船舶电站系统的组成及应用设计

模块七船舶电站教学目标：1、具备根据图纸说明书等资料看懂电站各电力系统的组成、制定维护计划能力。

2、具备船舶电力系统操作、故障分析、故障判断和排除的能力。

第一单元船舶电力系统一、船舶电力系统的组成船舶电力系统是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成并向负载供电的整体。

换句话说，船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载按照一定方式连接的整体，是船舶上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。

其电力系统单线图如图7—1所示。

1．船舶电源装置电源装置是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。

船舶常用的电源装置是发电机组和蓄电池组。

2船舶配电装置配电装置是对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。

根据供电范围和对象的不同，它可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。

3船舶电力网它是全船电缆和电线的总称。

其作用是将各种电源与各种负载接一定关系连接起来。

船舶电力网根据其所连接负载的性质，可分为动力电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。

4负载船舶电力负载即用电设备，按系统大体可分为以下几类：(1)动力装置用辅机：为主机和主锅炉等服务的辅机，如滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等。

(2)甲板机械：包括锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。

(3)舱室辅机：包括生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。

(4)机修机械：包括车床、钻床、电焊机和盘车机等。

(5)冷藏通风：包括空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。

(6)厨房设备：包括电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。

（7）照明设备：包括机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备和航行灯、信号灯以及电风扇等。

（8）弱电设备：包括无线电通信、导航和船内通信设备等。

（9）自动化设备及其他：例如，自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。

由上述不难看出，船舶电力系统的核心（电站）主要是主发电机和主配电板。

这是因为船舶主发电机的控制和监测等功能均由主配电板完成的，这是船舶电站的特征之一。

因为船舶配电的主要功能也是由主配电完成的，所以主配电板是电力系统的主要组成部分，是保证供电质量的关键。

配电装置与电力网是密切相连的，其主要任务是根据各用电设备（负载）的性质和容量便是的选择供电方式、电缆和开关。

电力系统必须合理选择保护装置，对电源（发电机）和用电设备（负载）加以保护，提高电力系统的供电连续性。

二、船舶电力系统的基本参数船舶电力系统的基本参数是指电流种类(电制)、额定电压和额定频率的等级。

选择合适的电气参数，可以保证船舶电力系统的可靠性和稳定性。

1电流种类(电制)船舶电力系统常采用的有交流和直流两种电制。

早期船舶采用直流电制，主要基于直流发电机调压容易、直流配电装置简洁、直流电动机调速平滑等优点。

但直流电制在可靠性、经济性、可维护性方面的缺陷甚多；在20世纪50年代以后，电力电子技术的发展突破了交流电系统的调压、调频、并联运行等一系列难点，使交流电制逐渐占据了主要地位。

除了特殊工程船舶和小型船舶采用直流电力系统或交直流混合电力系统外，几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。

2额定电压等级船舶电力系统额定电压等级的选用直接关系到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸，提高电压利于减少导线中的电流、提高设备功率、减小舱容，利于提高经济性，但是对电气设备的绝缘和安全方面的要求也更高。

世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。

例如，美国、韩国、日本采用450 V、60 Hz的电制，而我国和俄罗斯等均采用400 V、50 Hz 的电制。

随着船舶发展的大型化，目前采用电力推进的商船、滚装船和一些工程船舶电站的容量都比较大(高达几万千瓦)，出现了6 kV、3 3 kV以上中压等级的船舶电站。

采用中压电力系统之后，在保护装置、接地、变压器、配电方式、开关形式、电缆端头的构造和处理方法等都与500 V以下系统有很大的差别。

我国用电设备的额定电压有24 V、110 V、220 V、380 V、1 kV、3 kV、6 kV、10 kV等。

根据电源电压的额定值比同级电力系统用电设备的额定电压高5％左右的原则，发电机的额定电压为115 V、230 v．400 V、1 05 kV、3 15 kV、6.3 kV、10 5 kV等。

我国《钢质海船入级与建造规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为500 V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380 V，照明、生活居室的电热器限制电压为250 V，额定电压为220 V。

3．额定频率等级交流船舶电力系统的额定频率一般沿用各国陆地上的频率标准，我国采用50HZ，西欧、美国采用60HZ。

这里不包括弱电设备所需的特殊频率以及海上平台等特殊设备的电源频率。

三、船舶电力系统的特点与陆地电力系统相比较，船舶电力系统有如下特点：1．船舶电气设备的工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣海上航行时存在着高温、潮湿、盐雾、霉菌、倾斜等不良因素，影响船舶电气设备的寿命及动作的可靠性。

因此要求船舶电站的发电机、电器元件应当进行三防处理（防潮、防霉菌、防盐雾），并具有抗振、抗倾斜的性能，以保证电站运行的可靠性。

2．船舶发电设备与用电设备之间距离很短，相互影响大当电网某一点发生短路（特别是电路设备）就可能直接影响发电站的运行，因此各级船舶电网均应设置短路保护环节，并具有选择性，以保证电站供电的连续性。

3．船舶电站容量相对较小一般万吨级货船电站总容量大约为1 000 kW，正常运行的发电机组是300～500 kW，而某些大容量的电动机容量就可达60—70 kW，与电站容量之比为1：5～1：10。

