团 体 标 准
T/CSNAME 141—2025
船舶直流综合电力系统运行模式安全评估
Safety assessment of operation mode for ship DC integrated power system
2025 - 10 - 31 发布 2025 - 12 - 31 实施
中国造船工程学会 发 布
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国造船工程学会船舶标准化专业委员会提出。
本文件由中国造船工程学会归口。
本文件起草单位：哈尔滨工程大学、中国舰船研究院、中国船舶集团有限公司第七〇一研究所、中国船舶集团有限公司第七一二研究所。
本文件主要起草人：张兰勇、赵凯岐、任元杰、赵世泉、李陇南、杨福鑫、王浩、杨天诣、姚钦博、刘胜兰、王五桂、龙飞、陈卓、殷进军、胡国昭、柯常国。
船舶直流综合电力系统运行模式安全评估
1 范围
本文件规定了船舶直流综合电力系统运行模式分类、评估指标体系、评估流程和评估活动的组织实施。
本文件适用于船舶直流综合电力系统运行模式的安全评估。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 17751-2021 运输船舶能源利用监测评价方法
GB/T 43942-2024 智能船舶风险评估方法
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件3.1
船舶直流综合电力系统 ship DC integrated power system
以直流电力网络为基础，通过发电系统实现电能的产生，借助配电系统完成电能的传输与分配，并依托控制系统对全系统的电能流动、设备运行状态进行实时监测与调控，最终为船舶的各类负载提供安全、可靠、高效的电力支持的电力系统。
注： 由发电系统、配电系统、用电设备及控制系统组成。
3.2
运行模式 operation mode
船舶直流综合电力系统在不同运行状态下，为保障系统稳定、安全和高效运行所采取的操作模式，包括航行运行模式、应急运行模式、进出港运行模式。
3.3
评估指标 assessment index
用于衡量和评估船舶直流综合电力系统运行模式的各项参数和要求，包括但不限于平均无故障时间、安全事故频率、直流系统电压偏差、平均修复时间、平均操作时间、平均响应时间等方面的指标和要求。
3.4
安全事故 security incident
在船舶直流综合电力系统运行过程中发生的，导致或可能导致设备损坏、电能供应中断或降级等不良后果的意外事件。
3.5
操作内容 operation content
船舶轮机人员或自动化系统为维持或改变船舶直流综合电力系统运行状态，所执行的、具有明确起始和结束节点的标准化操作流程。
3.6
紧急事件 urgent event
船舶直流综合电力系统运行中出现的、需要控制系统或保护系统在限定时间内自动或手动介入，以维持系统稳定、防止事故扩大或保障关键负荷供电的异常工况或故障征兆。
4 运行模式分类
4.1 航行运行模式
航行运行模式是指船舶在航行过程中，系统根据航行需求提供持续稳定的电力供应的运行状态。该模式旨在确保船舶的推进系统、导航设备、通信系统以及其他辅助系统在航行期间的正常运行。
4.2 应急运行模式
应急运行模式是指在发生故障或紧急情况下，船舶直流综合电力系统采取的特定运行状态。该模式旨在确保船舶关键设备的持续供电，并最大限度地降低故障对船舶安全和运营的影响。
4.3 进出港运行模式
进出港运行模式是指船舶在进港或出港过程中所经历的特定运行状态。该模式旨在确保船舶在靠近或离开港口时的电力需求得到满足，并支持船舶推进、操控及其他重要设备的正常运行。
5 评估指标体系
5.1 评估指标选取原则
评估指标的选取遵循系统性、科学性及可操作性的原则，以确保评估体系能够全面、客观地反映船舶直流综合电力系统在不同运行模式下的安全状态。具体原则如下：
a) 设备类型差异化。针对发电系统、配电系统及负载设备等不同设备类型的运行特性和功能需求，设定差异化的评估指标。
b) 实验验证支撑。所有技术指标均基于系统实际运行数据、仿真分析与实地测试结果进行设定与验证，确保指标在实际运行环境中具备合理性与适用性。
