論基于PSV系列船舶電站系統(tǒng)的調(diào)試流程

郭 佳

（廣州黃船海洋工程有限公司,廣州511462）

1 前言

PSV全稱是Platform Supply Vessel，即平臺供應(yīng)船。主要用于在海上平臺之間運送人員和物資，配備有自動電站、電力推進、DP2、液貨和散料輸送等功能。而一個穩(wěn)定可靠的自動電站系統(tǒng)，作為船舶的心臟供血部分顯得尤其重要，是船上各種設(shè)備能夠長期穩(wěn)定運行的有力保障。

2 電站的主要構(gòu)成

2.1 Havyard PSV 832柴油發(fā)電機組

由4臺主發(fā)電機組和1臺應(yīng)急發(fā)電機組組成：

（1）4臺主發(fā)電機組：由MTU柴油機配NES發(fā)電機，每臺機組額定電壓為690 VAC，頻率60 Hz，額定功率1 500 kW，功率因素0.9。

（2）1臺應(yīng)急發(fā)電機組：由康明斯柴油機配韓國現(xiàn)代發(fā)電機，額定電壓為690 VAC，頻率為60 Hz，額定功率為99 kW。

4臺主發(fā)電機組并排布置在機艙區(qū)域。安裝在同一側(cè)的機組為一組，分別配有完全獨立的兩套冷卻水系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)及壓縮空氣系統(tǒng)。正常使用狀態(tài)下，當(dāng)單邊發(fā)生故障時，另外一邊不受影響，可以照常使用，滿足了DP2的冗余要求。

2.2 Havyard PSV 832配電板

配電板由Norway electrical system company提供，主配電板分690 VAC、440 VAC、230 VAC三部分，安裝在同一配電間；應(yīng)急配電板分690 VAC、230 VAC兩部分，安裝在應(yīng)急發(fā)電機間。

（1）690 VAC主配電板主要給主側(cè)推進器、甲板機械、液貨系統(tǒng)、散料系統(tǒng)等供電，440 VAC主配電板主要給機艙輔助系統(tǒng)供電；220 VAC主配電板主要給全船照明、生活設(shè)施、UPS等供電。

為滿足DP2的規(guī)范要求，主配電板各分A、B兩排，使用母聯(lián)屏隔離，用電設(shè)備分兩套分別由A、B排單獨供電；進入DP模式時，所有母聯(lián)開關(guān)處于分閘狀態(tài)，A、B排單獨供電。航行狀態(tài)時，也可在母聯(lián)開關(guān)閉合狀態(tài)上供電，但此時兩路變壓器只有一路合閘工作，變壓器與母聯(lián)開關(guān)之間有互鎖功能，防止造成電力一次系統(tǒng)短路。

（2）690 VAC應(yīng)急配電板主要給應(yīng)急空壓機、應(yīng)急機艙風(fēng)機等機艙輔助系統(tǒng)供電；230 VAC配電板主要給應(yīng)急照明、UPS等供電。

在航行狀態(tài)下，應(yīng)急發(fā)電機與應(yīng)急配電板應(yīng)該處于應(yīng)急模式，應(yīng)急配電板通過應(yīng)配/主配聯(lián)絡(luò)開關(guān)由主配電板供電。當(dāng)主配電板發(fā)生故障失電時，應(yīng)急發(fā)電機會在45 s內(nèi)自動啟動，并開關(guān)自動合閘進入應(yīng)急供電；當(dāng)主配電板恢復(fù)正常供電時，應(yīng)急發(fā)電機開關(guān)會先自動分閘，然后應(yīng)配/主配聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動合閘，實現(xiàn)應(yīng)急電與主電的自動轉(zhuǎn)換。

3 調(diào)試的準備工作

雖然發(fā)電機組與配電板在出廠前都已進行了試驗，并得到了相關(guān)機構(gòu)的驗證，但是在設(shè)備出廠后到安裝完成經(jīng)過了漫長的運輸、裝卸、儲存、吊裝等過程，存在著各種破壞隱患。故在設(shè)備安裝完整后，必須根據(jù)相關(guān)船級社的規(guī)范要求進行完整測試，并經(jīng)受船檢、船東的校驗認可。

