船舶电力系统的组成

1、第十二章船舶电力系统的组成第十二章船舶电力系统的组成 第1章第2页 1.1 1.1 概述概述 1.1.1 1.1.1 船舶电力系统的组成及特点船舶电力系统的组成及特点 1)1)船舶电力系统的组成船舶电力系统的组成 电源装置电源装置电能产生（发电）电能产生（发电） 配电装置配电装置电能分配（配电）电能分配（配电） 电力网电力网电能传输（输电）电能传输（输电） 负载负载电能消耗（用电）电能消耗（用电） 按照一定方式连按照一定方式连 接的整体接的整体 第十二章船舶电力系统的组成第十二章船舶电力系统的组成 船船 舶舶 电电 力力 系系 统统 简简 图图 ABB 电源装置 电源装置 配电装置 电力网 负

2、载 电源装置电源装置： 将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。 船舶电源主要是指发电机和蓄电池。船舶电源主要是指发电机和蓄电池。 主电源主电源-柴油发电机组柴油发电机组 2 2-4-4台台 应急电源应急电源应应急柴油发电机急柴油发电机 1 1台台 小应急电源小应急电源蓄蓄电池电池 1）船舶电力系统的组成）船舶电力系统的组成 配电装置配电装置： 对电源和用电设备进行保护、监测、对电源和用电设备进行保护、监测、分分 配配、转换、控制的装置。、转换、控制的装置。 构成：构成： 主配电屏（发电机控制屏、并车屏）主配电屏（发电机控制屏、并车屏） 应急配电屏应急配

3、电屏 负荷屏（照明、动力分配屏）负荷屏（照明、动力分配屏） 蓄电池充放电屏蓄电池充放电屏 全船电缆电线的总称全船电缆电线的总称 分类：分类： 动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和 弱电电网等。弱电电网等。 形式：形式：三相绝缘系统三相绝缘系统 电缆用多股软线：防火、防油、防机械冲击电缆用多股软线：防火、防油、防机械冲击 船舶电力网船舶电力网 全船所有用电设备。全船所有用电设备。 动力系统动力系统（各类电动机，三相（各类电动机，三相380伏）伏） 甲板机械：锚机甲板机械：锚机 、舵机、起货机、绞缆机、舷梯起吊机等、舵机、起货机、绞缆机、舷梯起吊机等 机

4、舱机械：为主机、副机、锅炉服务各类的辅机（各种泵）机舱机械：为主机、副机、锅炉服务各类的辅机（各种泵） 冷库、舱室空调等制冷设备冷库、舱室空调等制冷设备 照明系统照明系统（220伏）伏） 照明电器（舱室、生活场所的各类照明灯具）照明电器（舱室、生活场所的各类照明灯具） 生活用电器生活用电器 电航仪器设备电航仪器设备 负载负载 1 1） 船舶电力系统的特点船舶电力系统的特点 电站容量相比陆上要小得多。电站容量相比陆上要小得多。 单机容量一般不超过单机容量一般不超过10001000KWKW，装机总功率不超过装机总功率不超过50005000KW.KW. （船小于船小于1010万吨）万吨） 第四代集装

5、箱船大大超过第四代集装箱船大大超过50005000kwkw 中海中海850850（85008500箱）箱） 14.6 14.6兆瓦兆瓦 发电机类型发电机类型 船舶发电机的原动机多为柴油机：船舶发电机的原动机多为柴油机：起动快、机动性强起动快、机动性强 （与陆上电力系统相比较）（与陆上电力系统相比较） 配电装置特点：配电装置特点： 船舶电网电压低、输电距离短，故障时冲击电流船舶电网电压低、输电距离短，故障时冲击电流 大，要求有完善的保护系统大，要求有完善的保护系统 船舶电力系统的负载特点：船舶电力系统的负载特点： 单负载（电动机）功率大，容易造成电网电压频率的波动。单负载（电动机）功率大，容易造