c) 可操作性保障。通过细化设备类型与运行模式，明确各项指标的定义与计算方法，确保评估过程具有针对性和可操作性，避免指标设置过于笼统或难以实施。
5.2 评估指标内容
评估指标体系中的评估指标内容及计算方法见表1。
表1 评估指标内容及计算方法
表2 安全事故类型
表3 操作内容范围
表3 操作内容范围(续)
表4 紧急事件类型
5.3 评估指标计算
5.3.1 平均无故障时间
从运行日志中获取总任务执行时间和故障次数，确保覆盖足够的时间周期。根据公式(1)计算平均无故障时间(MTBF)。
式中：
MTBF ——平均无故障时间，单位为小时(h);
Tf ——总任务执行时间，单位为小时(h);
Nd ——故障次数。
5.3.2 安全事故频率
基于历史安全事件记录，选择完整的工作周期数据，根据公式(2)计算安全事故频率。
(2)
式中：
FS ——安全事故频率;
Nse ——发生的安全事故次数;
Tu ——单位时间，单位为小时(h)。
5.3.3 直流系统电压偏差
使用精确的电压计测量实际电压，与设备标称电压对比，根据公式(3)计算直流系统电压偏差。
set
式中：
ΔVd ——电压偏差;
Vset ——设定电压，单位为伏特(kV);
Vact ——实际电压，单位为伏特(kV)。
5.3.4 平均修复时间
从故障维修记录中提取修复时间数据，确保覆盖所有故障情况，根据公式(4)计算平均修复时间。
r
式中：
MTTR ——平均修复时间，单位为小时(h);
Td ——总修复时间，单位为小时(h);
Nr ——维修次数;
5.3.5 平均操作时间
依据系统操作日志记录的实际工作时间和操作次数，确保数据的代表性，根据公式(5)计算平均操作时间(MOT)。
式中：
MOT ——平均操作时间，单位为分钟(min);
Top ——总操作时间，单位为分钟(min);
Nop ——操作次数。
5.3.6 平均响应时间
从系统监控或日志记录中获取请求响应时间数据，确保准确性和一致性，根据公式(6)计算平均响应时间(MRT)。
inc
式中：
MRT ——平均响应时间，单位为秒(s);
Tresp ——总响应时间，单位为秒(s);
Ninc ——紧急事件次数。
5.4 评估指标得分
不同运行模式与设备类型下，系统运行的安全状态应根据其评估指标的得分，参照表5所规定的阈值进行判定。判定时，可依据运行模式特性，灵活选择契合实际需求的评估指标类别与数量。
表5 不同运行模式下系统运行状态的表现
表5 不同运行模式下系统运行状态的表现(续)
5.5 评估指标权重
具体的权重系数需依据实际船型特征及评估需求进行差异化设定，推荐权重设置如下表6所示：
表6 指标权重系数
6 评估流程
6.1 评估指标得分计算
根据第5.3条所述方法计算各项评估指标的实际数值，并依据第5.4中表5对应的阈值区间，判定各指标所处的运行安全状态及指标得分S 。
6.2 评估指标权重设定
依据第5.5中的指标权重系数计算各指标权重 。该权重系数综合考量了船型特征与系统运行需求。如无特殊要求，可采用表6推荐的权重值。
6.3 综合得分计算
采用公式(7)所示的综合加权评分法，计算安全评估的综合得分，或可参考GB/T 17751-2021相关规定。
式中：
Stotal ——综合得分;
i ——第i 个指标的权重;
Si ——第i 个指标的得分。
6.4 评估等级判定
根据综合得分将系统的安全评估结果划分为4个等级，划分等级数量应遵循GB/T 43942-2024执行。每个等级的综合得分阈值和要求见表7。
表7 不同等级的综合得分阈值和指标要求
7 评估活动的组织实施
7.1 一般要求
7.1.1 为确保评估结果的一致性与准确性，评估活动的组织实施应遵循系统化、规范化的原则。
7.1.2 涉及多个评估指标时，需遵循规定的先后顺序取值和评估，优先保障关键指标数据的准确性与完整性。
7.1.3 明确内部及外部等不同组织实施机构的职责分工，提升评估过程的协同性与有效性。
7.2 人员要求
7.2.1 评估人员应具备相关领域的专业知识，参与评估工作的人员，需具备至少 3 年及以上船舶综合电力系统相关工作经验;承担关键指标评估任务的人员，工作经验应不少于 5 年，包括船舶综合电力系统、运维管理、数据分析等。
7.2.2 必须有一定的实践经验和技术能力，需具备至少 2 个完整船舶综合电力系统评估项目经验，能够准确解读数据和判断系统性能。
