海洋工程船舶電氣系統和設備的現狀及展望

畢建驕 劉爽

摘 要：海洋工程船舶安全運行以及整個海洋工程系統的工作質量與電氣自動化系統密切相關，電氣系統以及設備直接影響著船舶整體的功能，本文對海洋工程船舶電氣系統和設備的現狀及展望進行了分析。

關鍵詞：海洋工程船舶;電氣設備;現狀;展望

經過近十年的努力，海洋工程船舶在我國獲得了極大的發展。它的發展促進了海洋技術的提高，實現了造船工藝的革新。伴隨我國振興船舶工業的戰略，我國開始進入海洋油氣發展的時代。當前，我們只有不斷調整船舶行業的發展結構，才能實現資源的優化配置，促進海洋裝備業的繼續發展。

一、海洋工程船舶的概述

隨著海洋工程的發展其表現出一些顯著的特征：采用動力進行定位、依靠電力推進、電氣特點呈現中壓電站。目前，該系統逐步呈現自動化，依靠網絡通信進行全船的集中控制。油氣資源以及配套船舶設備構成了整個海洋工程系統。該系統涵蓋范圍較廣，但是其歸類缺乏權威性。綜合分析船舶的實際設計和建造情況，不難發現有將近一半的設計都是由外國公司設計的，其中百分之十依靠國內與國外的合作，僅僅有百分之四十是國內公司單獨設計的。這一現象的出現并不能說明我國的設計水平較差，而主要是受到船東思維觀念的影響。不少船東產生了思維定式，認為國外的技術領先于世界，比較先進，所以往往去選擇國外企業。實際上，我國在落實振興船舶工業發展戰略之后設計水平有了很大的提高，設計人才的數量和質量也有很大進步。所以，當務之急一方面是繼續培養設計人才、發展我國的海洋工業，另一方面是轉變船東的傳統觀念，使他們認識到我國技術的真實發展水平。

二、海洋工程電氣系統的應用現狀

1.中壓電氣系統的特征。（1）中壓電氣系統具有不同的接地形式。接地形式是確定中壓電氣系統設備絕緣水平和系統運行穩定性的重要因素。此處的接地形式是指中性點的接地形式，包括不接地形式、直接接地形式和高電阻接地形式。這三種接地形式對接地故障的影響大小各不相同。不接地形式的對地電容電流很大，電容電流會在絕緣較弱的地方產生電弧，可能導致火災和過電壓損壞設備和導致短路，這種故障不容易被發現，一旦發生可能會造成十分嚴重的后果。直接接地形式在發生故障時會馬上切斷開關，所以發生故障的影響最小，但供電不是很穩定，通常是通過自動重合閘或雙回路供電來提高供電穩定性。高電阻接地形式在發生接地故障時可以通過開啟零序保護設施對接地電流的大小進行限制，此電流可動作于信號或跳閘，所以該方式對接地故障的影響也較小。（2）使用中壓電氣系統的船舶不僅需要大功率電力負載電源，還需要電力推進甚至動力定位船舶。因此，采用多段匯流排的供電型式，包括2至7段型匯流排。（3）配電負載幾乎都要采用變壓器。因為當前的電力推進負載或大功率作業設備負載幾乎全為變頻調速驅動控制，船用低壓日用負載和各種脈波型式的整流都需要采用變壓器，除非電動負載電機不是單速驅動器，否則可能沒有在線直接啟動或降壓啟動的變壓器。

2.中壓電氣系統的設備應用現狀。中壓電站系統的主要設備包括發電機組、中壓開關設備和輔助設備。第一，最新的應用中壓電氣系統船舶大部分采用進口的柴油發動機作為原動機組成發電機組，發電機組的型式都比較相似。第二，中壓開關設備是中壓電氣系統連接發電機和用電負載的關鍵設備，具有十分重要的作用，一般都要求與國際電工委員會（International Electro technicalCommission，簡稱IEC）相應的技術標準規定一致。目前船舶中壓開關設備主要依賴于ABB、SIEMENS、GE等國外的著名公司產品的進口。但目前的中壓開關設備都具有一定的短板，即都缺乏類似于低壓配電板的板前照明系統，導致開關設備上部被遮擋，光線不足，不利于儀表的查看和實際操作。因此，目前中壓開關設備在應用過程中應重點解決遮光問題。第三，輔助設備包括斷路器和保護設備。中壓電氣系統目前主要采用中壓真空斷路器。中壓真空斷路器都是可抽出式結構，符合相應的質量標準要求。