6、成电网电压频率的波动。 供配电的方式特点：供配电的方式特点： 根据负荷需要投入相应台数的发电机组根据负荷需要投入相应台数的发电机组 正常航行时：正常航行时：1 1台台 进出港、风浪、装卸货：进出港、风浪、装卸货： 2 2台台 船舶电力系统的特点船舶电力系统的特点 1.2 船舶电力系统的基本参数 电流种类(电制) 直流电制直流电制 交流电制交流电制 （工作量小） 电动机和电器工作的可靠性电动机和电器工作的可靠性 电气设备重量、尺寸、价格的比较电气设备重量、尺寸、价格的比较 船舶机械电力拖动需要的特性的保证船舶机械电力拖动需要的特性的保证 线制：三相三线，中性点不接地线制：三相三线，中性点不接地

7、电流种类（电制）、额定电压、额定频率电流种类（电制）、额定电压、额定频率 船舶电力系统的基本参数船舶电力系统的基本参数 额定电压、频率等级额定电压、频率等级 额定电压、频率关系到电气设备的重量、体积。额定电压、频率关系到电气设备的重量、体积。 与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。 * *例如美国和日本采用例如美国和日本采用450450V V、60Hz60Hz的电制，的电制， * *我国和前苏联等均采用我国和前苏联等均采用400400V V、50Hz50Hz的电制。的电制。 额定频率：我国采用额定频率：我国采用5050HzHz，欧美

8、采用欧美采用6060HzHz。 船舶电网：中、低压。船舶电网：中、低压。 我国：我国：2424V V、110V110V、220V220V、380V380V、1KV1KV、3KV3KV、6KV6KV 1.3 发电机容量及台数确定的原则 *船舶电站容量和发电机组数量是从船舶电站容量和发电机组数量是从满足船舶用电的需求，满足船舶用电的需求， 并保证船舶的安全性和经济性并保证船舶的安全性和经济性而确定的。而确定的。 * *船舶电站容量既不等于全船所有用电设备的标称电功率的船舶电站容量既不等于全船所有用电设备的标称电功率的 总和，也不等于船舶某一运行工况下所用全部用电设备总和，也不等于船舶某一运行工况下

9、所用全部用电设备 标称电功率的总和。标称电功率的总和。 * 总功率是通过船舶在各种运行工作情况下的电力负荷计总功率是通过船舶在各种运行工作情况下的电力负荷计 算来确定的。并考虑到电网损耗、同时系数等，最后才算来确定的。并考虑到电网损耗、同时系数等，最后才 能确定发电机组的功率和数量。能确定发电机组的功率和数量。 发电机容量及台数确定的原则发电机容量及台数确定的原则 船舶的运行工况船舶的运行工况 航行工况航行工况 （货轮的全速满载航行时间约占船舶运行周期的（货轮的全速满载航行时间约占船舶运行周期的 41，油轮占，油轮占64） 进出港工况进出港工况 （船舶进出港低速航行、靠离码头等机动时间约（船舶

10、进出港低速航行、靠离码头等机动时间约 占运行周期的占运行周期的1） 离靠码头状态离靠码头状态（起锚到主机起动为止的整个备航阶段）（起锚到主机起动为止的整个备航阶段） 装卸货工况装卸货工况 （货轮装卸所载货物期间约占运行周期的（货轮装卸所载货物期间约占运行周期的18， 油轮占油轮占7） 停泊工况停泊工况 （货轮的无装卸作业停泊时间约占运行周期的（货轮的无装卸作业停泊时间约占运行周期的 40，油轮占，油轮占28） 应急工况应急工况 （发生进水、火灾等海损引起主发电机失效而启（发生进水、火灾等海损引起主发电机失效而启 用应急发电机的工况用应急发电机的工况) 确定电站容量的基本原则确定电站容量的基本原

11、则 电站容量应能满足船舶在各种运行况下的用电量，并有电站容量应能满足船舶在各种运行况下的用电量，并有 适当的裕量，确保连续可靠的供电。但从经济性考虑，冗余适当的裕量，确保连续可靠的供电。但从经济性考虑，冗余 功率又不能太大。功率又不能太大。 发电机组容量和数量的选择原则发电机组容量和数量的选择原则 * *单机组容量以最高负荷率为单机组容量以最高负荷率为8080来确定为宜来确定为宜 * *船舶电站必须有备用机组，其容量要能满足船舶各运行船舶电站必须有备用机组，其容量要能满足船舶各运行 工况的用电需求工况的用电需求 确定单机组容量和机组数量时，要考虑各机组的使用寿确定单机组容量和机组数量时，要考虑