3.1 空氣系統(tǒng)

空氣管路安裝完成、密試報驗結(jié)束，需用壓縮空氣進行管路沖洗，確保管路潔凈干燥，如果管路存留有焊渣、灰塵等微小顆粒物，會對柴油機造成損壞。

3.2 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水管路安裝完成、密試報驗結(jié)束，加注冷卻水前需用淡水對管路內(nèi)部進行沖洗，確保管路內(nèi)部無異物。加注冷卻水時需根據(jù)廠家提供的添加劑型號按一定比例加添加劑混合后再加注到管路里，加注時注意要保持透氣管暢通，充分將管路里面的空氣排出，如果管路存在空氣，在發(fā)電機運行情況下會產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，損壞缸套。

3.3 燃油供給系統(tǒng)

燃油管路安裝完成、密試報驗結(jié)束，需進行串油工作，油樣化驗潔凈等級符合規(guī)范與廠家要求，否則容易造成燃油濾器、噴油嘴阻塞，在燃燒室內(nèi)形成殘渣，會損壞缸套或造成氣門堵塞。燃油艙加油時，先加到沉淀艙，經(jīng)分油機處理后再加注到燃油日用艙供發(fā)電機使用。

3.4 電纜的敷設(shè)安裝與接線

電纜敷設(shè)與接線需符合相關(guān)規(guī)范的要求，電源線應(yīng)與信號線分開敷設(shè)包扎,信號線做好屏蔽接地。

4 調(diào)試的流程

4.1 配電板通電前檢查及通電

（1）檢查配電板基座是否安裝固定好，內(nèi)部部件是否完好無損；

（2）檢查屏與屏之間匯流排是否連接固定可靠，匯流排與柜體內(nèi)殼是否做好絕緣保護；

（3）檢查設(shè)備電纜連接是否正確，做好接地保護，尤其是主干電纜、主動力系統(tǒng)的相關(guān)電源線、控制線是否依照設(shè)計單線圖順序進行連接，如有出現(xiàn)交錯接線錯誤勢必影響后續(xù)DP試驗、FMEA試驗的進行；

（4）檢查匯流排和大容量電纜的接線是否依據(jù)安裝要求打扭力緊固；

（5）檢查配電板上所有供電開關(guān)是否處于斷開狀態(tài)；

（6）檢查配電板內(nèi)部是否有雜物，特別需認真檢查斷路器內(nèi)部是否有鐵絲、鐵銹、灰塵等易導(dǎo)致短路的雜物；

（7）用1 000 V直流絕緣表測量匯流排、變壓器、岸電電纜的絕緣情況，測量結(jié)果應(yīng)不小于5 MΩ；測量發(fā)電機繞組的絕緣，需要在2 000 MΩ以上；

（8）合上儀器儀表的回路熔斷器，特別是電流互感器的測量回路一定不能斷路，不能加熔斷器。

以上檢查步驟確定無誤后，方可給配電板送電。

4.2 發(fā)電機第一次啟動

（1）啟動發(fā)電機前需確保每一根電纜接線正確，將AVR的工作電源開關(guān)關(guān)閉，先怠速運轉(zhuǎn)一段時間，觀察機組各個參數(shù)是否正常，包括外圍系統(tǒng)的冷卻水溫度、壓力、燃油壓力等，然后再逐步將轉(zhuǎn)速加到額定轉(zhuǎn)速，空載運行一段時間，仔細觀察一切正常后方可進行下一步試驗。

（2）發(fā)電機勵磁發(fā)電試驗，先檢查發(fā)電機的差動保護功能是否正常工作，以確保發(fā)電機萬一發(fā)生短路故障時能夠及時切斷勵磁回路。檢查無誤后，合上AVR工作電源開關(guān)，啟動發(fā)電機，觀察配電板電壓表顯示電壓是否正常，額定電壓為690 VAC，電壓在690～700 VAC范圍內(nèi)均視為正常。用1 000 VAC相序表測量電壓相序是否為正序。

