机而引起全船失电。

4.2 合排模式推进器的FMEA分析

（1）电力驱动的侧推在合排电力系统中必须考虑瞬间电压降，当合排的汇流排短路时，电网将产生瞬时电压降，导致侧推的ACB或控制元件停止工作。作为合排的DP系统，侧推必须在汇流排断开前保持运行，从而保证船舶的定位能力；

（2）如果出现任一故障会导致操作人员对推进器失去控制时，应将推进命令自动归零。如果故障仅影响一部分推进器，对这些受影响的推进器其控制命令应自动归零，而此时保持其他未受影响的推进器仍处于操纵杆控制下；

（3）每一推进器应设有独立的应急停止装置。每个推进器的应急停止装置应有单独的电缆、应急停止系统中回路故障应报警，如连接断开或短路满足长期运转的要求；

（4）分析若螺距反馈信号断路、DP或JS命令断路，受影响推进器螺距将如何变化？是否影响定位？

4.3 合排模式发电机组的FMEA分析

断开模式动力定位系统的发电机故障不需要特别分析，但合排模式的动力定位系统是重点分析对象之一，调速器的命令信号和反馈信号输出到主配电板PMS系统，PMS系统对电网无功和有功监测和控制，判断是否退出电网，防止电网的无功和有功分配不均，导致全船失电。自动调压板（AVR）也需要做同样分析。

4.4 其它系统的注意事项

（1）风速风向仪有加热熔冰功能，至少有3 台，且只有2台具有相同的工作原理；

（2）位置参照系统应能为动力定位操作提供精确的数据，当船舶偏离设定的航向或操作者决定的工作区域时将发出听觉和视觉报警。应对位置参照系统进行监测，当提供的信号不正确或明显降低时应发出报警；

（3）DP 系统应从UPS 供电，并且是两个UPS。

5 结束语

随着合排模式动力定位系统的广泛应用，如果对其认识不足将会对船舶定位能力、设计和生产造成严重的影响。因此，只有对它深刻的认知并采取相应的有效措施，才能实现运营的低成本、低排放、高安全、高效益，才能在同行业中具有明显的竞争优势。

参考文献

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