浅谈DP2船舶电站母联闭合

张铭

摘  要：该文对具有母联闭合要求的DP2船舶的电站系统进行了分析，并提出了解决方案。并对有DP2入级符合要求的船舶分析了船级社对PMS的要求。除了这些船舶，一些潜水支持船、科考船等许多船舶都需要配备有DP2能力的船舶。据统计，对于有动力定位能力的船舶来讲，DP2船舶占的比重是最大的。通常船舶设计与制造过程，DP2船舶的电站母线被分区设计。

关键词：DP2  母联闭合  DGMS  PMS

中图分类号：TP274                                 文献标识码：A                        文章編号：1672-3791（2019）04（a）-0026-02

动力定位船舶鉴于其优良的定位性能，在许多船舶中得到了越来越多的应用，通常一座海洋钻井平台、工作平台，或海洋工程船都需要配备数艘具有DP2（Dynamic Positioning，动态定位）能力的辅助船舶为其服务。除了这些船舶，一些潜水支持船、科考船等许多船舶都需要配备有DP2能力的船舶。据统计，对于有动力定位能力的船舶来讲，DP2船舶占的比重是最大的。

通常船舶设计与制造过程，DP2船舶的电站母线被分区设计，中间由母线联络开关联接。船舶在DP2状态工作时，母线联络开关断开，每个区域独立供电。如图1某DP2船舶的电力系统单线示意图，A、B两段母线分别分布2、3台发电机，中间由一个母线联络开关联接。

1  DP2船舶对PMS的要求

对DP2船舶，各主流船级社对其电站PMS（power management system，动力管理系统）配置都做了详细、明确的要求。对于入级DP2的项目来讲，由于DP2对冗余的要求，通常认为PMS的配置也需要冗余，尤其是控制器的冗余，有时还配置了多组冗余的控制器。

船级社对入级DP船舶电站功率管理系统（PMS）的要求了解，入级DP2船舶来讲，船级社只有有与没有PMS的要求，根本没有冗余的要求，对于入级DP2的船舶来讲，只要提供PMS系统就满足规范。

那么大家不禁要问，如果PMS出现故障，如何处理呢？对于这个问题，ABS船级社给予的答复是“A failure in the power management system is to initiate an alarm in the DP control station. When the power management is disconnected， manual operation of the switchboard， as described in 4-8-3/5.5.4 of the Steel Vessel Rules， is to be provided”。也就是说，如果PMS发生了故障，只要PMS系统可以对外送出报警，进行手动操作也是满足船级社要求的。

2  DP2船舶电站系统母联闭合

传统DP2船舶电站系统是通过两个或两个以上的独立的电源系统和多个发电机的在线操作来实现的，电站母线被分区设计，母线上每个发电机的独立保护，任何发电机发生了异常，系统就将该发电机从电网上断开，然后通过PMS对整个电网的功率进行管理，控制在网发电机的数量，使整个电站经济可靠的运行。船舶在DP2作业时，绝大部分情况下推进器的负荷率通常低于30%，这就使得几个同时使用的发电机的负荷率也很低，母线分的段越多，要求的在线的发电机就越多，发电机的工作效率就越低，这样势必增加了排放量和燃油消耗量。

为了最大限度地减少燃料消耗和排放量，必须尽量减少在线发电机组的数量。近两年来，DP船舶及电机推进系统供商开发了闭合母联的电站系统，采取闭合母联（母线联络开关闭合）的电站系统可以减少发电机的数量，从而可以充分利用现有的发电容量，因而进一步提高发电机的效率，减少排放量和燃油的消耗量，降低对环境的影响。由于运行发动机数量减少，从而也降低设备维护费用。

在传统的DP2船舶的电站，将母线联络开关闭合起来，系统的效率是提高了，但然而某些类型的故障（比如自动电压调节装置（AVR）故障、发电机原动机调速器（governor）故障）仅通过对该故障机的监测是无法监测到的。事实上，这样的故障可能导致其他的、本来正常的发电机组，为了试图维护电网的电压和频率在正常的限制范围内而变得异常，这可能导致级联故障，使得所有的本来正常的发电机脱离电网，而仅余下有故障的发电机组在网。最终在整个电网上，由于没有健康正常的发电机组来维持电网的正常电压和频率，故障机也将会脱扣，最终导致了整个电网的完全失电。但如何保证系统的完整性和在故障情况下保持位置的能力呢？如何解决这个问题呢？

