海洋工程船舶电气系统和设备的现状及展望

毕建骄 刘爽

摘 要：海洋工程船舶安全运行以及整个海洋工程系统的工作质量与电气自动化系统密切相关，电气系统以及设备直接影响着船舶整体的功能，本文对海洋工程船舶电气系统和设备的现状及展望进行了分析。

关键词：海洋工程船舶;电气设备;现状;展望

经过近十年的努力，海洋工程船舶在我国获得了极大的发展。它的发展促进了海洋技术的提高，实现了造船工艺的革新。伴随我国振兴船舶工业的战略，我国开始进入海洋油气发展的时代。当前，我们只有不断调整船舶行业的发展结构，才能实现资源的优化配置，促进海洋装备业的继续发展。

一、海洋工程船舶的概述

随着海洋工程的发展其表现出一些显著的特征：采用动力进行定位、依靠电力推进、电气特点呈现中压电站。目前，该系统逐步呈现自动化，依靠网络通信进行全船的集中控制。油气资源以及配套船舶设备构成了整个海洋工程系统。该系统涵盖范围较广，但是其归类缺乏权威性。综合分析船舶的实际设计和建造情况，不难发现有将近一半的设计都是由外国公司设计的，其中百分之十依靠国内与国外的合作，仅仅有百分之四十是国内公司单独设计的。这一现象的出现并不能说明我国的设计水平较差，而主要是受到船东思维观念的影响。不少船东产生了思维定式，认为国外的技术领先于世界，比较先进，所以往往去选择国外企业。实际上，我国在落实振兴船舶工业发展战略之后设计水平有了很大的提高，设计人才的数量和质量也有很大进步。所以，当务之急一方面是继续培养设计人才、发展我国的海洋工业，另一方面是转变船东的传统观念，使他们认识到我国技术的真实发展水平。

二、海洋工程电气系统的应用现状

1.中压电气系统的特征。（1）中压电气系统具有不同的接地形式。接地形式是确定中压电气系统设备绝缘水平和系统运行稳定性的重要因素。此处的接地形式是指中性点的接地形式，包括不接地形式、直接接地形式和高电阻接地形式。这三种接地形式对接地故障的影响大小各不相同。不接地形式的对地电容电流很大，电容电流会在绝缘较弱的地方产生电弧，可能导致火灾和过电压损坏设备和导致短路，这种故障不容易被发现，一旦发生可能会造成十分严重的后果。直接接地形式在发生故障时会马上切断开关，所以发生故障的影响最小，但供电不是很稳定，通常是通过自动重合闸或双回路供电来提高供电稳定性。高电阻接地形式在发生接地故障时可以通过开启零序保护设施对接地电流的大小进行限制，此电流可动作于信号或跳闸，所以该方式对接地故障的影响也较小。（2）使用中压电气系统的船舶不仅需要大功率电力负载电源，还需要电力推进甚至动力定位船舶。因此，采用多段汇流排的供电型式，包括2至7段型汇流排。（3）配电负载几乎都要采用变压器。因为当前的电力推进负载或大功率作业设备负载几乎全为变频调速驱动控制，船用低压日用负载和各种脉波型式的整流都需要采用变压器，除非电动负载电机不是单速驱动器，否则可能没有在线直接启动或降压启动的变压器。

2.中压电气系统的设备应用现状。中压电站系统的主要设备包括发电机组、中压开关设备和辅助设备。第一，最新的应用中压电气系统船舶大部分采用进口的柴油发动机作为原动机组成发电机组，发电机组的型式都比较相似。第二，中压开关设备是中压电气系统连接发电机和用电负载的关键设备，具有十分重要的作用，一般都要求与国际电工委员会（International Electro technicalCommission，简称IEC）相应的技术标准规定一致。目前船舶中压开关设备主要依赖于ABB、SIEMENS、GE等国外的著名公司产品的进口。但目前的中压开关设备都具有一定的短板，即都缺乏类似于低压配电板的板前照明系统，导致开关设备上部被遮挡，光线不足，不利于仪表的查看和实际操作。因此，目前中压开关设备在应用过程中应重点解决遮光问题。第三，辅助设备包括断路器和保护设备。中压电气系统目前主要采用中压真空断路器。中压真空断路器都是可抽出式结构，符合相应的质量标准要求。

