船舶电站自动化课程设计

船舶电站自动化课程设计题目1：船舶电力系统的短路计算设计要求：1短路计算概述在船舶电力系统实际运行中，短路故障是难以避免的。

当船舶电力系统中住配电板的母线或某一干线发生短路时，在母线或某一干线上将出现比正常值大许多倍的短路电流。

在发生短路故障时，系统的总阻抗减小，在短路计算时，一般考虑最严重的短路即金属性短路，故系统阻抗减小的程度仅和短路点在系统中的位置有关，短路点距离电源越近，则系统的总阻抗就越小，短路电流值也就越大。

即使短路时所经理的时间很短，很大的短路电流所产生的机械应力和热效应，也可能使发电机以及其他电气设备受到损坏。

此外，大的短路电流也会使电网电压大为降低，以至用电设备的工作受到影响，例如使正在运转的电动机停止运转。

船舶交流电力系统短路计算目的如下：（１）校核所选用的配电电器的短路接同能力和短路分断能力（２）校核汇流排等元件的电动力稳定性（３）为电力紫铜选择保护的设计和整定提供依据（４）确定是否需要采取必要的限流措施在船舶交流电力系统中有单相接地短路（中性点直接接地系统）、两相相间短路、两相两点接地短路和三相短路。

陆地上110KV及以上电力系统都采用架空电线缆线路且都是中性点直接接地系统、发生单相接地短路的故障率最高；而船舶电力系统大多采用三相绝缘系统，故发生三相对称短路的故障最大，也是我们研究的重点。

至于三相系统发生不对称短路时，其短路电流可按下列原则处理：（1）发生两相短路后第一半周期的短路电流，可取为响应的三相对称短路时短路电流值的0.866倍。

（2）在重型点接地的交流电力系统中，发生单向短路后第一个半周时的最大短路电流，可认为近似等于响应的三相对称短路时的短路电流值。

2短路计算系统统图和相对值2.1短路计算工况的选择短路计算应该选择电力系统短路最严重（数值最大）工况下进行，这个工况应该是：投入发电机的额定功率总和为最大；发电机组处于长期并联运行状态；投入工作的异步电动机负荷额定功率总和为最大；发电机组的其始负荷最大。

短路极端系统图的绘制：短路计算系统图应该根据所选计算共矿和船舶电力一次系统绘图制。

通常采用系统单线图。

计算图中包括：(1)并联工作的发电机(2)用一个等效电动机表示电动机负载。

(3)相应的导电部分，如开关、电器和变压器等。

(4)所选择的短路计算点。

2.2 短路计算点的选择船舶电力系统的短路电流是由系统的所有发电机和电动机的参数以及电路的阻抗决定的，而且和短路点位置有很大关系。

我们选择短路点的原则是应该使该点短路后，流过所选择、整定或校验的电气设备的电流为最大。

2.3 相对值在短路电流实际计算中，电压、电流、阻抗、功率等物理量，通常不用其实际的数值表示，而是采用相对单位值来表示：相对值=某物理量实际值/同一物理量基值在已知或求得相对值只后，也可由上式求得实际值。

它等于相对值与基值的乘积。

在船舶电力系统中的发电机、电动机、变压器等设备，其产品目录参数的相对值是根据该设备的额定值e S 、e U 作为基值而求得的。

如同步发电机的参数d x 、q x 、'q x 、''d x 等都是以额定值e S 、e U 为机智的相对值表示的。

额定值作为基值情况下的相对值为e e u U U = e e i I I = e e s S S = （1）2e e e e z Z Z ZS U == （2） 2e e e er R Z RS U== （3） 2e e eex X Z XS U== （4）上式中下角注有“e ”是表示这些量值是采用额定值作为基值的相对值。

各物理量的相对值乘以100%，便是百分值。

3发电机馈送的短路计算 3.1发电机的对称短路电流为了便于理解和计算，工程上通常近似地将整个过度过程分为三个阶段：超瞬变阶段、瞬变阶段、最后进入稳定。

超瞬态分量按阻尼绕组回路的时间常数T 〞D指数衰减；瞬态分量按励磁染组回路的时间常数T ˊD 指数衰减。

短路电流的最大瞬时值大约在短路后半个周期出现，当发电机的电压频率F=50HZ 时，这个时间约为短路后的0.01S 。

在计算发生三相对称短路后第一个半周的短路电流时，顺态短路电流还没有衰减，可以忽略顺态短路电流的衰减时间常数。

因此当发电机在空载及空载及额定电压VN 情况下，在发电机输出端发生短路时，其超顺态对称短路电流初始值和顺态对称短路电流起始值分别为22''''Ng daI X R=+ (KA) （5）22''Ng daI X R=+ (KA) （6）短路发生后第一个半周时发电机空载对称短路电流为()2''''''dTT acog g g g I I I eI -=-+ (KA) （7）式中N V —— 一次配电系统额定相电压；''d X 、'd X ——分别为发电机直轴超瞬态电抗、瞬态电抗；a R —— 发电机电枢电阻；T —— 交流电周期（50HZ ，T = 0.02S ）； ''d T —— 发电机直轴超瞬态短路时间常数。

