船舶電力系統(tǒng)短路的實驗分析

文/朱衛(wèi)軍

1 緒論

自1977年有DNV 的DP 規(guī)則以來，到1999年DNV引用IMO 645 DP指南作為指導(dǎo)方針，再到2013年提出Closed bus-ties 對DP-3 船舶的諸多建議要求(Closed busties for DP3 2013 Proposal) 并開始實施; 在以往，DNVGL 等船級社對DYNPOS-AUTRO 的船一般也不接受采用Closed bus-ties 和Close-ring母排設(shè)計，主要原因也是設(shè)備技術(shù)性能保護(hù)不足，實效短路試驗困難等。為了考慮到系統(tǒng)安全性，防止某些單點故障，導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)失電，所以一般采用分段母排運行。因為分段母排完全相互獨立，無論發(fā)生什么故障，只會導(dǎo)致一段母排故障，不會引起全船失電，能維持DP 定位能力。然而隨著計算機(jī)電子技術(shù)和工藝的飛速發(fā)展，證明Closed busties 和Closering 母排可以做到和分段母排相同水平的可靠性和完整性，還能使船舶在運行過程中有更高的經(jīng)濟(jì)性和更靈活的操作性，也就開始被采納并要求。

2 短路試驗分析

本文件描述了動力定位時，整個電氣系統(tǒng)不同部分短路試驗的原因，并分析了各個失效模式下電網(wǎng)的電壓下降過程中特性，基于配電系統(tǒng)分析，基于發(fā)電機(jī)短路試驗的原理，以演示電壓下降通過電網(wǎng)的能力。列出所有負(fù)載在短路時能順利通過電壓降并保持運行。

短路試驗的目地：簡單的來說，在一個短路故障發(fā)生之后，正常的和沒有故障的機(jī)器能正常運行，而不能被干擾到。故障可能產(chǎn)生的原因主要是稍微列了一下：電壓，頻率，包括一些不平衡電流，諧波。通過短路試驗驗證:保護(hù)系統(tǒng)能正常工作 其它有關(guān)DP 的設(shè)備有故障穿越的功能，并不能有干擾，而且要正常的運行下去，除非發(fā)生的故障的那個點。還有一個需要注意的是，做短路試驗，就是需要有一些廣泛的日志或者是數(shù)據(jù)記錄就是說要額外的設(shè)備把一些曲線或者圖形記錄下來。因為在規(guī)范里面，對于短路電流close bus-tie 有個仿真的要求。通過仿真會看到故障發(fā)生后，這個曲線是什么樣子的？通過實船驗證，和之前分析的相比校。額外的儀器，需要參數(shù)記錄下來。

3 試驗記錄分析

考慮這個情況電壓超調(diào)，短路試驗恢復(fù)時，會導(dǎo)致其它正常推進(jìn)器跳閘，需要注意的地方。輔助設(shè)備列下清單和列表，以便在短路試驗時記錄下，運行軌跡。

以下就ZP14-2165 TOISA DSV 船實例：DP3 加強，DYNPOS ER 加強在短路處的電纜室內(nèi)，在所有L1，L2，L3 三相之間的一個銅棒實現(xiàn)了短路。三相短路排的截面應(yīng)按發(fā)電機(jī)的額定電流選擇，防止由于接觸電阻過大發(fā)熱而損壞設(shè)備。

試驗前船舶進(jìn)入DP 狀態(tài)穩(wěn)定；用拖輪保駕，船離開碼頭2 米。6 個推進(jìn)器通過操縱桿進(jìn)入DP，推進(jìn)器最小的負(fù)載定位船。

“短路保護(hù)0.05 秒試驗”準(zhǔn)備工作，設(shè)置多重保護(hù)，母排開關(guān)延遲0.7s 觸發(fā)，發(fā)電機(jī)行程延遲0.9s 觸發(fā)，如果饋線出線側(cè)發(fā)生短路，跳閘保護(hù)立即觸發(fā)，延時0.05 秒。建立測量系統(tǒng)，連接相關(guān)電纜 （保護(hù)準(zhǔn)備狀態(tài)就緒；應(yīng)急切斷人員就緒）同步監(jiān)控系統(tǒng)時間，對整個系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)核，接通AC6600V 開關(guān)柜并連接兩臺發(fā)電機(jī)，啟動所有與DP 相關(guān)的推進(jìn)器和相關(guān)負(fù)載，復(fù)核系統(tǒng)配置，在遠(yuǎn)程按鈕盒中按下按鈕觸發(fā)短路，用PC 機(jī)采集參數(shù)，制作測試報告，安全恢復(fù)DP 狀態(tài)，保持船舶穩(wěn)定；

DNV GL 船檢：檢查和確認(rèn)并符合試驗要求：設(shè)置必須遵守的規(guī)則，包括設(shè)置可接受的建模方法和程序包的要求。批準(zhǔn)測試項目和總體海試項目。批準(zhǔn)測試和建模結(jié)果適用的發(fā)電廠配置，并確認(rèn)可以使用的符號預(yù)期成功完成。觀察測試是按照批準(zhǔn)的程序進(jìn)行的。審查報告，演示測試結(jié)果如何驗證數(shù)學(xué)模型。查建模和模擬工作生成的報告，確認(rèn)沒有不可接受的故障影響。確認(rèn)其中提出的失效模式是通過結(jié)合建模和測試的結(jié)果，參考適當(dāng)?shù)臏y試文檔和支持研究解決的。

DP 系統(tǒng)FMEA：觀察正在進(jìn)行的試驗，注意DP FMEA 驗證試驗中的高水平試驗結(jié)果，負(fù)責(zé)將電力系統(tǒng)供應(yīng)商進(jìn)行的測試和建模工作的高級結(jié)論集成到DP FMEA 中，以解決在此類支持研究的基礎(chǔ)上需要驗證的各種故障模式。例如，短路在各個點的影響和相關(guān)的電壓穿越功能正常。

4 結(jié)論

試驗者在試驗前應(yīng)制定詳細(xì)的試驗方案，試驗過程中嚴(yán)格按試驗方案進(jìn)行，做到安全，細(xì)致，完整。試驗后要對試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真的分析，以便得到正確的試驗結(jié)果。動力定位技術(shù)DP2，DP3 ，close bus-tie，close ring 對動力定位單點短路故障，隱藏故障有更新的要求，通過實效短路試驗并得到堅實的驗證，并不斷為深海開發(fā)考察及其他要求更高的應(yīng)用服務(wù)。