三、船舶電氣自動化系統可靠性的保障技術

1.電磁干擾技術。海洋工程船舶是主要的海上作業設備，電氣設備的安裝空間受到限制，更重要的是，各類高低壓設備間距離非?？拷?，這使得海洋工程船舶在作業的過程中，電氣設備之間可能會產生電磁干擾運行。為了能夠避免電磁干擾對電氣自動化系統的運行產生影響，我們通過抗電磁干擾技術海洋工程船舶系統進行保護，從而確保船舶系統安全、穩定運行，這一技術的保護原理體現為：擾亂或破壞干擾條件中的任意一項，同時，采用適合性的元件，控制接受單元的敏感度。（1）單獨隔開變壓器。通過隔離變壓器能夠控制交流電源帶來的不良干擾，同時對電氣自動化系統進行單獨供電，以此來有效控制干擾。（2）改變傳輸介質。為了抑制電磁干擾，應該先找到干擾源，將其屏蔽、掩蓋，或者改變傳輸介質等方式來控制電磁干擾條件。（3）阻容吸收設備。在自動化技術支持下，各類電氣設備都被應用于船舶系統，當各類電氣設備如接觸器、繼電器等連接于電源系統并進行操作時，則可能因為線圈釋放瞬間產生的浪涌脈沖而對某縣敏感的墊子裝置產生干擾，因此需要選擇阻容吸收器。合適的阻容吸收器具有相對穩定性，不容易出現突變現象，進而控制電磁干擾問題，同時，也能夠借助并聯電容抑制和消除諧波，進一步遏制電磁干擾問題。

2.電力推進技術。船舶電力推進設備包括以下結構：發電設備、輸配電設備，用電設備以及控制調節設備。電力推進技術適用于各種用途的海洋工程船舶。為了能夠擁有更高的響應速度以及更精確的控制精度，大部分海洋工程船舶都使用電力推進設備。參照電動機的種類，電力推進設備則具體包括：吊艙型與機艙型。實際的傳動系統則依照電源類型分成：直流傳動系統、交流傳動系統，后者相對于前者更加穩定、平穩，適用范圍更廣，對此必須優化調速系統的選型，目前，交流變頻器調速系統呈現出高強、快速的發展勢頭，能夠被深入、有效地用在船舶推進系統內部。

3.自動化報警技術。機艙自動化監測系統在整個船舶系統內部占據關鍵地位，具有自動化的信息記錄、存儲與輸出等功能，例如：自動化、精準地記下工作狀態下的各項設備，對應形成數據記錄，并發出警報信號，這樣一方面削減了人為工作時間與工作量，另一方面也實現了整個系統的自動化運行。自動化監測技術正在更新進步，例如：綜合監測系統得以開發和運用，能夠更為高效地找到并排除故障，也能科學地預測、判斷故障，維持系統的高效運轉。DCS自動監測系統的利用，統一管控系統獲取的數據信息，并通過計算機控制系統來發出警報，同時也能調控現場系統的平穩工作。

四、展望

許多現實情況顯示國外在海洋工程上已經取得了很大成就，然而我國在這一方面的發展相對不足。這一現象已經引起了我國政府以及相關人士的關注。我國政府開展了許多關于海洋工程的研究，從鉆井船的研究到半潛船的研究再到深水應急船的研究進行了很多努力。從目前情況來看，我國已經基本能完成船舶的整體設計，然而在較特殊設備的設計上可能會存在技術難題，這一點需要我國的技術部門以及研發部門多溝通交流，提高船舶的設計能力。此外，我國在電氣設備以及電氣系統方面還有一定的不足。因此，我國應該大力支持創新，努力推動海洋工程的發展。

海洋工程船舶電氣自動化系統可靠性保障技術是支持電氣自動化系統的先進技術，只有保證體系的高度穩定、安全運行，才能確保海洋工程船舶在海上作業時穩定可靠同時更高效、更安全地完成更加復雜多元化的任務。隨著電氣自動化系統保障技術的不斷更新和升級，海洋工程類船舶一定能夠向自動化、智能化、智慧化進一步靠近。

參考文獻：

[1] 吳建.海洋工程船舶電氣系統及設備的現狀及展望[J].上海市造船工程學會2018

[2]傅海.海洋工程船舶的自動化[J].上海造船，2018（4）：39-44.