船舶綜合電力推進系統特征分析

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摘要：基于船舶綜合電力系統的優勢特點包括自動化、高可靠性、高效率，在全球范圍內，越來越多的國家在船舶制造中采用電力推進系統。闡述船舶綜合電力推進系統及其應用。

關鍵詞：船舶動力；綜合電力推進系統；自動化

引言

當前是一個科技創新時代，我國船舶制造生產行業建設發展要與時俱進，跟上時代前進的腳步。在全球范圍內，一些發達國家早已將綜合電力推進系統應用在艦船中進行服役，而電力推進也從小范圍應用發展到眾多商業船舶應用領域。針對于此，我國船舶生產制造商必須加強對該項技術的創新研究應用工作，促使能夠結合不同類型船舶的動力運行要求，優化設計出電力推進系統，充分發揮出它們的價值作用，全面提升船舶在運行中的機動性與安全可靠性。

1船舶綜合電力推進系統的優勢與特征

船舶綜合電力推進系統的應用優勢特征主要體現為以下幾方面內容：（1）操作靈活可靠。雖然說電力推進系統發動機與機械推進系統的運行可靠性相差不多，但是由于綜合電力推進系統具有數量更少的發動機，這樣能夠一定程度降低其綜合運行管理成本。除此之外，船舶綜合電力推進系統還能夠充分發揮出每個發電機組的最大功效，維持船舶輔機與推進軸的安全可靠運轉，從而具備了更好的可用性。與機械推進系統相比，綜合電力推進系統更為經久耐用，并且綜合電力推進系統裝置平衡性是屬于靜態的[1]，比起傳統機械的輔助系統、軸承以及軸系都更加安全可靠，實踐操作起來更為靈活簡單。（2）系統運行效率高。在以往船舶制造生產中，企業工廠大多采用的是機械系統，該系統設計更為復雜需要涉及大量零部件，維修起來也更加費時費力。而船舶綜合電力推進系統的創新應用能夠保證其設計更加簡單靈活，并且還可以促使具有最大作戰系統效能的甲板裝置優化變得更為容易，管理起來也更加方便。（3）降低船舶運行噪聲。在船舶行駛過程中，其產生的大量噪聲主要是來自發動機各個旋轉部件和推進系統。在船舶傳統機械推進系統設計中，設計人員要保證從發動機到螺旋槳的整個推進鏈條都必須實現精確布置。而現代綜合電力推進系統設計則不一樣，設計人員只需要保證電動機到推進部分的精確布置，對于電力推進系統的其他零部件則可以靈活操作安裝。同時，由于電力推進系統中的動力裝置和推進器電力驅動之間不需要機械連接，這樣就能夠促使有效隔離發動機和發電機的聲信號，最大程度降低船舶運行的振動噪聲。（4）減少人工操作任務量與運行成本低。與傳統機械推進系統相比，船舶綜合電力推進系統創新應用了大量數字化控制與自動化控制技術設備，能夠大大減少人工操作工作任務量，滿足工作人員的相關管理要求。此外，船舶綜合電力推進系統的使用還可以保證獲取到不同推進速度，有效提升船舶行駛過程的能源利用率，幫助企業在最低成本下創造出最大的經濟效益。

2電力推進系統的構成

船舶綜合電力推進系統的構成主要包括了電站、變壓器、變頻器、推進電機、螺旋槳以及監控系統等。電力推進系統的電站通常是由柴油發電機組和主配電板組成的，其能夠為船舶電力推進系統與其他設備持續提供電力能源。當船舶對于電力需求量較大時，那么可以考慮將柴油發電機組換成更大功率的燃氣輪機發電機組。配電板的應用是為了確保電力的合理分配，其電壓額定值通常設置在3.3～11kV范圍內，船舶綜合電力推進系統設計會配以一個6.6kV的電網，該電網的運行頻率控制范圍為50～60Hz。船舶綜合電力推進系統的變速驅動和控制需要依靠于先進的變壓變頻技術[2]。當前交流推進電動機的調速廣泛采用的是變頻調速，其要求交流電機供電的電源可以在同一時間調整即時電壓和頻率。在電力推進系統設計制造中常用的變頻器主要分為三種，分別是同步變頻器、循環變頻器以及脈寬調制變頻器。船舶綜合電力推進系統的推進電動機通常可以分為兩種：①交流電機；②永磁電機。其中交流電機又包括了異步電機和同步電機，異步電機的使用特點是結構簡單、不需要安裝電刷裝置，而同步電機的使用特點則是能夠承受較大外界沖擊、氣隙較大、勵磁損耗偏小。隨著我國永磁電機控制技術的不斷創新完善發展，各種類型船舶電力推進系統開始采用該項電動機技術，其應用功率范圍可以覆蓋從幾百瓦到幾兆瓦。與傳統電機相比較，永磁電機最大的應用優勢是轉矩密度大、功率密度高，通過將其合理應用在電力推進系統中能夠幫助企業降低檢修維護成本，并避免電機產生過大的系統噪聲。

