船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)研究

摘要：電氣自動(dòng)化技術(shù)是支持船舶運(yùn)行的主要技術(shù)類型，支撐著整個(gè)船舶系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性直接影響著船舶的航行質(zhì)量，因此，必須加大船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究力度，維護(hù)船舶的安全。文章首先分析了船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)的類型，然后分析了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：船舶系統(tǒng)；船舶運(yùn)行；航行質(zhì)量；電氣自動(dòng)化技術(shù)；船舶安全 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TN830 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0113-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.059

1 船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)研究

要想使船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠高效、持續(xù)發(fā)揮作用，就要加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究，以此來(lái)控制故障問(wèn)題的發(fā)生概率，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于船舶系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要的電氣自動(dòng)化技術(shù)包括以下方面：

1.1 軸帶發(fā)電技術(shù)

船舶屬于高能耗的水上交通工具，其燃料成本占總成本的一半以上，所以，必須加大節(jié)能技術(shù)的研發(fā)力度，其中軸帶發(fā)電技術(shù)就達(dá)到了這一目標(biāo)。軸帶發(fā)電機(jī)主要通過(guò)主軸來(lái)啟動(dòng)，主軸跟著主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并逐步改變速度和頻率。通過(guò)觀察主機(jī)運(yùn)行情況、航行水域特點(diǎn)等來(lái)調(diào)控軸帶發(fā)電機(jī)。通常選擇機(jī)械式恒頻與電氣式恒頻，特別是電氣元件的不斷升級(jí)發(fā)展，當(dāng)前晶閘管逆變模式被廣泛應(yīng)用于軸帶發(fā)電系統(tǒng)。

近年來(lái)，節(jié)能技術(shù)又獲得了全新的發(fā)展，廢氣透平發(fā)電機(jī)引入其中，同軸帶發(fā)電機(jī)一道共同進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，打造出SSG系統(tǒng)，此系統(tǒng)憑借靜止變頻器同電網(wǎng)連接在一起。

當(dāng)船舶航行運(yùn)轉(zhuǎn)耗能上升，廢氣透平發(fā)電機(jī)無(wú)法發(fā)揮有效作用時(shí)，軸帶發(fā)電機(jī)則發(fā)揮供電供能作用；相反，船舶能耗逐漸降低，有余下的功率，那么軸帶發(fā)電組則充當(dāng)電動(dòng)機(jī)來(lái)通過(guò)船舶電網(wǎng)獲得能量，為主機(jī)運(yùn)行提供動(dòng)力，推動(dòng)主機(jī)的持續(xù)運(yùn)行。靜止變頻器中的兩組晶閘管在整流與逆變狀態(tài)下都能發(fā)揮作用。如果軸帶發(fā)電機(jī)發(fā)揮供電供能作用，變頻器就能把軸帶發(fā)電機(jī)的輸出變成恒頻輸出。

當(dāng)軸帶發(fā)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)模式下，變頻器就會(huì)充當(dāng)變頻調(diào)速設(shè)備，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的一切輸出功率都要途徑變頻器來(lái)運(yùn)輸，所以必須選擇功率較大的電氣元件。因?yàn)樽冾l器占地空間大、成本高，同時(shí)功率因素較低，這樣就對(duì)傳統(tǒng)的軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了改造、升級(jí)與優(yōu)化，異步軸帶發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了。

異步軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)主要依靠雙饋異步電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)方法來(lái)維持恒頻穩(wěn)壓，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)控制這一系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息自動(dòng)化控制的功能與效果。

1.2 容錯(cuò)技術(shù)

容錯(cuò)技術(shù)主要是指電氣自動(dòng)化系統(tǒng)工作過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，自身的承受能力，容錯(cuò)技術(shù)的作用表現(xiàn)在：

1.2.1 系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)。當(dāng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)工作過(guò)程中有故障問(wèn)題，在容錯(cuò)技術(shù)的監(jiān)測(cè)下，能夠及時(shí)、精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)并定位故障，并明確故障的類型、特征，再進(jìn)行自動(dòng)化隔離。從而維護(hù)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。

1.2.2 故障控制。在容錯(cuò)技術(shù)支持下，自動(dòng)化系統(tǒng)中的故障問(wèn)題能夠被及時(shí)檢測(cè)與定位，根據(jù)故障的方位、類型等來(lái)選擇解決對(duì)策，對(duì)故障加以分析并處理，以此來(lái)維護(hù)船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的故障處理通常經(jīng)歷以下過(guò)程：故障監(jiān)測(cè)、定位、分析故障性質(zhì)、明確故障單元，使故障信號(hào)變成低電平信號(hào)，并輸送至決策單元，再加以處理，實(shí)際的故障包括以下類型：

故障1：?jiǎn)?dòng)預(yù)備性機(jī)組，從而集中而有效地控制機(jī)組工作的負(fù)荷量。

故障2：同樣啟動(dòng)預(yù)備機(jī)組，再延長(zhǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題機(jī)組的關(guān)閉時(shí)間，從而更加高效、科學(xué)地處理好故障

