浅谈DP2海工船舶电站管理系统

    操定友

    

    摘要：船舶电站管理系统（Power Management System）是船舶电力系统至关重要的组成部分，同时也是船舶自动化系统的重要组成。本文以一艘带有DP2定位的AHTS海洋工程船舶为平台，介绍其电站管理系统的配置结构和功能，对船舶设计、调试人员以及远洋的船舶电子电气员一起学习、参考。

    关键词：海洋工程船舶;船舶电站管理系统;动态定位

    中图分类号：TP311? ? ? 文献标识码：A

    文章编号：1009-3044（2021）16-0215-02

    开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

    AHTS多用途工作船具有动力定位功能，主要用于海上打捞救助、海洋石油钻井平台补给及远洋拖带功能等。基于船舶工程作业的安全需要和多功能化发展，一个可靠性高、功能齐全的船舶电站管理系统对于此类船舶是非常重要的。基于现代自动控制系统的发展，目前的船舶电站基于PLC控制技术，已形成了功能完善的自动船舶电站管理系统。为了能快速对船舶电力管理系统进行熟悉，并能在后期的日常管理维护过程中对出现的故障快速应对，船舶电站系统的设计人员、调试人員以及专门从事船舶电气维护的船舶电子电气员对船舶电站管理系统工作原理以及相关功能的掌握是极其重要的。

    1 AHTS船简介

    此船采用两台型号为MAN BW 8L27/38 的2920kW的定速主机配各配一个CPP的螺旋桨，2台1200kW的轴带发电机（SG1&SG2），2台Caterpillar型号为C18功率为425kW的辅助发电机（DG1&DG2），1台VolvoPenta的122kW的应急发电机，2台功率为515kW的艏侧推（BT1&BT2），一台515kW的尾侧推（ST1），采用Converteam的动力定位DP2系统。其中两台轴带发电机设计为三台侧推供电。带有动力定位功能的海工船舶电站系统对船舶电站的自动管理要求都比较高，要呈现一定的冗余性，特别是在进行钻井平台靠泊定位作业时，安全可靠的船舶电站显得极其重要，一旦发生船舶电站故障，正在靠泊的船舶很容易和钻井平台发生碰撞而造成经济损失。由于此类船舶，辅助柴油发电机在日常工作中，主要为船舶提供基本的电力供应，在本篇文章中相较轴带发电机涉及较多。

    2 AHTS船的电站管理系统的构成

    此AHTS船由两台辅助发电机控制单元、两台主机控制单元、同步并车控制单元、PMS状态显示单元以及 PMS控制单元组成。PMS状态显示单元如图1。

    2.1发电机控制单元

    发电机控制单元作为PMS的核心，它由两个辅助发电机控制单元、两台轴带发电机控制单元、一个并车控制单元组成。每台发电机都有各自独立的控制单元，每个控制单元都各自连接到对应的配电板设备，冗余性高。

    发电机并车控制单元的作用是进行发电机的并车控制，具有负荷分配和速度控制的功能。它能够对辅助发电机和主机的转速及负荷进行控制。通常情况下，两台辅助发电机并联运行，而轴带与辅助发电机则进行短暂的并电转移负载操作，不容许长时间并联运行。两台辅助发电机在并联运行过程中，其发电机控制单元通过MODBUS通信工作在同步控制、负荷均分模式下进行负载均匀分配，控制发电机的转速在整个工作过程中保持额定转速。当MODBUS通信发生故障，此时两台辅助发电机的调速器将工作在速度调差、负荷均分模式。

    2.2 发电机显示单元

    发电机显示单元通过采集模块，分别对DG1、DG2、SG1、SG2的电压、频率、电流、有功功率、功率因数等进行采集以及对BT1、BT2、ST1的消耗功率和各联络开关、控制开关的状态进行采集，集中显示。通过主配电板上的显示单元，我们可以随时进行监测查看比较。

    2.3 PMS控制单元

    为了保证PMS控制的冗余性，配有两个PMS控制单元。它们之间各自互为主备用。当任何一个出现故障的时候，另外一个可以直接进行替代操作，接管船舶电站的控制。起到了很好的安全保护控制作用。

    2.4 PMS远程显示操作单元

    PMS远程显示操作单元和集控室控制显示单元集成在一起构成IAS工作站，其位置分别在驾驶室的前后驾控台各1套和集控室集控台1套，共计3套。通过工作站对船舶电站各项信息参数的采集，PMS显示单元显示整个船舶电站的相关所有参数，包括联络开关状态、发电机参数、配电板开关状态、电网参数、工作模式等。

    3 AHTS船PMS功能

    船舶电站管理系统通过监测相关的动作信号、电气参数以及报警，对柴油发电机组启停、汇流排联络开关、并车控制器、发电机控制开关以及发电机组调速器等进行控制，通过逻辑判断功能去控制辅助柴油发电机组的启动、停车、并车、卸载以及相关联络开关的闭合、分断以及轴带发电机的投入、退出等操作，同时能够实现负载的自动分级卸载，确保能够提供足够的功率到主配电板，确保船舶的操作安全。

    本船PMS具有半自动模式和自动模式两种。发电机在半自动模式下，操作人员可以在发电机对应的PMS控制进行操作实现发电机的手动启动、自动停止以及主开关、联络开关的合闸分闸操作。当设置为自动模式时，PMS会根据电网实际用电情况以及相应的工况，灵活地进行选择发电机的工作数量以及发电机种类，提供最优最安全的运行。

