船舶電氣自動化中幾個重要技術的應用

高寒

（威海職業學院船舶工程系，山東威海264210）

船舶電氣自動化中幾個重要技術的應用

高寒

（威海職業學院船舶工程系，山東威海264210）

自動化技術在我國船舶領域的應用范圍越來越廣泛，為了確保船舶在航運中的安全，增加船舶航運的經濟效益，提高勞動生產率，自動化技術的引用就顯得尤為重要。現如今各個國家將船舶電氣自動化的研究重點放在了軸帶發電、電力推進和自動化機艙等方面。針對電力電子技術、電站測控系統、可靠性保障技術等在船舶電氣自動化中的應用，進行分析和探討。

船舶電氣自動化；電力電子技術；電站測控系統；可靠性保障技術

1 電力電子技術應用

1.1 軸帶發電

在船舶航運的過程中，船舶整體的消耗有一半以上都用在了燃料費上，因此開發不同類型的船舶節能裝置就顯得尤為關鍵。軸帶發電技術是目前我國船舶領域節能的重要手段，軸帶發電技術是由發電機中的主軸進行驅動，根據主機狀態來對軸帶發電機進行控制，而后隨著電力電子元器件的不斷更新換代，軸帶發電系統基本上都采用了晶閘管逆變方式。為進一步增加船舶航運的節能效果，根據船舶的實際運行，開發了廢氣透平發電機與S/G組合的SSG系統。而在S/G系統中，由于發電機的所有輸出工作都是通過變頻器進行輸出的，因此要求發電機上要安裝大功率的電力電子元器件來滿足船舶運行的要求。由于變頻器的成本高、體積大，再加上變頻器的功率因數非常低，研究人員根據這些問題提出了異步軸帶發電機系統。這一系統主要是利用雙饋異步電機轉子頻率補償的原理來保持恒頻穩壓，從而達到節能的目的。

1.2 電力推進

在船舶航運中，使用電力推進技術已經有很多年頭了，但是之前的電力推進技術只是局限于一些小型的船舶，而隨著電力電子技術的不斷發展，電力推進技術的應用范圍也越來越廣泛，我們將電力推進系統分為直流傳動和交流傳動兩大類。隨著近幾年船舶領域技術的發展，交流傳動發展速度非常快，交流電力推進技術隱隱有替代直流推進技術的趨勢。

在交流電力的推進方式中，較為常見的電力推進有直流和交流兩種無換向電動機推進系統。直流無換向電動機推進系統實質上是一個由交流——直流——交流變頻器供電的同步電動機調速系統。而交流無換向電動機推進系統是由交流——交流變頻器與同步電動機組成交流調速系統，雖然交流——交流變頻器的輸出頻率會受到船舶整體運行的影響，但是大容量的船舶推進機是與驅動軸直接連接的，最重要的是船舶推進電機還是在低速的狀態下運行的。因此，低頻的交流——交流變頻器是非常適用的。

2 電站測控系統結構分析

下圖是電站測控系統網絡傳播電站自動化系統的結構簡圖。

圖CAN網絡電站自動化系統簡圖Fig.Automatic system diagram of CAN network power station

每一臺發電機的節點都代表著一臺發電機設備，并且這一發電機設備還與控制臺一起作為網絡的節點被掛在測控系統的總線上。這樣一來就很容易形成一個電站自動控制網絡。研究人員就可以將這一網絡與船舶上的其他部分有機地連接在一起，最終形成船舶的控制網絡平臺。

在這一電站控制系統中，主要存在三類功能性質都不同的測控網絡階段——發電機節點、控制臺節點、檢測微機節點。其中發電機節點主要具備的功能是測量功能和控制功能。而控制臺節點主要負責的是接收各臺發電機傳送過來的測量結果，根據這些結果與實際的船舶運行控制要求，對各個階段實施控制指令。而檢測微機的主要工作則是對各個階段進行監督，一旦發現特殊情況，就要及時進行處理，方便數據的傳輸。

3 可靠性保障技術

為了進一步確保船舶電氣自動化系統工作的可靠性，我們還引進了國外在船舶電氣自動化領域的一些成果和經驗，由于我國船舶電氣自動化系統研究還處于起步階段，很多可靠性技術在應用上還沒有很熟悉，因此我們此次以西門子公司生產的EEA-22船舶電站自動控制系統為例，系統分析船舶可靠性技術的實際應用問題。

3.1 電磁兼容設計

EEA-22船舶電站自動控制系統主要采用的是電磁兼容設計，這樣可以進一步提高系統的抗干擾能力。船舶電氣設備的工作環境是非常惡劣的，且電磁污染還非常嚴重，研究人員為了保證設計的工作可靠性，對電磁進行兼容設計是不可缺少的重要環節。一般構成電磁干擾的基本條件有三個，分別是存在干擾源、有與之相匹配的傳輸介質、存在敏感的接收單元。研究人員在對電磁兼容設計進行研究時，只要破壞掉這三個條件中的任意一個，就能消除電磁干擾。

3.2 容錯技術設計

容錯技術指的是船舶電氣自動化系統對故障的容忍程度，容錯技術主要涵蓋了兩方面的內容：一是系統故障的檢查與診斷。另一個是系統故障的控制和決策。二者是遞進的關系，也就是說在檢測和診斷中，當系統內部發生故障時，要先確定故障的發生部位及其發生性質，然后要對故障進行隔離處理。在控制和決策上，還要根據故障的部位和性質，先采取一定的容錯處理，在確定故障問題之后，再對其進行方案設計，并付諸于實際。

西門子公司生產的EEA-22船舶自動控制系統的故障檢測及故障診斷分別通過不同的檢測軟件將所檢測的信號轉換為低電平送到故障的決策單元上，這樣可避免事故擴大化，提高系統的安全可靠性。

［1］萬曼影，杜家瑞，湯潔.CAN網絡在機艙自動化系統中的應用研究［J］.交通部上海船舶運輸科學研究所學報，2011，（02）：114-115.

［2］杜家瑞，萬曼影，王俊雄.CAN網絡在船舶電站自動化系統中的應用研究［J］.交通部上海船舶運輸科學研究所學報，2012，（01）：122-123.

［3］湯旭晶，黎庶，陳汛平，等.輪機工程專業電氣自動化綜合實驗設計［J］.航海教育研究，2009，（01）：67-68.

［4］陳永冰，李文魁，劉勇，等.CAN總線及其在艦船測量組合系統中的應用［J］.艦船電子工程，2015，（03）：118-119.

［5］李林川，夏道止，楊振平，等.電力系統電壓和網損優化計算［J］.電力系統自動化，2015，（07）：94-95.

Application of several important technologies in marine electric automation

GAOHan
（Department ofShip Engineering，Weihai Vocational College，Shandong264210，China）

The automation technology has a more extensive range of applications in ship domain.In order to ensure the safety in shipping，increase the economic benefits of shipping vessels and improve labor productivity，the reference of automation technology is particularly important.Now each country puts their focus on shaft generator，electric propulsion and automation engine room.The application of power electronics technology，measurement and control system，reliability security technology in marine electric automation were analyzed and discussed respectively.

Marine electric automation；Power electronic technology；Measurement and control system；Reliability assurance technology

U664.14

A

1674-8646（2016）13-0036-02

2016-04-29

高寒（1965-），男，黑龍江牡丹江人，高級工程師，學士，主要從事船舶電氣技術方面的研究。