拖網漁船電力推進系統設計研究

黎建勛，趙新穎，周德國

（1.農業部漁業裝備與工程重點開放實驗室，上海 200092；2.中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，上海 200092）

0 引 言

電力推進技術已成為當今世界船舶工業發展的重要方向[1]。海洋捕撈作為一種高能耗產業，其漁業船舶節能技術研究已受到世界各國越來越多的重視[2]。

36.5 m電力推進拖網漁船是我國首艘獨立研發設計的電力推進漁船。該船可根據不同工況選擇推進電機及發電機組單機或雙機運行，使漁船達到最佳運行和作業狀態，提高了發電機組的負載率和燃油效率；采用電站功率管理系統，可提高漁船航行作業的安全性和操縱性。此外，全船照明系統都采用節能照明燈具，設計中充分融入了節能減排的綠色環保理念。

1 電力推進拖網漁船主要性能

該船為鋼質、單槳、單舵，電力推進單螺旋槳動力方式，航行于遠海航區。

拖網漁船一般需日夜在海上作業，作業海況復雜，且作業工況變化較為頻繁，即低速高負荷、高速低負荷、低速低負荷的工況兼而有之，因此對拖網漁船的船舶操縱性要求較高。

主要性能參數見表1。

表1 主要性能參數

2 電力推進系統配置

在國內電力推進系統幾乎都被西門子、ABB等跨國企業壟斷[3]的現狀下，該船電力推進系統配置則選用國產電力推進產品。該船主推進器由2臺額定轉速為1154r/min的永磁推進電動機驅動，2臺變頻器選用6脈沖脈寬調制變頻器，每臺變頻器均設有閘刀開關盒，在變頻器發生故障時，可通過閘刀開關盒直接向推進電動機配電，此外推進系統還設有無源濾波裝置及制動電阻單元，確保電力推進系統的供電安全。

電力推進系統設有推進電動機機旁控制柜和駕駛室控制臺電力推進系統遙控單元，可實現推進電機及變頻器的各種電源、溫度、速度、通信、報警信號的控制；并設有至AC690V主配電板PMS（電站功率管理系統）的負荷限制、功率消耗、變頻器運行及故障等信號單元。

推進電機及變頻器的主要參數見表2和表3。

表2 推進電動機主要參數

表3 變頻器主要參數

3 電站配置與諧波分析

該船主推進系統電壓為AC690V，日常負載電壓為AC380V 50Hz。AC690V主電站電力負荷及工況見表4，AC400V輔助電站電力負荷及工況見表5。

一般非電力推進船舶電站的負荷率在 85%～90%是合理的，對大容量電力推進船舶電站的負荷率應在95%是合理可行的[4]。因此，根據電力負荷計算和分析，該船配置了2臺200kW AC690V 3φ50Hz主柴油發電機組和1臺30kW AC400V 3φ50Hz輔柴油發電機組，能滿足全船配電需求。

表4 AC690V主電站電力負荷表

表5 AC400V輔助電站電力負荷表

由表4和表5可知，拖網漁船主柴油發電機組在低速航行、進出港工況時，1臺主發電機組運行，1臺推進電機單機運行；全速航行及拖網、起網工況下，2臺主發電機組并車運行，以滿足全船配電。當AC380V動力設備用電、AC220V照明及通信設備用電不能滿足時，則可使用輔發電機組運行，單獨向AC380V動力設備及AC220V設備供電。

該船設AC690V主配電板（MSB）及AC400V輔配電板（MSB1），AC690V主配電板為3屏，匯流排為2段，AC690V主配電板單線圖如圖1所示。

拖網漁船的主要負載為2臺同軸推進電機（1M/2M），分別由1#變頻器及2#變頻器控制，2臺變頻器分別配有1只無源濾波器（LC1/LC2）來抑制電網諧波。

主要起網機械為2臺電動液壓絞綱機，運行在起網工況下，取代了漁船柴油機直接推進船型采用主機柴油機組軸帶液壓驅動的常規形式。從圖1可知，2臺55kW電力驅動的液壓泵絞綱機，作為大負載也采用AC690V，并采用星三角起動。