目前许多船舶电站制造厂家为了满足这一要求，已经开发并实船使用了满足这一要求的电力系统，其中DGMS系统（Diesel generator monitoring System，柴油发电机监控系统）具有代表性。

3  DGMS的架构组成

DGMS可以监测那些有可能使正常发电机脱网的故障，通过监测所有同时在网的发电机，检查每个发电机的在不同控制模式（PMS设定的）下的行为和调速器，DGMS可以正确地鉴别出有故障的发电机组，如果有需要的话，在发生进一步故障前，将有故障的发电机组从电网上剔除。当然配电板的整定和保护也需要相应的设计。

如某公司在DP2船舶上配置DGMS系統来解决母联闭合这个问题，该公司的DGMS系统是通过其AC800M PLC控制器和S800 I/O模块来实现的。通常每个发电机或每段母线上配置一个DGMS单元，所有的DGMS单元通过光纤以太网或铜质以太网连链接起来。这些以太网可以组成环网或构成双网来实现网络的冗余，各个DGMS单元可以通过该以太网有效、快速地共享所有DGMS单元的数据。

DGMS系统可配置一个显示屏实现人机交互，方便了操作人员的使用。该屏通过mimic图可以显示了被监测发电机的概况，每个活动的报警通过一个详细的报警列表罗列了出来。此外，该显示屏还提供了事件列表。通过该面板可以复位闭锁的脱扣、启用和禁用脱扣。

每个DGMS供电也推荐通过冗余的电源来供电。

4  DGMS的功能、特点

通常电站系统中的配电板都具有常规保护功能，比如发电机的过流保护、欠压保护、逆功保护等。但这些常规保护功能并没有包含所有的保护，比如发电机组原动机燃油的过给（over-fuelling）和不给（under-fuelling）故障的保护、发电机励磁装载的过励（over-excitation）和欠励（under-excitation）故障的保护。故障发电机保护继电器不能很容易地探测出这些故障，也很难鉴定出具体的故障点，PMS也无法实现这些保护。而这些故障可以导致那些没有故障的健康发电机试图维持系统正确的电压和频率而变得过载或吸收功率，从而导致那些健康没有故障的发电机脱离电网。

DGMS还实现了一些额外的安全功能，如果某个故障发电机的DGMS单元由于某种原因没有发现其所对应发电机的调速器或励磁装置的故障，那么整个电力系统中其他发电机的DGMS单元也可以发现故障发电机的调速器故障或励磁装置的故障。

发电机可以运行在如下的运行模式下：

（1）同步负载分配;

（2）下降（有差）负载分配;

（3）基本负载。

DGMS在上述的3种模式中，均可保护发电机。

每个发电机的DGMS单元可以通过每个发电机的DGMS单元读取每个发电机的状态，每个发电机的DGMS单元可以利用这些数据来帮助识别和锁定故障，这就对发生在本段母排和其他母排上的故障提供了很好的保护。

当一个故障被探测到了，DGMS系统将把这个信号送到ICMS系统。如果允许的话，DGMS也会命令PMS启动备用发电机组。如果形势恶化，如系统频率或电压不能维持在正常范围内，或引起正常健康的发电机跳闸迫在眉睫，DGMS将送一个预脱扣信号给PMS指示发电机主开关或母线联络开关就要脱扣了，不同的预脱扣信号会发至每个断路器，PMS将正确地应对即将到来的脱扣，如果没有设备会被损坏，脱扣将会稍微被延时，这样就为PMS的脱扣赢得了时间。之后DGMS会发出跳闸命令保护电站。该跳闸命令根据故障的位置要么送至有故障发电机的主开关，要么送至母联开关，为了维护电站系统最小范围内的失电，这些跳闸（脱扣）功能也是相关协调的，系统首先试图脱扣有故障的发电机，如果脱扣有故障的发电机没有成功，则去脱扣母联。如果脱扣母联开关很有必要，DGMS将距离故障点最近的母联开关脱扣。

5  结语

对于有母联闭合要求的DP2船舶，特别是在全电力推进系统的DP2船舶上，电站越来越多地配置类似的DGMS的系统，母线采取母联闭合的方式，这样不但保证了系统的完整性和在故障下保持位置的能力，而且又最大可能地减少了排放和燃料消耗，减少了对环境的影响。

参考文献

[1] 安亮.基于网络控制的船舶电站的研究与设计[D].大连海事大学，2009.

[2] 朱臣生.电站管理系统设计[D].大连海事大学，2006.