船舶电力系统稳定性分析

绿色环保建材

DOI:10.16767/ki.10-1213/tu.2019.08.183

船舶电力系统稳定性分析

吴东宝

广州港工程管理有限公司

摘要：随着我国综合通航能力的提高和造船业的不断发 展，军用船舶、商用船舶和民用船舶的制造技术已达到了世界领 先水平。电动机械和设备的普及，使得各类船舶的电力动力系 统的结构越来越复杂化和多样化。为了保证整个船舶在海上的 正常运行，必须确保船舶电力系统在技术上的稳定和安全，防止 电路电网波动等事故。本文就船舶电力系统的组成和结构，以及如何提高船舶电力系统的稳定性提出了一些看法。

关键词:船舶；电力系统；稳定性

1前言

海洋运输主要依靠大型船舶，而中大型船舶，动力来源和各 类通信都离不开船舶的电力系统，船舶的运输量大，承载着很高 的经济价值，因此一个稳定的船舶电力系统，是保证船舶安全的 必要条件，更直接关系到国家或企业的经济效益。船舶电力系 统的稳定，是电气时代船舶的重要研究方向，是在当前航海气候 环境愈发复杂条件下对船舶整体稳定性提出的新要求。

2船舶电力系统的结构和组成

2.1电力系统的组成

从通常的情况来看，新型的大中船舶的电力系统包括电能 发生装置，配电装置，供电网络和电阻负载等部分。这些构成部 分是由电力发生，统筹分配，传输和消耗几个单元结合的。另外，电源单元的主要作用是供电，通常使用交流发电机和大型变 电装置。低功率的工作条件下，船舶电网将采用单台柴油机组 来进行供电，而在高功率的工作条件下，船舶电力系统则采用多 台柴油发电机组并网供电。统筹分配装置主要负责已有电力的 分配和电网的控制，并采用适当的编程方式对不同的电气设备 进行分类管理，最终达到稳定电网的目的。供电网络是通过电 路将所有电气、电子设备与供电电缆连接,最终形成复杂而又整 齐的电路网络。首先要有电能发生装置,也就是我们常说的发 电装置。船舶电网不同于城市电网，船舶供电网络线路较短，且 海上丁作环境复杂，在这种限制条件下，输电线路中必须使用防 水、防潮的电缆，这就造成了成本价格高，维修困难，工作环境复 杂多样。船舶电路中，另外比较重要的一部分是电阻，包括工作 电阻和电热电阻，工作电阻主要是为了保护电路中的高精尖设 备，防止电流不稳定造成破坏。船舶的电源发生系统一般采用 400V电气系统。电流分为直流、交流;交流船舶的电气设备在 维护、保养等方面工作量比直流船要少很多，且交流电机结构简 单、体积小、重量轻、运行可靠，起相应的设备也简单。交流船舶 又分成单相交流电、三相三线绝缘系统、三相四线系统。三相三 线绝缘系统应用最普遍。这种方式安全可靠，照明电网与动力 电网间没有电的直接联系，互相影响小；电网对地绝缘好的时 候，船员不小心碰到电网的任何一根线时,不至于造成触电伤亡 事故；发生单相接地时,并不形成短路，仍可维持电气设备的正 常运行。三相四线系统，因不是绝缘系统，船员碰到任何一根电 网线时，容易发生触电伤亡事故；当发生单相接地故障时，即形 成短路，有可能会发生跳电试图，因而船舶较少采用。频率均选 用陆上的标准等级，50HZ60HZ。提高频率在一定范围内可提 高自动化系统动作的快速性，可减少电机、变压器、换能器、自动 化元件的重量和尺寸，但对电缆以及电力系统的其他元件却有 相反的作用。频率的提高还要有配套的高速机械装置和高速轴 承，还会导致交流阻抗增大，损耗也增大。同时，高速运行机械 噪音也较大，另外船舶电力系统较为脆弱，容易出现未知的错误，因此需要设置应急供电。当正常供电系统因各种意外情况 处于供电中断状态时，应急供电系统能立即自动启动，保持船舶 各种电力设备正常运行。

2.2船舶电网的结构和工作方式

船舶电力系统各部分装置的功能和作用大不相同，根据一 定的分类条件，通常可以将船舶电力装置分为以下两种类型：电源装置和负载装置。一般情况下，电源转换设备是独立进行供 电的，以确保自己的独立操作条件下具有超强的稳定性。然而 电力转换装置的不同形式的串联，平行并联，复合串并联等接电 方式的不同都会影响船舶电力系统的稳定性。每个电源转换装 置的交互和行动会影响配电系统的性能和模块本身。电网是全 船电缆电线的总称。是联系发电机、主配电板、分配电板和负荷 见的中间环节，是将电源的电能输送到负荷端的媒介。电网根 据连接的负荷性质可分为:动力电网、照明电网、应急电网、低压 电网、弱电电网。在海上航行时，船舶的电力系统电压普遍不 高，但由于其回路较短，总电阻较小，所以实际电流往往过大，很 容易造成过载现象的发生，因此必须配备实时电流检测器和保 护器来保护船舶电网的安全。船舶上各性质相近的用电设备都 由相应的单独电网供电，可分为:船舶电力网，由总配电板直接 供电，供给各种船舶辅机的电动拖动。照明电网，提供船舶内外 照明。弱电装置电网，包括电传令钟、舵角指示器、电话设备、火 警信号及警铃等。应急电网,包括应急照明、应急动力（如舵机 电源）、助航设备电源等。其它装置电网，如充电设备、手提行灯 等。船舶电网很小，如果有较大负载准备挂网运行，船舶电力系 统会自动向集控台中央处理系统发出信号，并且启动一台机组 备用，增大电站容量来防止电网波动。要注意防止漏电,保证在 船舶上有限的电能能够尽量应用到动力上去，船舶电力系统工 作范围小，因此设备应当更加精密，防止出现不必要的问题。还 应当加强对船舶电力系统的实时检修和监管，船上要配备专业 的电工人员，不断的对整船的电网和发电装置等进行巡回检查，及时发现疏漏之处，并及时地修复,避免出现大的问题。

3如何提高船舶电力系统的稳定性

3.1通过matlab建模方法进行提高

机械、电气以及航海雷达等自动化数字控制技术逐渐被应 用到航海船舶设计和驾驶当中去，这就对电力系统的稳定性提 出了更高的要求，电力工程师在进行基础的电力模块设计时，不 仅要遵循基本的电路设计规程，还要注意船舶不同工作环境下 其动态特性等其他特殊条件的分析考证，有必要为船舶电力系 统设计人员提供准确，可靠，快速，有效的计算方法。

具体数据安排方法，采用二叉树形式的计算机语言来表示。数学物理建模，主要是通过C语言和C++语言，在MATLAB等计 算机设计编程环境下，进行模拟模型的建立。通过模型建立之 后，再对船舶电路电网可能出现的问题进行实际的模拟，可以看 出，船舶电力系统的紊乱主要是电流不稳定引起的，通过建模还 能找到最佳的解决方案，帮助紊乱的船舶电力系统在短时间内 尽快恢复到正常水平，避免发生更大的麻烦，甚至导致整个系统 瘫痪。

船舶电力系统的核心主要是发电系统、输电网络、负载等，可以围绕船舶电力系统的发电机建模展开，重点是对是船舶电 力系统稳定性的研究，这是数学物理模式过程中的关键内容。发电机主要有电力发生装置和电磁转换系统组成，现有的发电 机主要是由法拉第电磁产生原理来进行设计的，因此要注意防

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