船电专业的船舶电力推进课程建设与教学研究

韩耀振 肖海荣

摘 要 电力推进船舶因其经济性高、操纵性好、布局灵活、噪音小等突出优点，近年来发展迅速，而我国电力推进人才缺口极大，因此船舶电力推进课程在船舶电子电气专业教学中尤为重要。从课程内容、实验室建设、教学模式三个方面建立完善的课程体系，培养符合就业要求的电力推进本科人才。

关键词 船舶电力推进 船舶电子电气专业 课程建设

中图分类号：G424 文献标识码：A

Construction and Teaching Research on Ship Electric

Propulsion Courses of Boats Professional

HAN Yaozhen， XIAO Hairong

（College of Information Science and Electrical Engineering， Shandong Jiaotong University， Ji'nan， Shandong 250357）

Abstract Electric propulsion ship because of its high economy， good maneuverability， flexible layout， low noise and other advantages， in recent years， the rapid development， China's electric propulsion and great talent gap， it is particularly important for marine electric propulsion courses in electrical and electronic professional ships teaching. From the course content， laboratory construction， establish and improve the teaching model three aspects of curriculum， training undergraduates meet the employment requirements of electric propulsion.

Key words marine electric propulsion； ship electronic and electrical professional； course construction

0 前言

以電能驱动电动机带动螺旋桨推进船舶的方式称为电力推进。①随着电力电子、自动化技术发展，造船水平的提高，电力推进船舶蓬勃发展，相比于传统主机推进方式，船舶电力推进主要特点有：节约空间、布置灵活、增加有效载荷比，减少燃油消耗和环境污染，提高船舶动、静态性能等，以上优势使电力推进船舶应用日益广泛，自上世纪90年代，新建的客轮、渡轮和破冰船约有三分之一采用电力推进系统，②并呈逐年上升趋势。目前国外几家大型船用设备制造商都推出了各自的电力推进系列产品，如ABB公司主导推出的Azipod 全方位吊舱推进器，德国西门子公司和肖特恩公司联合研发的 SSP 推进器，法国 Alstom 公司和瑞典的卡买瓦公司联合研制的 Mermaid 吊舱，德国的 STNATLAS 公司和荷兰的 John Crane-Lips 公司联合设计的Dolphin，2013年中国船舶重工集团公司第七一二研究所承担的中国首套大中型船舶先进电力推进系统研制成功，标志着我国成为世界上少数几个掌握此项技术的国家之一，具有重要的战略意义。可以说，电力推进代表了未来船舶推进系统的重要发展方向。③

采用电力推进船舶也具有一些劣势，④其中，对技术人员专业技能要求较高是阻碍电力推进船舶发展的重要原因之一。电力推进系统设备多、电气关联复杂，需要技术人员具备比较全面的专业知识，才能维护系统长期稳定运行，此外，已于2012年1月生效STCW公约修正案对船舶电子电气员知识要求中包含了船舶电力推进方面的内容。这就要求必须加强船舶电力推进课程教学，特别是针对船舶电子电气（船电）专业，无论船电专业学生作为船舶电子电气员上船，还是进船厂或制造船舶设备单位工作，单位中电力推进相关工作非其莫属。而目前国内船舶电力推进技术的教学还非常欠缺，据笔者了解，上海交通大学针对研究生开设了30学时的电力推进选修课，集美大学有电力推进及其控制方向研究生，武汉理工大学针对本科轮机等专业开设了船舶电力推进系统课程，⑤江苏海事职业技术学院为船电专科学生开设了船舶电力推进课程，其他一些船舶院校基本只用几个学时讲解电力推进相关内容。

近年来电力推进技术的中高层次人才欠缺的情况日益严重，山东交通学院把握机遇于2008年开始针对船电方向学生讲授电力推进技术相关内容并逐步完善，而且于2011年获得山东省教育厅重点实验室项目资助，建成船舶电力推进系统实验室。本文介绍船舶电力推进课程建设中课程教学内容提炼、实践教学开展、实验室建设与管理、教学方法等方面内容。

1 课程内容

针对船电本科专业开设的船舶电力推进课程，性质为专业选修课，课时数为40学时，其中包含实验操作8学时，课程的主要教学内容如下：

1.1 理论教学内容

（1）船舶电力推进概述。主要包括电力推进系统的构成、分类、特点、应用、发展现状及趋势。（2）电力推进系统的组成与原理。船舶电力推进系统主要包括发电机组、配电板、推进变压器、变频器、推进电机、侧推装置等部分。（3）船舶电力推进功率管理系统。功率管理系统概念、结构、主要功能及其实现原理。主要功能包括机组的自动启动、投入、并车、解列、停机，发电机组起 、停序列设定，跨接开关控制及联锁保护功能，重载询问功能，分级自动卸载功能，系统中低压回路的过载 、短路及绝缘监测等保护功能，功率限制功能，供电的平衡性，人机界面监测功能。（4）船舶中压电力系统。中压电力系统的结构、 “泰安口”半潜式电力推进特种运输船电力系统的运行模式、中压电力系统的隔离开关和接地开关、船舶中压维护。（5）吊舱式电力推进器结构。吊舱式电力推进器的形式、构成与特点、推进器的水动力特性。（6）船舶电力推进电机及其控制原理。推进电机的种类、永磁电动机结构及建模、矢量控制原理、直接转矩控制原理、变频器应用。（7）船舶电力推进系统设计。主要包括负荷计算短路，计算接地故障、电压降，瞬态分析，可靠性分析。（8）船舶电力系统谐波的生成及抑制。包括的内容有谐波概念、产生原因、危害、限制标准、分析、抑制方法，无源滤波、有源滤波原理及装置。

