船電專業的船舶電力推進課程建設與教學研究

韓耀振 肖海榮

摘 要 電力推進船舶因其經濟性高、操縱性好、布局靈活、噪音小等突出優點，近年來發展迅速，而我國電力推進人才缺口極大，因此船舶電力推進課程在船舶電子電氣專業教學中尤為重要。從課程內容、實驗室建設、教學模式三個方面建立完善的課程體系，培養符合就業要求的電力推進本科人才。

關鍵詞 船舶電力推進 船舶電子電氣專業 課程建設

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

以電能驅動電動機帶動螺旋槳推進船舶的方式稱為電力推進。①隨著電力電子、自動化技術發展，造船水平的提高，電力推進船舶蓬勃發展，相比于傳統主機推進方式，船舶電力推進主要特點有：節約空間、布置靈活、增加有效載荷比，減少燃油消耗和環境污染，提高船舶動、靜態性能等，以上優勢使電力推進船舶應用日益廣泛，自上世紀90年代，新建的客輪、渡輪和破冰船約有三分之一采用電力推進系統，②并呈逐年上升趨勢。目前國外幾家大型船用設備制造商都推出了各自的電力推進系列產品，如ABB公司主導推出的Azipod 全方位吊艙推進器，德國西門子公司和肖特恩公司聯合研發的 SSP 推進器，法國 Alstom 公司和瑞典的卡買瓦公司聯合研制的 Mermaid 吊艙，德國的 STNATLAS 公司和荷蘭的 John Crane-Lips 公司聯合設計的Dolphin，2013年中國船舶重工集團公司第七一二研究所承擔的中國首套大中型船舶先進電力推進系統研制成功，標志著我國成為世界上少數幾個掌握此項技術的國家之一，具有重要的戰略意義。可以說，電力推進代表了未來船舶推進系統的重要發展方向。③

采用電力推進船舶也具有一些劣勢，④其中，對技術人員專業技能要求較高是阻礙電力推進船舶發展的重要原因之一。電力推進系統設備多、電氣關聯復雜，需要技術人員具備比較全面的專業知識，才能維護系統長期穩定運行，此外，已于2012年1月生效STCW公約修正案對船舶電子電氣員知識要求中包含了船舶電力推進方面的內容。這就要求必須加強船舶電力推進課程教學，特別是針對船舶電子電氣（船電）專業，無論船電專業學生作為船舶電子電氣員上船，還是進船廠或制造船舶設備單位工作，單位中電力推進相關工作非其莫屬。而目前國內船舶電力推進技術的教學還非常欠缺，據筆者了解，上海交通大學針對研究生開設了30學時的電力推進選修課，集美大學有電力推進及其控制方向研究生，武漢理工大學針對本科輪機等專業開設了船舶電力推進系統課程，⑤江蘇海事職業技術學院為船電專科學生開設了船舶電力推進課程，其他一些船舶院校基本只用幾個學時講解電力推進相關內容。

近年來電力推進技術的中高層次人才欠缺的情況日益嚴重，山東交通學院把握機遇于2008年開始針對船電方向學生講授電力推進技術相關內容并逐步完善，而且于2011年獲得山東省教育廳重點實驗室項目資助，建成船舶電力推進系統實驗室。本文介紹船舶電力推進課程建設中課程教學內容提煉、實踐教學開展、實驗室建設與管理、教學方法等方面內容。

1 課程內容

針對船電本科專業開設的船舶電力推進課程，性質為專業選修課，課時數為40學時，其中包含實驗操作8學時，課程的主要教學內容如下：

1.1 理論教學內容

（1）船舶電力推進概述。主要包括電力推進系統的構成、分類、特點、應用、發展現狀及趨勢。（2）電力推進系統的組成與原理。船舶電力推進系統主要包括發電機組、配電板、推進變壓器、變頻器、推進電機、側推裝置等部分。（3）船舶電力推進功率管理系統。功率管理系統概念、結構、主要功能及其實現原理。主要功能包括機組的自動啟動、投入、并車、解列、停機，發電機組起 、停序列設定，跨接開關控制及聯鎖保護功能，重載詢問功能，分級自動卸載功能，系統中低壓回路的過載 、短路及絕緣監測等保護功能，功率限制功能，供電的平衡性，人機界面監測功能。（4）船舶中壓電力系統。中壓電力系統的結構、 “泰安口”半潛式電力推進特種運輸船電力系統的運行模式、中壓電力系統的隔離開關和接地開關、船舶中壓維護。（5）吊艙式電力推進器結構。吊艙式電力推進器的形式、構成與特點、推進器的水動力特性。（6）船舶電力推進電機及其控制原理。推進電機的種類、永磁電動機結構及建模、矢量控制原理、直接轉矩控制原理、變頻器應用。（7）船舶電力推進系統設計。主要包括負荷計算短路，計算接地故障、電壓降，瞬態分析，可靠性分析。（8）船舶電力系統諧波的生成及抑制。包括的內容有諧波概念、產生原因、危害、限制標準、分析、抑制方法，無源濾波、有源濾波原理及裝置。