当大容量电动机起动时，同步发电机的电枢反应去磁效应势必会引起电网电压大幅度下降，发电机组的转速(频率)和电压也会波动厉害，因此要求船舶发电机组要有较大的承受过载和强行励磁的能力，能提高船舶电站运行的稳定性。

四、船舶电力网船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用电负载之间的电缆连线。

因船舶负载的种类和数量颇多，不可能每个负载都直接由主配电板或应急配电板供电．有许多成组用电设备是由区、分配电板供电。

通常，由主配电板直接供电的电网叫一次配电网络；而由区、分配电板供电的网络叫二欢配电网络。

1船舶电力网的分类根据供电电源的不同、负载的性质和用途不同，船舶电力网可分为：(1)动力配电网络。

主要指供电给三相异步电动机负载的电网，也包括供电给380 V三相电热负载的电网。

该网络输送的电能约占全船全部电能的70％左右。

(2)正常照明配电网络。

该电网由照明变压器副边算起通过主配电板中的照明负载屏馈电给各照明分配电板或分电箱，再由各分配电板供电给全船所有舱室及甲板的照明灯具。

对机舱中的照明网络需交又布置，并至少有两个独立的馈电路径．以保证在一个线路有故障时机舱仍有50％的照明负载正常工作；甲板等外部照明电网应能在驾驶台集中控制通断。

(3)应急电网。

当主电源失电时，应急电源自动起动并通过应急电网供电给应急用户。

在主电源正常工作时，应急负载可由主配电板经联络开关供电给应急配电板再经应急电网供电。

(4)小应急电网。

由24 v蓄电池提供的直流电通过小应急电网馈电给小应急照明以及主机操纵台、主配电板前后、锅炉仪表、应急通道出入口处、艇甲板等处的照明，还有助航设备等。

蓄电池的容量应满足小应急用户使用半小时。

(5)弱电网络。

是向全船无线电通信设备、各种助航设备、信号报警系统等用户供电的低压直流电网或中频电网，因其对供电电压、频率等有特殊要求，因此需专门配置蓄电池及变流机组(逆变装置)。

2船舶电网的配电方式（接线方式）电压等级在500V以下的船舶电网，一般采用枝状或环状配电方式，如图7-2单线示意图。

枝状配电方式的每一馈电线均由主配电板直接引出，并且是各自独立的，它只向一个分配电板或一个用电设备供电。

其主要特点是：(1)从主配电板引出的各馈电线路都安装有自动开关，便于集中控制；(2)由于用电设备很多，主配电板需要集中大量的电缆端头和自动开关，不仅电缆耗量多．而且主配电板的尺寸也需相应增大；(3)一旦馈电线路发生故障，则该路的电气设备或分配电板就要停电，因此可靠性较差。

环状配电方式的主馈电线是一个环形闭合回路，它经过串接在主馈电线路上的各个分线盒供电给用电设备或分配电板。

其主要特点是：(1)每一个用电设备均可以从线路的两个方向获得供电，当一路主馈电线路出现故障，另一路仍可以保持供电；(2)可以减少主馈电电缆的数量和长度及主配电板的尺寸；(3)不便于在主配电板上对各馈电线路实行集中控制。

目前．除了少数对供电可靠性要求特别高的军舰和大型客船采用环状电网外，绝大部分船舶都采用枝状配电方式。

随着大型船舶及电力推进方式的船舶越来越多，船舶电网的电压等级在升高，采用3300 V和6600 v中压电网的为数也不少，一般来讲，船舶中压电网配电方式有四种。

采用较多的是枝状和树干状如图7-3(a)和(b)所示，枝状和树干状配电方式结构简单、可靠性不高，对重要负载在故障工况时有失电的可能。

为了提高供电的可靠性，可采用桥状配电或者采用互为备用的桥状综合配电方式，如图7-3(c)和(d)所示，这两种网络不太复杂．但供电的可靠性提高了，只要有一台发电机正常工作．就可保证一些重要设备正常工作。

3．重要负栽的馈电方式船舶重要负载是指那些与船舶航行、货物的保存、船舶及人身安全有关的电气设备。

这些重要负载包括：主机滑油泵、冷却水泵、燃油输送泵、燃油分油机、空压机、循环水泵、锅炉给水泵和风机、舵机、锚机、主机控制装置、导航、通信设备和各种报警装置，对这些设备要求工作可靠．因此在配电时通常采取：(1)主配电板直接供电方式，如舵机、锚机、消防泵、消防自动喷淋系统、无线电电源板、陀螺罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。

(2)两路独立馈电线供电。

某些重要的负载如舵机、航行灯控制箱等。

(3)采用自动分级卸载装器。

在发电机高峰负载时，自动分级卸掉次要负载，以确保重要用电设备的安全和连续供电。

(4)分段汇流排供电方式。

它的供电方式如图7-4所示，船上不少用电设备有两台或两台以上，每一段汇流排上接一台设备，当某一段汇流排上的线路发生故障又未能及时排除时汇流排上的自动开关动作将两段汇流排分开．保证重要设备。