DP3闭环实船实效短路试验浅析

李朝晖 王 欢

(1.招商局重工(江苏)有限公司,江苏南通 226100; 2.江苏航运职业技术学院，江苏南通 226010)

闭环设计具有省油、低环境污染，不受机舱区域限制，可以同时停用一个机舱2台发电机，便于发电机维护和修理，能降低故障对电网的影响，降低运营成本的优势。自2013年，DP3的闭环逐渐走入海工平台，越来越多的项目开始使用，随着故障模式及影响分析(FMEA)不断深入，而且在实船实效短路试验(Live short circuit test)时发现依靠分析和模拟试验不能完全发现隐藏故障，以前的实船模拟短路试验慢慢不被最终用户接受，实船实效短路试验越来越被最终用户所要求，而且作为DP3闭环海工平台运营的必须条件写入规格书，国际上不少船级社也将实船实效短路试验写入规范，并被要求强制执行。

本文以国内某海工平台为背景，简要介绍短路试验分析和实船实效短路试验相关要求，试验时，选用了母排三相短路和母排单相短路接地来实际试验。实船实效短路试验确保母排闭合的电力系统的完整性、可靠性、安全性，这些性能体现在包括隐性故障在内的故障发生之前及发生之后。 对于DP3闭环系统，当主母排采用方向性保护时，如果推进器、服务用电等馈电电路发生故障，该故障应具有反向闭锁主母排方向性保护功能。本项目一次电路采用60Hz，6.6kV的交流高压系统，配置8台6.6kV发电机，4个独立高压间及6台电驱动推进器，在设计初期从发电机到配电板都设计有保护装置，以对发电机至主配电板之间的连接电缆出线相间故障和发电机内部绕组出现故障进行保护或者对发电机组停机。该保护电器能使发电机断路器脱扣，并自动对发电机进行灭磁，在电压互感器的次级侧设有过载和短路保护。

1 DP3闭环设计

该项目使用现代的AVR和调速器，Kongsberg的AGS及PMS和配电设备，DP3闭环电力单线图(如图1)，在设计初期明确要求进行实船实效短路试验，要求设备供应商进行精确的短路电流分析计算，并对短路点考虑包括发电机出线端、母排、负载变压器低压侧、作业设备系统、低压配电板进线端等，及要求对三相对称短路和相相不对称短路进行分析。对发电机组和配电板要求设计有过载、短路、欠压/过压、差动、逆功率、相不平衡等保护，而且配电板断路器的隐性故障进行分析，并且在FMEA时进行严格分析和论证。对控制电路，如电力管理系统、AVR、调速器等配置UPS电源。对于发电机要求，在发电机组停机时，应能自动灭磁等要求。对于电站管理系统，要求故障发电机的隔离和备用发电机的启动功能，实现电站符合分配模式的安全切换等功能。尤其是对故障穿越的时间设置进行分析和现场实际试验。

图1 DP3闭环电力单线图

2 实船实效短路试验前期准备

实船实效短路试验前，配电板厂家根据前期设计要求编制了短路试验的试验程序(图2)，并针对不同的短路场景，模拟因果图，分别对发电机保护、配电板的保护、作业设备系统的短路延时和反馈进行了分析。

图2 短路试验的试验程序

实船试验在海试期间，在完成DP FMEA之后。在此前，配电板厂家在码头完成故障穿越时间设置的试验。船厂多次组织发电机，AVR，调速器，AGS，配电板等厂家，已经船东方、船检等进行研讨，对设备需要满足的要求和预试验过程中发现的问题进行澄清和确认，完善和认可试验程序。试验前所有高、低压配电板及高压电缆完成耐压试验，所有开关已经完成保护试验。所有操作在配电间外进行遥控操作(如图3)，安装摄像机对试验区域进行摄像。并通过平台自动控制系统监测相关的设备运行状态和参数记录。

图3 配电间外遥控操作

3 实船实效短路试验

该项目顺利在2020年11月完成实船实效短路试验，没有设备损坏及人员伤害。试验结果也达到设计和分析的要求。

(1)试验1：母排三相短路

系统状态：DP闭环，发电机1/3/5/7在线，推进器6台都运行。如图4所示。

图4 试验前电力管理系统状态

试验铜排安装：在确认试验母排断电并没有余留电压后，拆除电缆，安装试验铜排，并固定，按照要求打好扭力如图5。

图5 试验铜排安装示意图

试验前确认：所有断路器已经合上，4台指定发电机在线，其它4台处于备用状态，6台推进器都处于运行状态，除了测试变压器外，其它变压器均已上电，低压配电板均已上电。测试断路器已经合上，处于遥控状态。安全确认：试验区域没有人员，消防设备处于可用状态，船舶处于可控状态，能短时失电。

试验结果：系统能在145ms内隔离短路的高压盘段，断路器A7和A14断开，距离此盘段最近的1#发电机在218ms时停机，所有故障在218ms内清除。未发现设备及附件损坏和异常，未出现失电和推进器丢失及DP失效。(如图6、7、8、9)

图6 短路后电流流向图

(2)试验2：母排单相短路接地

系统状态：DP闭环，发电机1/3/5/7在线，推进器6台都运行。

图7 短路电流穿过TR1(A11)段波形图

图8 母排电压变化波形图

图9 2#推进器电流波形图

试验铜排安装：在确认试验母排断电并没有余留电压后，拆除电缆，安装试验接地线，并固定，按照要求打好扭力。(如图10)

图10 短路铜排安装位置

试验前确认：所有断路器已经合上，4台指定发电机在线，其它4台处于备用状态，6台推进器都处于运行状态，除了测试变压器外，其它变压器均已上电，低压配电板均已上电。测试断路器已经合上，处于遥控状态。

安全确认：试验区域没有人员，消防设备处于可用状态，船舶处于可控状态，能短时失电。

试验结果：系统能在1.044s内隔离短路的高压盘段，断路器A7和A14断开，距离此盘段最近的1#发电机在3.657s时停机，所有故障在6.357s内清除。在电压为0的瞬间，故障点电流达到20617A。未发现设备及附件损坏和异常，未出现失电和推进器丢失及DP失效(如图11)。

图11 TR1(A11)段电流波形图

4 结 语

DP3的闭环逐渐走入海工平台，越来越多的项目开始使用，随着故障模式及影响分析(FMEA)不断深入，而且在实船实效短路试验(Live short circuit test)时发现依靠分析和模拟试验不能完全发现隐性故障，以前的实船模拟短路试验慢慢被最终用户接受，实船实效短路试验越来越被最终用户所要求，而且作为DP3闭环海工平台运营的必须条件写入规格书，国际上不少船级社也将实船实效短路试验写入规范，并被要求强制执行。本文以国内某海工平台为背景介绍短路试验分析和实船实效短路试验相关要求,为以后的试验提供依据。