三峡库区1000吨应急抢险打捞起重船电力推进系统设计

刘文达，刘建设

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；）

三峡库区1000吨应急抢险打捞起重船电力推进系统设计

刘文达，刘建设

（武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064；）

本文介绍了三峡库区1000吨应急抢险打捞起重船电力推进系统的组成及功能，着重介绍了变频控制原理及变频器的设计，电推控制系统的系能分析及系统谐波计算结果，电力推进作为一种新型的船舶推进方式，在工程船的应用中越来越凸显其节能及易操控的优势。

电力推进 变频器 系统

0 引言

起重船是一种用于水上起重作业的工程船舶，又称浮吊，浮式起重机。被广泛应用与海上大件吊装，海上及内河救助打捞，桥梁工程建设和港口码头施工等多个领域。工业发展带来的大气污染，使得现今人们对节能减排尤其重视，电推船的节能减排作用由此明显体现出来。本文对三峡库区1000吨应急抢险打捞起重船变频驱动系统做个概要介绍。

1 系统组成

本船设置四套独立的电力推进控制系统分别对两条主推进支路，两条侧推支路单独进行控制。本船设有2套1500 kW主推进器， 2套600 kW，1500 r/min的定螺距管隧式推进器。如图1所示。每套推进进器由1台推进电动机驱动，推进电动机再由一个独立的推进变频器供电和控制，每个推进变频器通过1台推进移相变压器连接到船舶电网。

系统能够监测电力推进驱动系统内所有设备的运行状态，并进行相应的保护动作，确保推进系统的安全运行，推进遥控系统通过电力推进驱动控制系统实现对电力推进驱动系统设备（包括主推进移相变压器、主推进变频器、主推进电机）的操控功能。

变频驱动控制系统的核心控制部件是变频器，推进控制系统。

1.1变频器

变频器由整流电路，逆变电路，制动电阻电路及预充电电路等部分组成。

整流电路安装于整流柜内，主要由整流组件（整流桥主回路）、输入交流熔断器、输入交流电抗器以及输出直流侧熔断器组成。

辅助电路主要由核心的底层管理模块、风机、加热器等组成。

其功能框图如图2：

逆变电路安装于逆变柜中，逆变柜由主要由逆变组件、dv/dt滤波器和辅助电路组成组成。辅助电路主要由核心的底层管理模块、风机、加热器等组成。其功能框图如图3所示。

制动柜不含制动电阻，制动电阻独立于变频器外。制动斩波器包含IGBT组件和驱动板。

为防止主回路上电时产生浪涌电流，需设置预充电电路对变频器直流电容进行预先充电，其电气原理图如图4所示：

1.2推进控制系统

两套电力推进控制系统相互独立，一套控制系统的故障不影响另一套控制系统的正常工作。电力推进驱动控制系统结构图如图5所示。

每套电力推进控制系统采用冗余型PLC，包含两套PLC。两套PLC的CPU、电源和通讯模块相互独立，其中的一套PLC系统为主用控制站，另外一套PLC系统为备用控制站。如图6所示。两套控制站之间通过网络通讯交换数据，并通过硬线进行联锁切换。当主用控制站发生故障时，备用控制站将被自动激活。

2 电力推进系统功能及软件

2.1电力推进系统功能

系统功能具体有如下：

1）推进操作位置和方式

电力推进驱动控制系统的操作地点有驾驶室和就地。就地操作优先级高。系统具有互锁，任一时刻只有一个操作部位有效。

2）控制模式

对推进系统采用两种控制模式：转速控制和功率控制。

在转速控制模式下，通过推进手柄或就地控制箱进行转速给定。在功率控制模式下，操作手柄给出的命令信号为功率参考值，变频器根据此参考值控制推进电机功率。

3）功率限制保护

为了不造成发电机的过载引起电站断电。在功率控制模式下，推进电机的速度和转矩只能在最大限定值范围内变化。

当在网机组发生故障或由于其它原因造成电站可用功率降低时，推进控制系统能够在极短的时间内将变频器的输出功率降低到一个很小的值，既避免推进负载过大而造成的全船失电情况出现，又能保证船舶不失去推进动力保证船舶安全。

4）减速请求和越控

若出现变频器设备某些重要报警或故障后，推进系统自动发出减速请求，系统自动降速，若按下“越控”，则不执行减速。

5）推进系统联锁保护

在推进操作面板上按下“推进系统准备”可进入推进准备状态，在电站准备好、辅机准备好、变频器就绪的情况下可启动电动机进行转速控制，否则系统不允许被启动。

6）推进系统停车

推进系统停车分为三种：正常停车、故障停车、紧急停车。

2.2 控制系统的PLC软件

变频控制系统的 PLC软件设计按照如下的状态图跳转作为控制方法编写。

3 系统分析及谐波计算

交流变频驱动系统机械特性如下：

从交流变频驱动系统的机械特性可以看出，交流变频驱动系统适合工程船低速运行工况下大转矩负荷要求。

单条推进支路对690V电网来说为12脉动整流，两套推进支路同时运行时相当于虚拟24脉动整流。在当前发电机参数前提下，可保证在不带任何滤波器的情况下，配电板的总电压谐波畸变（THD）满足CCS规范的要求。

4 总结

采用变频驱动系统，大大降低燃料消耗，提高船舶的可操作性及可维修性。各系统指标达到并超越船东预期，受到船东好评，之前国内电力推进起重船市场为国外公司垄断，此系统的成功研发，安装及投入使用，加快此船型国产化速度，并可为我国其他采取电力推进系统的工程船舶的设计建造提供一定的参考。

［1]郑元璋，冀路明等. 船舶综合电力推进监控系统研究. 中国航海，2005，（4）：83-86.

［2]俞文胜. 船舶综合电力推进系统综述. 世界海运，2007，30（3）:43-45.

［3]郑明. 自备电站智能控制及优化的设计与实现. 机电技术，2010，33（1）：1-3.

［4]文勇. 350T自航起重船电力推进系统设计. 海洋工程装备与技术，2014， 1（3）.

［5]陈建光. 深海铺管起重船的电力推进控制系统.舰船科学技术， 2010， 32（11）:34-38.

［6]魏伟，付立军. 全电力推进舰船电力系统谐波仿真与实验.船电技术， 2006.

Design of Electric Propulsion System for 1000 -Tons Rescue and Savage Floating Crane in Three Gorges Reservoir Region

Liu Wenda， Liu Jianshe
（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion， Wuhan 430064， China）

In this paper， the constitution of an electric propulsion system for 1000- tons rescue and savage floating crane is presented， the working principle for the converter is introduced， and the harmonic analysis is also mentioned. As a new type of marine propulsion system， it has more and more energy-saving and maneuverability advantages in vessels.

electric propulsion ； converter； system

TM921

A

1003-4862（2016）07-0053-03

2016-04-18

刘文达（1984-），男，工程师。研究方向：自动控制。