12、各机组的使用寿 命应与主机寿命相当命应与主机寿命相当 发电机容量及台数确定的原则发电机容量及台数确定的原则 总之： 船舶电站的实际容量和数量的选择综合考虑了船舶发动机 的利用系数、负荷系数、同时性系数等因素。 方法：方法： 若以高效率经济运行为原则，针对电站容量和各工况的若以高效率经济运行为原则，针对电站容量和各工况的 用电量及其相对运行周期等具体情况，可选择：用电量及其相对运行周期等具体情况，可选择：小功率多小功率多 机组、大功率少机组、不同功率的机组机组、大功率少机组、不同功率的机组。 一般设置一般设置2至至3台台(包括备用机组包括备用机组)同型号、同容量的机组，同型号、同容量的机组， 最

13、多为最多为4台。台。 有些船舶在无作业停泊期间用电量少，常设一台小容量有些船舶在无作业停泊期间用电量少，常设一台小容量 的系泊发电机。的系泊发电机。 发电机容量及台数确定的原则发电机容量及台数确定的原则 1.4 应急发电机容量的确定应急发电机容量的确定 目的和原则目的和原则 规范都规定客船和规范都规定客船和500500总吨以上的货船应设有独立的应总吨以上的货船应设有独立的应 急电源。急电源。( (发电机发电机 蓄电池组蓄电池组) ) 主电源供电失效时向主电源供电失效时向重要负载重要负载提供电能提供电能 应急发电机应该具有应急发电机应该具有独立的冷却装置独立的冷却装置和和燃油供给单元燃油供给单元

14、， 并设有满足规则要求的并设有满足规则要求的起动装置起动装置。 起动并供电的最长时间不得超过起动并供电的最长时间不得超过4545S S。 应急发电机的容量应确保海上人命安全公约应急发电机的容量应确保海上人命安全公约(SOLAS)和和 主管机关有关规定的供电主管机关有关规定的供电范围和供电时间范围和供电时间 应急发电机容量的确定应急发电机容量的确定 容量确定容量确定 * *确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的 电功率，即：电功率，即：航行灯、信号灯、应急照明设备、应航行灯、信号灯、应急照明设备、应 急报警和信号装置、火灾探测和报警装置及防火门急报警

15、和信号装置、火灾探测和报警装置及防火门 的固定和释放系统的固定和释放系统; ;应急时所需的船内通信设备、应急时所需的船内通信设备、 应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动 遥控设备、应急时使用的舵机等。遥控设备、应急时使用的舵机等。 * *不同种类、吨位的船舶，其应急发电机供电的电不同种类、吨位的船舶，其应急发电机供电的电 气设备范围也略有不同。气设备范围也略有不同。 2.船舶电源的分类船舶电源的分类 2.1两个大分类： 1、发电机组 2、蓄电池 *燃料电池（未成熟） 2.2同步发电机组： 由柴油机等作为原动机进行拖动发电的 点电机组。 2.3 轴

16、带发电机装置 船舶轴带发电装置是由船舶主机驱动发电机供电的装置， 它利用主机富裕功率来达到节能的目的。 发电机以重油HFO代替柴油DO，降低燃油费用 轻柴油的价格约为重油的一倍 最近几年来新造的定期集装箱船、矿砂船、散装液货 船大多数安装了轴带发电机系统。 2.3 轴带发电机装置 其主要优点体现在以下几个面：其主要优点体现在以下几个面： 节省燃料和燃料费用。由于主机燃用劣质燃料油作为燃料， 热效率高、经济性好。 降低辅助柴油机组的运行时间和消耗，减少了相应的维修 工作量和维修费用。 减少滑油消耗。船舶在航行中不使用辅助柴油发动机组， 也就减少其消耗的滑油。 有利于机舱的布置。由于辅助柴油发动机

