電力推進(jìn)動(dòng)力定位船的PMS設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李美玲　王小林

摘要：以我司90 m電力推進(jìn)深水支持船的PHS設(shè)計(jì)和應(yīng)用為實(shí)例，從原理設(shè)計(jì)和功能方面解決負(fù)載的多樣式，達(dá)到科學(xué)配置發(fā)電機(jī)，提高動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需要和滿(mǎn)足相關(guān)船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行介紹，對(duì)與此相關(guān)PHS設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；PHS；模式控制

1.引言

近幾年來(lái)，電力推進(jìn)的動(dòng)力定位船越來(lái)越多，船舶功能日益增強(qiáng)，其負(fù)載總和越來(lái)越大，如果不進(jìn)行合理的管理和控制，將會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)過(guò)載、電網(wǎng)斷電、船舶失控等嚴(yán)重后果，給船舶帶來(lái)嚴(yán)重的安全威脅。因此，為了降低油耗、提高電能的使用效率，需要設(shè)計(jì)出合理的PMS電站管理系統(tǒng)，用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況，合理發(fā)揮發(fā)電機(jī)在各種船舶工況下的使用效率。

2.PMS（電站管理系統(tǒng)）定義

PMS是由發(fā)電、配電、電能管理三個(gè)環(huán)節(jié)組成，PMS通過(guò)配電板對(duì)船舶電能進(jìn)行集中分配，通過(guò)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并根據(jù)不同模式合理分配電站負(fù)荷。

3.PMS在電力推進(jìn)動(dòng)力定位船的應(yīng)用

本文以中東某船東的90 m電力推進(jìn)DP動(dòng)力定位船為例，分析PMS在該船的應(yīng)用。

3.1運(yùn)行工況

該船的作業(yè)工況，如表1所示。

3.2電力單線(xiàn)圖

該船的單線(xiàn)圖如圖1所示：由5臺(tái)發(fā)電機(jī)給全船供電，發(fā)出AC690V/60Hz的電源，690v的電源直接供主推進(jìn)系統(tǒng)和側(cè)推系統(tǒng)，其他輔助泵馬達(dá)是經(jīng)主變壓器轉(zhuǎn)換為ACdd0V的電供電，潛水系統(tǒng)由主電源和潛水應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電。在DP作業(yè)中，AC690V配電板可以是合排和分排供電，在停泊狀態(tài)由停泊發(fā)電機(jī)供電。

3.3 PMS結(jié)構(gòu)

（1）功率管理模塊

PMS是功率管理模塊控制中樞，包括PMS的硬件、軟件和接口，通過(guò)與集控臺(tái)、駕控臺(tái)和主配電板的通訊，進(jìn)行工作模式的辨識(shí)、轉(zhuǎn)換和功率管理。

（2）發(fā)電機(jī)保護(hù)模塊

主要作用是保護(hù)發(fā)電機(jī)，起到過(guò)電流、短路、瞬時(shí)和逆功率保護(hù)。

（3）發(fā)電機(jī)管理模塊

發(fā)電機(jī)管理模塊（AGS）主要是通過(guò)不斷監(jiān)測(cè)無(wú)功負(fù)載分配和有功負(fù)載分配，監(jiān)測(cè)到分配不均并且偏差過(guò)大時(shí)發(fā)出報(bào)警，PMS針對(duì)此報(bào)警進(jìn)行負(fù)載分配、轉(zhuǎn)移和發(fā)電機(jī)退網(wǎng)。

（4）負(fù)載管理模塊

作為船舶負(fù)載的控制中心，通過(guò)配電板對(duì)船舶負(fù)載進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的分配、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)移和過(guò)載保護(hù)。

（5）集控臺(tái)/駕控臺(tái)，主配電板控制模塊

作為船舶作業(yè)的指揮中心，通過(guò)MIMIC圖，對(duì)主推進(jìn)、側(cè)推、PMS的工作模式轉(zhuǎn)換和顯示工作狀態(tài)指示，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶電站的控制和管理，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.PMS實(shí)例分析

電力推進(jìn)的動(dòng)力定位船對(duì)PMS的要求很高，不但要用于航行的主推進(jìn)供電，也要在DP作業(yè)中對(duì)船舶的主推進(jìn)器和側(cè)推供電進(jìn)行管理：

（1）將發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)及母聯(lián)開(kāi)關(guān)打到“REMOTE”模式，控制站通過(guò)PMS遙控起動(dòng)或停止發(fā)電機(jī)，和主發(fā)電機(jī)的遙控同步合閘和卸載分閘，即一臺(tái)主發(fā)電機(jī)在網(wǎng)，另外一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行但開(kāi)關(guān)未合閘，在PMS操作站發(fā)送合閘命令給運(yùn)行但未合閘的發(fā)電機(jī)，或兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)在網(wǎng)，在PMS操作站發(fā)送分閘命令給在網(wǎng)的發(fā)電機(jī)。