問(wèn)題。

故障3：切斷故障性機(jī)組的運(yùn)行，再將備用機(jī)組及時(shí)啟動(dòng)。

對(duì)于故障2和3最佳的解決方式就是立即停運(yùn)機(jī)組，直到故障問(wèn)題發(fā)現(xiàn)并解決后，再次啟動(dòng)機(jī)組，也就是說(shuō)如果故障尚未排除，機(jī)組不關(guān)閉可能會(huì)造成故障進(jìn)一步惡化，影響系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

1.3 電力推進(jìn)技術(shù)

電力推進(jìn)技術(shù)屬于一類維護(hù)船舶系統(tǒng)安全運(yùn)行的電子自動(dòng)化技術(shù)，特別是得益于現(xiàn)代社會(huì)中信息技術(shù)、電子技術(shù)、電子設(shè)備等的支持，使得電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣、作用更多。

電力推進(jìn)技術(shù)按照電力傳動(dòng)分類主要包括：交流與直流傳動(dòng)技術(shù)。最近一些年來(lái)，前者獲得了飛快發(fā)展，特別是交流調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，使得交流電力系統(tǒng)獲得了全新的發(fā)展，與直流傳動(dòng)技術(shù)相比，更具優(yōu)勢(shì)地位。能夠極大程度地確保船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的安全、平穩(wěn)工作，提高船舶運(yùn)轉(zhuǎn)的安全水平。

其中交流電力技術(shù)大致包括兩大推進(jìn)系統(tǒng)：LCI，直流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)；CCV，交流無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)。前者是利用變頻器來(lái)達(dá)到同步調(diào)速的功能，達(dá)到從交流→直流→交流的過(guò)程。其中船舶的工作運(yùn)轉(zhuǎn)同調(diào)距螺旋槳之間彼此配合、協(xié)助、協(xié)調(diào)來(lái)工作，船舶實(shí)際的航行中，遇到區(qū)域狹窄、位置閉塞的航道或海灣等，要想依然保持順利通行、暢通無(wú)阻，就要對(duì)交流推動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使其處于最低速工作模式；相反，船舶進(jìn)入面積寬廣的公海海域，則要對(duì)推動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)整，確保其進(jìn)入同步、超同步轉(zhuǎn)換模式。對(duì)于CCV系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則是憑借變頻器的同步調(diào)速來(lái)達(dá)到直流、交流間的變化與轉(zhuǎn)變的，最后打造出交流調(diào)速工作系統(tǒng)。

1.4 電磁兼容技術(shù)

通常來(lái)說(shuō)，船舶會(huì)處于一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，易受天氣、水文等自然條件的影響，導(dǎo)致電磁污染問(wèn)題，運(yùn)用電磁兼容技術(shù)能夠解決這一問(wèn)題，強(qiáng)化船舶的電磁抵御能力。要想保證船舶各項(xiàng)裝置、設(shè)備等的安全、穩(wěn)定，就要加強(qiáng)電磁兼容設(shè)計(jì)，其中必須具備以下條件：（1）出現(xiàn)了干擾源；（2）存在傳輸介質(zhì)；（3）存在敏感的接收單元。所謂的電磁兼容技術(shù)簡(jiǎn)單說(shuō)就是要這三大條件中的任何一個(gè)，從而解除電磁干擾。為了達(dá)到這一目標(biāo)就要加強(qiáng)元件、器件的正確選型，其中要重點(diǎn)控制干擾信號(hào)敏感的元件。

1.5 隔離變壓器技術(shù)

船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)最大的干擾來(lái)自于交流電源，對(duì)其改造優(yōu)化的有效措施就是隔離電氣設(shè)備的變壓器，達(dá)到獨(dú)自提供電能，或者把供電設(shè)備同強(qiáng)電設(shè)備分離，這樣就有效隔離了干擾，船舶電源通過(guò)交流變壓器來(lái)有效過(guò)濾高頻信息，在此基礎(chǔ)上隔離變壓器，從而為自控設(shè)備提供獨(dú)立電源，達(dá)到有效排除干擾的目的。

1.6 RC吸收技術(shù)

因?yàn)榇半姎庀到y(tǒng)具有自動(dòng)化屬性，這其中必然會(huì)關(guān)系到各類電氣裝置，例如繼電器、接觸器等，類似的電氣裝置容易產(chǎn)生電磁干擾現(xiàn)象，針對(duì)這一問(wèn)題應(yīng)選擇RC吸收設(shè)備，這一技術(shù)性能較為穩(wěn)定，不會(huì)隨著電壓的變化而出現(xiàn)不穩(wěn)定的變化問(wèn)題，這樣就解決了電磁干擾問(wèn)題。

2 船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)屬于綜合性、程序性強(qiáng)的技術(shù)類型，從船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、完善都需要特定的自動(dòng)化技術(shù)的支持。在當(dāng)前信息技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等不斷發(fā)展的現(xiàn)代時(shí)期，船舶電氣化系統(tǒng)必將朝著自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。船舶作為聯(lián)系外界的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的傳播、信息的通訊交流，這無(wú)疑確保了船舶的安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

船舶電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠維護(hù)船舶的常規(guī)工作與高效運(yùn)行，必須加大對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的研究力度，不斷優(yōu)化改進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)整合與力量有效發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：胥園（1986-），男，湖北襄陽(yáng)人，江門市南洋船舶工程有限公司助理工程師，研究方向：船舶電氣調(diào)試及項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：陳 倩）endprint