TCSNAME 141-2025 船舶直流综合电力系统运行模式安全评估

ICS47.020.60CCSU61团 体 标 准T/CSNAME141—2025船舶直流综合电力系统运行模式安全评估SafetyassessmentofoperationmodeforshipDCintegratedpowersystem2025-10-31发布 2025-12-31实施中国造船工程学会 发布T/CSNAME141—2025T/CSNAME141—2025II前言本文件按照GB/T1.1—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。T/CSNAME141—2025T/CSNAME141—2025PAGEPAGE10船舶直流综合电力系统运行模式安全评估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。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/T17751-2021运输船舶能源利用监测评价方法GB/T43942-2024智能船舶风险评估方法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shipDCintegratedpowersystem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operationmode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assessmentindex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securityincident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operationcontent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urgentevent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。运行模式分类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。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。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。评估指标体系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：求，设定差异化的评估指标。与验证，确保指标在实际运行环境中具备合理性与适用性。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。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序号评估指标指标内容计算方法1平均无故障时间系统在规定条件下和规定时间内无故障运行的能力5.3.12安全事故频率系统在运行过程中避免危险或意外事故的能力5.3.23直流系统电压偏差系统在运行过程中维持直流电压在允许偏差范围内的能力5.3.34平均修复时间系统在发生故障后的可修复能力5.3.45平均操作时间系统完成操作内容所需的时间5.3.56平均响应时间系统在发生紧急事件时的响应速度5.3.6为明确评估指标的范畴，对其中涉及的“安全事故”、“操作内容”及“紧急事件”类型和范围分别见表2、表3和表4。表2安全事故类型序号安全事故名称安全事故类型1电气火灾事故因电弧、短路、过热等电气原因引发的火灾事件2主要设备损坏事故发电机、变流器、主配电板等核心设备因过载、短路、绝缘击穿等原因导致的永久性损坏或性能严重劣化3全船或区域性停电事故因系统崩溃、保护误动/拒动等原因导致的电力供应完全中断或大面积中断4关键负载失电事故导致推进、导航、通信等影响船舶航行安全的关键负载失去电力供应的事件表3操作内容范围序号操作内容具体操作类型1运行模式切换操作从“航行运行模式”切换至“进出港运行模式”或“应急运行模式”不同级别冗余电源之间的投切操作表3操作内容范围（续）序号操作内容具体操作类型2发电单元启停与并联操作新增发电机组的自动并联运行与功率分配发电机组的解列与停机操作3重要负载投切操作大功率推进负载的启动与停止非关键负载的批量投切表4紧急事件类型序号紧急事件名称紧急事件类型1系统保护类事件直流母线过压/欠压、短路、逆功率等保护动作的触发2设备故障类事件发电机组故障停机、变流器模块故障、储能系统紧急切离3电网稳定性事件系统振荡、电压或功率剧烈波动，接近稳定运行边界4电源切换类事件主电源失效后，备用电源自动投入的需求；或不同运行模式间切换的指令5外部指令或突发负载变化事件接收到应急切断指令，或遭遇突加/突卸大功率负载评估指标计算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：

MTBFTfNd

(1)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。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。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）。直流系统电压偏差

FNsesTus

(2)VsetVVsetVact式中：Vd——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）。平均修复时间

Vd

Vset

100%

(3)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。式中：

MTTRNr

(4)MTTR——平均修复时间，单位为小时（h）；——总修复时间，单位为小时（h）；Nr——维修次数；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：

MOTNop

(5)MOT——平均操作时间，单位为分钟（min）；TopNop

——总操作时间，单位为分钟（min）；——操作次数。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）。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。评估指标得分

