海洋工程船舶電氣系統(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)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(tǒng)的工作質(zhì)量與電氣自動化系統(tǒng)密切相關(guān)，電氣系統(tǒng)以及設(shè)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(tǒng)和設(shè)備的現(xiàn)狀及展望進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：海洋工程船舶;電氣設(shè)備;現(xiàn)狀;展望

經(jīng)過近十年的努力，海洋工程船舶在我國獲得了極大的發(fā)展。它的發(fā)展促進(jìn)了海洋技術(shù)的提高，實現(xiàn)了造船工藝的革新。伴隨我國振興船舶工業(yè)的戰(zhàn)略，我國開始進(jìn)入海洋油氣發(fā)展的時代。當(dāng)前，我們只有不斷調(diào)整船舶行業(yè)的發(fā)展結(jié)構(gòu)，才能實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)海洋裝備業(yè)的繼續(xù)發(fā)展。

一、海洋工程船舶的概述

隨著海洋工程的發(fā)展其表現(xiàn)出一些顯著的特征：采用動力進(jìn)行定位、依靠電力推進(jìn)、電氣特點呈現(xiàn)中壓電站。目前，該系統(tǒng)逐步呈現(xiàn)自動化，依靠網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行全船的集中控制。油氣資源以及配套船舶設(shè)備構(gòu)成了整個海洋工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)涵蓋范圍較廣，但是其歸類缺乏權(quán)威性。綜合分析船舶的實際設(shè)計和建造情況，不難發(fā)現(xiàn)有將近一半的設(shè)計都是由外國公司設(shè)計的，其中百分之十依靠國內(nèi)與國外的合作，僅僅有百分之四十是國內(nèi)公司單獨設(shè)計的。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)并不能說明我國的設(shè)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(chǎn)生了思維定式，認(rèn)為國外的技術(shù)領(lǐng)先于世界，比較先進(jìn)，所以往往去選擇國外企業(yè)。實際上，我國在落實振興船舶工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略之后設(shè)計水平有了很大的提高，設(shè)計人才的數(shù)量和質(zhì)量也有很大進(jìn)步。所以，當(dāng)務(wù)之急一方面是繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計人才、發(fā)展我國的海洋工業(yè)，另一方面是轉(zhuǎn)變船東的傳統(tǒng)觀念，使他們認(rèn)識到我國技術(shù)的真實發(fā)展水平。

二、海洋工程電氣系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.中壓電氣系統(tǒng)的特征。（1）中壓電氣系統(tǒng)具有不同的接地形式。接地形式是確定中壓電氣系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平和系統(tǒng)運行穩(wěn)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(chǎn)生電弧，可能導(dǎo)致火災(zāi)和過電壓損壞設(shè)備和導(dǎo)致短路，這種故障不容易被發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)生可能會造成十分嚴(yán)重的后果。直接接地形式在發(fā)生故障時會馬上切斷開關(guān)，所以發(fā)生故障的影響最小，但供電不是很穩(wěn)定，通常是通過自動重合閘或雙回路供電來提高供電穩(wěn)定性。高電阻接地形式在發(fā)生接地故障時可以通過開啟零序保護(hù)設(shè)施對接地電流的大小進(jìn)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(tǒng)的船舶不僅需要大功率電力負(fù)載電源，還需要電力推進(jìn)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(fù)載幾乎都要采用變壓器。因為當(dāng)前的電力推進(jìn)負(fù)載或大功率作業(yè)設(shè)備負(fù)載幾乎全為變頻調(diào)速驅(qū)動控制，船用低壓日用負(fù)載和各種脈波型式的整流都需要采用變壓器，除非電動負(fù)載電機(jī)不是單速驅(qū)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(tǒng)的設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀。中壓電站系統(tǒng)的主要設(shè)備包括發(fā)電機(jī)組、中壓開關(guān)設(shè)備和輔助設(shè)備。第一，最新的應(yīng)用中壓電氣系統(tǒng)船舶大部分采用進(jìn)口的柴油發(fā)動機(jī)作為原動機(jī)組成發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組的型式都比較相似。第二，中壓開關(guān)設(shè)備是中壓電氣系統(tǒng)連接發(fā)電機(jī)和用電負(fù)載的關(guān)鍵設(shè)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(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一致。目前船舶中壓開關(guān)設(shè)備主要依賴于ABB、SIEMENS、GE等國外的著名公司產(chǎn)品的進(jìn)口。但目前的中壓開關(guān)設(shè)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(tǒng)，導(dǎo)致開關(guān)設(shè)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(guān)設(shè)備在應(yīng)用過程中應(yīng)重點解決遮光問題。第三，輔助設(shè)備包括斷路器和保護(hù)設(shè)備。中壓電氣系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，符合相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

