【海工快讯】我国首次完成深水钻井平台DP系统电力闭环试验

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近日,烟台中集来福士海洋工程有限公司自主建造的超深水双钻塔半潜式钻井平台“蓝鲸2”号完成试航。试航中,中集来福士在动力定位系统(DP)操作模式下完成了电力管理闭环试验。


这是国内首次破解深水钻井平台DP系统电力闭环实验这一技术难题。此次试验的成功,标志着我国海洋工程能源及动力系统技术研发取得关键性突破,极大地促进了该核心技术的本土化,将有力推动我国深水钻井平台闭环系统在深水装备上的应用,并提高我国海工装备产业的整体技术水平。


“蓝鲸2”号


海工装备的“定海神针”


一直以来,如何保持海工装备尤其是深水钻井平台在海上的稳定性,是海洋工程领域面临的技术难题。随着DP系统的诞生,该难关被攻克。


DP系统是指在风、浪、流的干扰下,无需借助锚泊系统,而是利用浮动装置自身的推进器使该装置保持一定位置、艏向或者按照预定轨迹运行的定位控制系统,被称为海工装备的“定海神针”。目前,DP系统的应用十分广泛,已成为深水海洋工程船舶的标准配置。


据专家介绍,当风、浪、流冲击海工装置平台时,DP系统传感器可以确定波风、浪、流的参数,其计算系统可快速建立数字模型,并计算出相应的力度和预测平台的反应,DP系统控制器则根据这些预测信息,控制每个推力器施加相反作用力进行补偿。“这就好比一个人被外力推了一下,大脑会快速估算并传达信息给身体,身体就会产生相应的抵抗力以避免倾倒。”该专家表示。


根据定位需求、定位效果的不同,国际海事组织(IMO)将DP定位系统分为DP-1、DP-2、DP-3三个级别。DP-3为最高动力定位级别,可依靠自控系统和卫星定位自动测定风向等海况,精准度最高、抗风险能力最强,即使舱室发生火灾或进水,均不会影响海工装置平台的位置和艏向。


此次中集来福士进行的电力系统闭环试验即是在DP-3运行模式下完成的,该公司此前已交付的“中海油服兴旺”号深水半潜式钻井平台和“蓝鲸1”号超深水半潜式钻井平台也都安装了DP-3系统,并实现了集成应用。


闭环电力系统助稳定


海工钻井平台动力定位系统主要由电力系统、推进器系统和DP定位控制系统等组成,电力管理闭环系统是保障“定海神针”DP定位系统顺利运作的关键,对提高平台的稳定性和安全性至关重要。

  

DP闭环电力系统由西门子有限公司在2010年推出,是目前最先进的动力技术。配电系统运行于闭环结构,不同配电盘组之间通过母联开关连接,使不同发电机组在同一个供电系统中运行。电网运行主机的数量由电力管理系统根据电网在线负载情况进行管理控制,当电网载荷低时,自动减少在线运行主机数量;电网载荷高时,自动启动备车以保证电网供电安全,以保障每台主机都运行在均匀的经济载荷条件下。该系统操作灵活、节能环保,可以缩减35%左右的主机运行时间,有效降低钻井平台油耗,节省设备维护成本,同时还能减少排放量,其中,氮氧化物减少约35%,二氧化碳减少约20%。


由于不同发电机组同时运行,当电网发生单点失效故障时,若电力管理和保护系统不能及时、准确、有效地隔离故障点,就会导致整个电网失效, 因此,DNV GL等各大船级社对闭环电力管理和保护系统的要求极高。闭环电力管理系统需要具备多级保护能力,并通过实际测试和验证。


核心技术本土化


近年来,中集来福士一直致力攻克深水钻井平台电力管理闭环系统的研发设计、实施应用技术。在研发设计阶段,中集来福士与西门子有限公司、康斯伯格汽车部件有限公司、瓦锡兰集团以及DNV GL分别进行协同技术交底。


在各方的共同推进下,2014年,DNV GL发布了闭环实验设计指引。2015年,西门子与中集来福士共同成立了全球首个DP-3闭环数字实验室,实现了西门子技术平台大数据与中集来福士深水平台集成设计建造大数据的互联互通。通过数字化模拟,该实验室的动力管理系统可持续实时显示平台油耗、成本、运营时间、排放等数据,还能演示DP-3对模拟故障作出的反应。 


2016年,在“蓝鲸1”号的试航中,中集来福士首次对开展闭环试验进行了尝试。在此次“蓝鲸2”号的试航中,中集来福士顺利完成了DP-3运行模式下的闭环实验。


根据试验程序,中集来福士团队首先进行了高级发电机保护系统(AGS)的性能测试,测试了在不同工况下70多种组合的电压和频率失效情况,成功验证了发电机管理系统对电网电压、频率失效和潜在失效的一级和二级保护功能。


完成AGS测试节点后,试验团队继续进行了短路试验,在电网高压侧制造接地和三相短路故障,验证配电盘的快速隔离保护能力以及推进器电压穿越能力,保证故障发生后电力系统能够正常工作,DP定位系统能够正常运行,发挥定位作用。这在整个试验中,风险极高、难度最大。该试验团队仔细进行风险评估,做足预防措施准备,进行多次尝试,克服种种困难,最终突破关键技术完成了闭环试验。


中集来福士闭环试验的完成,促进了这一核心技术的本土化,也标志着该公司在这一技术领域已经处于国际领先地位,将有力推动我国海工装备技术研发能力和水平的提升。




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