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闭合母排电力系统船舶试验分析

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随着油气勘探从近海走向远海，海洋工程船舶得到快速发展，其中能在深水海域工作的动力定位(Dynamic Positioning, DP)船舶的发展尤为迅速，为满足多功能和高海况需求，其装机功率越来越大。随着航运市场对环保的要求日趋严格，对船舶采取节能减排措施尤为重要。DP船舶通过闭合母排电力系统优化电网供电结构，从而减少燃油消耗，在燃油经济性和供电连续性方面具有一定的优势，越来越受海工船市场的青睐。在上海振华重工(集团)股份有限公司(以下简称“振华重工”)的海工船建造项目中，有多型船都采用闭合母排电力系统设计，如某深水多功能饱和潜水支持船项目，采用的是DYNPOS-AUTRO和DYNPOS-ER双重DP入籍符号，并采用闭合母排和推进器双路供电的技术方案。DNV GL为验证系统保护装置的故障隔离能力，对发电机保护试验、短路试验和失电顺序恢复试验的方案提出了严格要求。

1 闭合母排电力系统

闭合母排电力系统主要是将配电网络设计成母联开关可闭合的形式，形成一个汇流排运行的配电网络。在发生单一故障时，配电系统能预判并快速隔离故障设备或故障区间，同时不影响电网中设备的正常运行。闭合母排电力系统在DP工况下可有效减少在网发电机的数量，减少船舶燃油消耗，通过提高发电机组的负载率来减少有害气体排放。

以往DNV GL从安全性的角度考虑，通常不接受DP3船舶采用闭合/闭环形式的电力系统设计，防止因发生某些单点故障而导致整个电力系统失电。与之相比，分段运行的母排完全相互独立，无论哪段母排发生故障，都不会引起全船失电。近年来，随着技术和工艺的不断发展，已能证明闭合/闭环母排可与分段母排一样，具备相同水平的可靠性和完整性。为使船舶在运行过程中具有更好的经济性和更灵活的操作性,船级社逐渐开始接受这种闭合/闭环形式的电力系统设计，但要求其完整性能等效于分段运行母排。图1为闭合母排电力系统框图。在闭合母排工况下，母联开关和通往推进器的所有开关均为常闭。

图1 闭合母排电力系统框图

2 闭合母排电力系统试验

根据DNV GL的要求，闭合母排DP船舶的电力系统试验除了包括常规电力系统试验以外，还包括增强型发电机监测保护系统试验、实效短路试验和失电顺序恢复试验。

2.1 增强型发电机监测保护系统试验

增强型发电机监测保护系统主要通过检测，提前将故障发电机从系统中隔离出来，使正常运行的发电机不受影响，保证系统安全可靠地运行，并通过试验来验证系统的实际动作方式与设计是一致的。

在开展增强型发电机监测保护系统试验时，应根据试验大纲设定的故障点和动作，通过检测系统不同的状态和故障，保护系统做出相应的动作。试验内容主要包括：系统报警功能；PMS(Power Management System)启动备用机组，停止有问题的发电机组；将系统调整到降速模式，停止PMS；硬线发生故障时，PMS启动备用机组；切断故障母排。

图2为某潜水支持船增强型发电机监测保护系统框图。由图2可知，增强型发电机监测保护系统通过采集发电机组调压信号、柴油机组调速信号、PMS中的关键参数和其他发电机组的运行参数等，进行数据处理分析，根据设备的运行状态对系统进行辅助决策，发出相应的指令，从而在故障扩散之前切断故障发电机，最小化故障对电力系统的冲击，抑制停电风险和可能出现的位置丢失问题。

图2 某潜水支持船增强型发电机监测保护系统框图

通过调试和试验，修复与设计结果不一致的地方，并进行参数调整和系统修改，完善增强型发电机监测保护系统的保护功能，确定保护功能与需求设计的一致性，使其完全匹配项目要求，提高系统的适应性。

2.2 实效短路试验

单段母排的短路故障会导致整个电网的电压快速下降，故障阶段的电网电压几乎为零，该过程中可能会导致发电机脱扣、推进器退出DP系统和辅助系统停止运行等一系列问题。因此，通过实效短路试验来验证整个电力系统的完整性非常重要，其主要目的包括：

1)验证电力系统的选择性与设计一致，故障点能快速隔离，而其他部分能保持正常运行；

2)验证发电机、配电系统、推进器和相关辅助系统的故障穿越能力；

3)验证短路故障对相关设备和系统的影响。

以振华重工建造的某深水多功能饱和潜水支持船为例，为验证其电力系统的可靠性和短路故障穿越能力，DNV GL要求对DYNPOS-AUTRO闭合母排或推进器双路供电的设计方案进行实效短路试验。实效短路试验是DP3闭合母排电力系统试验的重点和难点，由于具有一定的危险性，需在试验之前对系统、设备和安全保障等进行全面分析，精心策划，明确分工。另外，需考虑意外事件应急方案，最大程度地保证安全。

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