姜玉林

摘要：本文概述了船舶電力推進動力定位系統(tǒng)的原理、組成、特點和應用，以及為確保該綜合技術的廣泛應用，必須進行的各種試驗。望本論文對船員在船舶電力推進動力定位中的理論水平和實際操作技能的提高會有一定的幫助。

關鍵詞：船舶 電力推進 動力定位

動力定位（DP）是指不用拋錨，而由船載計算機自動控制推進器來保持船舶或浮動平臺位置的技術。定點控制、航跡控制、循線控制、跟蹤控制等都屬于動力定位范疇。

動力定位技術是一項跨學科的船舶綜合控制技術，具有作業(yè)海域范圍廣，機動性好等突出的技術優(yōu)勢，被廣泛應用于海洋礦石鉆探采樣、海底安裝作業(yè)、鉆井勘探作業(yè)、海工吊裝、潛水支持、油井維修和改裝、油田守護供應、海底管線敷設、水下機器人（ROV）跟蹤、沉船勘探打撈和清除、挖泥船作業(yè)、海洋科考等作業(yè)，是開發(fā)海洋資源，建設海洋經濟不可或缺的設備。

1 船舶動力定位系統(tǒng)的原理和組成

動力定位系統(tǒng)是一個閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，其基本原理是：使用精密、先進的儀器來測定船

舶或平臺因風、浪、流作用而發(fā)生的位移和方向變化，通過計算機等自動控制系統(tǒng)對信息進行實時處理、計算，并自動控制若干個不同方向的推進器的推力大小和力矩，使船舶或平臺回復到原有的位置。

動力定位系統(tǒng)包括動力系統(tǒng)、推進器系統(tǒng)、動力定位控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，圖1是DP系統(tǒng)的組成方框圖。

動力系統(tǒng)是指給整個動力定位系統(tǒng)提供電力，并負責電源的分配和管理。一般的船舶電站可兼作動力系統(tǒng)，但應滿足一些特殊要求。包括發(fā)電機和原動機，主配電板，功率管理系統(tǒng)和不間斷電源UPS。

推進器系統(tǒng)包括主推進器、舵、側推，全回轉推進器、推進器控制器等等，它是動力定位系統(tǒng)的執(zhí)行部分，常用電動機或柴油機驅動推進器。主推進裝置可兼作動力定位系統(tǒng)的推力器，在船舶進入動力定位運作模式時，由動力定位系統(tǒng)的控制器進行控制。為提高定位能力，主推進裝置可設計為全回轉推進器，例如Z型推進，SSP推進等。各推力器的工作組合應產生橫向、縱向推力及回轉力矩。

動力定位控制系統(tǒng)包括控制器和測量系統(tǒng)?？刂破魇莿恿Χㄎ幌到y(tǒng)總的控制部分，一般采用計算機控制的方法。測量系統(tǒng)包括位置參照系統(tǒng)、電羅經、風向風速儀、傾角儀等，將船舶的船位、艏向、縱傾橫傾角等船舶狀態(tài)，以及風向、風力、流速等環(huán)境條件，輸入到控制器中?？刂破鲗y量系統(tǒng)提供的數據進行分析和運算，并給出推力器的控制指令。對動力定位系統(tǒng)的故障進行檢測及報警，顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2 船舶動力定位執(zhí)行機構即電力推進系統(tǒng)的特點

電力推進作為船舶的新型推進動力，發(fā)動機與螺旋槳之間無任何機械聯(lián)系，僅在發(fā)電機與推進電動機之間有電氣連接，是船舶推進系統(tǒng)的創(chuàng)新，體現(xiàn)了“綠色航運”、“綠色船舶”環(huán)保節(jié)能理念，深受世界航運與船舶領域的青睞。

與傳統(tǒng)的由發(fā)動機-傳動軸-螺旋槳組成的機械式船舶推進系統(tǒng)相比，電力推進系統(tǒng)具有下列的優(yōu)點：

1.經濟性好：發(fā)動機以恒轉速、最佳負荷運轉，推進效率和運行效率高。機械設備總量減少，節(jié)約了維修保養(yǎng)費。與同功率機械推進系統(tǒng)相比，可減少油耗10%～15%，航速可提高0.5節(jié)以上。

2.性能提升：操縱控制方便，起動加速性好，換向時間短，制動快，正反車速度切換快，可極大地提高船舶的操縱性，發(fā)揮出最佳的使用技術性能和戰(zhàn)術技術性能。

3.生命力強：柴油機推進的船舶，一旦發(fā)動機重要部件或舵機、軸系出現(xiàn)故障時往往導致癱船。而電力推進系統(tǒng)使用多臺發(fā)動機，具備足夠的安全冗余，在個別機組發(fā)生故障時不致喪失動力。

4.節(jié)省空間：重量輕，體積小，改善了機艙布置，使動力裝置安排更加合理，提高了有效艙容率。

5.環(huán)保：燃油燃燒質量好，燃燒產物中的氮氧化物含量少，有利于船舶控制環(huán)境污染。

6.實現(xiàn)自控：有利于進行計算機網絡管理，有助于實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制，全面提升船舶信息化、智能化、自動化水準。

