李素美 謝勰 馮先偉 鐘浩權 黃應祥

摘 ? ?要：目前，國內具有電力推進系統(tǒng)集成能力的單位較少，開展對船舶電力推進系統(tǒng)集成裝船技術研究，對提升我國船舶建造核心技術具有重要意義。本文簡要介紹電力推進系統(tǒng)組成，根據我司承建的某型船電力推進系統(tǒng)集成經驗，對其系統(tǒng)原理、設備選型、接口、生產設計、調試和試驗等進行分析研究，可供電力推進系統(tǒng)集成裝船提供參考。

關鍵詞：電力推進系統(tǒng)；集成技術；船舶建造

中圖分類號：U665.1 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Research on Integrated Technology of Electric Propulsion System

Li Sumei， ?Xie Xie ， ?Feng xianwei， ?Zhong Haoquan ， ?HUAng yingxiang

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuiding Co.，Ltd.，Guangzhou 510715 ）

Abstract： At present， there are only a few companies with electric propulsion integration capability in China. Therefore， its of great significance to carry out the research on Marine electric propulsion system integration technology to improve the core technology of Chinas ship construction. This paper briefly introduces the composition of the electric propulsion system. According to the experience of the electric propulsion system integration of a certain type of ship built by our company， the system principle， equipment selection， interface， production design， commissioning and testing are analyzed and studied， which can provide reference for the integrated shipment of the electric propulsion system.

Key words： Electric propulsion system; Integration technology; Ship construction

1 ? ? 前言

隨著電力電子技術快速發(fā)展，電力推進技術在船舶上的安裝越來越廣，特別是海洋工程船舶及對操作靈活性要求較高的船舶。在未來市場，電力推進系統(tǒng)的應用前景廣泛，且不斷嘗試在新的領域推廣。

船舶電力推進系統(tǒng)作為全船的核心系統(tǒng)，具有發(fā)電、輸電、配電、變電、推進、儲能、監(jiān)控和電力管理等功能。目前國內具有電力推進系統(tǒng)集成能力的單位較少，關鍵技術主要掌握在歐美幾個大的設備制造商手里，例如ABB、西門子等。研究船舶電力推進系統(tǒng)集成技術，對提升我國船舶建造核心技術具有重要意義。本文根據我司承建的某型船，對電力推進系統(tǒng)集成裝船技術展開分析研究，總結電力推進系統(tǒng)裝船過程和關鍵技術。

2 ? ? 船舶電力推進系統(tǒng)組成

船舶電力推進系統(tǒng)，一般由發(fā)電機組、電站管理系統(tǒng)、配電板、變壓器、推進控制系統(tǒng)、推進電機、諧波抑制器、監(jiān)控系統(tǒng)和推進器組成，如圖1、圖2所示。

3 ? ?電力推進系統(tǒng)裝船集成技術

3.1 ?系統(tǒng)原理

電力推進系統(tǒng)是船舶電力從發(fā)電到配電，直至推進、控制的全過程綜合系統(tǒng)。在確立了系統(tǒng)的整體方案以后，首先從系統(tǒng)內每一個子系統(tǒng)著手，分解到每一個設備，逐一對其性能指標、設計邏輯、功能需求和接口等原理技術進行分析研究，這個過程一般和系統(tǒng)詳細設計同步進行，或者提前準備。隨著對系統(tǒng)原理的深入分析和研究，可同時完成系統(tǒng)詳細設計圖的繪制和送審工作，為后續(xù)系統(tǒng)安裝施工工藝、接線圖繪制、調試試驗等做好技術和資料的儲備工作。

電力推進系統(tǒng)主要組成：（1）發(fā)電機、推進器，屬市場成熟產品，型號的設備性能和參數固定；（2）配電板，需根據不同的船型設計具體的配置和外形，尤其是開關的選型和參數設定需做計算分析及動態(tài)仿真，是電力推進系統(tǒng)集成的關鍵技術；（3）PMS電站功率管理系統(tǒng)、PCS推進遙控系統(tǒng)以及舵槳匹配，需要根據項目的具體需求設計，是電力推進系統(tǒng)集成技術的關鍵技術。

3.2 ?設備選型

電力推進系統(tǒng)設備選型的過程，也是方案確認的過程，包括主要設備：發(fā)電機、推進電機、變頻器、變壓器、配電板等關鍵參數、型號的論證確認。從全船電力系統(tǒng)總性能、諧波控制要求等出發(fā)，推算出主要設備的參數（功率、形式、轉速等），最終確定型號和數量等。

設備選型需要對產品市場做足夠的數據收集、分類和分析，同時對影響電力推進系統(tǒng)和全船電氣系統(tǒng)的關鍵參數做計算分析甚至動態(tài)模擬，如發(fā)電機超瞬態(tài)阻抗值Xd。

