李美玲　王小林

摘要：以我司90 m電力推進(jìn)深水支持船的PHS設(shè)計和應(yīng)用為實例，從原理設(shè)計和功能方面解決負(fù)載的多樣式，達(dá)到科學(xué)配置發(fā)電機(jī)，提高動力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，結(jié)合實際設(shè)計需要和滿足相關(guān)船級社標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行介紹，對與此相關(guān)PHS設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；PHS；模式控制

1.引言

近幾年來，電力推進(jìn)的動力定位船越來越多，船舶功能日益增強(qiáng)，其負(fù)載總和越來越大，如果不進(jìn)行合理的管理和控制，將會出現(xiàn)發(fā)電機(jī)過載、電網(wǎng)斷電、船舶失控等嚴(yán)重后果，給船舶帶來嚴(yán)重的安全威脅。因此，為了降低油耗、提高電能的使用效率，需要設(shè)計出合理的PMS電站管理系統(tǒng)，用于檢測發(fā)電機(jī)的運行狀況，合理發(fā)揮發(fā)電機(jī)在各種船舶工況下的使用效率。

2.PMS（電站管理系統(tǒng)）定義

PMS是由發(fā)電、配電、電能管理三個環(huán)節(jié)組成，PMS通過配電板對船舶電能進(jìn)行集中分配，通過發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并根據(jù)不同模式合理分配電站負(fù)荷。

3.PMS在電力推進(jìn)動力定位船的應(yīng)用

本文以中東某船東的90 m電力推進(jìn)DP動力定位船為例，分析PMS在該船的應(yīng)用。

3.1運行工況

該船的作業(yè)工況，如表1所示。

3.2電力單線圖

該船的單線圖如圖1所示：由5臺發(fā)電機(jī)給全船供電，發(fā)出AC690V/60Hz的電源，690v的電源直接供主推進(jìn)系統(tǒng)和側(cè)推系統(tǒng)，其他輔助泵馬達(dá)是經(jīng)主變壓器轉(zhuǎn)換為ACdd0V的電供電，潛水系統(tǒng)由主電源和潛水應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電。在DP作業(yè)中，AC690V配電板可以是合排和分排供電，在停泊狀態(tài)由停泊發(fā)電機(jī)供電。

3.3 PMS結(jié)構(gòu)

（1）功率管理模塊

PMS是功率管理模塊控制中樞，包括PMS的硬件、軟件和接口，通過與集控臺、駕控臺和主配電板的通訊，進(jìn)行工作模式的辨識、轉(zhuǎn)換和功率管理。

（2）發(fā)電機(jī)保護(hù)模塊

主要作用是保護(hù)發(fā)電機(jī)，起到過電流、短路、瞬時和逆功率保護(hù)。

（3）發(fā)電機(jī)管理模塊

發(fā)電機(jī)管理模塊（AGS）主要是通過不斷監(jiān)測無功負(fù)載分配和有功負(fù)載分配，監(jiān)測到分配不均并且偏差過大時發(fā)出報警，PMS針對此報警進(jìn)行負(fù)載分配、轉(zhuǎn)移和發(fā)電機(jī)退網(wǎng)。

（4）負(fù)載管理模塊

作為船舶負(fù)載的控制中心，通過配電板對船舶負(fù)載進(jìn)行控制，實現(xiàn)負(fù)載的分配、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)移和過載保護(hù)。

（5）集控臺/駕控臺，主配電板控制模塊

作為船舶作業(yè)的指揮中心，通過MIMIC圖，對主推進(jìn)、側(cè)推、PMS的工作模式轉(zhuǎn)換和顯示工作狀態(tài)指示，實現(xiàn)對船舶電站的控制和管理，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.PMS實例分析

電力推進(jìn)的動力定位船對PMS的要求很高，不但要用于航行的主推進(jìn)供電，也要在DP作業(yè)中對船舶的主推進(jìn)器和側(cè)推供電進(jìn)行管理：

（1）將發(fā)電機(jī)開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)打到“REMOTE”模式，控制站通過PMS遙控起動或停止發(fā)電機(jī)，和主發(fā)電機(jī)的遙控同步合閘和卸載分閘，即一臺主發(fā)電機(jī)在網(wǎng)，另外一臺發(fā)電機(jī)運行但開關(guān)未合閘，在PMS操作站發(fā)送合閘命令給運行但未合閘的發(fā)電機(jī)，或兩臺主發(fā)電機(jī)在網(wǎng)，在PMS操作站發(fā)送分閘命令給在網(wǎng)的發(fā)電機(jī)。

