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(lán)鯨2”號完成試航。試航中，中集來福士在動力定位系統(tǒng)（DP）操作模式下完成了電力管理閉環(huán)試驗。

 

　　這是國內(nèi)首次破解深水鉆井平臺DP系統(tǒng)電力閉環(huán)實驗這一技術(shù)難題。此次試驗的成功，標(biāo)志著我國海洋工程能源及動力系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)取得關(guān)鍵性突破，極大地促進(jìn)了該核心技術(shù)的本土化，將有力推動我國深水鉆井平臺閉環(huán)系統(tǒng)在深水裝備上的應(yīng)用，并提高我國海工裝備產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)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(wěn)定性，是海洋工程領(lǐng)域面臨的技術(shù)難題。隨著DP系統(tǒng)的誕生，該難關(guān)被攻克。

 

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

 

　　據(jù)專家介紹，當(dāng)風(fēng)、浪、流沖擊海工裝置平臺時，DP系統(tǒng)傳感器可以確定波風(fēng)、浪、流的參數(shù)，其計算系統(tǒng)可快速建立數(shù)字模型，并計算出相應(yīng)的力度和預(yù)測平臺的反應(yīng)，DP系統(tǒng)控制器則根據(jù)這些預(yù)測信息，控制每個推力器施加相反作用力進(jìn)行補(bǔ)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(dá)信息給身體，身體就會產(chǎn)生相應(yīng)的抵抗力以避免傾倒。”該專家表示。

 

　　根據(jù)定位需求、定位效果的不同，國際海事組織（IMO）將DP定位系統(tǒng)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(tǒng)和衛(wèi)星定位自動測定風(fēng)向等海況，精準(zhǔn)度最高、抗風(fēng)險能力最強(qiáng)，即使艙室發(fā)生火災(zāi)或進(jìn)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(jìn)行的電力系統(tǒng)閉環(huán)試驗即是在DP-3運(yùn)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(lán)鯨1”號超深水半潛式鉆井平臺也都安裝了DP-3系統(tǒng)，并實現(xiàn)了集成應(yīng)用。

 

　　海工鉆井平臺動力定位系統(tǒng)主要由電力系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)和DP定位控制系統(tǒng)等組成，電力管理閉環(huán)系統(tǒng)是保障“定海神針”DP定位系統(tǒng)順利運(yùn)作的關(guān)鍵，對提高平臺的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。

 

　　DP閉環(huán)電力系統(tǒng)由西門子有限公司在2010年推出，是目前最先進(jìn)的動力技術(shù)。配電系統(tǒng)運(yùn)行于閉環(huán)結(jié)構(gòu)，不同配電盤組之間通過母聯(lián)開關(guān)連接，使不同發(fā)電機(jī)組在同一個供電系統(tǒng)中運(yùn)行。電網(wǎng)運(yùn)行主機(jī)的數(shù)量由電力管理系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)在線負(fù)載情況進(jìn)行管理控制，當(dāng)電網(wǎng)載荷低時，自動減少在線運(yùn)行主機(jī)數(shù)量；電網(wǎng)載荷高時，自動啟動備車以保證電網(wǎng)供電安全，以保障每臺主機(jī)都運(yùn)行在均勻的經(jīng)濟(jì)載荷條件下。該系統(tǒng)操作靈活、節(jié)能環(huán)保，可以縮減35%左右的主機(jī)運(yùn)行時間，有效降低鉆井平臺油耗，節(jié)省設(shè)備維護(hù)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(fā)電機(jī)組同時運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單點失效故障時，若電力管理和保護(hù)系統(tǒng)不能及時、準(zhǔn)確、有效地隔離故障點，就會導(dǎo)致整個電網(wǎng)失效, 因此，DNV GL等各大船級社對閉環(huán)電力管理和保護(hù)系統(tǒng)的要求極高。閉環(huán)電力管理系統(tǒng)需要具備多級保護(hù)能力，并通過實際測試和驗證。

 

　　核心技術(shù)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(huán)系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計、實施應(yīng)用技術(shù)。在研發(fā)設(shè)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(tuán)以及DNV GL分別進(jìn)行協(xié)同技術(shù)交底。

 

　　在各方的共同推進(jìn)下，2014年，DNV GL發(fā)布了閉環(huán)實驗設(shè)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(huán)數(shù)字實驗室，實現(xiàn)了西門子技術(shù)平臺大數(shù)據(jù)與中集來福士深水平臺集成設(shè)計建造大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。通過數(shù)字化模擬，該實驗室的動力管理系統(tǒng)可持續(xù)實時顯示平臺油耗、成本、運(yùn)營時間、排放等數(shù)據(jù)，還能演示DP-3對模擬故障作出的反應(yīng)。

 

　　2016年，在“藍(lán)鯨1”號的試航中，中集來福士首次對開展閉環(huán)試驗進(jìn)行了嘗試。在此次“藍(lán)鯨2”號的試航中，中集來福士順利完成了DP-3運(yùn)行模式下的閉環(huán)實驗。

 

　　根據(jù)試驗程序，中集來福士團(tuán)隊首先進(jìn)行了高級發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（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(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓、頻率失效和潛在失效的一級和二級保護(hù)功能。

 

　　完成AGS測試節(jié)點后，試驗團(tuán)隊繼續(xù)進(jìn)行了短路試驗，在電網(wǎng)高壓側(cè)制造接地和三相短路故障，驗證配電盤的快速隔離保護(hù)能力以及推進(jìn)器電壓穿越能力，保證故障發(fā)生后電力系統(tǒng)能夠正常工作，DP定位系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，發(fā)揮定位作用。這在整個試驗中，風(fēng)險極高、難度最大。該試驗團(tuán)隊仔細(xì)進(jìn)行風(fēng)險評估，做足預(yù)防措施準(zhǔn)備，進(jìn)行多次嘗試，克服種種困難，最終突破關(guān)鍵技術(shù)完成了閉環(huán)試驗。