船舶電氣自動化關鍵技術研究

摘 要：近年來，電氣自動化技術在船舶領域得到了廣泛的應用，不但提高了船舶航運的安全性，而且大大增加了航運的經濟效益。文章主要分析了船舶電氣自動化技術的特點，然后探討了船舶電氣自動化中的幾種關鍵技術，以期為船舶自動化事業的發展貢獻綿薄之力。

關鍵詞：船舶；電氣自動化；關鍵技術

目前，各國對于船舶電氣自動化的研究主要集中于電力電子技術、自動監測報警技術、可靠性保障技術等方面，這些領域的任何技術進步和發展都將對船舶事業的發展起到巨大的推動作用。

1 船舶電氣自動化技術的特點

1.1 綜合化

現階段，船舶人機界面的交互功能越來越強大，很多操作能夠借助電子屏幕來完成，這為船舶電氣自動化技術的綜合化發展奠定了重要基礎。同時，電子信息技術以及電氣模塊化的快速發展，使得船舶電氣自動化系統能夠更加靈活地進行組態，進而使船舶越來越呈現出綜合化的發展趨勢。

1.2 網絡化

數字技術與總線技術的大力普及，促進了船舶電氣自動化系統的網絡化發展，特別是總線技術的進步與應用，使得船舶的不同部件與模塊之間可以很方便地進行信號傳送與交流，這是電氣自動化系統網絡化的重要基礎和前提。船舶電氣自動化系統的網絡化，使得傳統的人工操作模式被各種自動化技術所取代，大大提高了電氣系統工作的效率及穩定性。

2 船舶電氣自動化關鍵技術

2.1 電力電子技術

（1）軸帶發電。軸帶發電技術是利用發電機主軸進行驅動，依據主機的工作狀態來調整和控制軸帶發電機的一種技術。如今主流的軸帶發電系統均使用晶閘管逆變方式。為更好地發揮節能降耗效果，研究人員開發了T/G與S/G相組合的SSG系統，其中S/G借助靜止變頻器和電網連接在一起。若船舶電力消耗過高，T/G無法滿足要求，則S/G充當發電機，對船舶電網進行補充供電。若電力消耗較少，功率閑置較多，則S/G充當電動機，利用電網能源來協助主機推進。需注意的是，在S/G系統中，發電機的任何輸出活動都要經過變頻器的控制與調節，故必須采用大功率的電力電子器件。而現階段的變頻器存在造價高、體型龐大、功率因數低等問題，為解決這些問題，異步軸帶發電機技術通過雙饋異步電機轉子頻率補償來穩定頻率和電壓，節能效果十分顯著。

（2）電力推進。以往電力推進技術僅用于小型船舶之中，但隨著技術的不斷發展，如今電力推進在大型船舶中也有所應用。船舶電力推進系統的類型比較多樣：按照動力來源的不同，可分為柴油機式和燃氣輪機式；按電機布置形式，可分為機艙式與吊艙式；按傳動方式的不同，可分為交流傳動推進和直流傳動推進兩種，其中交流傳動推進是近幾年發展的主要方向，原因在于交流傳動更能保證系統的穩定性。

2.2 自動監測報警技術

機艙自動監測報警技術能夠實時地對電氣設備的運行狀態進行監測、記錄及警報，可以有效降低輪機員工作強度，同時大大提高船舶電氣自動化系統的穩定性。當前自動監測報警技術發展方向有：一是引入自動化綜合系統，以更加準確及時地發現并排除故障，提高系統穩定性。二是研發DCS自動監測系統，對監測采集的數據信息進行集中管理，這樣既能在微機控制系統中進行報警顯示，又可以控制各電氣設備的穩定運行。DCS自動監測系統由三層微機網絡組成，其中主站位于控制室，具有界面顯示、打印等功能，而通訊站、信息轉發站及各類分站等設置在機艙中，各分站分別具有獨立的監測功能，所監測到的數據信息經信息轉發站發送至主站，從而實現了計算機、控制、通信三者的有機結合。

2.3 可靠性保障技術

（1）電磁干擾技術。電磁干擾是影響船舶航運的重要因素，尤其是一些導航儀器與強電設備在啟停瞬間對電磁干擾十分敏感。電磁干擾的產生需要具備三個條件，一是干擾源，二是將電磁干擾導向電力系統的傳輸介質，三是對電磁敏感的接收元件，只要破壞上述條件中的任意一個，就可以有效屏蔽電磁干擾，具體的方法包括消除干擾信號、隔離干擾源、切斷電磁傳播路徑等。例如，采用獨立的供電設備，并設置相應的濾波裝置，對高頻干擾信號進行過濾，可以有效解決交流電源所帶來的電磁干擾問題。再比如，通常電氣自動化系統的信號輸入部分設置在船舶駕駛室，而信號接收部分則設置在機艙中，兩者之間的信號線路較長，容易受到電磁干擾，對此，建議采用電磁屏蔽性能較好的傳輸介質，也可以將遙控系統的輸入、輸出信號分開，均對解決電磁干擾有較好的效果。

（2）儲備冗余處理。儲備冗余技術通過增設并聯單元的方式來提高船舶電氣自動化系統的可靠性與穩定性。在船舶電氣自動化系統中，通常需要開設三臺機組儲備，且各機組儲備的設計功能基本一致，以確保各機組既能夠獨立運作，又能夠相互備用。正常情況下，船舶電氣自動化系統中的工作與儲備單元是彼此分開的，各單元既能夠獨立運作，也能夠相互合作，若其中任一單元在運作期間發生故障，則儲備單元可立即進入工作狀態，從而大大提高了船舶電氣自動化系統的安全性與穩定性。

（3）容錯技術。容錯技術是指提高系統的故障容忍能力的一種技術，具體涉及兩方面：一是故障檢測。當船舶電氣自動化系統發生運行故障時，利用容錯技術能夠第一時間定位故障性質、位置，并予以自動化隔離，從而將故障影響控制在一定范圍之內，確保系統整體的安全性。二是故障控制。當容錯技術檢測到系統故障后，能夠自動得出故障診斷結果，并根據診斷結果采取相應的處理措施，以確保電氣自動化系統的安全可靠運作。故障處理具體流程如下：故障檢測→分析故障性質及位置→確定故障單元→將故障檢測信號轉換為低電平信號→將故障交給決策單元處理。而根據故障類型的不同，又有以下幾種不同的處理策略： I類故障，啟用儲備機組，降低故障機組負荷量；II類故障，啟用儲備機組，同時將故障機組延時關閉，以便進行故障處理；III類故障，關閉故障機組，并啟用儲備機組。需注意的是，當出現II、III類故障時，機組在停機的同時會生成一個阻塞信號，在該信號消除之前，機組無法接受新的啟動指令。因此，必須在排除故障之后，通過相應指令來擦除阻塞信號，方能使機組恢復正常，這樣能夠有效避免故障擴大，提升系統整體的安全穩定性。

4 結束語

船舶電氣自動化是一套十分復雜的技術體系，涉及電力電子、自動監測報警、可靠性保障等多個方面。今后應繼續加強對船舶電氣自動化技術的研究，在進一步提高船舶自動化水平的同時，提高系統的可靠性、穩定性，促進船舶電氣自動化事業的穩定進步與發展。

參考文獻

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