（2）將發(fā)電機(jī)開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)打到“REMOTE”模式，備用發(fā)電機(jī)可以起動和自動并車連接到母排。當(dāng)發(fā)電機(jī)功率超過額定功率85%時，備用發(fā)電機(jī)能自動起動并連接到母排，通過頻率調(diào)節(jié)及負(fù)荷分配裝置實現(xiàn)自動并車，且自動轉(zhuǎn)移負(fù)載；當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行總功率小于額定功率40%時，連續(xù)運行10分鐘后，其中一臺發(fā)電機(jī)應(yīng)自動轉(zhuǎn)移負(fù)載并解列。

（3）當(dāng)主發(fā)電機(jī)或停泊發(fā)電機(jī)運行時，進(jìn)行重載問詢，若在線功率不足，備用柴油發(fā)電機(jī)應(yīng)能自動起動并轉(zhuǎn)移負(fù)載，完成這些動作后，起動空調(diào)冷凝單元。

（4）由于變壓器勵磁時會引起電網(wǎng)電壓降，為保證電壓降不超過20%，在1 000 kVA變壓器原邊開關(guān)合閘前，需保證電網(wǎng)至少兩臺主發(fā)電機(jī)為其供電。若在線發(fā)電機(jī)數(shù)量不足，需自動啟動主發(fā)電機(jī)，完成這些動作后，變壓器開關(guān)才可以合閘。

（5）當(dāng)消防泵需要合排時，外消防系統(tǒng)發(fā)送請求信號到PMS，PMS將會自動卸載1號和5號發(fā)電機(jī)的負(fù)載，并將相應(yīng)發(fā)電機(jī)的ACB分閘，然后自動發(fā)送“FIFI怠速請求”給1號和5號發(fā)電機(jī)主機(jī)，發(fā)電機(jī)自動降速至900 r/min，到達(dá)外消防使用條件。

（6）主配電板可以從通過PMS操作站上的MIMIC手動選擇不同的操作模式，為了更加安全及快速操作，PMS包含了主配電板所需的所有工作模式。

（7）當(dāng)電站功率小于主推進(jìn)或DP狀態(tài)下的側(cè)推實際需要功率，PMS將發(fā)出降功率信號，使主推進(jìn)或DP狀態(tài)下的側(cè)推降低螺距輸出，保證電網(wǎng)的正常運行。

5.PMS控制模式轉(zhuǎn)換實例分析

5.1從DP模式（合排）轉(zhuǎn)換到航行模式

將配電板從DP模式（合排）轉(zhuǎn)換成航行模式，首先大功率負(fù)載通過在線功率計算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到航線模式時，所有開關(guān)狀態(tài)都自動進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無法確定模式，如表2所示。

5.2從停泊模式轉(zhuǎn)換到航行模式

將配電板停泊模式轉(zhuǎn)換成航行模式，首先大功率負(fù)載通過在線功率計算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到航線模式時，所有開關(guān)狀態(tài)都自動進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無法確定模式，如表3所示。

5.3航行模式轉(zhuǎn)換成DP模式（合排）

將航行模式轉(zhuǎn)換成DP模式（合排），首先大功率負(fù)載通過在線功率計算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到DP模式（合排）時，所有開關(guān)狀態(tài)都自動進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無法確定模式，如表4所列。

5.4 DP模式（合排）與DP模式（分排）之間的轉(zhuǎn)換

將DP模式（合排）轉(zhuǎn)換成DP模式（分排）模式，首先大功率負(fù)載通過在線功率計算后處于可用狀態(tài)，當(dāng)選擇到DP模式（分排）模式時，所有開關(guān)狀態(tài)都自動進(jìn)入與預(yù)設(shè)狀態(tài)一致，否則無法確定模式，如表5所列。反之，則是DP模式（分排）轉(zhuǎn)換成DP模式（合排）模式。

6.結(jié)束語

對于電力推進(jìn)的DP動力定位船，采用PMS控制，比較復(fù)雜，只有通過對復(fù)雜的工況和模式的選擇，對船舶推進(jìn)動力、船舶負(fù)荷進(jìn)行合理的分配和有效的管理，并根據(jù)實際需求的變化不斷調(diào)整發(fā)電機(jī)，以此保證主機(jī)、發(fā)電機(jī)和船舶安全，并在各工況下保證負(fù)荷的平衡，提高使用效率和經(jīng)濟(jì)性。