7.2.3 在进行关键指标的评估时，要求人员具有相关领域的资质认证或培训记录。
7.2.4 这些规定确保评估活动的规范性和系统性，保证评估结果的可靠性和一致性。
7.3 组织管理
7.3.1 明确评估对象，明确需要评估的船舶直流综合电力系统及其运行模式。
7.3.2 确定评估目的，确定评估的目标，包括对系统的可靠性、安全性、稳定性等方面进行全面评估。
7.3.3 指定组织机构，指定负责组织和管理评估活动的机构或团队，确保评估活动的顺利进行。
7.3.4 确定实施机构，确定实际执行评估任务的机构或人员，包括数据收集、现场评估和报告撰写等。
7.3.5 明确相关方，包括涉及的试验/测量机构、数据提供方等，明确各方的角色和职责，确保信息的准确传递和协调合作。
7.4 实施步骤
7.4.1 数据/材料收集，收集与评估相关的数据和材料，包括设计文档、运行记录、测试结果等作为证明依据。
7.4.2 数据或材料分析处理，对收集的数据和材料进行分析和处理，确保数据的有效性和准确性。
7.4.3 现场评估，在实际运行环境中进行现场评估，验证系统在不同运行模式下的表现。
7.4.4 计算结果，基于数据分析和现场评估的结果，进行计算以确定各项指标的得分。
7.4.5 撰写报告，编写评估报告，包含评估结果、分析结论和改进建议等内容。
附 录 A
(资料性)
船舶直流综合电力系统运行模式安全评估示例
A.1 概述
本附录以某型海洋科考船的直流综合电力系统为假想评估对象，以“航行运行模式”为例，演示依据本标准进行安全评估的全过程，包括数据收集、指标计算、权重应用、综合得分计算及等级评定，为使用本文件的人员提供实践参考。
A.2 评估对象与模式
A.2.1 评估对象
某型海洋科考船直流综合电力系统。
A.2.2 评估运行模式
航行运行模式。
A.2.3 评估范围
涵盖发电系统、配电系统及典型推进负载设备。
A.3 评估数据收集与指标计算
通过对该船过去一年的运行日志、维护记录及实时监控数据进行分析，提取相关数据，并依据本标准第5.3章计算各项评估指标值。结果汇总于表A.1。
表A.1 不同等级的取值规则和指标要求
本例对指标与设备类型的对应关系进行了合理化指定。实际应用中，评估方可根据系统具体设计和职责划分进行调整，但必须在评估开始前明确此对应关系。
A.4 指标状态判定与得分赋值
将表A.1的计算结果与标准中表5“航行运行模式”下的各设备类型阈值进行比对，判定各指标所处的运行状态。为便于综合计算，将运行状态转换为百分制得分，建议转换规则如下：安全运行：100分;较安全运行：80分;边界运行：60分;不安全运行：0分。判定与得分结果见表A.2。
表A.2 指标状态判定与得分
A.5 综合评估得分计算
依据本标准表6推荐的指标权重，采用公式(7)计算综合评估得分为80分。
A.6 评估结果与结论
A.6.1 安全等级判定
根据标准表7，综合得分80-89分为II级运行。
A.6.2 评估结论
该船舶直流综合电力系统在“航行运行模式”下的安全等级为II级运行。系统大部分指标达到安全运行要求，但平均修复时间指标表现较差，平均响应时间指标处于边界运行状态。系统总体可控，但需对维修效率和控制系统响应进行改进以提升安全水平。
A.7 改进建议
针对评估中发现的问题，提出以下改进建议：
a) 维护性改进。优化备件管理，加强维修人员培训，以显著缩短平均修复时间。
b) 控制系统优化。检查控制保护算法的响应逻辑，考虑对硬件或软件进行优化，以改善平均响应时间，使其达到较安全水平。
c) 持续性监测。加强对关键设备运行状态的监测，防止其他指标劣化。
参 考 文 献
[1] 20241486-T-469 船舶低压电力系统绝缘故障定位装置
[2] GB/T 35719-2017 船舶中压直流电力系统通用要求
[3] GB/T 7357-2010 船舶电气设备系统设计保护
[4] GB/T 40581-2021 电力系统安全稳定计算规范
[5] JB/T 5777.4-2000 电力系统直流电源设备通用技术条件及安全要求
[6] GB/T 35715-2017 船舶直流电力系统短路电流计算方法
[7] GB/T 32822-2016 船用中压开关设备和控制设备通用技术要求
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