拖网渔船电力推进系统设计研究

黎建勋，赵新颖，周德国

（1.农业部渔业装备与工程重点开放实验室，上海 200092；2.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092）

0 引 言

电力推进技术已成为当今世界船舶工业发展的重要方向[1]。海洋捕捞作为一种高能耗产业，其渔业船舶节能技术研究已受到世界各国越来越多的重视[2]。

36.5 m电力推进拖网渔船是我国首艘独立研发设计的电力推进渔船。该船可根据不同工况选择推进电机及发电机组单机或双机运行，使渔船达到最佳运行和作业状态，提高了发电机组的负载率和燃油效率；采用电站功率管理系统，可提高渔船航行作业的安全性和操纵性。此外，全船照明系统都采用节能照明灯具，设计中充分融入了节能减排的绿色环保理念。

1 电力推进拖网渔船主要性能

该船为钢质、单桨、单舵，电力推进单螺旋桨动力方式，航行于远海航区。

拖网渔船一般需日夜在海上作业，作业海况复杂，且作业工况变化较为频繁，即低速高负荷、高速低负荷、低速低负荷的工况兼而有之，因此对拖网渔船的船舶操纵性要求较高。

主要性能参数见表1。

表1 主要性能参数

2 电力推进系统配置

在国内电力推进系统几乎都被西门子、ABB等跨国企业垄断[3]的现状下，该船电力推进系统配置则选用国产电力推进产品。该船主推进器由2台额定转速为1154r/min的永磁推进电动机驱动，2台变频器选用6脉冲脉宽调制变频器，每台变频器均设有闸刀开关盒，在变频器发生故障时，可通过闸刀开关盒直接向推进电动机配电，此外推进系统还设有无源滤波装置及制动电阻单元，确保电力推进系统的供电安全。

电力推进系统设有推进电动机机旁控制柜和驾驶室控制台电力推进系统遥控单元，可实现推进电机及变频器的各种电源、温度、速度、通信、报警信号的控制；并设有至AC690V主配电板PMS（电站功率管理系统）的负荷限制、功率消耗、变频器运行及故障等信号单元。

推进电机及变频器的主要参数见表2和表3。

表2 推进电动机主要参数

表3 变频器主要参数

3 电站配置与谐波分析

该船主推进系统电压为AC690V，日常负载电压为AC380V 50Hz。AC690V主电站电力负荷及工况见表4，AC400V辅助电站电力负荷及工况见表5。

一般非电力推进船舶电站的负荷率在 85%～90%是合理的，对大容量电力推进船舶电站的负荷率应在95%是合理可行的[4]。因此，根据电力负荷计算和分析，该船配置了2台200kW AC690V 3φ50Hz主柴油发电机组和1台30kW AC400V 3φ50Hz辅柴油发电机组，能满足全船配电需求。

表4 AC690V主电站电力负荷表

表5 AC400V辅助电站电力负荷表

由表4和表5可知，拖网渔船主柴油发电机组在低速航行、进出港工况时，1台主发电机组运行，1台推进电机单机运行；全速航行及拖网、起网工况下，2台主发电机组并车运行，以满足全船配电。当AC380V动力设备用电、AC220V照明及通信设备用电不能满足时，则可使用辅发电机组运行，单独向AC380V动力设备及AC220V设备供电。

该船设AC690V主配电板（MSB）及AC400V辅配电板（MSB1），AC690V主配电板为3屏，汇流排为2段，AC690V主配电板单线图如图1所示。

拖网渔船的主要负载为2台同轴推进电机（1M/2M），分别由1#变频器及2#变频器控制，2台变频器分别配有1只无源滤波器（LC1/LC2）来抑制电网谐波。

主要起网机械为2台电动液压绞纲机，运行在起网工况下，取代了渔船柴油机直接推进船型采用主机柴油机组轴带液压驱动的常规形式。从图1可知，2台55kW电力驱动的液压泵绞纲机，作为大负载也采用AC690V，并采用星三角起动。

该船电力推进系统是根据配置进行谐波分析和计算的，计算结果THD（谐波）值小于5%。

图1 AC690V主配电板单线图

4 电站功率管理系统

对电力推进船舶，最严重的故障就是电站失电[5]，因此，电站的安全及管理至关重要，必须配置功率管理系统来保障全船供电安全。

该船 PMS管理控制模块安装在主配电板上，功率管理系统（PMS）具有发电机备车完毕、发电机二类故障、发电机遥控状态、发电机一类故障、发电机遥控启动/停机、发电机增速/减速和逆功率保护；负载分配、重载询问、过载卸载和负载起动/停止；电网监测、故障监测及报警和根据负载功率自动增机；推进系统信号管理和频率控制等船舶电站管理功能。

5 推进系统的操纵及外部接口

推进系统控制的主要功能是对不同工况下的变化负载进行最佳的动态控制，从而保证系统的最佳性能和安全运行[6]。36.5m电力推进拖网渔船推进系统可实现驾驶室、机旁控制。

在驾驶室驾控台上设有驾控台推进系统遥控单元，该遥控单元上设有推进系统双机选择、就地控制确认信号、遥控确认信号、1#/2#变频器运行开关信号、复位开关信号、急停开关信号、1#/2#推进电机速度控制信号、变频器工作电源和推进系统PLC（可编程逻辑控制器）AC220V工作电源等控制及电源信号，并设有至主配电板PMS电站的1#/2#推进电机负荷限制、功率消耗，变频器运行及故障等控制信号。

在机舱设有推进系统机旁控制柜，该控制单元主要设有至推进系统 1#/2#闸刀开关盒的电流传感、主电路绝缘监测信号，至1#/2#推进电机、1#/2#变频器、主发电机组、驾控台推进系统及PMS电站的各种电源、控制及网络通信信号。

该船电力推进系统与机舱监测报警系统设有外部接口。机舱监测报警系统由设在机舱具有声光报警功能的一只机舱监测报警箱组成。该报警箱对主配电板、主/辅发电机组、推进变频器、推进电机及各类负载的运行状态等各种监测报警信号进行采集，并通过局域网将各种信号显示在主配电板人机界面中，对整个电力推进系统的工作状态实行实时监测。

6 结 语

在单推进电机运行的经济航行工况下，36.5m电力推进拖网渔船航速达到 9.5kn；在双推进电机运行的全速航行工况下，航速达到12kn；在拖网作业工况下，航速为4.5kn。经测量，在各工况下全船谐波测量THD值均小于5%，满足总体设计要求。

电力推进系统应用于拖网渔船，在船舶的操纵性、节能环保及电站管理方面具有较大的优越性。电力推进拖网渔船的电站管理、推进系统的操纵和电网的谐波抑制是设计中需重点关注的环节。

[1] 陈次祥，唐石清，王良秀，等.电力推进技术下的船舶电站发展[J].舰船科学技术，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] 薛海东，张晓东.电力推进控制系统与监测报警系统网络化浅谈[A].吴斐文.船舶电气系统高新技术论文选集[C].上海：上海汉格自动化工程科技有限公司，2011: 153-157.

[4] 吴斐文，韩 明.电力推进系统参数和形式论证[A].吴斐文.船舶电气系统高新技术论文选集[C].上海：上海汉格自动化工程科技有限公司，2011.

[5] 李 学.综合监测船电力推进系统设计[J].上海造船，2009, (1)：40-42, 76.

[6] 陈 晔，黄建章.电力推进控制系统概述[J].上海造船，2007, (4)：44-45, 53.