王金苓（廣新海事重工股份有限公司,廣東 中山 528437）

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DP2動力定位工作船電氣設計要點

王金苓
（廣新海事重工股份有限公司,廣東 中山 528437）

摘 要：電氣設計是船舶設計的重要部分，在非動力定位船舶上電氣系統(tǒng)設計時不需要考慮單點故障的問題，而在具有動力定位功能的船舶上必須考慮單點故障的問題，即電氣系統(tǒng)的設計需要冗余，本文簡介了動力定位工作船電氣系統(tǒng)設計需要注意的一些要點。

關(guān)鍵詞：動力定位；電力系統(tǒng)；單點故障

1 引言

船舶動力定位系統(tǒng)是一種廣泛應用于海洋工程平臺工作船的全船自動化系統(tǒng)，使用推力器的推力使船舶的位置保持于某一固定范圍內(nèi)，同時使船舶的艏向指向預先設定的方位。其由推力器系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、環(huán)境測量系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)四大主要部分組成。

電力系統(tǒng)是船舶必不可少的重要組成部分，與普通船舶不同的是根據(jù)IMO MSC/Circ. 645的要求，在DP-2的船上電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要進行冗余設計，即要將系統(tǒng)設計為“電力系統(tǒng)應當分成兩個或更多的系統(tǒng)，并且當其中一個系統(tǒng)出現(xiàn)單點故障時，至少有一個系統(tǒng)仍然處于運行狀態(tài)。”這種設計的目的就是保證當一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，另一個系統(tǒng)仍然可以維持動力定位系統(tǒng)工作，使船舶不致失去定位能力。因此在電力系統(tǒng)的設計及與電氣相關(guān)的設備訂貨中要充分的認識到這一要求，在系統(tǒng)設計中進行貫徹，避免錯誤的設計導致后期修改的發(fā)生。

2 電力系統(tǒng)單線圖

電力系統(tǒng)單線圖是DP船電氣系統(tǒng)設計的第一步，通過確定電力系統(tǒng)單線圖可以大致明確本船電力系統(tǒng)的組成，對電力負荷的計算、配電板的結(jié)構(gòu)和動力定位相關(guān)設備的配電具有重要作用。

根據(jù)IMO MSC/Circ. 645的要求配電系統(tǒng)需要冗余設計，電力系統(tǒng)單線圖在確定的同時既要考慮推進器和發(fā)電機的數(shù)量、類型，也要考慮規(guī)范的冗余要求。不同的推進器和發(fā)電機配置，有不同的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，單線圖稍有不同。

2.1 推進器和發(fā)電機配置類型

DP2工作船根據(jù)主推進系統(tǒng)的不同，其它推進器和發(fā)電機的配置大致分為如下幾類：

（1）主推進為舵機和槳，一般配置二臺艏側(cè)推和一臺艉側(cè)推，至少三臺主發(fā)電機。

動力定位船在動力定位時主機的功率富余較大，為了充分利用主機的功率，不使主發(fā)電機組的容量過大，配置兩臺軸帶發(fā)電機用于驅(qū)動二臺艏側(cè)推。

配置一臺艉側(cè)推的目的是彌補舵機和槳組合的主推進系統(tǒng)側(cè)向推力的不足，因此還要對一臺艉側(cè)推的啟動問題進行特別考慮，第三臺主發(fā)電機用來與其它兩臺發(fā)電機并車解決艉側(cè)推的啟動和運行問題。

圖1是某項目采這種配置的電力系統(tǒng)單線圖。

如圖1所示主匯流排分為4段，當進行動力定位時，4個匯流排斷路器全部打開，軸發(fā)S2和艏側(cè)推BT2處于匯流排D上，軸發(fā)S1和艏側(cè)推BT1處于匯流排C上，主發(fā)G1和G2分別處于匯流排A和B上，而主發(fā)G3和艉側(cè)推ST則可以通過不同的斷路器組合，分別于G1或G2組合，處于匯流排A或B上。

當系統(tǒng)中無論最大單點故障發(fā)生在那段主匯流排，僅失去一個側(cè)推，滿足規(guī)范的冗余要求。

需要注意當艉側(cè)推ST所處的匯流排發(fā)生故障時，需要將ST轉(zhuǎn)換到另一段匯流排上，這里有一個轉(zhuǎn)換過程，在這個過程中ST將失去補充舵力的功能，會造成艉部定位能力下降，有船級社如DNV不接受這種設計。

（2）主推進采用全回轉(zhuǎn)，一般配置兩臺艏側(cè)推，至少配置二臺主發(fā)電機。

同理為利用主機富余功率，配置兩臺軸帶發(fā)電機驅(qū)動側(cè)推。

將圖1中的G3、ST及相關(guān)的斷路器去掉即是這種系統(tǒng)的電力單線圖結(jié)構(gòu)。

（3）主推進采用電力推進，一般配置兩臺艏側(cè)推，至少配置二臺主發(fā)電機。

電力推進的主推進系統(tǒng)也分為舵槳組合和全回轉(zhuǎn)兩種，但舵槳組合的電力推進船上一般不具有動力定位功能，具有動力定位功能的電力推進船多采用全回轉(zhuǎn)形式的主推進。

