船舶電力系統自動化及電機保護設計研究

摘要：船舶運輸在國際運輸中具有重要地位，船舶電力系統的穩定性和安全性對其運輸的安全性具有重要影響，在這一背景下，本文分析了船舶電力系統自動化情況及電機保護設計，包括顯示模塊、工控機模塊、PLC監控執行模塊，重點分析自動并車功能。

關鍵詞：船舶電力；系統自動化；電機保護設計

海洋船舶運輸具有重要作用，其在運輸能力以及成本方面都具有顯著的優勢，是一種主要的運輸方式。船舶電力系統是其一個不可或缺的部分，很多重要的設備都是通過電能實現控制的，所以，這就對電力性能和穩定性提出了更高的要求，電力系統自動化性能就十分重要。以往的船舶電力系統主要是通過人工操作經驗，在出現故障時就不能及時有效的進行判斷，且對于柴油發電機缺乏保護。尤其是船舶上產生較大的負載，需要并車和土壤出現的欠流、欠壓等問題，需要操作人員能夠及時的采取措施應對。

一、船舶電力系統自動化的優勢

自動化系統在船舶電力系統中進行應用具有其顯著的優勢，首先，能夠促進系統穩定性的提升，讓工作人員工作壓力降低；其次，能夠做到多種功能，例如，自動并車等，在突然負載增加的時候，能夠最快的速度進行自動并車；能夠實時的監控發電機，監控系統，包括兩種監控方式，一種是離散監控，另一種是集中監控；可以有效的保護發電機，讓其使用壽命延長，減少運營上的成本。所以，設計出一套科學、有效的船舶電力自動化系統十分重要，這對船舶運輸具有重要意義，能夠讓其更加穩定的進行運輸，而且還能夠顯著的減少電力系統出現故障的頻率。

二、船舶電力系統自動化及電機保護設計

（一）電力自動化系統設計

該系統中包含界面顯示、工控機、PLC監控執行3個模塊，從圖1中能夠看到船舶電力自動化系統結構框圖。PLC監控執行模塊具有監控以及執行的功能，能夠對機組運行狀態、電流、電壓進行監控，還可以對有關的閾值進行設計，這樣在有異常情況的時候就可以實現報警。該模塊還能夠和前面板按鈕組合起來，這樣就可以通過手動或者是自動化的操作方式管理系統[1]。界面顯示模塊主要是通過觸摸屏來達成，和PLC通信可以獲得電力系統的工作狀態，且將這些信息顯示出來。工控機模塊可以對幾個PLC模塊進行管理，對每個PLC模塊的執行動作進行有效的協調，通過應用組態開發軟件能夠做到監控以及執行功能，能夠把異常的情況記錄下來，并進行報警。

本文設計的電力自動化系統需要控制的PLC系統有兩個，PLC和工控機間利用RS485通信，PLC選擇適應三菱FX3U，這也是現階段工業應用中常見的一個PLC產品，其具有多種優勢，包括資料齊全、成本低以及可靠性低等，且外部還能夠進行模塊拓展，讓開發難度減小，節省開發系統的時間。

船舶在正常行駛的情況下，一臺PLC控制柴油發電機工作，然而為了確保安全，在這一次設計中應用的系統有三套，這是為了防范一些情況，首先，在電力系統負載較大的情況下，一臺柴油發電機是無法滿足需求的；其次，在一套或者是兩套發電機系統不能正常工作的情況下。在出現第一個問題時，就可以讓兩臺柴油發電機系統一起進行工作，在出現第二個問題時，就可以使用第三套系統工作，確保有一個系統能夠正常工作。

電力自動化系統就是在出現異常情況下能夠自動的反應，可以有效的監控船舶電力系統，其具備自動檢測功能，能夠實時監控系統中的基本參數，在出現上面描述的第一種問題情況下，就會自動檢測兩臺系統的運行頻率，在頻率一樣或者是在設置范圍內的情況下才可以做到同步工作，系統可以做到自動并車功能；另外，其還具有自啟動以及報警的功能[2]。在一套系統不能正常工作的情況下，可以自動的啟動另一套柴油發電機系統。如果產生不能解決的故障，那么就可以自動斷開一些裝置連接，這樣就可以對自動化系統進行保護，防止故障加重。

（二）電機保護設計

柴油發電機是船舶電力自動化系統中的核心部分，是確保系統運行穩定性的基礎，然而在正常運行的情況下，會時常出現欠壓、過壓以及過流等故障問題，對于這些問題，就需要在系統中相應的做出設置。比如，對于過流保護，這是一種常見的故障，出現這一故障主要就是因為外部設備連接的過程中產生短路的現象，會對柴油發電機的使用壽命造成不利影響，甚至會讓發電機燒毀。在設計系統的過程中，針對這一故障就需要設置在短路的時候馬上開啟動作保護裝置，在短路的情況下能夠馬上自動的將電路斷開。對于欠壓保護，這一問題是由于外部電路短路或過載嚴重導致的，欠壓會嚴重危害到發電機，讓系統的穩定受到不利影響[3]。通常系統產生這種問題，就需要在設計中采用硬件以及軟件的方式進行相應的設置。在硬件方面，要采取調壓裝置調節，在軟件上就需要使用A/D模塊對系統電壓情況進行檢測，通過設置閾值對電壓情況進行判斷，如果實際的數值比設定的電壓值小，那么就會斷開主程序，且進行報警。然而船舶在運行的時候外部負載突然變大，但是運行一段時間后負載就會恢復到正常情況，也會讓欠壓情況消失，所以對有沒有出現欠壓進行判定時就需要設定一個延時，在此基礎上再次進行判斷，有效的進行辨別。

三、結束語

綜上所述，船舶運輸是一種很重要的運輸方式，要想讓船舶運輸能夠提升穩定性以及安全性，就需要注重應用電力自動化系統，充分發揮出其作用和優勢，讓船舶穩定的進行運輸，這也是當前社會上廣泛關注的一個重要問題。

（作者單位：江蘇省連云港港口控股集團輪駁分公司）

作者簡介：張波（1985～），男，漢族，本科，船舶與海洋工程助理工程師，研究方向為船舶與海洋結構物的設計制造、材料與焊接、涂裝、舾裝、鋼結構、船舶動力裝置、船舶輔助設備、甲板機械、船舶電力及自動化系統設備、船舶通信與導航系統等。

參考文獻

[1]謝坤，夏偉，胡剛義，易宏.船舶電力綜合控制系統研究與開發[J].機電工程.2015.

[2]魏謙，丁遷，萬良.船舶電力系統自動化及電機保護設計[J].建筑工程技術與設計.2017（17）.

[3]耿鍵.船舶高壓電站發電機保護的設計與實現[J].大連海事大學.2016.