船舶閉合模式二級動力定位系統的研究和應用

王小林+李美玲

摘 要：針對動力定位電力系統中合排模式的設計，以我司78 m平臺供應船為實例，從原理設計和功能方面，結合實際需要和滿足相關船級社規范進行介紹。本文對類似電力系統設計具有一定的指導意義。

關鍵詞：動力定位；電力系統；匯流排；合排；FMEA

中圖分類號：U674.38+ 文獻標識碼：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

近幾年來海洋開發系統逐漸由淺海向深海發展，常用的斷開模式的動力定位系統成本高、能耗高，而閉合模式的動力定位系統具有油耗低、經濟效益高、定位能力高、安全更可靠的優點，將成為船東優先選擇的方案。

2 動力定位系統定義

動力定位系統的工作原理是：應用計算機對采集來的風、浪、流等環境參數，根據位置參照系統提供的位置自動地進行計算，控制各個推力器的推力大小，保持船舶定位不漂移。

動力定位系統由四大部分組成：控制系統；推進器系統；電力系統；測量系統。

動力定位等級分為三級：1級動力定位（DP0和DP1）、2級動力定位（DP2）、3級動力定位（DP3）。

DP0是指船舶裝備一套集控手操和自動航向保持的動力定位系統，能在最大環境條件下，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航向保持的動力定位系統，另外還有一套獨立的集控手操和自動航向保持的動力定位系統，能在最大環境條件下，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航向保持的動力定位系統，另外還有一套獨立的集控手操和自動航向保持的動力定位系統，能在最大環境條件下即使船舶發生單個故障，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航向保持的動力定位系統，另外還有一套獨立的集控手操和自動航向保持的動力定位系統，能在最大環境條件下即使船舶發生單個故障，包括由于失火或進水而完全失去一個艙，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層面的系統化的分析方法。FMEA應用著名的墨菲理論，從系統到子系統、再到設備、再到部件都要進行仔細分析，同時還能結合ROM（可靠性、可操作性和可維護性）分析，指出潛在的技術風險，特別是 能影響DP船舶冗余性的風險。目前，主要船級社都把FMEA報告和實驗作為DP船舶入級的依據。

3 斷開模式動力定位系統分析

具有2級動力定位（DP2）的船舶，都要求在發生單點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，這就要求電力系統按A和B排分別供應船舶的推進系統的電源（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臺發電機在DP模式下必須是全部運行，這就造成油耗高、經濟效益低。如果出現最大單點故障，A或B匯流排失電，船舶將丟失一半的推進器，雖然還能定位但定位能力會大大降低，安全性也隨之降低。

4 合排模式動力定位系統分析

合排模式的動力定位電力系統，要求主匯流的聯絡開關必須是兩個，如圖2的ACB6和ACB7。正常工作工況是啟動任意3臺發電機作為全船DP動力供電，剩下一臺作為備用，這樣相比斷開模式動力系統少運行一臺發電機，達到降低能耗的要求。

4.1 合排模式電力系統的FMEA分析

（1）當A、B兩個其中一個匯流排的發電機或匯流排出現短路時才快速打開ACB6和ACB7，并且是故障側的ACB優先動作；

（2）如果僅是發電機常規故障（如滑油壓力低報警或停車等），則要求DP控制系統發出減螺距信號給側推，待備用發電機起動和并聯到MSB后才恢復到正常螺距，這個降螺距的信號只有幾十秒，而如果是斷開模式的DP電力系統將丟失1個推進器，故合排模式的定位能力得到大大提高；

（3）整個配電系統有冗余布局，功率管理系統應具有充足的冗余或適當的可靠性，在船舶電站可分配功率降低時，能發出降螺距信號給對應推進器，要假設功率管理系統的電源、控制器、I/O 模塊、通迅總線或網絡等會發生故障，但故障不會引起整個功率管理系統功能喪失；

（4）應急停止系統的回路故障不應引起與船舶定位能力相關的推進器和動力系統停機（包括機艙風機和主空壓機）；

（5）需要合閘運行的母排聯絡開關必須有短路保護、不平衡電流監控保護、有功電流和無功電流監控保護功能（也可由發電機組的保護功能實現），以免單個發電機勵磁或調速器故障蔓延到與其 并列運行的其它發電機而引起全船失電。

4.2 合排模式推進器的FMEA分析

（1）電力驅動的側推在合排電力系統中必須考慮瞬間電壓降，當合排的匯流排短路時，電網將產生瞬時電壓降，導致側推的ACB或控制元件停止工作。作為合排的DP系統，側推必須在匯流排斷開前保持運行，從而保證船舶的定位能力；

（2）如果出現任一故障會導致操作人員對推進器失去控制時，應將推進命令自動歸零。如果故障僅影響一部分推進器，對這些受影響的推進器其控制命令應自動歸零，而此時保持其他未受影響的推進器仍處于操縱桿控制下；

（3）每一推進器應設有獨立的應急停止裝置。每個推進器的應急停止裝置應有單獨的電纜、應急停止系統中回路故障應報警，如連接斷開或短路滿足長期運轉的要求；

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

4.3 合排模式發電機組的FMEA分析

斷開模式動力定位系統的發電機故障不需要特別分析，但合排模式的動力定位系統是重點分析對象之一，調速器的命令信號和反饋信號輸出到主配電板PMS系統，PMS系統對電網無功和有功監測和控制，判斷是否退出電網，防止電網的無功和有功分配不均，導致全船失電。自動調壓板（AVR）也需要做同樣分析。

4.4 其它系統的注意事項

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

（2）位置參照系統應能為動力定位操作提供精確的數據，當船舶偏離設定的航向或操作者決定的工作區域時將發出聽覺和視覺報警。應對位置參照系統進行監測，當提供的信號不正確或明顯降低時應發出報警；

（3）DP 系統應從UPS 供電，并且是兩個UPS。

5 結束語

隨著合排模式動力定位系統的廣泛應用，如果對其認識不足將會對船舶定位能力、設計和生產造成嚴重的影響。因此，只有對它深刻的認知并采取相應的有效措施，才能實現運營的低成本、低排放、高安全、高效益，才能在同行業中具有明顯的競爭優勢。

參考文獻

[1] 何崇德. 船舶動力定位系統的應用和實踐[J].中國造船.2004（12）.

[2] 丁福光. 分布式系統級故障診斷算法在船舶動力定位系統中的應用[J]. 船舶工程， 2002（4）.

[3] 李文華，宋健. 船舶動力定位系統[J]， 2011（2）.

[4] 馬超，莊亞鋒，陳俊英. 船舶動力定位系統技術[J]， 中國造船.2009（11）.endprint