2.发电机的短路电流非周期性分量发电机在空载及额定电压N V 当发电机输出端发生短路时，其短路发生后第一个半周期短路电流飞周期分量为22''a T T dcg g I I e -= （KA ） （8）式中 a T ——发电机非周期分量时间常数。

3.发电机的最大非对称短路电流发电机的最大非对称短路电流在短路发生后第一个半周期时出现，其值等于对称短路电流的峰值与短路电流非周期性分量之和，即2pg acog dcg I I I =+ （KA ） （9）4.无阻尼绕组发电机的短路电流无阻尼绕组发电机的短路电流的计算公式，只要将上面公式中发电机参数''d X 、'd X 、''d T 用'd X 、d X 、'd T 代替即可。

5.电动机馈送的短路电流计算 （1）等效电动机各项参数的确定若由电动机的参数资料查得平均等效电动机各项参数分别为'm X 、s R 、'acm T 和dcm T ，则等效电动机相应的各项参数分别为''mM X X q=()m Ω （10） sSR qR=()m Ω （11） 22''M M S Z X R = ()m Ω （12）''acM acm T T = ()ms （13） dcM dcm T T = ()ms （14）式中SR、'MX 、'MZ ——等效电动机定子电阻、瞬态电抗、瞬态阻抗；s R 、'm X ——平均等效电动机定子电阻、瞬态电抗；'acm T 、dcm T ——平均等效电动机瞬态短路时间常数、非周期时间常数； 'acM T 、dcM T ——等效电动机瞬态短路时间常数、非周期时间常数。

（2）等效电动机短路电流的计算当主汇流排电压为额定电压N V ，在电动机出线端发生短路时，其等效电动机短路发生后第一个半周时的短路电流分别为：对称短路电流(2')'acM N T T acM MV I e Z -=()kA （15） 短路电流非周期性分量(2)'dcM N T T dcM MI eZ -=()kA （16） 最大非对称短路电流pM acM dcM I I =+ ()kA （17）3.2 短路功率因数计算1.主汇流排馈电分路配电电器出线端处短路功率因数计算 此处短路电路阻抗为等效发电机与等效电动机并联阻抗：11('')1(')Kb Kb Kb A s D M Z R jX R jX R jX =+=+++ ()m Ω （18）经计算可得短路电路的电抗Kb X 和电阻Kb R 分别为222222'('')''(')()(''')A s M D D M Kb A s D M X R X X R X X R R X X +++=+++ ()m Ω （19） 222222('')(')()(''')s A A s D M Kb A s D M R R X R R X R R R X X +++=+++ ()m Ω （20） 则短路功率因数为K COS ϕ=（21）2.主汇流排外馈电线处的短路功率因数计算 此处的短路电路的电阻和电抗分别为e K Kb X X X =+ ()m Ω （22） e K Kb R R R =+ ()m Ω （23）则短路功率因数为K COS ϕ=（24）题 目2：船舶电力系统的设计294KW 渔船，为了使294KW 渔船电气系统更接近441KW 渔船，确定该船的电气系统采380V 三相交流电，电力一次和照明一次采用三相三线系统，其余采用双线绝缘系统。

1电站容量和机组选型294 kW 钢质渔船用电设备主要有三个部分：①电力拖动的甲板机械，包括：1. 5 kW 液压舵机2台，4kW 总用泵1台，5. 5 kW 空压机2台，5. 5 kW 舱底泵1台，2.2kW 燃油泵1台，1.5kW 淡水泵1台，1.1kW 机舱通风机2台，3kW 油水分离器1台。

②照明设备包括：正常照明、甲板照明、航行信号灯及围网灯光设备等。

③弱电设备包括：通信导航设备、充放电系统、应急照明系统、电铃及广播设备等[。

2电力负荷的计算 2.1计算方法根据该船的作业特点，分六种工况进行计算： 1）航行——满载全速航行状态； 2）进出港——港内低速航行或机动状态； 3）拖网——渔场全功率拖网状态； 4）光诱——渔场围网作业诱鱼状态； 5）停泊——停靠码头或锚泊状态； 6）应急——一般考虑船舶失火状态。

根据工况特点，负荷分三种类别： 1）Ⅰ类负荷——连续使用的负荷； 2）Ⅱ类负荷——短时或重复使用的负荷；3）Ⅲ类负荷——偶然短时使用的负荷，以及按操作规程可以在电站尖峰负荷时间外使用的负荷。

2.2电动机负荷系数的计算电动机是船上消耗电能的主要设备，电动机的利用系数1K ：112K =P P （1）式中：1P ：为电动机的额定功率（kW ）2P ：为由电动机拖动的机械最大轴功率（kW ）。

机械负荷系数2K ：232K P P （2）式中：3P 为由电动机拖动的机械实际使用功率（kW ）。

则电动机的负荷系数为3K ：31231K K K P P =⋅= （3）电动机额定所需功率为4P （kW ）：η/14P P = （4）式中：η为电动机的效率。

电动机实际所消耗的功率为5P （kW ）：41./35/*/P P K P P ==η （5）式中：/η为电动机相当于3P 功率时的效率。