船舶电力系统自动化及电机保护设计研究

摘要：船舶运输在国际运输中具有重要地位，船舶电力系统的稳定性和安全性对其运输的安全性具有重要影响，在这一背景下，本文分析了船舶电力系统自动化情况及电机保护设计，包括显示模块、工控机模块、PLC监控执行模块，重点分析自动并车功能。

关键词：船舶电力；系统自动化；电机保护设计

海洋船舶运输具有重要作用，其在运输能力以及成本方面都具有显著的优势，是一种主要的运输方式。船舶电力系统是其一个不可或缺的部分，很多重要的设备都是通过电能实现控制的，所以，这就对电力性能和稳定性提出了更高的要求，电力系统自动化性能就十分重要。以往的船舶电力系统主要是通过人工操作经验，在出现故障时就不能及时有效的进行判断，且对于柴油发电机缺乏保护。尤其是船舶上产生较大的负载，需要并车和土壤出现的欠流、欠壓等问题，需要操作人员能够及时的采取措施应对。

一、船舶电力系统自动化的优势

自动化系统在船舶电力系统中进行应用具有其显著的优势，首先，能够促进系统稳定性的提升，让工作人员工作压力降低；其次，能够做到多种功能，例如，自动并车等，在突然负载增加的时候，能够最快的速度进行自动并车；能够实时的监控发电机，监控系统，包括两种监控方式，一种是离散监控，另一种是集中监控；可以有效的保护发电机，让其使用寿命延长，减少运营上的成本。所以，设计出一套科学、有效的船舶电力自动化系统十分重要，这对船舶运输具有重要意义，能够让其更加稳定的进行运输，而且还能够显著的减少电力系统出现故障的频率。

二、船舶电力系统自动化及电机保护设计

（一）电力自动化系统设计

该系统中包含界面显示、工控机、PLC监控执行3个模块，从图1中能够看到船舶电力自动化系统结构框图。PLC监控执行模块具有监控以及执行的功能，能够对机组运行状态、电流、电压进行监控，还可以对有关的阈值进行设计，这样在有异常情况的时候就可以实现报警。该模块还能够和前面板按钮组合起来，这样就可以通过手动或者是自动化的操作方式管理系统[1]。界面显示模块主要是通过触摸屏来达成，和PLC通信可以获得电力系统的工作状态，且将这些信息显示出来。工控机模块可以对几个PLC模块进行管理，对每个PLC模块的执行动作进行有效的协调，通过应用组态开发软件能够做到监控以及执行功能，能够把异常的情况记录下来，并进行报警。

本文设计的电力自动化系统需要控制的PLC系统有两个，PLC和工控机间利用RS485通信，PLC选择适应三菱FX3U，这也是现阶段工业应用中常见的一个PLC产品，其具有多种优势，包括资料齐全、成本低以及可靠性低等，且外部还能够进行模块拓展，让开发难度减小，节省开发系统的时间。

船舶在正常行驶的情况下，一台PLC控制柴油发电机工作，然而为了确保安全，在这一次设计中应用的系统有三套，这是为了防范一些情况，首先，在电力系统负载较大的情况下，一台柴油发电机是无法满足需求的；其次，在一套或者是两套发电机系统不能正常工作的情况下。在出现第一个问题时，就可以让两台柴油发电机系统一起进行工作，在出现第二个问题时，就可以使用第三套系统工作，确保有一个系统能够正常工作。

电力自动化系统就是在出现异常情况下能够自动的反应，可以有效的监控船舶电力系统，其具备自动检测功能，能够实时监控系统中的基本参数，在出现上面描述的第一种问题情况下，就会自动检测两台系统的运行频率，在频率一样或者是在设置范围内的情况下才可以做到同步工作，系统可以做到自动并车功能；另外，其还具有自启动以及报警的功能[2]。在一套系统不能正常工作的情况下，可以自动的启动另一套柴油发电机系统。如果产生不能解决的故障，那么就可以自动断开一些装置连接，这样就可以对自动化系统进行保护，防止故障加重。

（二）电机保护设计

柴油发电机是船舶电力自动化系统中的核心部分，是确保系统运行稳定性的基础，然而在正常运行的情况下，会时常出现欠压、过压以及过流等故障问题，对于这些问题，就需要在系统中相应的做出设置。比如，对于过流保护，这是一种常见的故障，出现这一故障主要就是因为外部设备连接的过程中产生短路的现象，会对柴油发电机的使用寿命造成不利影响，甚至会让发电机烧毁。在设计系统的过程中，针对这一故障就需要设置在短路的时候马上开启动作保护装置，在短路的情况下能够马上自动的将电路断开。对于欠压保护，这一问题是由于外部电路短路或过载严重导致的，欠压会严重危害到发电机，让系统的稳定受到不利影响[3]。通常系统产生这种问题，就需要在设计中采用硬件以及软件的方式进行相应的设置。在硬件方面，要采取调压装置调节，在软件上就需要使用A/D模块对系统电压情况进行检测，通过设置阈值对电压情况进行判断，如果实际的数值比设定的电压值小，那么就会断开主程序，且进行报警。然而船舶在运行的时候外部负载突然变大，但是运行一段时间后负载就会恢复到正常情况，也会让欠压情况消失，所以对有没有出现欠压进行判定时就需要设定一个延时，在此基础上再次进行判断，有效的进行辨别。

三、结束语

综上所述，船舶运输是一种很重要的运输方式，要想让船舶运输能够提升稳定性以及安全性，就需要注重应用电力自动化系统，充分发挥出其作用和优势，让船舶稳定的进行运输，这也是当前社会上广泛关注的一个重要问题。

（作者单位：江苏省连云港港口控股集团轮驳分公司）

作者简介：张波（1985～），男，汉族，本科，船舶与海洋工程助理工程师，研究方向为船舶与海洋结构物的设计制造、材料与焊接、涂装、舾装、钢结构、船舶动力装置、船舶辅助设备、甲板机械、船舶电力及自动化系统设备、船舶通信与导航系统等。

参考文献

[1]谢坤，夏伟，胡刚义，易宏.船舶电力综合控制系统研究与开发[J].机电工程.2015.

[2]魏谦，丁迁，万良.船舶电力系统自动化及电机保护设计[J].建筑工程技术与设计.2017（17）.

[3]耿键.船舶高压电站发电机保护的设计与实现[J].大连海事大学.2016.