1.2 实验内容

船舶电力推进实验配合理论教学穿插进行，主要包括船舶电力推进系统认识，船舶中压电力系统启动、并车、解列，中压开关柜维护，电力系统整体推进操作实验，电力推进系统各类故障设置及排除。

1.3 课程实践

电力推进相关的实践活动主要包括：每学期组织船电专业学生去黄海造船有限公司参观电力推进船舶建造，每学年组织学生申请2～3项船舶电力推进相关的学校大学生科技创新项目，船舶电站实训期间包含电力推进系统实操内容，每学期安排2～3个电力推进毕业设计题目。仍需说明，我校有船电方向工程硕士研究生，船舶电力推进是专业必修课，除学习前面知识外，研究生课程内容还应包括船舶电力推进系统仿真、动力定位原理及实现，船舶电力推进电机控制策略，超导和磁流体电力推进，电力推进船舶运动控制等。

2 实验室建设及管理

在山东省教育厅重点实验室项目资助下，斥资145万建立了船舶电力推进仿真实验室，本项目的模拟对象为西门子（SIEMENS）公司和德国肖特尔（SHOTTEL）公司联合供货SSP系统。西门子供货内容主要包括发电机（不包括柴油机部分）、配电板、推进变压器、变频器和推进电机等电力部分，肖特尔供货内容为全回转舵桨。

全套电力推进模拟硬件系统包括：中压电站、低压电站、驾驶台操作设备、PS机旁控制箱、ST机旁控制箱、SSP吊舱实物模型，如图1所示。

图1 船舶电力推进系统实验室部分图

该实验系统非常先进，在国内院校屈指可数， 因此对实验室的管理及管理人员提出了较高的要求。 要求实验设备的管理人员必须具备船上服务经验、硕士以上学历、讲师以上职称。目前实验室由一名副教授和一名助教负责管理。再者，实验室必须制定一系列完整的管理和操作规章并挂于墙面显著位置，要有完备的实验指导书。

至今依托该实验室，成功申请了省级科研项目2项，省级教研项目1项，校级教研项目1项，有3名硕士生依托实验室硬件及软件条件从事科学研究。452名船电专业或方向的学生进行了实验操作，20余学生人次开展了相关科技创新项目或毕业设计。实践证明，该仿真实验室的投用，对船电专业的学生进行培训，使其了解和掌握船舶电力推进系统的基本工作原理，提高专业技能，对培养适应船舶智能自动化要求的船舶电力推进中高级专业技术人才起到积极的作用。

3 教学方法实践与探索

对于该课程，激发学生学习的兴趣尤为重要，在最初授课要通过大量视频、对比图片，尤其是播放中铁渤海一号客滚船、电力推进的中国海监船南海执法视频，再者，举例往届学生在好的单位从事电力推进相关工作等。在授课方法上，采用多媒体教学，多用图形说明，少文字叙述，每次理论课，留出15分钟时间让学生站在讲台当一回老师，讲解通过课下查阅的电力推进相关的一个知识点，同时，广泛借助网络工具，如，学校网络教学平台、QQ电力推进课程学习群，实时解答、交流课程知识。通过这些措施，绝大部分学生熟悉了船舶电力推进系统，掌握了船舶电子电气员考试大纲要求及其他基础知识，部分学生对电力推进有深入的认识，继续了相关的学生科技创新活动和毕业设计，并有一些学生已经或致力于从事电力推进相关工作。

2013年我校船舶电子电气本科专业开始招生，而不是以前的船电方向，这样，学习该课程的学生更加确定，积极主动性应能有进一步提高，因此，下一步教改目标是增加在实验室教学比重，只要涉及具体操作或装置学习的都在实验室开展，改进学生课堂讲课内容及方法，改为3人一组，联合制作PPT，精确、图文并茂地講解电力推进的一个知识点。在课程考试方面，进一步增大平时成绩比重至50%，学生课堂参与的质量作为平时成绩权重最大的部分。

4 结语

随着科技发展，能源危机及环境污染的加重，电力推进船舶必将在船舶市场中占据举足轻重的位置，加强电力推进技术教学迫在眉睫，本文从课程内容、实验室建设、教学模式三个方面介绍了我校课程体系建设，实践证明，为学生工作后深入掌握电力推进技术打下了良好基础。

项目资助：山东交通学院教学改革与研究项目（No.JG201320， No.JG201317， No.1202-112），山东省高等学校教学改革研究项目（No.2012314）

注释

① 汤建华，赵乌恩，杨子龙.船舶综合电力推进技术发展思路研究[J].舰船科学技术，2010（5）：133-138.

② 栾胜利.船舶电力推进技术的发展[J].船电技术，2009.29（4）：46-49.

③ 陈次祥，唐石青，王良秀，等.电力推进技术下的船舶电站发展[J].舰船科学技术，2010（8）：30-32.

④ 陈新毅，杨烨.船舶电力推进技术发展概述[J].中国水运，2008.8（8）：48-49.

⑤ 高海波，陈辉，林治国.船舶电力推进系统课程建设及教学实践[J].钦州学院学报，2011.26（3）：1-4.