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發(fā)布日期:2022-10-21 點擊率:49
DQZHAN技術訊:閉環(huán)運行模式在DP-3冗余電力系統(tǒng)中的應用
近些年來,DP-3附加標志的動力定位系統(tǒng)廣泛應用于半潛式深水鉆井平臺、鉆井船、鋪管船以及各種類型的海洋工程船,隨著各種類型海洋工程項目的更新?lián)Q代,動力定位系統(tǒng)的設計標準、控位能力、系統(tǒng)配套及總裝也得到了長足發(fā)展。動力定位系統(tǒng)是一個綜合性的系統(tǒng)總成,主要包括電力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等。
閉環(huán)冗余電力系統(tǒng)的框架及故障模式研究
1、以一個雙冗余電力系統(tǒng)采用閉環(huán)運行模式為例,其系統(tǒng)設計框架如圖1所示:
圖1:雙冗余閉環(huán)電力系統(tǒng)框架
在閉環(huán)模式下,兩個獨立的冗余系統(tǒng)成為一個系統(tǒng)。根據上述MSC Circ.645通函的基本**衡準,為了達到與開環(huán)電力系統(tǒng)同等的**水平,在該電力系統(tǒng)的一個分區(qū)發(fā)生故障時,在故障蔓延至另一個分區(qū)之前執(zhí)行相應的保護動作。目前西門子公司的產品采用的是瞬間無延時斷開配電板間的聯(lián)絡開關bus-tie,在故障發(fā)生時,將電力系統(tǒng)重新配置為開環(huán)模式。
2、故障模式舉例及基本保護原則
在一個電力系統(tǒng)中,能夠導致保護動作發(fā)生,使發(fā)電機、負載斷路器脫扣的故障類型多種多樣?,F(xiàn)就*嚴重、*典型常見的幾個故障模式進行舉例分析。
配電板內部匯流排短路
所有的發(fā)電機斷路器都有短路時瞬間斷開的保護功能。在閉環(huán)模式下,當發(fā)生短路故障時,一個*基本的要**聯(lián)絡開關要先于發(fā)電機斷路器打開,否則短路電流將會流經整個匯流排使所有的發(fā)電機斷路器脫扣,引起全船失電,所有的推進器關停,DP系統(tǒng)將失去控位能力。因此,系統(tǒng)設計時必須要確保聯(lián)絡開關的短路脫扣時間要比發(fā)電機斷路器的短,并且聯(lián)絡開關必須要有能夠分段系統(tǒng)內*大短路電流的能力。
匯流排電壓、頻率變化超差
當電力系統(tǒng)閉環(huán)模式運行時,一臺發(fā)電機的電壓、頻率異常有可能會導致整個匯流排異常,所有在線的發(fā)電機斷路器會檢測同一個匯流排上的電壓和頻率。另外,在冗余電力系統(tǒng)中,同樣功能的設備一般都使用同樣的型號,如果因為匯流排電壓、頻率超差使一個冗余系統(tǒng)的電氣設備脫扣,那么在其他冗余系統(tǒng)中完成同樣功能的設備也會同時脫扣。因此,閉環(huán)模式下當檢測到匯流排電壓、頻率異常,聯(lián)絡開關應能先于發(fā)電機斷路器動作之前斷開,否則所有的冗余系統(tǒng)會同時分斷。
目前主流的自動化程度較高的電力推進系統(tǒng)中,推進器斷路器也會有同樣的保護功能,在檢測到系統(tǒng)電壓、頻率、電流異常時,其功率管理系統(tǒng)要考慮所有的發(fā)電機和整個匯流排的運行情況,有可能導致故障在不同的冗余系統(tǒng)內蔓延。如圖2所示,如果公共匯流排由于某種原因造成低頻或低壓,PMS A和PMS B都同時會對四臺推進器發(fā)出負荷限制的指令,降低推進器轉速,相當于故障在不同的冗余分區(qū)內的蔓延。
有功與無功分配故障
通常在電力系統(tǒng)中,引起有功與無功分配故障的原因主要有速度調節(jié)系統(tǒng)故障、電壓調節(jié)系統(tǒng)故障以及PMS故障等等。閉環(huán)模式下,相當于冗余系統(tǒng)所有的發(fā)電機并聯(lián)運行,功率分配故障有可能會使電力系統(tǒng)意外切斷正常運行的發(fā)電機或者PMS意外動作使推進器降負荷,嚴重時可影響船舶的控位能力。其保護機制與上述電壓、頻率異常一節(jié)中基本類似,在此不再贅述。
在電力系統(tǒng)中除了上述故障外,還有一些故障模式較為常見,例如:接地故障、三相負載不平衡、電力推進系統(tǒng)中的諧波畸變、PMS故障等等。對于DP-3附加標志的動力定位系統(tǒng),所有這些故障模式在設計時都應當考慮。
系統(tǒng)設計難點
一是DP-3的定義中明確對故障模式的界定為任何故障,在系統(tǒng)設計時應當考慮由于某種原因導致保護電氣無法動作,因此,對于每一種保護動作都應當有備用保護裝置。而且需要論證檢測設備在接收到錯誤信號時會不會執(zhí)行錯誤的動作。
二是一般在閉環(huán)模式下,保護動作實施的前提不僅僅需要檢測異常參數(shù)值的大小,而且需要判斷處故障發(fā)生的位置,以切斷故障分區(qū)內的用電設備斷路器,隔離故障冗余分區(qū)。
三是多個冗余系統(tǒng)的發(fā)電機并聯(lián)運行,各參數(shù)(例如電壓、頻率、功率等)之間的互相影響較為復雜,且電氣故障在冗余系統(tǒng)之間的蔓延速度都是毫秒級的。要做到完全的保護,對保護裝置的選型和參數(shù)設定就非常的嚴格,各級保護裝置之間的協(xié)調也非常困難。
四是在設計時,根據保護動作的基本原理,需要量化分析動作執(zhí)行的可行性,并且需要驗證所采取的措施是有效的。
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