關鍵設備變頻器的選型，對全船電力推進系統(tǒng)甚至全船電氣系統(tǒng)影響重大，最重要的是諧波控制、諧振的規(guī)避和控制方案、成本等。

AFE 變頻技術的優(yōu)點是諧波干凈，節(jié)省空間；缺點是系統(tǒng)成本較貴，易產生諧振。目前AFE 變頻技術在船舶市場占有率比較高，尤其在作業(yè)情況復雜、設備配置較多的海洋工程船舶上使用廣泛。

DFE變頻技術成本低，性能成熟，長期擁有市場占有率優(yōu)勢。

Wartsila前幾年對其LLC電推技術有過大力推廣，也有不少船舶安裝使用，其特點是成本較低，節(jié)省空間，但一般用在690 V及以下電制系統(tǒng)，其變壓器的最大功率在3 000 kVA左右，加上系統(tǒng)內部的用電消耗，日用電壓范圍和推進功率均限制在1 500 kVA，局限性強。

DFE與AFE變頻技術主要性能對比，見表1。

3.3 ? 接口

系統(tǒng)間合理正確的連接，是電力推進系統(tǒng)正常運行的基礎。電力推進系統(tǒng)具有設備多、配置先進、系統(tǒng)復雜等特點，系統(tǒng)之間相互關聯(lián)、相輔相成。在一些較大型的海洋工程船上，一臺機組的接口就有上百個，接口形式多種多樣。接口協(xié)調通常是電力推進系統(tǒng)裝船工作中難度較高和需要重點關注的過程，特別是隨著現代電子技術的逐日發(fā)展和更新，不斷有新的接口形式和類別產生，對電力推進系統(tǒng)內外接口的研究則更為重要。

電力推進系統(tǒng)接口研究，首先從系統(tǒng)和設備的運行機理開始，每一個對內或對外接口都承擔各自不同的責任和功能，常用接口類型有4～20 mA、開關量、PT100、數字接口NEAM0183、profibus、modenbus等。通過接口研究，掌握電力推進系統(tǒng)主要設備接口特點及目標船型具體接口特性，歸類總結接口表，為電力推進系統(tǒng)原理設計、接口協(xié)調、安裝調試及試驗提供基礎數據。

以我司建造的某電力推進船舶為例，電力系統(tǒng)需要與船舶管理系統(tǒng)（PMS）的信息進行交互，配電板提供電源、開關狀態(tài)反饋、報警確認、有功分配、解列、有功分配模式、外部調速設定、匯流排/發(fā)電機電壓、發(fā)電機電流等信號給PMS，PMS將PMS故障、逆功保護、開關合閘/分閘命令、機組負荷高/低/過流等信號給配電板，詳細接口格式及內容見表2。

表2 ?配電板與PMS接口交互清單

另外電力系統(tǒng)還需要與推進器、柴油發(fā)電機系統(tǒng)信息進行交互。

推進器系統(tǒng)將合閘/閘命令、應急停止命令等信號發(fā)送給電力系統(tǒng)的配電板，配電板將開關就緒、開關合閘信號、開關狀態(tài)反饋信號、功率信號、母排頻率、重載允許、預充電等信號反饋給推進器系統(tǒng)，詳細接口格式及內容見表3。

電力系統(tǒng)配電板將柴油發(fā)電機控制模式、啟動命令、停止、加速、減速等信號發(fā)送給柴油發(fā)電機系統(tǒng)，柴油發(fā)電機系統(tǒng)將機組運行、啟動失敗、停車/故障停車狀態(tài)、發(fā)電機的差動互感器信號、、電流測量、電壓測量、勵磁輸出、AVR 供電等信號反饋給電力系統(tǒng)的配電板。詳細接口格式及內容見表4。

3.4 ?生產設計

電力推進系統(tǒng)生產設計研究，主要針對設備安裝工藝、布置要領，特別是有特殊要求的設備，如變頻器安裝環(huán)境、變頻電纜的敷設工藝等；對電力推進系統(tǒng)電纜選型，電纜敷設工藝做通用或專用技術研究，編制電力推進系統(tǒng)施工工藝及作業(yè)指導文件，是電力推進系統(tǒng)集成技術的必要環(huán)節(jié)；主要設備能否合理安裝和布置，會直接影響船舶主要性能；電力推進系統(tǒng)生產設計研究可從設備布置、電纜選型、電纜走向設計、設備安裝技術等方面展開。

3.5 ? 調試、試驗

電力推進系統(tǒng)調試和試驗，在建造廠主要進行碼頭調試和海上航行試驗：碼頭調試主要完成設備接線檢查、單個設備通電調試；海上航行試驗要完成系統(tǒng)功能試驗。對重要設備的調試及軟件設計、邏輯及參數設置，關鍵技術掌握在設備制造商手中，掌握電力推進系統(tǒng)集成技術和主要設備的調試技術，需要從實踐中逐步學習、總結、積累。

4 ? ?結束語

本文主要結合電力推進系統(tǒng)實際裝船經驗，通過對電力推進系統(tǒng)集成裝船關鍵技術的分析和研究，歸納出電力推進系統(tǒng)集成技術研究的思路和方向，為電力推進系統(tǒng)集成裝船技術提供參考。

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