船舶电气自动化技术研究

船舶电气自动化技术研究

作者：胥园

来源：《中国高新技术企业》2015年第15期

摘要：电气自动化技术是支持船舶运行的主要技术类型，支撑着整个船舶系统的安全、稳定运行，电气自动化系统的安全性、稳定性直接影响着船舶的航行质量，因此，必须加大船舶电气自动化技术的研究力度，维护船舶的安全。文章首先分析了船舶电气自动化技术的类型，然后分析了其未来的发展趋势。

关键词：船舶系统；船舶运行；航行质量；电气自动化技术；船舶安全文献标识码：A

中图分类号：TN830 文章编号：1009-2374（2015）15-0113-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.059

1 船舶电气自动化技术研究

要想使船舶电气自动化系统能够高效、持续发挥作用，就要加强电气自动化技术的研究，以此来控制故障问题的发生概率，确保系统安全、稳定运行。对于船舶系统来说，主要的电气自动化技术包括以下方面：

1.1 轴带发电技术

船舶属于高能耗的水上交通工具，其燃料成本占总成本的一半以上，所以，必须加大节能技术的研发力度，其中轴带发电技术就达到了这一目标。轴带发电机主要通过主轴来启动，主轴跟着主机转动并逐步改变速度和频率。通过观察主机运行情况、航行水域特点等来调控轴带发电机。通常选择机械式恒频与电气式恒频，特别是电气元件的不断升级发展，当前晶闸管逆变模式被广泛应用于轴带发电系统。

近年来，节能技术又获得了全新的发展，废气透平发电机引入其中，同轴带发电机一道共同进行优势互补，打造出SSG系统，此系统凭借静止变频器同电网连接在一起。

当船舶航行运转耗能上升，废气透平发电机无法发挥有效作用时，轴带发电机则发挥供电供能作用；相反，船舶能耗逐渐降低，有余下的功率，那么轴带发电组则充当电动机来通过船舶电网获得能量，为主机运行提供动力，推动主机的持续运行。静止变频器中的两组晶闸管在整流与逆变状态下都能发挥作用。如果轴带发电机发挥供电供能作用，变频器就能把轴带发电机的输出变成恒频输出。

当轴带发电机处于电动机模式下，变频器就会充当变频调速设备，因为发电机的一切输出功率都要途径变频器来运输，所以必须选择功率较大的电气元件。因为变频器占地空间大、成

本高，同时功率因素较低，这样就对传统的轴带发电机系统进行了改造、升级与优化，异步轴带发电机产生了。

异步轴带发电机系统主要依靠双馈异步电机转子频率补偿的技术方法来维持恒频稳压，通过计算机系统来控制这一系统，实现了信息自动化控制的功能与效果。

1.2 容错技术

容错技术主要是指电气自动化系统工作过程中，当出现故障问题时，自身的承受能力，容错技术的作用表现在：

1.2.1 系统故障监测。当电气自动化系统工作过程中有故障问题，在容错技术的监测下，能够及时、精准地发现并定位故障，并明确故障的类型、特征，再进行自动化隔离。从而维护系统安全、稳定。

1.2.2 故障控制。在容错技术支持下，自动化系统中的故障问题能够被及时检测与定位，根据故障的方位、类型等来选择解决对策，对故障加以分析并处理，以此来维护船舶电气自动化系统的安全、稳定运行。

对于船舶电气自动化系统的故障处理通常经历以下过程：故障监测、定位、分析故障性质、明确故障单元，使故障信号变成低电平信号，并输送至决策单元，再加以处理，实际的故障包括以下类型：

故障1：启动预备性机组，从而集中而有效地控制机组工作的负荷量。

故障2：同样启动预备机组，再延长出现故障问题机组的关闭时间，从而更加高效、科学地处理好故障

问题。

故障3：切断故障性机组的运行，再将备用机组及时启动。

对于故障2和3最佳的解决方式就是立即停运机组，直到故障问题发现并解决后，再次启动机组，也就是说如果故障尚未排除，机组不关闭可能会造成故障进一步恶化，影响系统的高效运行。

1.3 电力推进技术

电力推进技术属于一类维护船舶系统安全运行的电子自动化技术，特别是得益于现代社会中信息技术、电子技术、电子设备等的支持，使得电力推进技术的应用范围更广、作用更多。

电力推进技术按照电力传动分类主要包括：交流与直流传动技术。最近一些年来，前者获得了飞快发展，特别是交流调速技术的不断发展，使得交流电力系统获得了全新的发展，与直流传动技术相比，更具优势地位。能够极大程度地确保船舶电气自动化系统的安全、平稳工作，提高船舶运转的安全水平。

其中交流电力技术大致包括两大推进系统：LCI，直流无换向器电动机；CCV，交流无换向器电动机。前者是利用变频器来达到同步调速的功能，达到从交流→直流→交流的过程。其中船舶的工作运转同调距螺旋桨之间彼此配合、协助、协调来工作，船舶实际的航行中，遇到区域狭窄、位置闭塞的航道或海湾等，要想依然保持顺利通行、畅通无阻，就要对交流推动机进行调整，使其处于最低速工作模式；相反，船舶进入面积宽广的公海海域，则要对推动机进行调整，确保其进入同步、超同步转换模式。对于CCV系统来说，则是凭借变频器的同步调速来达到直流、交流间的变化与转变的，最后打造出交流调速工作系统。

1.4 电磁兼容技术

通常来说，船舶会处于一个相对复杂的运行环境，易受天气、水文等自然条件的影响，导致电磁污染问题，运用电磁兼容技术能够解决这一问题，强化船舶的电磁抵御能力。要想保证船舶各项装置、设备等的安全、稳定，就要加强电磁兼容设计，其中必须具备以下条件：（1）出现了干扰源；（2）存在传输介质；（3）存在敏感的接收单元。所谓的电磁兼容技术简单说就是要这三大条件中的任何一个，从而解除电磁干扰。为了达到这一目标就要加强元件、器件的正确选型，其中要重点控制干扰信号敏感的元件。

1.5 隔离变压器技术

船舶电气自动化技术最大的干扰来自于交流电源，对其改造优化的有效措施就是隔离电气设备的变压器，达到独自提供电能，或者把供电设备同强电设备分离，这样就有效隔离了干扰，船舶电源通过交流变压器来有效过滤高频信息，在此基础上隔离变压器，从而为自控设备提供独立电源，达到有效排除干扰的目的。

1.6 RC吸收技术

因为船舶电气系统具有自动化属性，这其中必然会关系到各类电气装置，例如继电器、接触器等，类似的电气装置容易产生电磁干扰现象，针对这一问题应选择RC吸收设备，这一技术性能较为稳定，不会随着电压的变化而出现不稳定的变化问题，这样就解决了电磁干扰问题。

2 船舶电气自动化技术发展趋势

船舶电气自动化技术属于综合性、程序性强的技术类型，从船舶电气自动化系统的设计、生产、运行、完善都需要特定的自动化技术的支持。在当前信息技术、通信技术、自动化技术等不断发展的现代时期，船舶电气化系统必将朝着自动化、智能化、数字化、网络化方向发