4.3 發(fā)電機開關(guān)脫扣功能與保護試驗

使用模擬信號發(fā)生器通過輸入信號到保護裝置二次回路，模擬電壓、電流、頻率故障進行試驗。

在模擬欠壓、過壓試驗時，必須要把遙控調(diào)壓信號斷路，因為此時發(fā)電機實際電壓是正常的，但是保護裝置Woodward Easygen讀取到的電壓是高于或低于額定值的，否則會誤認為電壓偏高或偏低，AVR會對發(fā)電機電壓進行調(diào)節(jié)，從而降低或增大發(fā)電機電壓；如果調(diào)壓信號沒有形成斷路，就會造成發(fā)電機實際電壓過高或過低，不利于在網(wǎng)的用電設(shè)備，甚至?xí)p壞用電設(shè)備。

在模擬低頻、高頻試驗時，需要將遙控調(diào)速信號斷路，因為此時發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速是正常的，但是保護裝置Woodward LSU讀取到的頻率信號是高于或低于額定值的，會誤認為發(fā)電機轉(zhuǎn)速偏高或偏低，從而會調(diào)節(jié)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，造成發(fā)電機電壓的波動，不利于在網(wǎng)用電設(shè)備，尤其是電機設(shè)備。

4.4 報警點模擬測試

在試驗中應(yīng)該注意模擬器是否取得相關(guān)檢驗機構(gòu)的檢驗合格證明，并且沒超出檢驗使用期限。

4.5 靜態(tài)特性試驗

試驗前應(yīng)先確認發(fā)電機頻率與電流反饋信號是否正確。否則會造成發(fā)電機故障開關(guān)跳閘，具體方法如下：

（1）逐漸增加有功功率，觀察發(fā)電機頻率的變化趨勢，如果頻率反饋信號正確，發(fā)電機頻率會略微有下降趨勢，反之頻率呈上升趨勢，此時只要將頻率反饋信號的兩根線對調(diào)即可。

（2）逐漸增加感性無功功率，因為感性無功對發(fā)電機起到去磁作用，容性無功對發(fā)電機起到助磁作用，如果電流反饋信號正確，此時發(fā)電機電壓應(yīng)該呈略微下降趨勢，反之電壓呈上升趨勢，此時只要將電流檢測信號線對調(diào)即可。

4.6 動態(tài)特性試驗

（1）頻率特性調(diào)整

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，帶動發(fā)電機的原動機必須裝有調(diào)速器，其調(diào)速特性應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)突然卸去額定負載時，其瞬時調(diào)速率不大于額定轉(zhuǎn)速的10%，穩(wěn)定調(diào)速率不大于額定轉(zhuǎn)速的5%，穩(wěn)定時間不超過5 s。此類船舶的柴油機一般都配有電子調(diào)速器。

（2）電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)方法

AVR對電壓的調(diào)節(jié)速度是通過PI控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的，試驗中可保持某一參數(shù)不變，例如I值不變，改變P值，觀察電壓的變化趨勢，若趨勢反了，可相反的改變P值，再按同一趨勢逐漸改變P值，直到電壓往相反方向變化，接著將P值調(diào)回到倒數(shù)第二個數(shù)值；用同樣的方法，保持P值不變調(diào)節(jié)I值，直至發(fā)電機的變化峰值電壓與穩(wěn)定時間都在規(guī)范要求范圍內(nèi)為止。

4.7 并車試驗

（1）并車條件

對于三相交流同步發(fā)電機組，理想并車條件是待并發(fā)電機的電壓與運行（或電網(wǎng)）的電壓之間同時滿足以下條件：①電壓的有效值相等，即U1=U2；②頻率相等，即f1=f2；③相位或初相位角相等，即δ1=δ2；④相序一致。符合上述條件時并車，沖擊電流最小、最安全。

