船舶综合电力推进系统特征分析

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摘要：基于船舶综合电力系统的优势特点包括自动化、高可靠性、高效率，在全球范围内，越来越多的国家在船舶制造中采用电力推进系统。阐述船舶综合电力推进系统及其应用。

关键词：船舶动力；综合电力推进系统；自动化

引言

当前是一个科技创新时代，我国船舶制造生产行业建设发展要与时俱进，跟上时代前进的脚步。在全球范围内，一些发达国家早已将综合电力推进系统应用在舰船中进行服役，而电力推进也从小范围应用发展到众多商业船舶应用领域。针对于此，我国船舶生产制造商必须加强对该项技术的创新研究应用工作，促使能够结合不同类型船舶的动力运行要求，优化设计出电力推进系统，充分发挥出它们的价值作用，全面提升船舶在运行中的机动性与安全可靠性。

1船舶综合电力推进系统的优势与特征

船舶综合电力推进系统的应用优势特征主要体现为以下几方面内容：（1）操作灵活可靠。虽然说电力推进系统发动机与机械推进系统的运行可靠性相差不多，但是由于综合电力推进系统具有数量更少的发动机，这样能够一定程度降低其综合运行管理成本。除此之外，船舶综合电力推进系统还能够充分发挥出每个发电机组的最大功效，维持船舶辅机与推进轴的安全可靠运转，从而具备了更好的可用性。与机械推进系统相比，综合电力推进系统更为经久耐用，并且综合电力推进系统装置平衡性是属于静态的[1]，比起传统机械的辅助系统、轴承以及轴系都更加安全可靠，实践操作起来更为灵活简单。（2）系统运行效率高。在以往船舶制造生产中，企业工厂大多采用的是机械系统，该系统设计更为复杂需要涉及大量零部件，维修起来也更加费时费力。而船舶综合电力推进系统的创新应用能够保证其设计更加简单灵活，并且还可以促使具有最大作战系统效能的甲板装置优化变得更为容易，管理起来也更加方便。（3）降低船舶运行噪声。在船舶行驶过程中，其产生的大量噪声主要是来自发动机各个旋转部件和推进系统。在船舶传统机械推进系统设计中，设计人员要保证从发动机到螺旋桨的整个推进链条都必须实现精确布置。而现代综合电力推进系统设计则不一样，设计人员只需要保证电动机到推进部分的精确布置，对于电力推进系统的其他零部件则可以灵活操作安装。同时，由于电力推进系统中的动力装置和推进器电力驱动之间不需要机械连接，这样就能够促使有效隔离发动机和发电机的声信号，最大程度降低船舶运行的振动噪声。（4）减少人工操作任务量与运行成本低。与传统机械推进系统相比，船舶综合电力推进系统创新应用了大量数字化控制与自动化控制技术设备，能够大大减少人工操作工作任务量，满足工作人员的相关管理要求。此外，船舶综合电力推进系统的使用还可以保证获取到不同推进速度，有效提升船舶行驶过程的能源利用率，帮助企业在最低成本下创造出最大的经济效益。

2电力推进系统的构成

船舶综合电力推进系统的构成主要包括了电站、变压器、变频器、推进电机、螺旋桨以及监控系统等。电力推进系统的电站通常是由柴油发电机组和主配电板组成的，其能够为船舶电力推进系统与其他设备持续提供电力能源。当船舶对于电力需求量较大时，那么可以考虑将柴油发电机组换成更大功率的燃气轮机发电机组。配电板的应用是为了确保电力的合理分配，其电压额定值通常设置在3.3～11kV范围内，船舶综合电力推进系统设计会配以一个6.6kV的电网，该电网的运行频率控制范围为50～60Hz。船舶综合电力推进系统的变速驱动和控制需要依靠于先进的变压变频技术[2]。当前交流推进电动机的调速广泛采用的是变频调速，其要求交流电机供电的电源可以在同一时间调整即时电压和频率。在电力推进系统设计制造中常用的变频器主要分为三种，分别是同步变频器、循环变频器以及脉宽调制变频器。船舶综合电力推进系统的推进电动机通常可以分为两种：①交流电机；②永磁电机。其中交流电机又包括了异步电机和同步电机，异步电机的使用特点是结构简单、不需要安装电刷装置，而同步电机的使用特点则是能够承受较大外界冲击、气隙较大、励磁损耗偏小。随着我国永磁电机控制技术的不断创新完善发展，各种类型船舶电力推进系统开始采用该项电动机技术，其应用功率范围可以覆盖从几百瓦到几兆瓦。与传统电机相比较，永磁电机最大的应用优势是转矩密度大、功率密度高，通过将其合理应用在电力推进系统中能够帮助企业降低检修维护成本，并避免电机产生过大的系统噪声。

