船舶电气自动化系统可靠性的保障技术研究

船舶电气自动化系统可靠性的保障技术研究

吴加钊 朱电亚

扬州中远海运重工有限公司 江苏扬州 225211

摘要：本文重点研究了船舶电气自动化系统的可靠性保障技术。通过分析我国船舶电气自动化系统的发展现状和特点，本文详细探讨了防电磁干扰技术、自动化报警技术、容错技术和储备冗余处理技术等关键技术在提高系统可靠性方面的作用和应用。

关键词：船舶电气自动化；可靠性；保障技术研究

引言

在现代航运业中，船舶电气自动化系统扮演着至关重要的角色。随着技术的不断进步，这些系统日益复杂，涵盖了从动力管理到航行控制、从通讯系统到安全监控的广泛功能。船舶电气自动化不仅大幅提高了航运效率，还通过高度精确的控制系统确保了航行安全。然而，这种复杂性也带来了新的挑战，特别是在系统可靠性方面。在恶劣的海洋环境中，任何系统故障都可能导致严重的后果，包括财产损失、环境污染甚至人员伤亡。因此，研究并实施有效的可靠性保障技术成为确保船舶安全运行的重要环节。

1 我国船舶电气自动化系统的发展现状

1.1 技术发展水平

中国的船舶电气自动化系统在技术上已经实现了从基础自动化到高度集成化的转变，以及电推集装箱船的转换。这包括了先进的动力管理系统、集成的导航和通信系统，以及复杂的安全监控系统。通过采用最新的传感器技术、控制算法和数据处理方法，这些系统在提高能效、优化操作和增强安全性方面发挥着重要作用。

1.2 应用范围

船舶电气自动化系统在中国的应用范围广泛，涵盖了从商业运输船只到专业服务船只，从内河航运到远洋航运。这些系统的应用不仅提高了船只的运行效率和安全性，也为船员提供了更为便捷和人性化的操作环境。

1.3 面临的挑战

尽管取得了显著进展，但中国的船舶电气自动化系统仍面临着一系列挑战。首先，技术更新换代快，要求船舶制造商和运营商不断适应新技术，这对于技术人员的培训和设备的维护提出了更高的要求。其次，系统的可靠性和安全性仍然是重要的研究课题，特别是在极端天气条件和复杂海域环境下的性能保证。最后，随着国际航运市场竞争的加剧和环境保护要求的提高，如何在保证性能的同时，实现节能减排，也是当前面临的重要挑战。

2 船舶电气自动化的特点

2.1 高度集成化

现代船舶电气自动化系统表现出高度的集成化特征。这意味着不同的功能模块，如动力控制、导航、通讯和安全监控，都被整合在一个统一的控制系统中。这种集成化不仅提高了系统的效率和可靠性，还使得操作更加便捷。通过集成化设计，船员可以在一个平台上监控和控制船舶的多个方面，极大地提高了操作的效率和准确性。

2.2 操作复杂性

随着技术的发展，船舶电气自动化系统的操作变得越来越复杂。这种复杂性不仅体现在系统内部的多功能和多层次结构上，也体现在对船员操作技能的要求上。为了有效管理和利用这些复杂的系统，船员需要具备相应的技术知识和操作经验。

2.3 环境适应性

船舶电气自动化系统必须能够适应复杂和变化多端的海上环境。这包括对极端天气条件的适应性，如高温、高湿、强风和大浪等。系统的设计和构建需要考虑到这些环境因素，确保在不同的海洋环境下都能稳定运行。

2.4 安全性和可靠性

鉴于船舶运行环境的复杂性和潜在的风险，安全性和可靠性是船舶电气自动化系统的关键特点。系统需要具备故障诊断、应急响应和自动保护等功能，以确保在出现问题时能够迅速做出反应，保障船舶和船员的安全。

3 船舶电气自动化系统可靠性的保障技术

3.1 防电磁干扰技术

3.1.1 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，采用单相供电模式，或者把供电系统同强电设备分隔开来，以此来隔离干扰。船舶电源一般是利用交流变压器来过滤排除一些高频信息，再隔离变压器，从而为自动控制设备供应独立的电源供应，有效控制干扰。