    3.1 基本功能

    PMS的基本功能如下：

    （1） 自动起停并车发电机。下列通过三种情况来分析自动启停机的功能。

    1DP工况：当两台轴带发电机各自分别为船舶电网供电时，设置两台柴油发电机均为自动模式。当轴带发电机超过额定功率的85%时，对应的柴油发电机将自行启动，自动调节柴油发电机的转速，并与相应的轴带发电机进行短暂并车，自动转移部分负载到辅助柴油机，降低轴带发电机的负载，同时断开轴带发电机与辅助柴油机之间的联络开关。确保侧推器能够正常工作，保持DP定位的可靠性。2 海上航行：当一台柴油机发电机为船舶电网供电时，同时主机处于运行状态，可设置两台轴带发电机为第一第二备用。当柴油发电机过载或者因故出现问题时，按照相应的设置顺序，自动对轴带发电机进行励磁、合闸，并投入运行，同时退出柴油发电机。当轴带发电机投入电网运行，同理可对柴油发电机进行启动顺序设置，当轴带发电机因为出现故障时，按顺序启动柴油发电机并投入运行。当同步并车在规定的时间内失败时，发出失败报警，并起动下一备用机组。3靠泊：当一台柴油发电机投入电网运行，另一柴油发电机设为自动模式，当出现过载时，将自动启动另一台发电机，自动并车并自动分配负载。

    （2） 负荷分配。正常情况下，两台柴油发电机在并联运行过程中，PMS通过监测电网负荷以及柴油发电机的负荷，通过调节柴油发电机组的油门，使得两台发电机能够均分电网负荷。

    （3） 重载询问。重载询问功能是当启动侧推器等大功率用电设备时，首先会向PMS系统发出请求信号，PMS计算电网的可用功率，通过可用功率来决定是否允许启动侧推器，只有当可用功率做时，才由PMS系统发出启动这一大功率设备的指令。并且通过设置，只允许在轴带发电机工作的情况下才能启动侧推。这种功能能够很好地保护了船舶电站以及发电机组，避免了不必要的失电操作。

    3.2发电机组保护功能

    PMS能够保证船舶电站供电的可靠性，同时也能对发电机组起到保护作用。当辅助柴油发电机组在供电过程中，因故发生次要报警（如滑油压力偏低、冷却水温度偏高等），PMS將发送启动信号到备用机组，备用机组启动并同步并车，并车完成以后再转移负载，等故障机组负载转移完成后，发出解列指令，再将该机组ACB分闸并停车。当辅助柴油发电机组的故障到达保护装置的动作极限（如超速、冷却水高温、滑油压力低压）时，PMS将发出启动备用机组的信号，待备用机组启动成功立即切除故障机组，以短时断电交换机组的方式进行处理。待故障机组停机后，在故障信号未复位之前进行抑制启动。

    3.3电力负荷管理功能

    在DP工况时，两台辅助柴油发电机分别给船舶两边配电板供电，提供基本电力供应。两台轴带发电机分别给一台艏侧推、尾侧推和另一台艏侧推供电。当一台轴带发电机因故退出尾侧推失电时，PMS系统发出信号给轴带发电机的联络开关，联络开关通过另外一个轴带发电机供电给失电的尾侧推器，同时尾侧推器自动启动并投入运行，保持DP的冗余状态。当辅助柴油发电机发生过载时，PMS系统通过切除不重要的负载，保持船舶电站的稳定。当辅助柴油机因故跳闸时，可自动合上相应的联络开关通过轴带发电机给相应的汇流排供电。

    当主机正常运转，轴带发电机设置为自动模式，同时一台发电柴油机在运行，而另一台柴油发电机由于维护或者设置原因处于手动控制。当柴油发电机过载时，将自动对一台轴带发电机进行励磁并待成功建立电压后通过主调柴油发电机的进行合闸操作，按照各自额定功率的比例进行负荷分配。

    3.4电压与无功功率的自动调节

    当船舶电网电压偏离额定值而降低时，可能导致运行设备的损坏或使发电机相关保护电器动作而导致跳闸造成全船失电。另外，当两台柴油发电机在并联运行过程中，励磁电流的变化会影响到它们之间无功功率的分配。PMS系统通过监视发电机的端电压，通过调节励磁系统保持发电机端电压恒定，并调节无功功率的分配。

    3.5电站故障的处理

    （1） 起励失败 当柴油发电机在规定的时间内电压不能成功建立，将发出报警，并且启动备用机组。

    （2） 发电机启动失败 当船舶电站系统发出启动指令后，在规定的时间内未能正常启动，将发出失败报警。

    （3） 自动并车失败 当电压建立成功后，系统会发出自动同步合闸指令，若在规定的时间内系统发不出合闸指令，说明同步系统有故障，将发出报警并启动备用机组。

    （4） ACB合闸失败 在发出合闸指令却不能在规定的时间内完成合闸操作，将发出报警并启动备用机组。

    （5） ACB异常分闸 当由于保护设备的动作导致ACB分闸，此时系统将发出报警并启动备用机组合闸自动投入运行。

    （6） 频率/电压超限报警? 当发电机的电压、频率信号高于或低于限制值时，PMS系统将会自动发出报警提醒值班人员注意。

    4结束语

    船舶电站电源管理系统作为船舶自动化的核心组成部分，对于船舶的电力系统的可靠性起着至关重要的作用，掌握它有利于不仅有利于理论上的学习，也可以在船舶电站的日常工作过程中能够正确地操作以及保养，并能够熟练地对船舶电站故障进行诊断排查，特别是对于广大从事船舶电气的人员有理论以及实践上的指导意义。

    参考文献：

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    【通联编辑：光文玲】