該船電力推進系統是根據配置進行諧波分析和計算的，計算結果THD（諧波）值小于5%。

圖1 AC690V主配電板單線圖

4 電站功率管理系統

對電力推進船舶，最嚴重的故障就是電站失電[5]，因此，電站的安全及管理至關重要，必須配置功率管理系統來保障全船供電安全。

該船 PMS管理控制模塊安裝在主配電板上，功率管理系統（PMS）具有發電機備車完畢、發電機二類故障、發電機遙控狀態、發電機一類故障、發電機遙控啟動/停機、發電機增速/減速和逆功率保護；負載分配、重載詢問、過載卸載和負載起動/停止；電網監測、故障監測及報警和根據負載功率自動增機；推進系統信號管理和頻率控制等船舶電站管理功能。

5 推進系統的操縱及外部接口

推進系統控制的主要功能是對不同工況下的變化負載進行最佳的動態控制，從而保證系統的最佳性能和安全運行[6]。36.5m電力推進拖網漁船推進系統可實現駕駛室、機旁控制。

在駕駛室駕控臺上設有駕控臺推進系統遙控單元，該遙控單元上設有推進系統雙機選擇、就地控制確認信號、遙控確認信號、1#/2#變頻器運行開關信號、復位開關信號、急停開關信號、1#/2#推進電機速度控制信號、變頻器工作電源和推進系統PLC（可編程邏輯控制器）AC220V工作電源等控制及電源信號，并設有至主配電板PMS電站的1#/2#推進電機負荷限制、功率消耗，變頻器運行及故障等控制信號。

在機艙設有推進系統機旁控制柜，該控制單元主要設有至推進系統 1#/2#閘刀開關盒的電流傳感、主電路絕緣監測信號，至1#/2#推進電機、1#/2#變頻器、主發電機組、駕控臺推進系統及PMS電站的各種電源、控制及網絡通信信號。

該船電力推進系統與機艙監測報警系統設有外部接口。機艙監測報警系統由設在機艙具有聲光報警功能的一只機艙監測報警箱組成。該報警箱對主配電板、主/輔發電機組、推進變頻器、推進電機及各類負載的運行狀態等各種監測報警信號進行采集，并通過局域網將各種信號顯示在主配電板人機界面中，對整個電力推進系統的工作狀態實行實時監測。

6 結 語

在單推進電機運行的經濟航行工況下，36.5m電力推進拖網漁船航速達到 9.5kn；在雙推進電機運行的全速航行工況下，航速達到12kn；在拖網作業工況下，航速為4.5kn。經測量，在各工況下全船諧波測量THD值均小于5%，滿足總體設計要求。

電力推進系統應用于拖網漁船，在船舶的操縱性、節能環保及電站管理方面具有較大的優越性。電力推進拖網漁船的電站管理、推進系統的操縱和電網的諧波抑制是設計中需重點關注的環節。

[1] 陳次祥，唐石清，王良秀，等.電力推進技術下的船舶電站發展[J].艦船科學技術，2010, 32(8): 30-32.

[2] Ian Vázquez-Rowe, Diego Iribarren, Almudena Hospido, et a1.Linking fuel consumption and eco-efficiency in fishing vessels[OL].First International Symposium on Fishing Vessel Energy Efficiency E-Fishing, Vigo, Spain,May2010.[2011-9-l5].http://www.e-fishing.eu/paperslist/papers/2Linking_fuel_consumption_and_eco-efficiency_in_fishing_vessels.pdf.

[3] 薛海東，張曉東.電力推進控制系統與監測報警系統網絡化淺談[A].吳斐文.船舶電氣系統高新技術論文選集[C].上海：上海漢格自動化工程科技有限公司，2011: 153-157.

[4] 吳斐文，韓 明.電力推進系統參數和形式論證[A].吳斐文.船舶電氣系統高新技術論文選集[C].上海：上海漢格自動化工程科技有限公司，2011.

[5] 李 學.綜合監測船電力推進系統設計[J].上海造船，2009, (1)：40-42, 76.

[6] 陳 曄，黃建章.電力推進控制系統概述[J].上海造船，2007, (4)：44-45, 53.