3船舶綜合電力推進系統的應用

綜合電力推進系統可以被應用在任何類型的船舶指在生產中，然而形成最佳電力推進裝置的條件是不能同時具備的。當前綜合電力推進系統通常被設計應用在具有以下特點的船舶上：①具有較大容量的輔助機械船舶。②需要有高度機動性能的船舶。③需要有特殊工作性能的船舶。除此之外，在國內外綜合電力推進系統還被廣泛應用在起重船、挖泥船、渡輪、漁輪、拖輪、領航船以及破冰船等船舶中。從技術角度分析來看，船舶制造生產市場的需求一定程度刺激了電力推進系統的發展，大型變頻調速器的創新研發應用為電力推進發展打下了扎實的技術基礎。（1）船舶綜合電力推進系統的接地設置。為了有效避免對地故障逐漸蔓延成線對線故障，工作人員需要科學采用電站接地操作，即在地與發電機中點之間聯結電抗器，或者是接地變壓器和電阻，從而最終實現接地設置操作目標。其中，電阻接地方式分為了兩種，一種是高電阻接地，一種是低電阻接地。前者高電阻接地能夠促使接地電流要小于5A，該種電阻接地方式應用優勢在于一相接地時系統能夠保證持續運行，通常適用于小于4.16Kv的電站系統[3]。當電站的電壓參數是大于6.6Kv的，那么就需要科學采用低電阻接地方式。在該系統運行過程中，當一相接地會因為其產生過大電容對地電流，從而促使整個系統無法保持正常穩定運行，此時電纜或者故障設備需要在第一時間從系統中進行切除處理。當工作人員采用低電阻接地時需要額外采取增加阻尼的操作，并必須展開對地故障的全面檢測診斷分析作業。（2）船舶綜合電力推進系統的電壓和電流諧波控制。通常，諧波是由波形的非正弦所引起的。如果船舶綜合電力推進系統中安裝設置了電容元件，那么當變流器產生的諧波電流頻率與電網某次諧波頻率吻合時，會造成某次諧波電流幅值的顯著增加，這樣一來就會引發設備出現過熱現象，影響其正常穩定的運行。為了有效降低電力推進系統運行使用過程中的諧波電壓畸變[4]，相關工作人員可以采取以下幾方面措施：①降低發電機電抗。由于諧波電壓的產生是系統內發電機超瞬變電抗上的壓降造成的，所以相關工作人員可以采取降低發電機電抗超瞬變電抗有效減小諧波電壓畸變，雖然這樣做會一定程度加大發電機對對稱短路電流，影響到發電機電壓等級的選擇；②濾波。相關工作人員可以采用濾波降低通過發電機諧波電流的方式，這樣還能夠有效減小發電機的諧波電壓，弊端在于一定程度在增加功率損耗。

4結語

要想保障我國船舶制造行業建設穩定持續的發展，國家政府要大力提倡市場企業加強對綜合電力推進系統的創新研究應用工作。綜合電力推進系統是全球各個國家艦船制造生產發展的核心方向，我國要牢牢把握這一潮流，積極汲取西方發達國家先進設計工作經驗，并創新完善該項技術，提升各項設備的設計制造水平，確保能夠最大程度發揮出綜合推進電力系統在船舶中的價值作用。

參考文獻

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[2]高海波,高孝洪,陳輝.船舶電力推進幾種典型方式的比較[J].航海技術,2006(06):54-57.

[3]繆燕華,吳斐文.海洋工程船綜合電力系統應用綜述[J].船舶,2009,20(01):38-42.

[4]趙紅,郭晨,吳志良.船舶電力推進系統的建模與仿真[J].中國造船,2006(04):51-56.

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[6]郭燚.船舶電力推進雙三相永磁同步電機驅動控制研究[D].上海：上海海事大學,2006.

[7]方宇.船舶電力推進自動控制系統的研究與設計[D].遼寧：大連海事大學,2010.

作者：余國虎 單位：中國艦船研究設計中心