船舶电气自动化系统的可靠性保障技术研究

船舶电气自动化系统的可靠性保障技术研究

张梦，黄许强

江苏新扬子造船有限公司，江苏泰州，214500

摘要：电气自动化技术在船舶工业中的应用提高了船舶系统的自动化水平，但是船舶系统中由于集中了大量的电子元件和电气技术设备，也在客观上给船舶系统运行的可靠性带来了一定的风险隐患，因此必须采用抗电磁干扰、增加冗余度等相关保障技术，以提高船舶电气自动化系统运行的稳定性和可靠性。本文将对现阶段船舶工业中应用较为广泛的电气自动化可靠性保障技术进行分析研究，以推动我国船舶技术技术水平的提升，为船舶工业的健康有序发展创造有利条件。

关键词：船舶系统；电气自动化；系统可靠性；保障技术

现代船舶系统中应用了多种电气自动化技术设备，这使得在不同电子元件以及系统设备之间存在相互干扰等问题，不仅会导致船舶自动化系统容易发生故障，而且会对船舶的航行安全产生不利的影响。为有效解决此类问题，必须加强对相关可靠性保障技术的研究，并积极探索保障技术在自动化电气系统中的应用策略，以提高船舶系统整体的稳定性以及可靠性，从而为航行安全提供更加可靠的保障。现阶段在自动化电气系统中主要通过抗电磁干扰技术、容错技术、冗余储备技术以及其他保障技术的应用来保障船舶电气系统自动化控制功能的正常发挥。船舶制造企业以及相关科研人员应结合船舶自动化电气系统特点，合理应用可靠性保障技术手段，以提高系统的冗余度、抗电磁干扰能力以及故障处理能力，有效隔离强干扰设备，充分发挥保障技术应有的作用。

一、自动化船舶电气系统可靠性保障技术概述

在船舶工业中，可靠性保障技术主要是指通过保障技术的应用确保船舶自动化电气系统能够在特定时空范围或者条件下实现稳定可靠运行目标的相关技术方法[1]。因此，可靠性保障技术的应用应贯穿于船舶的设计生产以及航行过程中。目前我国船舶工业在可靠性保障技术方面已经取得了一定的研究成果以及技术应用经验，使得我国船舶制造的整体技术水平有了明显的提升。

二、自动化船舶电气系统可靠性保障技术研究

（一）自动化船舶电气系统冗余处理技术分析

为了保障自动化电气系统运行的可靠性，在船舶工业中还可以应用冗余储备处理技术。所谓冗余储备技术也就是在船舶的自动化电气系统中通过正射并联单元的方式来提高系统的冗余度，从而保障系统运行的稳定性和可靠性。将冗余储备技术应用于船舶自动化电气系统中时，通常应设置3台机组设备作为冗余储备，且各台机组的整体结构以及功能应保持一致，以保证在系统运行机组发生故障时，其他任意一台机组均能够及时启动接入系统，并能够确保系统维持正常运行[2]。同时，船舶自动化电气系统的储备性系统应保持储备单位与内部工作单元间的相对独立性，既要避免不同单元间相互干扰，也要使不同单位能够协同运行。

（二）自动化船舶电气系统抗电磁干扰技术分析

由于船舶运行环境复杂，且容易受到水文条件以及天气变化等因素的影响；同时受空间面积等因素的限制，船舶自动化电气系统往往需要集中安装于有限的空间内，这不仅使得电气设备的运行工况较为复杂，自动化电气系统中的各种电气设备之间存在较强的电磁干扰现象，容易产生电磁污染等问题，而且还会导致系统运行的可靠性下降。一旦船舶的一些强电设备，甚至导航设备在启闭控制中受到电磁干扰而发生故障，就会使船舶出现航向偏离等问题，严重威胁船舶的航向安全，因此在船舶自动化电气系统中应合理应用电磁兼容技术，以提高电气自动化系统的抗电磁干扰能力，确保船舶系统运行稳定可靠。在应用电磁兼容技术时，应首先对船舶自动化电气系统中的电磁污染原进行分析研究，以判断问题成因。通常，当船舶电气系统中有干扰源存在、接收单元的电磁敏感度较高或者有传输介质存在时，都有可能对船舶系统的整体电磁兼容性产生不利的影响[3]。因此应选择兼容性较好的电子元器件的类型、型号，对敏感度较高的元件要采取控制措施，消除传输介质，以增强船舶系统各电气设备的兼容性，达到保障自动化电气系统运行可靠性的目的。