3.1.2 改变传输介质

在船舶电气自动化系统中，传输介质的选择是提高整体性能和可靠性的关键因素。近年来，光纤作为一种先进的传输介质，在这一领域得到了越来越广泛的应用，其带来的优势是多方面的。首先，光纤具有极高的数据传输速度，这对于船舶自动化系统至关重要。系统中的多个部分，如实时监控和控制系统，需要处理和传递大量数据。光纤的高速传输能力确保了信息在系统内部的快速、准确流动，从而提高了系统的响应速度和操作效率。其次，光纤的抗电磁干扰性能也是其在船舶电气自动化系统中得以广泛应用的重要原因。在海上环境中，电磁干扰是一个常见的问题，它可能来源于船舶自身的电气设备或外部环境。光纤传输不受电磁干扰的影响，这保证了数据传输的稳定性和可靠性，减少了系统故障的风险。

3.1.3 RC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，例如：继电器、电源开关等，当电气设备连接于电源系统时，则可能因为受到电弧影响而出现电磁干扰，对此则需要选择RC吸收器，这一设备具有相对稳定性，不容易出现突变现象，进而控制电磁干扰问题，同时，也能够借助电阻来控制电容，进一步遏制电磁干扰。

3.2 自动化报警技术

3.2.1 故障诊断与提前警告

自动化报警系统具备高度的敏感性和精确性，能够监测到船舶系统中的微小变化，如电压波动、温度升高或机械部件的异常运行。通过对这些数据的实时分析，报警系统可以在问题发展成严重故障之前就发出预警，允许船员及时采取措施，从而避免了更大的损失和事故。

3.2.2 事故预防与应急响应

在船舶运行过程中，面对复杂的海洋环境和潜在的安全风险，自动化报警系统不仅可以提前识别问题，还可以指导船员进行有效的应急响应。这包括提供问题诊断、建议的应对措施以及优化的应急路径。此外，高级的报警系统还可以与船舶的自动控制系统联动，如在检测到严重故障时自动调整航向或动力配置，以减轻潜在的影响。

3.3 新能源转换

在当今环保和可持续发展的背景下，将新能源技术应用于船舶电气自动化系统显得尤为重要。这一趋势不仅体现在对传统能源的替代上，更在于它为提高船舶能源效率、降低环境污染提供了新的途径。特别是在电推集装箱船领域，新能源技术的应用已经开始发挥显著作用。

电推集装箱船采用电动驱动系统，相比传统的内燃机驱动方式，这种方法更为环保，能效更高。这种船舶利用电能直接驱动推进器，减少了能源转换过程中的损失，从而提高了整体的能源效率。此外，电推动力系统的使用减少了对化石燃料的依赖，进而降低了温室气体排放和其他污染物的排放。

除了电推动力系统，船舶电气自动化系统中还融入了多种可再生能源技术，如风能和太阳能。这些新能源技术在船舶电气自动化系统中的集成，需要精密的控制和管理系统以确保能源的高效利用。通过先进的电气控制系统，可以实现对各种能源的优化配置和使用，保证船舶在不同运行条件下的能源效率最大化。

3.4 风翼转换技术

风翼转换技术是一种革新性的船舶动力技术，它通过利用风力作为辅助推进力量，显著提高了船舶的能源效率和动力性能。这种技术的基本原理是利用特制的风翼（类似于帆船的帆，但结构更为复杂和高效）来捕捉风力，进而转换为动力。

风翼的设计通常基于空气动力学原理，使之能够在不同风向和风速条件下最大化风力捕获效率。这些风翼通常由轻质但坚固的材料制成，能够自动调整角度以适应不同的风向和风力条件。这种自动调整功能是通过与船舶的电气自动化系统集成实现的，确保了风翼始终处于最佳工作状态。

在风翼与船舶电气自动化系统的集成过程中，关键在于高效的数据收集和处理。系统需要实时监测风速、风向、船舶速度和航向等数据，然后基于这些信息自动调节风翼的角度和位置。这种智能控制不仅提高了风翼的效率，还确保了船舶在不同海况下的稳定性和安全性。

4 结语

总之，本研究强调了高可靠性技术在船舶电气自动化系统中的重要性，并展望了未来技术发展的方向。随着这些技术的持续发展，航运业的安全性和效率有望得到进一步的提升。

参考文献

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[3]李书霖.船舶电气自动化系统可靠性保障技术研究[J].今日自动化, 2023(4):103-105.