韓耀振 肖海榮

摘 要 電力推進(jìn)船舶因其經(jīng)濟(jì)性高、操縱性好、布局靈活、噪音小等突出優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，而我國(guó)電力推進(jìn)人才缺口極大，因此船舶電力推進(jìn)課程在船舶電子電氣專(zhuān)業(yè)教學(xué)中尤為重要。從課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、教學(xué)模式三個(gè)方面建立完善的課程體系，培養(yǎng)符合就業(yè)要求的電力推進(jìn)本科人才。

關(guān)鍵詞 船舶電力推進(jìn) 船舶電子電氣專(zhuān)業(yè) 課程建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Construction and Teaching Research on Ship Electric

Propulsion Courses of Boats Professional

HAN Yaozhen， XIAO Hairong

（College of Information Science and Electrical Engineering， Shandong Jiaotong University， Ji'nan， Shandong 250357）

Abstract Electric propulsion ship because of its high economy， good maneuverability， flexible layout， low noise and other advantages， in recent years， the rapid development， China's electric propulsion and great talent gap， it is particularly important for marine electric propulsion courses in electrical and electronic professional ships teaching. From the course content， laboratory construction， establish and improve the teaching model three aspects of curriculum， training undergraduates meet the employment requirements of electric propulsion.

Key words marine electric propulsion； ship electronic and electrical professional； course construction

0 前言

以電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳推進(jìn)船舶的方式稱(chēng)為電力推進(jìn)。①隨著電力電子、自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展，造船水平的提高，電力推進(jìn)船舶蓬勃發(fā)展，相比于傳統(tǒng)主機(jī)推進(jìn)方式，船舶電力推進(jìn)主要特點(diǎn)有：節(jié)約空間、布置靈活、增加有效載荷比，減少燃油消耗和環(huán)境污染，提高船舶動(dòng)、靜態(tài)性能等，以上優(yōu)勢(shì)使電力推進(jìn)船舶應(yīng)用日益廣泛，自上世紀(jì)90年代，新建的客輪、渡輪和破冰船約有三分之一采用電力推進(jìn)系統(tǒng)，②并呈逐年上升趨勢(shì)。目前國(guó)外幾家大型船用設(shè)備制造商都推出了各自的電力推進(jìn)系列產(chǎn)品，如ABB公司主導(dǎo)推出的Azipod 全方位吊艙推進(jìn)器，德國(guó)西門(mén)子公司和肖特恩公司聯(lián)合研發(fā)的 SSP 推進(jìn)器，法國(guó) Alstom 公司和瑞典的卡買(mǎi)瓦公司聯(lián)合研制的 Mermaid 吊艙，德國(guó)的 STNATLAS 公司和荷蘭的 John Crane-Lips 公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的Dolphin，2013年中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所承擔(dān)的中國(guó)首套大中型船舶先進(jìn)電力推進(jìn)系統(tǒng)研制成功，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家之一，具有重要的戰(zhàn)略意義?？梢哉f(shuō)，電力推進(jìn)代表了未來(lái)船舶推進(jìn)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。③

采用電力推進(jìn)船舶也具有一些劣勢(shì)，④其中，對(duì)技術(shù)人員專(zhuān)業(yè)技能要求較高是阻礙電力推進(jìn)船舶發(fā)展的重要原因之一。電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備多、電氣關(guān)聯(lián)復(fù)雜，需要技術(shù)人員具備比較全面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，才能維護(hù)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，此外，已于2012年1月生效STCW公約修正案對(duì)船舶電子電氣員知識(shí)要求中包含了船舶電力推進(jìn)方面的內(nèi)容。這就要求必須加強(qiáng)船舶電力推進(jìn)課程教學(xué)，特別是針對(duì)船舶電子電氣（船電）專(zhuān)業(yè)，無(wú)論船電專(zhuān)業(yè)學(xué)生作為船舶電子電氣員上船，還是進(jìn)船廠或制造船舶設(shè)備單位工作，單位中電力推進(jìn)相關(guān)工作非其莫屬。而目前國(guó)內(nèi)船舶電力推進(jìn)技術(shù)的教學(xué)還非常欠缺，據(jù)筆者了解，上海交通大學(xué)針對(duì)研究生開(kāi)設(shè)了30學(xué)時(shí)的電力推進(jìn)選修課，集美大學(xué)有電力推進(jìn)及其控制方向研究生，武漢理工大學(xué)針對(duì)本科輪機(jī)等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)課程，⑤江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院為船電專(zhuān)科學(xué)生開(kāi)設(shè)了船舶電力推進(jìn)課程，其他一些船舶院?；局挥脦讉€(gè)學(xué)時(shí)講解電力推進(jìn)相關(guān)內(nèi)容。

近年來(lái)電力推進(jìn)技術(shù)的中高層次人才欠缺的情況日益嚴(yán)重，山東交通學(xué)院把握機(jī)遇于2008年開(kāi)始針對(duì)船電方向?qū)W生講授電力推進(jìn)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容并逐步完善，而且于2011年獲得山東省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助，建成船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室。本文介紹船舶電力推進(jìn)課程建設(shè)中課程教學(xué)內(nèi)容提煉、實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理、教學(xué)方法等方面內(nèi)容。