（2）將發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)及母聯(lián)開(kāi)關(guān)打到“REMOTE”模式，備用發(fā)電機(jī)可以起動(dòng)和自動(dòng)并車(chē)連接到母排。當(dāng)發(fā)電機(jī)功率超過(guò)額定功率85%時(shí)，備用發(fā)電機(jī)能自動(dòng)起動(dòng)并連接到母排，通過(guò)頻率調(diào)節(jié)及負(fù)荷分配裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并車(chē)，且自動(dòng)轉(zhuǎn)移負(fù)載；當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行總功率小于額定功率40%時(shí)，連續(xù)運(yùn)行10分鐘后，其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)移負(fù)載并解列。

（3）當(dāng)主發(fā)電機(jī)或停泊發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行重載問(wèn)詢(xún)，若在線(xiàn)功率不足，備用柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng)并轉(zhuǎn)移負(fù)載，完成這些動(dòng)作后，起動(dòng)空調(diào)冷凝單元。

（4）由于變壓器勵(lì)磁時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓降，為保證電壓降不超過(guò)20%，在1 000 kVA變壓器原邊開(kāi)關(guān)合閘前，需保證電網(wǎng)至少兩臺(tái)主發(fā)電機(jī)為其供電。若在線(xiàn)發(fā)電機(jī)數(shù)量不足，需自動(dòng)啟動(dòng)主發(fā)電機(jī)，完成這些動(dòng)作后，變壓器開(kāi)關(guān)才可以合閘。

（5）當(dāng)消防泵需要合排時(shí)，外消防系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)到PMS，PMS將會(huì)自動(dòng)卸載1號(hào)和5號(hào)發(fā)電機(jī)的負(fù)載，并將相應(yīng)發(fā)電機(jī)的ACB分閘，然后自動(dòng)發(fā)送“FIFI怠速請(qǐng)求”給1號(hào)和5號(hào)發(fā)電機(jī)主機(jī)，發(fā)電機(jī)自動(dòng)降速至900 r/min，到達(dá)外消防使用條件。

（6）主配電板可以從通過(guò)PMS操作站上的MIMIC手動(dòng)選擇不同的操作模式，為了更加安全及快速操作，PMS包含了主配電板所需的所有工作模式。

（7）當(dāng)電站功率小于主推進(jìn)或DP狀態(tài)下的側(cè)推實(shí)際需要功率，PMS將發(fā)出降功率信號(hào)，使主推進(jìn)或DP狀態(tài)下的側(cè)推降低螺距輸出，保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

5.PMS控制模式轉(zhuǎn)換實(shí)例分析

5.1從DP模式（合排）轉(zhuǎn)換到航行模式

將配電板從DP模式（合排）轉(zhuǎn)換成航行模式，首先大功率負(fù)載通過(guò)在線(xiàn)功率計(jì)算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到航線(xiàn)模式時(shí)，所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)都自動(dòng)進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無(wú)法確定模式，如表2所示。

5.2從停泊模式轉(zhuǎn)換到航行模式

將配電板停泊模式轉(zhuǎn)換成航行模式，首先大功率負(fù)載通過(guò)在線(xiàn)功率計(jì)算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到航線(xiàn)模式時(shí)，所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)都自動(dòng)進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無(wú)法確定模式，如表3所示。

5.3航行模式轉(zhuǎn)換成DP模式（合排）

將航行模式轉(zhuǎn)換成DP模式（合排），首先大功率負(fù)載通過(guò)在線(xiàn)功率計(jì)算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到DP模式（合排）時(shí)，所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)都自動(dòng)進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無(wú)法確定模式，如表4所列。

5.4 DP模式（合排）與DP模式（分排）之間的轉(zhuǎn)換

將DP模式（合排）轉(zhuǎn)換成DP模式（分排）模式，首先大功率負(fù)載通過(guò)在線(xiàn)功率計(jì)算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到DP模式（分排）模式時(shí)，所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)都自動(dòng)進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無(wú)法確定模式，如表5所列。反之，則是DP模式（分排）轉(zhuǎn)換成DP模式（合排）模式。

6.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于電力推進(jìn)的DP動(dòng)力定位船，采用PMS控制，比較復(fù)雜，只有通過(guò)對(duì)復(fù)雜的工況和模式的選擇，對(duì)船舶推進(jìn)動(dòng)力、船舶負(fù)荷進(jìn)行合理的分配和有效的管理，并根據(jù)實(shí)際需求的變化不斷調(diào)整發(fā)電機(jī)，以此保證主機(jī)、發(fā)電機(jī)和船舶安全，并在各工況下保證負(fù)荷的平衡，提高使用效率和經(jīng)濟(jì)性。