三、船舶電氣自動化系統(tǒng)可靠性的保障技術(shù)

1.電磁干擾技術(shù)。海洋工程船舶是主要的海上作業(yè)設(shè)備，電氣設(shè)備的安裝空間受到限制，更重要的是，各類高低壓設(shè)備間距離非?？拷@使得海洋工程船舶在作業(yè)的過程中，電氣設(shè)備之間可能會產(chǎn)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(tǒng)的運行產(chǎn)生影響，我們通過抗電磁干擾技術(shù)海洋工程船舶系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，從而確保船舶系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，這一技術(shù)的保護(hù)原理體現(xiàn)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(tǒng)進(jìn)行單獨供電，以此來有效控制干擾。（2）改變傳輸介質(zhì)。為了抑制電磁干擾，應(yīng)該先找到干擾源，將其屏蔽、掩蓋，或者改變傳輸介質(zhì)等方式來控制電磁干擾條件。（3）阻容吸收設(shè)備。在自動化技術(shù)支持下，各類電氣設(shè)備都被應(yīng)用于船舶系統(tǒng)，當(dāng)各類電氣設(shè)備如接觸器、繼電器等連接于電源系統(tǒng)并進(jìn)行操作時，則可能因為線圈釋放瞬間產(chǎn)生的浪涌脈沖而對某縣敏感的墊子裝置產(chǎn)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(wěn)定性，不容易出現(xiàn)突變現(xiàn)象，進(jìn)而控制電磁干擾問題，同時，也能夠借助并聯(lián)電容抑制和消除諧波，進(jìn)一步遏制電磁干擾問題。

2.電力推進(jìn)技術(shù)。船舶電力推進(jìn)設(shè)備包括以下結(jié)構(gòu)：發(fā)電設(shè)備、輸配電設(shè)備，用電設(shè)備以及控制調(diào)節(jié)設(shè)備。電力推進(jìn)技術(shù)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(yīng)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(jìn)設(shè)備。參照電動機(jī)的種類，電力推進(jìn)設(shè)備則具體包括：吊艙型與機(jī)艙型。實際的傳動系統(tǒng)則依照電源類型分成：直流傳動系統(tǒng)、交流傳動系統(tǒng)，后者相對于前者更加穩(wěn)定、平穩(wěn)，適用范圍更廣，對此必須優(yōu)化調(diào)速系統(tǒng)的選型，目前，交流變頻器調(diào)速系統(tǒng)呈現(xiàn)出高強(qiáng)、快速的發(fā)展勢頭，能夠被深入、有效地用在船舶推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部。

3.自動化報警技術(shù)。機(jī)艙自動化監(jiān)測系統(tǒng)在整個船舶系統(tǒng)內(nèi)部占據(jù)關(guān)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(zhǔn)地記下工作狀態(tài)下的各項設(shè)備，對應(yīng)形成數(shù)據(jù)記錄，并發(fā)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(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動化運行。自動化監(jiān)測技術(shù)正在更新進(jìn)步，例如：綜合監(jiān)測系統(tǒng)得以開發(fā)和運用，能夠更為高效地找到并排除故障，也能科學(xué)地預(yù)測、判斷故障，維持系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)。DCS自動監(jiān)測系統(tǒng)的利用，統(tǒng)一管控系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息，并通過計算機(jī)控制系統(tǒng)來發(fā)出警報，同時也能調(diào)控現(xiàn)場系統(tǒng)的平穩(wěn)工作。

四、展望

許多現(xiàn)實情況顯示國外在海洋工程上已經(jīng)取得了很大成就，然而我國在這一方面的發(fā)展相對不足。這一現(xiàn)象已經(jīng)引起了我國政府以及相關(guān)人士的關(guān)注。我國政府開展了許多關(guān)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(yīng)急船的研究進(jìn)行了很多努力。從目前情況來看，我國已經(jīng)基本能完成船舶的整體設(shè)計，然而在較特殊設(shè)備的設(shè)計上可能會存在技術(shù)難題，這一點需要我國的技術(shù)部門以及研發(fā)部門多溝通交流，提高船舶的設(shè)計能力。此外，我國在電氣設(shè)備以及電氣系統(tǒng)方面還有一定的不足。因此，我國應(yīng)該大力支持創(chuàng)新，努力推動海洋工程的發(fā)展。

海洋工程船舶電氣自動化系統(tǒng)可靠性保障技術(shù)是支持電氣自動化系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，只有保證體系的高度穩(wěn)定、安全運行，才能確保海洋工程船舶在海上作業(yè)時穩(wěn)定可靠同時更高效、更安全地完成更加復(fù)雜多元化的任務(wù)。隨著電氣自動化系統(tǒng)保障技術(shù)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(jìn)一步靠近。

參考文獻(xiàn)：

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