1 課程內(nèi)容

針對(duì)船電本科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的船舶電力推進(jìn)課程，性質(zhì)為專(zhuān)業(yè)選修課，課時(shí)數(shù)為40學(xué)時(shí)，其中包含實(shí)驗(yàn)操作8學(xué)時(shí)，課程的主要教學(xué)內(nèi)容如下：

1.1 理論教學(xué)內(nèi)容

（1）船舶電力推進(jìn)概述。主要包括電力推進(jìn)系統(tǒng)的構(gòu)成、分類(lèi)、特點(diǎn)、應(yīng)用、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。（2）電力推進(jìn)系統(tǒng)的組成與原理。船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)主要包括發(fā)電機(jī)組、配電板、推進(jìn)變壓器、變頻器、推進(jìn)電機(jī)、側(cè)推裝置等部分。（3）船舶電力推進(jìn)功率管理系統(tǒng)。功率管理系統(tǒng)概念、結(jié)構(gòu)、主要功能及其實(shí)現(xiàn)原理。主要功能包括機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)、投入、并車(chē)、解列、停機(jī)，發(fā)電機(jī)組起 、停序列設(shè)定，跨接開(kāi)關(guān)控制及聯(lián)鎖保護(hù)功能，重載詢(xún)問(wèn)功能，分級(jí)自動(dòng)卸載功能，系統(tǒng)中低壓回路的過(guò)載 、短路及絕緣監(jiān)測(cè)等保護(hù)功能，功率限制功能，供電的平衡性，人機(jī)界面監(jiān)測(cè)功能。（4）船舶中壓電力系統(tǒng)。中壓電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、 “泰安口”半潛式電力推進(jìn)特種運(yùn)輸船電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式、中壓電力系統(tǒng)的隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)、船舶中壓維護(hù)。（5）吊艙式電力推進(jìn)器結(jié)構(gòu)。吊艙式電力推進(jìn)器的形式、構(gòu)成與特點(diǎn)、推進(jìn)器的水動(dòng)力特性。（6）船舶電力推進(jìn)電機(jī)及其控制原理。推進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)、永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及建模、矢量控制原理、直接轉(zhuǎn)矩控制原理、變頻器應(yīng)用。（7）船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要包括負(fù)荷計(jì)算短路，計(jì)算接地故障、電壓降，瞬態(tài)分析，可靠性分析。（8）船舶電力系統(tǒng)諧波的生成及抑制。包括的內(nèi)容有諧波概念、產(chǎn)生原因、危害、限制標(biāo)準(zhǔn)、分析、抑制方法，無(wú)源濾波、有源濾波原理及裝置。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

船舶電力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)配合理論教學(xué)穿插進(jìn)行，主要包括船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，船舶中壓電力系統(tǒng)啟動(dòng)、并車(chē)、解列，中壓開(kāi)關(guān)柜維護(hù)，電力系統(tǒng)整體推進(jìn)操作實(shí)驗(yàn)，電力推進(jìn)系統(tǒng)各類(lèi)故障設(shè)置及排除。

1.3 課程實(shí)踐

電力推進(jìn)相關(guān)的實(shí)踐活動(dòng)主要包括：每學(xué)期組織船電專(zhuān)業(yè)學(xué)生去黃海造船有限公司參觀電力推進(jìn)船舶建造，每學(xué)年組織學(xué)生申請(qǐng)2～3項(xiàng)船舶電力推進(jìn)相關(guān)的學(xué)校大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，船舶電站實(shí)訓(xùn)期間包含電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)操內(nèi)容，每學(xué)期安排2～3個(gè)電力推進(jìn)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。仍需說(shuō)明，我校有船電方向工程碩士研究生，船舶電力推進(jìn)是專(zhuān)業(yè)必修課，除學(xué)習(xí)前面知識(shí)外，研究生課程內(nèi)容還應(yīng)包括船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)仿真、動(dòng)力定位原理及實(shí)現(xiàn)，船舶電力推進(jìn)電機(jī)控制策略，超導(dǎo)和磁流體電力推進(jìn)，電力推進(jìn)船舶運(yùn)動(dòng)控制等。

2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及管理

在山東省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助下，斥資145萬(wàn)建立了船舶電力推進(jìn)仿真實(shí)驗(yàn)室，本項(xiàng)目的模擬對(duì)象為西門(mén)子（SIEMENS）公司和德國(guó)肖特爾（SHOTTEL）公司聯(lián)合供貨SSP系統(tǒng)。西門(mén)子供貨內(nèi)容主要包括發(fā)電機(jī)（不包括柴油機(jī)部分）、配電板、推進(jìn)變壓器、變頻器和推進(jìn)電機(jī)等電力部分，肖特爾供貨內(nèi)容為全回轉(zhuǎn)舵槳。

全套電力推進(jìn)模擬硬件系統(tǒng)包括：中壓電站、低壓電站、駕駛臺(tái)操作設(shè)備、PS機(jī)旁控制箱、ST機(jī)旁控制箱、SSP吊艙實(shí)物模型，如圖1所示。