MRTNinc

(6)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运行模式设备类型运行安全状态指标得分平均无故障时间（小时）安全事故频率（次/年）直流系统电压偏差（%）（小时）（分钟）时间（秒）航行运行模式发电系统安全运行100≥10000≤0.1±6≤2≤30≤5较安全运行808000-99990.1-0.2±8≤3≤40≤10边界运行607000-79990.2-0.3±10≤4≤50≤15表5不同运行模式下系统运行状态的表现（续）运行模式设备类型运行安全状态指标得分平均无故障时间（小时）安全事故频率（次/年）直流系统电压偏差（%）（小时）（分钟）时间（秒）航行运行模式不安全运行0<7000>0.3>±10>4>50>15配电系统安全运行100≥9000≤0.12±5≤2.2≤28≤6较安全运行807000-89990.12-0.22±7≤3.2≤38≤12边界运行606000-69990.22-0.32±10≤4.2≤48≤18不安全运行0<6000>0.32>±10>4.2>48>18负载设备安全运行100≥9500≤0.08±5≤1.8≤25≤5较安全运行807500-94990.08-0.18±7≤2.8≤35≤10边界运行606500-74990.18-0.28±10≤3.8≤45≤15不安全运行0<6500>0.28>±10>3.8>45>15应急运行模式发电系统安全运行100≥10000≤0.15±5≤2.5≤35≤6较安全运行808000-99990.15-0.25±7≤3.5≤45≤12边界运行607000-79990.25-0.35±10≤4.5≤55≤18不安全运行0<7000>0.35>±10>4.5>55>18配电系统安全运行100≥8500≤0.16±5≤2.6≤32≤5较安全运行806500-84990.16-0.26±7≤3.6≤42≤10边界运行605500-64990.26-0.36±10≤4.6≤52≤15不安全运行0<5500>0.36>±10>4.6>52>15负载设备安全运行100≥9000≤0.13±4≤2.2≤28≤6较安全运行807000-89990.13-0.23±6≤3.2≤38≤12边界运行606000-69990.23-0.33±10≤4.2≤48≤18不安全运行0<6000>0.33>±10>4.2>48>18进出港供电模式发电系统安全运行100≥9500≤0.1±4≤2≤30≤5较安全运行807500-94990.1-0.2±6≤3≤40≤10边界运行606500-74990.2-0.3±10≤4≤50≤15不安全运行0<6500>0.3>±10>4>50>15配电系统安全运行100≥9000≤0.12±5≤2.2≤28≤6较安全运行807000-89990.12-0.22±7≤3.2≤38≤12边界运行606000-69990.22-0.32±10≤4.2≤48≤18不安全运行0<6000>0.32>±10>4.2>48>18负载设备安全运行100≥9500≤0.08±4≤1.8≤25≤5较安全运行807500-94990.08-0.18±6≤2.8≤35≤10边界运行606500-74990.18-0.28±10≤3.8≤45≤15不安全运行0<6500>0.28>±10>3.8>45>15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指标权重系数评估指标权重平均无故障时间0.3安全事故频率0.2直流系统电压偏差0.2平均修复时间0.1平均操作时间0.1平均响应时间0.1评估流程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。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。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/T17751-2021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。评估等级判定

nnStotalii1

(7)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/T43942-2024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安全等级综合得分阈值要求Ⅰ级运行≥90所有指标达到安全运行要求Ⅱ级运行80-89大部分指标达到安全运行要求，少部分接近要求边界Ⅲ级运行70-79部分指标未达要求，但总体仍能运行Ⅳ级运行<70多项指标未达要求，存在较大运行风险评估活动的组织实施一般要求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。完整性。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。人员要求3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系统、运维管理、数据分析等。2够准确解读数据和判断系统性能。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。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。组织管理明确评估对象，明确需要评估的船舶直流综合电力系统及其运行模式。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。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。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。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。实施步骤数据/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。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。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。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。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。概述

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。评估对象与模式评估对象某型海洋科考船直流综合电力系统。评估运行模式航行运行模式。评估范围涵盖发电系统、配电系统及典型推进负载设备。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序号评估指标设备类型收集数据/计算过程计算结果1平均无故障时间发电系统Tf8760h,Nd1MTBF8760/18760h2安全事故频率配电系统Nse0,Tu1年Fs0/10次/年3直流系统电压偏差配电系统Vset1.0kV,Vact0.98kVVd1.00.98/1.0100%2.0%4平均修复时间发电系统Td8h,Nr1MTTR8/18h5平均操作时间发电系统Top150min,Nop5MOT150/530min6平均响应时间配电系统Tresp45s,Ninc3MRT45/315s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。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评估指