近日，煙臺中集來福士海洋工程有限公司自主建造的超深水雙鉆塔半潛式鉆井平臺“藍鯨2”號完成試航。試航中，中集來福士在動力定位系統（DP）操作模式下完成了電力管理閉環試驗。

 

　　這是國內首次破解深水鉆井平臺DP系統電力閉環實驗這一技術難題。此次試驗的成功，標志著我國海洋工程能源及動力系統技術研發取得關鍵性突破，極大地促進了該核心技術的本土化，將有力推動我國深水鉆井平臺閉環系統在深水裝備上的應用，并提高我國海工裝備產業的整體技術水平。

 

 

　　海工裝備的“定海神針”

 

　　一直以來，如何保持海工裝備尤其是深水鉆井平臺在海上的穩定性，是海洋工程領域面臨的技術難題。隨著DP系統的誕生，該難關被攻克。

 

　　DP系統是指在風、浪、流的干擾下，無需借助錨泊系統，而是利用浮動裝置自身的推進器使該裝置保持一定位置、艏向或者按照預定軌跡運行的定位控制系統，被稱為海工裝備的“定海神針”。目前，DP系統的應用十分廣泛，已成為深水海洋工程船舶的標準配置。

 

　　據專家介紹，當風、浪、流沖擊海工裝置平臺時，DP系統傳感器可以確定波風、浪、流的參數，其計算系統可快速建立數字模型，并計算出相應的力度和預測平臺的反應，DP系統控制器則根據這些預測信息，控制每個推力器施加相反作用力進行補償。“這就好比一個人被外力推了一下，大腦會快速估算并傳達信息給身體，身體就會產生相應的抵抗力以避免傾倒。”該專家表示。

 

　　根據定位需求、定位效果的不同，國際海事組織（IMO）將DP定位系統分為DP-1、DP-2、DP-3三個級別。DP-3為最高動力定位級別，可依靠自控系統和衛星定位自動測定風向等海況，精準度最高、抗風險能力最強，即使艙室發生火災或進水，均不會影響海工裝置平臺的位置和艏向。

 

　　此次中集來福士進行的電力系統閉環試驗即是在DP-3運行模式下完成的，該公司此前已交付的“中海油服興旺”號深水半潛式鉆井平臺和“藍鯨1”號超深水半潛式鉆井平臺也都安裝了DP-3系統，并實現了集成應用。

 

　　海工鉆井平臺動力定位系統主要由電力系統、推進器系統和DP定位控制系統等組成，電力管理閉環系統是保障“定海神針”DP定位系統順利運作的關鍵，對提高平臺的穩定性和安全性至關重要。

 

　　DP閉環電力系統由西門子有限公司在2010年推出，是目前最先進的動力技術。配電系統運行于閉環結構，不同配電盤組之間通過母聯開關連接，使不同發電機組在同一個供電系統中運行。電網運行主機的數量由電力管理系統根據電網在線負載情況進行管理控制，當電網載荷低時，自動減少在線運行主機數量；電網載荷高時，自動啟動備車以保證電網供電安全，以保障每臺主機都運行在均勻的經濟載荷條件下。該系統操作靈活、節能環保，可以縮減35%左右的主機運行時間，有效降低鉆井平臺油耗，節省設備維護成本，同時還能減少排放量，其中，氮氧化物減少約35%，二氧化碳減少約20%。

 

　　由于不同發電機組同時運行，當電網發生單點失效故障時，若電力管理和保護系統不能及時、準確、有效地隔離故障點，就會導致整個電網失效, 因此，DNV GL等各大船級社對閉環電力管理和保護系統的要求極高。閉環電力管理系統需要具備多級保護能力，并通過實際測試和驗證。

 

　　核心技術本土化

 

　　近年來，中集來福士一直致力攻克深水鉆井平臺電力管理閉環系統的研發設計、實施應用技術。在研發設計階段，中集來福士與西門子有限公司、康斯伯格汽車部件有限公司、瓦錫蘭集團以及DNV GL分別進行協同技術交底。

 

　　在各方的共同推進下，2014年，DNV GL發布了閉環實驗設計指引。2015年，西門子與中集來福士共同成立了全球首個DP-3閉環數字實驗室，實現了西門子技術平臺大數據與中集來福士深水平臺集成設計建造大數據的互聯互通。通過數字化模擬，該實驗室的動力管理系統可持續實時顯示平臺油耗、成本、運營時間、排放等數據，還能演示DP-3對模擬故障作出的反應。

 

　　2016年，在“藍鯨1”號的試航中，中集來福士首次對開展閉環試驗進行了嘗試。在此次“藍鯨2”號的試航中，中集來福士順利完成了DP-3運行模式下的閉環實驗。

 

　　根據試驗程序，中集來福士團隊首先進行了高級發電機保護系統（AGS）的性能測試，測試了在不同工況下70多種組合的電壓和頻率失效情況，成功驗證了發電機管理系統對電網電壓、頻率失效和潛在失效的一級和二級保護功能。

 

　　完成AGS測試節點后，試驗團隊繼續進行了短路試驗，在電網高壓側制造接地和三相短路故障，驗證配電盤的快速隔離保護能力以及推進器電壓穿越能力，保證故障發生后電力系統能夠正常工作，DP定位系統能夠正常運行，發揮定位作用。這在整個試驗中，風險極高、難度最大。該試驗團隊仔細進行風險評估，做足預防措施準備，進行多次嘗試，克服種種困難，最終突破關鍵技術完成了閉環試驗。