圖1 船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室部分圖

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)非常先進(jìn)，在國(guó)內(nèi)院校屈指可數(shù)， 因此對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理及管理人員提出了較高的要求。 要求實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理人員必須具備船上服務(wù)經(jīng)驗(yàn)、碩士以上學(xué)歷、講師以上職稱(chēng)。目前實(shí)驗(yàn)室由一名副教授和一名助教負(fù)責(zé)管理。再者，實(shí)驗(yàn)室必須制定一系列完整的管理和操作規(guī)章并掛于墻面顯著位置，要有完備的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。

至今依托該實(shí)驗(yàn)室，成功申請(qǐng)了省級(jí)科研項(xiàng)目2項(xiàng)，省級(jí)教研項(xiàng)目1項(xiàng)，校級(jí)教研項(xiàng)目1項(xiàng)，有3名碩士生依托實(shí)驗(yàn)室硬件及軟件條件從事科學(xué)研究。452名船電專(zhuān)業(yè)或方向的學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)操作，20余學(xué)生人次開(kāi)展了相關(guān)科技創(chuàng)新項(xiàng)目或畢業(yè)設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，該仿真實(shí)驗(yàn)室的投用，對(duì)船電專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，使其了解和掌握船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的基本工作原理，提高專(zhuān)業(yè)技能，對(duì)培養(yǎng)適應(yīng)船舶智能自動(dòng)化要求的船舶電力推進(jìn)中高級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才起到積極的作用。

3 教學(xué)方法實(shí)踐與探索

對(duì)于該課程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣尤為重要，在最初授課要通過(guò)大量視頻、對(duì)比圖片，尤其是播放中鐵渤海一號(hào)客滾船、電力推進(jìn)的中國(guó)海監(jiān)船南海執(zhí)法視頻，再者，舉例往屆學(xué)生在好的單位從事電力推進(jìn)相關(guān)工作等。在授課方法上，采用多媒體教學(xué)，多用圖形說(shuō)明，少文字?jǐn)⑹?，每次理論課，留出15分鐘時(shí)間讓學(xué)生站在講臺(tái)當(dāng)一回老師，講解通過(guò)課下查閱的電力推進(jìn)相關(guān)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)，廣泛借助網(wǎng)絡(luò)工具，如，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、QQ電力推進(jìn)課程學(xué)習(xí)群，實(shí)時(shí)解答、交流課程知識(shí)。通過(guò)這些措施，絕大部分學(xué)生熟悉了船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)，掌握了船舶電子電氣員考試大綱要求及其他基礎(chǔ)知識(shí)，部分學(xué)生對(duì)電力推進(jìn)有深入的認(rèn)識(shí)，繼續(xù)了相關(guān)的學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，并有一些學(xué)生已經(jīng)或致力于從事電力推進(jìn)相關(guān)工作。

2013年我校船舶電子電氣本科專(zhuān)業(yè)開(kāi)始招生，而不是以前的船電方向，這樣，學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生更加確定，積極主動(dòng)性應(yīng)能有進(jìn)一步提高，因此，下一步教改目標(biāo)是增加在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)比重，只要涉及具體操作或裝置學(xué)習(xí)的都在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展，改進(jìn)學(xué)生課堂講課內(nèi)容及方法，改為3人一組，聯(lián)合制作PPT，精確、圖文并茂地講解電力推進(jìn)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在課程考試方面，進(jìn)一步增大平時(shí)成績(jī)比重至50%，學(xué)生課堂參與的質(zhì)量作為平時(shí)成績(jī)權(quán)重最大的部分。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技發(fā)展，能源危機(jī)及環(huán)境污染的加重，電力推進(jìn)船舶必將在船舶市場(chǎng)中占據(jù)舉足輕重的位置，加強(qiáng)電力推進(jìn)技術(shù)教學(xué)迫在眉睫，本文從課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、教學(xué)模式三個(gè)方面介紹了我校課程體系建設(shè)，實(shí)踐證明，為學(xué)生工作后深入掌握電力推進(jìn)技術(shù)打下了良好基礎(chǔ)。

項(xiàng)目資助：山東交通學(xué)院教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（No.JG201320， No.JG201317， No.1202-112），山東省高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（No.2012314）

注釋

① 湯建華，趙烏恩，楊子龍.船舶綜合電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展思路研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2010（5）：133-138.

② 欒勝利.船舶電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展[J].船電技術(shù)，2009.29（4）：46-49.

③ 陳次祥，唐石青，王良秀，等.電力推進(jìn)技術(shù)下的船舶電站發(fā)展[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2010（8）：30-32.

④ 陳新毅，楊燁.船舶電力推進(jìn)技術(shù)發(fā)展概述[J].中國(guó)水運(yùn)，2008.8（8）：48-49.

⑤ 高海波，陳輝，林治國(guó).船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)課程建設(shè)及教學(xué)實(shí)踐[J].欽州學(xué)院學(xué)報(bào)，2011.26（3）：1-4.