（2）并車方法

①示波器并車法

首先將示波器的電壓測量端按正序分別連接在電網(wǎng)母排與待并發(fā)電機開關(guān)側(cè)，拆掉到待并發(fā)電機開關(guān)的合閘信號線，手動調(diào)節(jié)待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，觀察同步表并車指示燈按順時針緩慢轉(zhuǎn)動，接近同步點時按下合閘按鈕，若此時開關(guān)合閘信號發(fā)出與兩條電壓曲線重合時間吻合，則說明此發(fā)電機符合并車條件。

② 萬用表并車法

首先用電壓等級符合的相序表確認在網(wǎng)發(fā)電機與待并發(fā)電機的電壓相序一致，待并發(fā)電機開關(guān)置于測試位置，將萬用表發(fā)到電壓等級適合的檔位，用一根表筆測量在網(wǎng)發(fā)電機的某一項電壓，用另外一根表筆測量在待并發(fā)電機的同一項電壓，用手動并車法模擬并車，當(dāng)同步表指示燈轉(zhuǎn)到同步點位置時，若此時萬用表電壓顯示為零，則表明并車成功。此方法操作較為方便，但準確度沒有示波器并車法好。

（3）發(fā)電機同步運行功率分配調(diào)節(jié)

發(fā)電機的功率分為有功功率與無功功率，有功功率分配不平衡主要調(diào)節(jié)發(fā)電機的頻率，有功功率分配較多的發(fā)電機頻率較大，此時只要相應(yīng)的調(diào)節(jié)發(fā)電機的頻率即可；無功功率分配不平衡是由于電壓的不平衡引起的，通常電壓低的發(fā)電機無功分配越大，電壓高的發(fā)電機無功分配越小，此時只要相應(yīng)地調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓即可。

4.8 PMS實驗

對于帶有DP2系統(tǒng)的PSV船、PMS功能主要包括有Load Dependent Start/ Stop、Load Shedding、Power Limitation、Black Out Recovery試驗，有些船舶還包括有Fixed Target Load等試驗。

PMS系統(tǒng)通過控制4臺發(fā)電機的自動啟動與停止，開關(guān)同步合閘與解列分閘來滿足電站即時的負載需求與變化。同時在此類船舶最主要是給平臺供應(yīng)物資的，在DP模式下必須要保證當(dāng)單邊故障時不影響動力操作系統(tǒng)的工作，或者在故障失電情況下必須要在30 s內(nèi)電站自動恢復(fù)供電、相關(guān)動力設(shè)備自動運行，否則是相當(dāng)危險的。

此類船舶的PMS比普通船舶功能更加全面，使用更加方便，其優(yōu)點有：

（1）當(dāng)2臺以上發(fā)電機運行在網(wǎng)時，某一在網(wǎng)機組發(fā)生電壓故障（勵磁故障）或頻率故障（調(diào)速器故障）時，PMS會在幾十毫秒內(nèi)將故障切斷，限制主推進器功率不超過在網(wǎng)機組100%的額定功率，自動啟動備用機組并網(wǎng)，不影響其他在網(wǎng)機組正常運行；

（2）當(dāng)2臺以上發(fā)電機在網(wǎng)時，應(yīng)急停止某臺在網(wǎng)機組，PMS會在幾十秒內(nèi)將故障機組切斷，限制主推進器功率不超過在網(wǎng)機組100%的額定功率，自動啟動備用機組并網(wǎng)，不影響其他在網(wǎng)機組地正常工作，遏制了故障進一步蔓延。

5 結(jié)束語

本文論述了PSV系列船的船舶電站的調(diào)試流程，文中一些調(diào)試方法只是個人根據(jù)以往工作經(jīng)驗所得，或許還有更有效與簡便的方法，希望在以后的工作中多積累經(jīng)驗，在行業(yè)中多進行交流，不斷完善調(diào)試技能。

[1]王文義主編.船舶電站組建與調(diào)試.[M哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,2009.