淺談DP2海工船舶電站管理系統

操定友

摘要：船舶電站管理系統（Power Management System）是船舶電力系統至關重要的組成部分，同時也是船舶自動化系統的重要組成。本文以一艘帶有DP2定位的AHTS海洋工程船舶為平臺，介紹其電站管理系統的配置結構和功能，對船舶設計、調試人員以及遠洋的船舶電子電氣員一起學習、參考。

關鍵詞：海洋工程船舶;船舶電站管理系統;動態定位

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）16-0215-02

開放科學（資源服務）標識碼（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給及遠洋拖帶功能等。基于船舶工程作業的安全需要和多功能化發展，一個可靠性高、功能齊全的船舶電站管理系統對于此類船舶是非常重要的。基于現代自動控制系統的發展，目前的船舶電站基于PLC控制技術，已形成了功能完善的自動船舶電站管理系統。為了能快速對船舶電力管理系統進行熟悉，并能在后期的日常管理維護過程中對出現的故障快速應對，船舶電站系統的設計人員、調試人員以及專門從事船舶電氣維護的船舶電子電氣員對船舶電站管理系統工作原理以及相關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的定速主機配各配一個CPP的螺旋槳，2臺1200kW的軸帶發電機（SG1&SG2），2臺Caterpillar型號為C18功率為425kW的輔助發電機（DG1&DG2），1臺VolvoPenta的122kW的應急發電機，2臺功率為515kW的艏側推（BT1&BT2），一臺515kW的尾側推（ST1），采用Converteam的動力定位DP2系統。其中兩臺軸帶發電機設計為三臺側推供電。帶有動力定位功能的海工船舶電站系統對船舶電站的自動管理要求都比較高，要呈現一定的冗余性，特別是在進行鉆井平臺靠泊定位作業時，安全可靠的船舶電站顯得極其重要，一旦發生船舶電站故障，正在靠泊的船舶很容易和鉆井平臺發生碰撞而造成經濟損失。由于此類船舶，輔助柴油發電機在日常工作中，主要為船舶提供基本的電力供應，在本篇文章中相較軸帶發電機涉及較多。

2 AHTS船的電站管理系統的構成

此AHTS船由兩臺輔助發電機控制單元、兩臺主機控制單元、同步并車控制單元、PMS狀態顯示單元以及 PMS控制單元組成。PMS狀態顯示單元如圖1。

2.1發電機控制單元

發電機控制單元作為PMS的核心，它由兩個輔助發電機控制單元、兩臺軸帶發電機控制單元、一個并車控制單元組成。每臺發電機都有各自獨立的控制單元，每個控制單元都各自連接到對應的配電板設備，冗余性高。

發電機并車控制單元的作用是進行發電機的并車控制，具有負荷分配和速度控制的功能。它能夠對輔助發電機和主機的轉速及負荷進行控制。通常情況下，兩臺輔助發電機并聯運行，而軸帶與輔助發電機則進行短暫的并電轉移負載操作，不容許長時間并聯運行。兩臺輔助發電機在并聯運行過程中，其發電機控制單元通過MODBUS通信工作在同步控制、負荷均分模式下進行負載均勻分配，控制發電機的轉速在整個工作過程中保持額定轉速。當MODBUS通信發生故障，此時兩臺輔助發電機的調速器將工作在速度調差、負荷均分模式。

2.2 發電機顯示單元

發電機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、功率因數等進行采集以及對BT1、BT2、ST1的消耗功率和各聯絡開關、控制開關的狀態進行采集，集中顯示。通過主配電板上的顯示單元，我們可以隨時進行監測查看比較。

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。當任何一個出現故障的時候，另外一個可以直接進行替代操作，接管船舶電站的控制。起到了很好的安全保護控制作用。

2.4 PMS遠程顯示操作單元

PMS遠程顯示操作單元和集控室控制顯示單元集成在一起構成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3套。通過工作站對船舶電站各項信息參數的采集，PMS顯示單元顯示整個船舶電站的相關所有參數，包括聯絡開關狀態、發電機參數、配電板開關狀態、電網參數、工作模式等。

3 AHTS船PMS功能

船舶電站管理系統通過監測相關的動作信號、電氣參數以及報警，對柴油發電機組啟停、匯流排聯絡開關、并車控制器、發電機控制開關以及發電機組調速器等進行控制，通過邏輯判斷功能去控制輔助柴油發電機組的啟動、停車、并車、卸載以及相關聯絡開關的閉合、分斷以及軸帶發電機的投入、退出等操作，同時能夠實現負載的自動分級卸載，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。發電機在半自動模式下，操作人員可以在發電機對應的PMS控制進行操作實現發電機的手動啟動、自動停止以及主開關、聯絡開關的合閘分閘操作。當設置為自動模式時，PMS會根據電網實際用電情況以及相應的工況，靈活地進行選擇發電機的工作數量以及發電機種類，提供最優最安全的運行。