3船舶综合电力推进系统的应用

综合电力推进系统可以被应用在任何类型的船舶指在生产中，然而形成最佳电力推进装置的条件是不能同时具备的。当前综合电力推进系统通常被设计应用在具有以下特点的船舶上：①具有较大容量的辅助机械船舶。②需要有高度机动性能的船舶。③需要有特殊工作性能的船舶。除此之外，在国内外综合电力推进系统还被广泛应用在起重船、挖泥船、渡轮、渔轮、拖轮、领航船以及破冰船等船舶中。从技术角度分析来看，船舶制造生产市场的需求一定程度刺激了电力推进系统的发展，大型变频调速器的创新研发应用为电力推进发展打下了扎实的技术基础。（1）船舶综合电力推进系统的接地设置。为了有效避免对地故障逐渐蔓延成线对线故障，工作人员需要科学采用电站接地操作，即在地与发电机中点之间联结电抗器，或者是接地变压器和电阻，从而最终实现接地设置操作目标。其中，电阻接地方式分为了两种，一种是高电阻接地，一种是低电阻接地。前者高电阻接地能够促使接地电流要小于5A，该种电阻接地方式应用优势在于一相接地时系统能够保证持续运行，通常适用于小于4.16Kv的电站系统[3]。当电站的电压参数是大于6.6Kv的，那么就需要科学采用低电阻接地方式。在该系统运行过程中，当一相接地会因为其产生过大电容对地电流，从而促使整个系统无法保持正常稳定运行，此时电缆或者故障设备需要在第一时间从系统中进行切除处理。当工作人员采用低电阻接地时需要额外采取增加阻尼的操作，并必须展开对地故障的全面检测诊断分析作业。（2）船舶综合电力推进系统的电压和电流谐波控制。通常，谐波是由波形的非正弦所引起的。如果船舶综合电力推进系统中安装设置了电容元件，那么当变流器产生的谐波电流频率与电网某次谐波频率吻合时，会造成某次谐波电流幅值的显著增加，这样一来就会引发设备出现过热现象，影响其正常稳定的运行。为了有效降低电力推进系统运行使用过程中的谐波电压畸变[4]，相关工作人员可以采取以下几方面措施：①降低发电机电抗。由于谐波电压的产生是系统内发电机超瞬变电抗上的压降造成的，所以相关工作人员可以采取降低发电机电抗超瞬变电抗有效减小谐波电压畸变，虽然这样做会一定程度加大发电机对对称短路电流，影响到发电机电压等级的选择；②滤波。相关工作人员可以采用滤波降低通过发电机谐波电流的方式，这样还能够有效减小发电机的谐波电压，弊端在于一定程度在增加功率损耗。

4结语

要想保障我国船舶制造行业建设稳定持续的发展，国家政府要大力提倡市场企业加强对综合电力推进系统的创新研究应用工作。综合电力推进系统是全球各个国家舰船制造生产发展的核心方向，我国要牢牢把握这一潮流，积极汲取西方发达国家先进设计工作经验，并创新完善该项技术，提升各项设备的设计制造水平，确保能够最大程度发挥出综合推进电力系统在船舶中的价值作用。

参考文献

[1]刘赟,徐绍佐.船舶综合电力推进系统综述[J].柴油机,2004(02):1-3+20.

[2]高海波,高孝洪,陈辉.船舶电力推进几种典型方式的比较[J].航海技术,2006(06):54-57.

[3]缪燕华,吴斐文.海洋工程船综合电力系统应用综述[J].船舶,2009,20(01):38-42.

[4]赵红,郭晨,吴志良.船舶电力推进系统的建模与仿真[J].中国造船,2006(04):51-56.

[5]吴明.船舶电力推进建模及仿真研究[D].湖北：武汉理工大学,2006.

[6]郭燚.船舶电力推进双三相永磁同步电机驱动控制研究[D].上海：上海海事大学,2006.

[7]方宇.船舶电力推进自动控制系统的研究与设计[D].辽宁：大连海事大学,2010.

作者：余国虎 单位：中国舰船研究设计中心