1、自动化船舶电气系统隔离技术分析

交流电源是很多船舶自动化电气系统的主要干扰源，也是影响系统运行可靠性的重要因素，因此应采用变压器隔离技术，通过应用相对独立的变压器设备来为船舶系统提供电力能源，也可以通过应有分离技术分别设置强电设备以及供电设备等方式来达到隔离干扰的目的。由于交流变压器是对船舶自动化电气系统高频信号进行过滤的重要设备，因此应用隔离变压器技术就能够有效提高自控设备电力供应的独立性，从而解决干扰问题，为船舶自动化电气系统运行的可靠性提供了技术保障。

2、自动化船舶电气系统RC吸收技术分析

由于在船舶的自动化电气系统中包括了多个接触器以及继电保护器等设备，彼此之间的电磁干扰较为明显，因此为解决这一问题可以采用RC吸收技术。RC吸收技术在应用稳定性方面具有明显的技术优势，受电压变化等因素的影响较小，是解决电磁干扰、确保船舶自动化电气系统实现稳定可靠运行的重要技术。

3、自动化船舶电气系统传输介质处理技术分析

为提高船舶自动化电气系统运行的可靠性，还可以采用改变传输介质技术来达到控制电磁干扰的目的。例如可以对船舶接受部分船舱与输入部分驾驶室的传输介质进行处理，通过减少输入信号的方式来解决电磁干扰问题。另外也可以采取将输出电路和输入电路分开设置的方式来实现控制电磁干扰目标。

（三）自动化船舶电气系统容错技术分析

为保证船舶自动化电气系统运行的可靠性，船舶工业应积极应用容错保障技术，提高系统的容错性能，使船舶系统能够在发生局部故障时仍保持稳定运行。容错技术一般包括系统故障监测技术以及故障控制技术。其中系统故障监测技术能够对船舶自动化电气系统的运行状态进行动态监测，以便及时准确的发生故障位置，同时对故障点位、类型以及特征自动进行判断分析，并自动采取隔离处理等措施。而故障控制技术则是根据监测技术所判定的故障类型和故障点位等数据信息采取故障控制措施，将故障范围以及故障影响程度控制在设定值域内，以提高船舶系统运行的可靠性以及安全性。应用容错技术处理船舶自动化电气系统故障时，首先对对故障单位加以确定，之后再对故障信号进行转化，并将转化后形成的电信号项决策单元传输，最后由决策单元根据故障类型的不同采取相应的处理方式，例如启动备用机组降低系统运行负荷、启动背贴机组并延时关闭故障机组以及立即关闭故障机组等。容错技术的应用能够对船舶自动化电气系统故障进行准确的判断，并可以自动按照故障类型和特点采取相应的处置方式，以实现对系统故障的高效排查处理，为船舶系统的安全运行提供可靠的保障。

三、总结

可靠性保障技术是确保船舶自动化电气系统运行安全可靠的重要技术。船舶制造企业以及相关科研人员应加强对船舶电气系统的研究，全面分析其自动化电气系统中影响可靠性的主要因素，并根据电气自动化系统特点选择应用相应的可靠性保障技术，以有效提高船舶自动化电气系统的容错能力、抗电磁能力、冗余处理能力以及系统兼容性，科学隔离干扰性较强的电气元件设备，从而为船舶自动化电气系统实现稳定可靠运行提供重要的技术支持，促进我国船舶制造水平的进步。

参考文献：

[1] 刘真, 程方圆. 船舶电气自动化系统可靠性保障技术探究[J]. 船舶物资与市场, 2022(001):029.

[2] 杜晨辉. 浅析基于船舶电气自动化系统可靠性的保障技术[J]. 科学与信息化, 2021, 000(002):P.92-92.

[3] 张杰. 船舶电气自动化系统的可靠性保障技术探寻[J]. 华东科技（综合）, 2021, 000(001):P.1-2.