三、船舶电气自动化系统可靠性的保障技术

1.电磁干扰技术。海洋工程船舶是主要的海上作业设备，电气设备的安装空间受到限制，更重要的是，各类高低压设备间距离非常靠近，这使得海洋工程船舶在作业的过程中，电气设备之间可能会产生电磁干扰运行。为了能够避免电磁干扰对电气自动化系统的运行产生影响，我们通过抗电磁干扰技术海洋工程船舶系统进行保护，从而确保船舶系统安全、稳定运行，这一技术的保护原理体现为：扰乱或破坏干扰条件中的任意一项，同时，采用适合性的元件，控制接受单元的敏感度。（1）单独隔开变压器。通过隔离变压器能够控制交流电源带来的不良干扰，同时对电气自动化系统进行单独供电，以此来有效控制干扰。（2）改变传输介质。为了抑制电磁干扰，应该先找到干扰源，将其屏蔽、掩盖，或者改变传输介质等方式来控制电磁干扰条件。（3）阻容吸收设备。在自动化技术支持下，各类电气设备都被应用于船舶系统，当各类电气设备如接触器、继电器等连接于电源系统并进行操作时，则可能因为线圈释放瞬间产生的浪涌脉冲而对某县敏感的垫子装置产生干扰，因此需要选择阻容吸收器。合适的阻容吸收器具有相对稳定性，不容易出现突变现象，进而控制电磁干扰问题，同时，也能够借助并联电容抑制和消除谐波，进一步遏制电磁干扰问题。

2.电力推进技术。船舶电力推进设备包括以下结构：发电设备、输配电设备，用电设备以及控制调节设备。电力推进技术适用于各种用途的海洋工程船舶。为了能够拥有更高的响应速度以及更精确的控制精度，大部分海洋工程船舶都使用电力推进设备。参照电动机的种类，电力推进设备则具体包括：吊舱型与机舱型。实际的传动系统则依照电源类型分成：直流传动系统、交流传动系统，后者相对于前者更加穩定、平稳，适用范围更广，对此必须优化调速系统的选型，目前，交流变频器调速系统呈现出高强、快速的发展势头，能够被深入、有效地用在船舶推进系统内部。

3.自动化报警技术。机舱自动化监测系统在整个船舶系统内部占据关键地位，具有自动化的信息记录、存储与输出等功能，例如：自动化、精准地记下工作状态下的各项设备，对应形成数据记录，并发出警报信号，这样一方面削减了人为工作时间与工作量，另一方面也实现了整个系统的自动化运行。自动化监测技术正在更新进步，例如：综合监测系统得以开发和运用，能够更为高效地找到并排除故障，也能科学地预测、判断故障，维持系统的高效运转。DCS自动监测系统的利用，统一管控系统获取的数据信息，并通过计算机控制系统来发出警报，同时也能调控现场系统的平稳工作。

四、展望

许多现实情况显示国外在海洋工程上已经取得了很大成就，然而我国在这一方面的发展相对不足。这一现象已经引起了我国政府以及相关人士的关注。我国政府开展了许多关于海洋工程的研究，从钻井船的研究到半潜船的研究再到深水应急船的研究进行了很多努力。从目前情况来看，我國已经基本能完成船舶的整体设计，然而在较特殊设备的设计上可能会存在技术难题，这一点需要我国的技术部门以及研发部门多沟通交流，提高船舶的设计能力。此外，我国在电气设备以及电气系统方面还有一定的不足。因此，我国应该大力支持创新，努力推动海洋工程的发展。

海洋工程船舶电气自动化系统可靠性保障技术是支持电气自动化系统的先进技术，只有保证体系的高度稳定、安全运行，才能确保海洋工程船舶在海上作业时稳定可靠同时更高效、更安全地完成更加复杂多元化的任务。随着电气自动化系统保障技术的不断更新和升级，海洋工程类船舶一定能够向自动化、智能化、智慧化进一步靠近。

参考文献：

[1] 吴建.海洋工程船舶电气系统及设备的现状及展望[J].上海市造船工程学会2018

[2]傅海.海洋工程船舶的自动化[J].上海造船，2018（4）：39-44.