3.1 基本功能

PMS的基本功能如下：

（1） 自動起停并車發電機。下列通過三種情況來分析自動啟停機的功能。

1DP工況：當兩臺軸帶發電機各自分別為船舶電網供電時，設置兩臺柴油發電機均為自動模式。當軸帶發電機超過額定功率的85%時，對應的柴油發電機將自行啟動，自動調節柴油發電機的轉速，并與相應的軸帶發電機進行短暫并車，自動轉移部分負載到輔助柴油機，降低軸帶發電機的負載，同時斷開軸帶發電機與輔助柴油機之間的聯絡開關。確保側推器能夠正常工作，保持DP定位的可靠性。2 海上航行：當一臺柴油機發電機為船舶電網供電時，同時主機處于運行狀態，可設置兩臺軸帶發電機為第一第二備用。當柴油發電機過載或者因故出現問題時，按照相應的設置順序，自動對軸帶發電機進行勵磁、合閘，并投入運行，同時退出柴油發電機。當軸帶發電機投入電網運行，同理可對柴油發電機進行啟動順序設置，當軸帶發電機因為出現故障時，按順序啟動柴油發電機并投入運行。當同步并車在規定的時間內失敗時，發出失敗報警，并起動下一備用機組。3靠泊：當一臺柴油發電機投入電網運行，另一柴油發電機設為自動模式，當出現過載時，將自動啟動另一臺發電機，自動并車并自動分配負載。

（2） 負荷分配。正常情況下，兩臺柴油發電機在并聯運行過程中，PMS通過監測電網負荷以及柴油發電機的負荷，通過調節柴油發電機組的油門，使得兩臺發電機能夠均分電網負荷。

（3） 重載詢問。重載詢問功能是當啟動側推器等大功率用電設備時，首先會向PMS系統發出請求信號，PMS計算電網的可用功率，通過可用功率來決定是否允許啟動側推器，只有當可用功率做時，才由PMS系統發出啟動這一大功率設備的指令。并且通過設置，只允許在軸帶發電機工作的情況下才能啟動側推。這種功能能夠很好地保護了船舶電站以及發電機組，避免了不必要的失電操作。

3.2發電機組保護功能

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

3.3電力負荷管理功能

在DP工況時，兩臺輔助柴油發電機分別給船舶兩邊配電板供電，提供基本電力供應。兩臺軸帶發電機分別給一臺艏側推、尾側推和另一臺艏側推供電。當一臺軸帶發電機因故退出尾側推失電時，PMS系統發出信號給軸帶發電機的聯絡開關，聯絡開關通過另外一個軸帶發電機供電給失電的尾側推器，同時尾側推器自動啟動并投入運行，保持DP的冗余狀態。當輔助柴油發電機發生過載時，PMS系統通過切除不重要的負載，保持船舶電站的穩定。當輔助柴油機因故跳閘時，可自動合上相應的聯絡開關通過軸帶發電機給相應的匯流排供電。

當主機正常運轉，軸帶發電機設置為自動模式，同時一臺發電柴油機在運行，而另一臺柴油發電機由于維護或者設置原因處于手動控制。當柴油發電機過載時，將自動對一臺軸帶發電機進行勵磁并待成功建立電壓后通過主調柴油發電機的進行合閘操作，按照各自額定功率的比例進行負荷分配。

3.4電壓與無功功率的自動調節

當船舶電網電壓偏離額定值而降低時，可能導致運行設備的損壞或使發電機相關保護電器動作而導致跳閘造成全船失電。另外，當兩臺柴油發電機在并聯運行過程中，勵磁電流的變化會影響到它們之間無功功率的分配。PMS系統通過監視發電機的端電壓，通過調節勵磁系統保持發電機端電壓恒定，并調節無功功率的分配。

3.5電站故障的處理

（1） 起勵失敗 當柴油發電機在規定的時間內電壓不能成功建立，將發出報警，并且啟動備用機組。

（2） 發電機啟動失敗 當船舶電站系統發出啟動指令后，在規定的時間內未能正常啟動，將發出失敗報警。

（3） 自動并車失敗 當電壓建立成功后，系統會發出自動同步合閘指令，若在規定的時間內系統發不出合閘指令，說明同步系統有故障，將發出報警并啟動備用機組。

（4） ACB合閘失敗 在發出合閘指令卻不能在規定的時間內完成合閘操作，將發出報警并啟動備用機組。

（5） ACB異常分閘 當由于保護設備的動作導致ACB分閘，此時系統將發出報警并啟動備用機組合閘自動投入運行。

（6） 頻率/電壓超限報警? 當發電機的電壓、頻率信號高于或低于限制值時，PMS系統將會自動發出報警提醒值班人員注意。

4結束語

船舶電站電源管理系統作為船舶自動化的核心組成部分，對于船舶的電力系統的可靠性起著至關重要的作用，掌握它有利于不僅有利于理論上的學習，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，并能夠熟練地對船舶電站故障進行診斷排查，特別是對于廣大從事船舶電氣的人員有理論以及實踐上的指導意義。

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【通聯編輯：光文玲】