7.優(yōu)化機艙：機械噪聲大幅度下降，振動減少，工作區(qū)整潔，減少廢氣排放，環(huán)境質量得到改善。維修工作量大幅減少，可減少人員編制。

但電力推進系統(tǒng)也具有不足之處：

1）電力推進裝置本身成本較高，增加約25%。

2.）能量損失。

3 動力定位系統(tǒng)的各種試驗（主要指動力系統(tǒng)部分）

為了確保船舶電力推進動力定位的正確實施，必須根據船級社的要求，進行各種試驗，主要有：

3.1.系泊試驗

1）動力系統(tǒng)系泊試驗的各組成部分，如發(fā)電機，發(fā)電機原動機，主配電板等，應滿足船舶建造檢驗的一般要求。另外還應進行下列檢驗：發(fā)電機組一臺發(fā)電機組不投入運行，并聯(lián)運行其他發(fā)電機組，逐個啟動幾臺功率較大的推力器電動機。啟動期間引起的電壓降不超過15%。

動力系統(tǒng)中的發(fā)電機的臺數和容量：（a）在起動推力器的電動機時，尤其是在一臺發(fā)電機不能工作時，起動期間引起的主匯流排上的瞬態(tài)電壓變化不應超過額定電壓﹣15%。（b）如果安裝的推力器的總功率超過了所配置的發(fā)電機的總功率，則應采取連鎖或推力限制措施來防止動力裝置的超載。（c）在選擇發(fā)電機的臺數和類型時，應考慮可能在DP推力器操作中出現(xiàn)的高電抗負載。

2）動力管理系統(tǒng)

（1）進行發(fā)電機的自動并聯(lián)及自動解列試驗。動力管理系統(tǒng)應能在運行的發(fā)電機負荷較重時，自動啟動備用發(fā)電機投入電網，即自動并聯(lián)。并在運行的發(fā)電機負荷較輕時，自動切斷一臺發(fā)電機的供電并停止其原動機的運轉，即自動解列。建議自動并聯(lián)可設置在單臺發(fā)電機的輸出功率的大約85%時進行。自動解列可設置在單臺發(fā)電機的輸出功率低于額定功率的大約30%時進行。

（2） 系統(tǒng)的各個重負荷均應進行重負荷詢問試驗。在其啟動前應向動力管理系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，動力管理系統(tǒng)根據運行發(fā)電機的功率裕量發(fā)出允許啟動指令。否則要在啟動備用發(fā)電機后再發(fā)指令。當整個動力系統(tǒng)的功率裕量都不足以啟動負載時，則禁止啟動，這就是負載詢問（或稱大功率詢問、重載詢問）。endprint

（3） 試驗高電力負荷報警功能。當總的電力負載超過運轉中發(fā)電機總容量的預定百分比時，應發(fā)出報警。報警的設定值應在運轉容量50%至100%之間可調，該報警的設定值可設于自動并聯(lián)時的功率百分比之上。

（4） 推力器負載自動調整功能的試驗。運行發(fā)電機負荷超過100%時，推力器應降低功率運行。在發(fā)電機輸出功率超過設定值時，驗證推力器進行自動降速。

（5）注意動力定位系統(tǒng)控制器與動力管理系統(tǒng)的協(xié)調。

3）配電板

（1 ）檢查主配電板匯流排的分段及其連接，對于DP-3附加標志，每一匯流排要以A-60進行分隔，在每個分隔內均應設有斷路器連接。

（2） 在DP控制中心，應設置連接顯示器，顯示發(fā)電機的在線功率儲備，即在線發(fā)電機的容量與輸出功率的差。對于分段式匯流排，則每一分段要設置這種指示器。

4） 不間斷電源UPS：每一個動力定位計算機系統(tǒng)必須提供不間斷電源UPS，以確保在任何動力故障下不會影響一臺以上的計算機。不間斷電源電池的容量需支持至少30分鐘的操作。

3.2 航行試驗

動力定位系統(tǒng)的航行試驗要根據船舶實際情況與設計部門及船廠商定。聯(lián)合操縱桿模式的動力定位系統(tǒng)可進行航跡控制，可采用保持艏向和保持船位的旋轉試驗其有效性及控制精度。

自動模式的試驗動力定位系統(tǒng)是根據人工輸入的艏向和船位自動定位并加以保持。

注意：在整個系統(tǒng)進行操作時，至少有連續(xù)2小時的氣候條件達到一定水平，即使推力器上的平均載荷達到50%或更高。當環(huán)境條件無法達到上述要求時，可推遲到適當場合下作為一個特殊的試驗來進行。

3. 3 故障模式與影響分析試驗FMEA

IMO（國際海事組織）將動力定位按冗余度分為0級、1級、2級和3級。對應于IMO的動力定位冗余級別劃分及配置要求，各船級社的定義和規(guī)定也略有差別，具體可參見各船級社規(guī)定。

對2級和3級冗余度動力定位系統(tǒng)，各船級社需要檢驗“故障模式效果分析”（FMEA）。.針對動力定位系統(tǒng)本身，和具體船配各系統(tǒng)進行模擬故障試驗。驗證單一的設備或系統(tǒng)（包括任一套動力定位系統(tǒng)）發(fā)生故障時，不會影響或者說是不會中斷整個動力定位系統(tǒng)的操作，保證該船不會喪失動力定位能力，即體現(xiàn)整個動力定位系統(tǒng)的冗余度。

參考文獻

[1]DP OPERATOR`S HANDBOOK by Captain David Bray FNI Published by The Nautical institute 2011

[2]動力定位檢驗指南. 中國船級社 2002

[3]6000 HP 平臺供應船動力定位系統(tǒng)簡介. 謝家純. 船舶設計通訊， 第1期， 2006年6月

[4]船舶電氣工程.主編： 馬偉明、張曉鋒、焦儂、鄒孟奇、李杰仁、周平、陸嘉明.中國電力出版社

[5]未來船舶推進系統(tǒng)的主宰——船舶電力推進系統(tǒng).黃育儉.第六屆中國國際救撈論壇，2010 論文集屆中國國際救撈論壇，2010 論文集endprint