電力推進系統(tǒng)船舶的單線圖與全回轉(zhuǎn)主推進類似，將主推進改為電力驅(qū)動由主發(fā)電機組分組分別供電，同時增加主發(fā)電機組的容量或者數(shù)量。

2.2 輔助設備的供電

為推進器和發(fā)電機所服務的輔助泵組等設備的供電，也應按照左右對稱原則進行布置，該輔助設備的電源應與所服務的設備處于同一段匯流排的或其下級匯流排上。

3 用定位能力分析報告校核負荷計算

動力定位能力分析報告根據(jù)初步確定的推進器配置，在規(guī)定的風速、水流速、浪高等環(huán)境下，建立在船舶受力和運行的數(shù)學模型上，對船舶定位能力進行的仿真分析，提供兩種類型的蝴蝶圖報告。

第一種是可變推進器功率蝴蝶圖，指定了環(huán)境數(shù)據(jù)，橫坐標顯示推進器功率最大使用百分比。第二種是可變洋流或風速流蝴蝶圖，設定推進器以100%功率輸出時且風速固定時，可以適應的洋流或風速。

動力定位報告中包括蝴蝶圖的數(shù)值化部分，數(shù)值化部分有0-360度范圍內(nèi)每10度一個單位的風向時推進器的實際功率。推進器的功率占了發(fā)電機功率的絕大部分，采用動力定位報告可以準確的確定發(fā)電機的容量或數(shù)量，很明顯比傳統(tǒng)的方法更加合理。

4 其它系統(tǒng)注意事項

4.1 側(cè)推及主推進控制系統(tǒng)

（1）出現(xiàn)任何會導致操作人員對推進器失去控制的單點故障時，推進命令應自動歸零。如該故障僅影響部分推進器，受影響的推進器其控制命令應自動歸零，其他未受影響的推進器仍處于操縱控制下；

（2）手動模式要隨時處于可使用狀態(tài)，當動力定位模式出現(xiàn)故障時，可立即轉(zhuǎn)換至手動控制模式；

（3）推進器應設有獨立的應急停止回路，每個推進器的應急停止裝置采用單獨的控制電纜，應急停止回路應設有斷開或短路的故障報警；

（4）推進器控制系統(tǒng)應設有雙路電源，其中一路電源發(fā)生故障時，發(fā)出報警；

（5）接受來自功率管理系統(tǒng)的減小螺距信號以減小推進器的負荷（CPP）；

（6）來自動力定位系統(tǒng)的命令斷路時，受影響的推進器螺距應保持不變或歸零（CPP）；

（7）螺距反饋信號斷路時，受影響的推進器螺距應保持不變或歸零；

4.2 電站管理系統(tǒng)

（1）規(guī)范要求至少有兩套電站管理系統(tǒng)，但沒有明確具體作法。需要注意的是這里有100%冗余和50%冗余兩種說法，建議大家選擇100%冗余為好；

（2）在電站可分配功率降低時，能發(fā)出降螺距信號給對應推進器；

（3）要對電站管理系統(tǒng)進行獨立FMEA，要求假設電源、控制器、I/O模塊、通訊總線或網(wǎng)絡發(fā)生故障，但故障不會導致整個系統(tǒng)喪失功能。

4.3 DP控制系統(tǒng)

DP控制系統(tǒng)包括環(huán)境測量系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)，一般由專業(yè)廠商提供標準配置設備。但在設計中常有船東對環(huán)境測量系統(tǒng)中的風速風向儀要求全部采用超聲波形式，導致最后FMEA分析不通過。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求風速風向儀傳感器必須采用兩種不同的工作原理，即三臺傳感器中至少有一臺采用非超聲波形式，因此最好定貨時就按規(guī)范要求進行。

5 結(jié)語

動力定位系統(tǒng)是一個全船化的自動化系統(tǒng)，涉及到電氣系統(tǒng)的方方面面，在進行電氣系統(tǒng)設計時一定要嚴格按照單點故障不會引起動力定位能力失去的原則進行設計，系統(tǒng)要有適當?shù)娜哂喽?。本文僅是設計過程中需要注意的一些明顯的問題，在設計進行過程中還需要與FMEA分析緊密結(jié)合，及時修正設計出現(xiàn)的錯誤，避免設計成型后修改造成大量資源浪費。

參考文獻：

［1］IMO MSC/Circ.645 Guidelines for vessels with dynamic positioning systems 1994.

［2］IMCA M113 Guidelines for vessels with dynamic positioning systems.

［3］IMCA M166 Guidance on Failure Modes & Effects Analysis （FMEA）.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.219