DQZHAN技术讯：闭环运行模式在DP-3冗余电力系统中的应用
近些年来，DP-3附加标志的动力定位系统广泛应用于半潜式深水钻井平台、钻井船、铺管船以及各种类型的海洋工程船，随着各种类型海洋工程项目的更新换代，动力定位系统的设计标准、控位能力、系统配套及总装也得到了长足发展。动力定位系统是一个综合性的系统总成，主要包括电力系统、推进系统、控制系统、测量系统等。
闭环冗余电力系统的框架及故障模式研究
1、以一个双冗余电力系统采用闭环运行模式为例，其系统设计框架如图1所示：
图1：双冗余闭环电力系统框架
在闭环模式下，两个独立的冗余系统成为一个系统。根据上述MSC Circ.645通函的基本**衡准，为了达到与开环电力系统同等的**水平，在该电力系统的一个分区发生故障时，在故障蔓延至另一个分区之前执行相应的保护动作。目前西门子公司的产品采用的是瞬间无延时断开配电板间的联络开关bus-tie，在故障发生时，将电力系统重新配置为开环模式。
2、故障模式举例及基本保护原则
在一个电力系统中，能够导致保护动作发生，使发电机、负载断路器脱扣的故障类型多种多样。现就*严重、*典型常见的几个故障模式进行举例分析。
配电板内部汇流排短路
所有的发电机断路器都有短路时瞬间断开的保护功能。在闭环模式下，当发生短路故障时，一个*基本的要**联络开关要先于发电机断路器打开，否则短路电流将会流经整个汇流排使所有的发电机断路器脱扣，引起全船失电，所有的推进器关停，DP系统将失去控位能力。因此，系统设计时必须要确保联络开关的短路脱扣时间要比发电机断路器的短，并且联络开关必须要有能够分段系统内*大短路电流的能力。
汇流排电压、频率变化超差
当电力系统闭环模式运行时，一台发电机的电压、频率异常有可能会导致整个汇流排异常，所有在线的发电机断路器会检测同一个汇流排上的电压和频率。另外，在冗余电力系统中，同样功能的设备一般都使用同样的型号，如果因为汇流排电压、频率超差使一个冗余系统的电气设备脱扣，那么在其他冗余系统中完成同样功能的设备也会同时脱扣。因此，闭环模式下当检测到汇流排电压、频率异常，联络开关应能先于发电机断路器动作之前断开，否则所有的冗余系统会同时分断。
目前主流的自动化程度较高的电力推进系统中，推进器断路器也会有同样的保护功能，在检测到系统电压、频率、电流异常时，其功率管理系统要考虑所有的发电机和整个汇流排的运行情况，有可能导致故障在不同的冗余系统内蔓延。如图2所示，如果公共汇流排由于某种原因造成低频或低压，PMS A和PMS B都同时会对四台推进器发出负荷限制的指令，降低推进器转速，相当于故障在不同的冗余分区内的蔓延。
有功与无功分配故障
通常在电力系统中，引起有功与无功分配故障的原因主要有速度调节系统故障、电压调节系统故障以及PMS故障等等。闭环模式下，相当于冗余系统所有的发电机并联运行，功率分配故障有可能会使电力系统意外切断正常运行的发电机或者PMS意外动作使推进器降负荷，严重时可影响船舶的控位能力。其保护机制与上述电压、频率异常一节中基本类似，在此不再赘述。
在电力系统中除了上述故障外，还有一些故障模式较为常见，例如：接地故障、三相负载不平衡、电力推进系统中的���波畸变、PMS故障等等。对于DP-3附加标志的动力定位系统，所有这些故障模式在设计时都应当考虑。
系统设计难点
一是DP-3的定义中明确对故障模式的界定为任何故障，在系统设计时应当考虑由于某种原因导致保护电气无法动作，因此，对于每一种保护动作都应当有备用保护装置。而且需要论证检测设备在接收到错误信号时会不会执行错误的动作。
二是一般在闭环模式下，保护动作实施的前提不仅仅需要检测异常参数值的大小，而且需要判断处故障发生的位置，以切断故障分区内的用电设备断路器，隔离故障冗余分区。
三是多个冗余系统的发电机并联运行，各参数(例如电压、频率、功率等)之间的互相影响较为复杂，且电气故障在冗余系统之间的蔓延速度都是毫秒级的。要做到完全的保护，对保护装置的选型和参数设定就非常的严格，各级保护装置之间的协调也非常困难。
四是在设计时，根据保护动作的基本原理，需要量化分析动作执行的可行性，并且需要验证所采取的措施是有效的。