1.2 實驗內容

船舶電力推進實驗配合理論教學穿插進行，主要包括船舶電力推進系統認識，船舶中壓電力系統啟動、并車、解列，中壓開關柜維護，電力系統整體推進操作實驗，電力推進系統各類故障設置及排除。

1.3 課程實踐

電力推進相關的實踐活動主要包括：每學期組織船電專業學生去黃海造船有限公司參觀電力推進船舶建造，每學年組織學生申請2～3項船舶電力推進相關的學校大學生科技創新項目，船舶電站實訓期間包含電力推進系統實操內容，每學期安排2～3個電力推進畢業設計題目。仍需說明，我校有船電方向工程碩士研究生，船舶電力推進是專業必修課，除學習前面知識外，研究生課程內容還應包括船舶電力推進系統仿真、動力定位原理及實現，船舶電力推進電機控制策略，超導和磁流體電力推進，電力推進船舶運動控制等。

2 實驗室建設及管理

在山東省教育廳重點實驗室項目資助下，斥資145萬建立了船舶電力推進仿真實驗室，本項目的模擬對象為西門子（SIEMENS）公司和德國肖特爾（SHOTTEL）公司聯合供貨SSP系統。西門子供貨內容主要包括發電機（不包括柴油機部分）、配電板、推進變壓器、變頻器和推進電機等電力部分，肖特爾供貨內容為全回轉舵槳。

全套電力推進模擬硬件系統包括：中壓電站、低壓電站、駕駛臺操作設備、PS機旁控制箱、ST機旁控制箱、SSP吊艙實物模型，如圖1所示。

圖1 船舶電力推進系統實驗室部分圖

該實驗系統非常先進，在國內院校屈指可數， 因此對實驗室的管理及管理人員提出了較高的要求。 要求實驗設備的管理人員必須具備船上服務經驗、碩士以上學歷、講師以上職稱。目前實驗室由一名副教授和一名助教負責管理。再者，實驗室必須制定一系列完整的管理和操作規章并掛于墻面顯著位置，要有完備的實驗指導書。

至今依托該實驗室，成功申請了省級科研項目2項，省級教研項目1項，校級教研項目1項，有3名碩士生依托實驗室硬件及軟件條件從事科學研究。452名船電專業或方向的學生進行了實驗操作，20余學生人次開展了相關科技創新項目或畢業設計。實踐證明，該仿真實驗室的投用，對船電專業的學生進行培訓，使其了解和掌握船舶電力推進系統的基本工作原理，提高專業技能，對培養適應船舶智能自動化要求的船舶電力推進中高級專業技術人才起到積極的作用。

3 教學方法實踐與探索

對于該課程，激發學生學習的興趣尤為重要，在最初授課要通過大量視頻、對比圖片，尤其是播放中鐵渤海一號客滾船、電力推進的中國海監船南海執法視頻，再者，舉例往屆學生在好的單位從事電力推進相關工作等。在授課方法上，采用多媒體教學，多用圖形說明，少文字敘述，每次理論課，留出15分鐘時間讓學生站在講臺當一回老師，講解通過課下查閱的電力推進相關的一個知識點，同時，廣泛借助網絡工具，如，學校網絡教學平臺、QQ電力推進課程學習群，實時解答、交流課程知識。通過這些措施，絕大部分學生熟悉了船舶電力推進系統，掌握了船舶電子電氣員考試大綱要求及其他基礎知識，部分學生對電力推進有深入的認識，繼續了相關的學生科技創新活動和畢業設計，并有一些學生已經或致力于從事電力推進相關工作。

2013年我校船舶電子電氣本科專業開始招生，而不是以前的船電方向，這樣，學習該課程的學生更加確定，積極主動性應能有進一步提高，因此，下一步教改目標是增加在實驗室教學比重，只要涉及具體操作或裝置學習的都在實驗室開展，改進學生課堂講課內容及方法，改為3人一組，聯合制作PPT，精確、圖文并茂地講解電力推進的一個知識點。在課程考試方面，進一步增大平時成績比重至50%，學生課堂參與的質量作為平時成績權重最大的部分。

4 結語

隨著科技發展，能源危機及環境污染的加重，電力推進船舶必將在船舶市場中占據舉足輕重的位置，加強電力推進技術教學迫在眉睫，本文從課程內容、實驗室建設、教學模式三個方面介紹了我校課程體系建設，實踐證明，為學生工作后深入掌握電力推進技術打下了良好基礎。

項目資助：山東交通學院教學改革與研究項目（No.JG201320， No.JG201317， No.1202-112），山東省高等學校教學改革研究項目（No.2012314）

注釋

① 湯建華，趙烏恩，楊子龍.船舶綜合電力推進技術發展思路研究[J].艦船科學技術，2010（5）：133-138.

② 欒勝利.船舶電力推進技術的發展[J].船電技術，2009.29（4）：46-49.

③ 陳次祥，唐石青，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（8）：30-32.

④ 陳新毅，楊燁.船舶電力推進技術發展概述[J].中國水運，2008.8（8）：48-49.

⑤ 高海波，陳輝，林治國.船舶電力推進系統課程建設及教學實踐[J].欽州學院學報，2011.26（3）：1-4.