17、组总的工作时间 缩短，故可选用较高速的柴油发动机组。使用轴带发电机 时，往往会减少一台辅机，机舱的空间节省了。 改善机舱工作环境。降低机舱的噪音，同时也减少了机舱 的热源。 轴带发电机系统也存在一些缺点：轴带发电机系统也存在一些缺点： 船舶在港作业时，不能用轴带发电机供电，仍需要辅助柴油 发动机组供电。 对于交流电制的船舶，若非恒定转速的主机，则必须采取特 殊措施，保证电网的频率的恒定，故使整个系统变得较为复杂。 一次投资(即造船成本)较大，虽然可以从营运成本降低的好 处中得到补偿，但是这个补偿是和轴带发电机的功率有关(功 率越大越好)，还与时间的利用率(即船舶在一年中航行的时间) 有关。 船

18、舶轴带发电机的主要类型船舶轴带发电机的主要类型 频率变动型轴带发电机装置，它包括变距桨普通式和定距桨 普通式 频率稳定型轴带发电机装置，它又分为；定速类，包括涡轮 连轴节式，油压驱动式，油类多板离合器式无级调速齿轮箱 式；晶闸管逆变器式；跨轴式；旋转变流机类，包括直流式 和交流式；感应恒频式，分为旋转式，静止式，晶闸管逆变 器式。 复合轴带发电机装置，它包括：高经济轴带发电机装置，超 经济轴带发电机装置，带发电机电动装置；多功能齿轮箱式 轴带发电机组合装置；废气涡轮轴带发电组合装置， 轴带发电机系统的类型 变距螺旋桨变距螺旋桨+轴带发电机装置轴带发电机装置 CPP+S/G 主机转速维持不变，航

19、行中靠改变螺距以改变推力。 轴带发电机转速不变，恒频输出。 定距桨定距桨+定速装置定速装置+轴带发电机轴带发电机FPP+CS+S/G 电磁滑差离合器恒速轴带发电机系统 定距桨定距桨+轴带发电机轴带发电机+恒频装置恒频装置FPP+S/G+CF 晶闸管逆变器式轴带发电机系统 轴带异步发电机系统轴带异步发电机系统AG S/G系统 G 柴油机 主机主机 汇流排 S/G 主轴 返回 CPP+S/G系统 G 柴油机 主机主机 汇流排 S/G 主轴 返回 FPP+CS+S/G系统 G 柴油机 主机主机 汇流排 S/G 主轴 CS 返回 1 1，不停电转换 在转速下降到60%以前，必须启动柴油发电机，并网 运

20、行，避免全船停电；需8-10秒 主机自“全速停车”指令发出至转速下降到60%应不 低于10秒 额定功率输出特性：图12-5 SG系统的几个问题 SG系统的几个问题 2 2，谐波危害 晶闸管变流装置产生谐波，如送入电网，会引起电机效 率下降、温度上升；对其它设备产生干扰。 需要抑制谐波：电抗器、同步补偿机。 3，短路电流 当负载侧发生短路故障时，根据规范，发电机应能提供3 倍额定电流以上的短路电流，并持续3秒。 使用晶闸管变流装置的轴带发电机系统 在发生短路故障 时通过同步补偿机提供短路电流。 轴带发电机系统轴带发电机系统 轴带轴带发电机系统结构发电机系统结构 G 柴油机 汇流排 If 主机主机

21、 主轴 SG 返回 G M = = = 控制器控制器 船舶轴带发电机系统原理船舶轴带发电机系统原理 轴带发电机系统变流主电路轴带发电机系统变流主电路 可控整流电路可控整流电路 将交流电转换为直流电 逆变电路逆变电路 将直流电转换为恒定电压、频率的交流电 G n Id Ud Ud If 整流逆变 ug 电网 船舶轴带发电机系统原理船舶轴带发电机系统原理 可控整流电路：可控整流电路： 采用三相桥式全控晶闸管整流电路： 整流输出电压： Id G n Ud Ud If 整流逆变 ug Ud=2.34Ugcos 船舶轴带发电机系统原理船舶轴带发电机系统原理 整流输出电压的调节整流输出电压的调节: 改变发

22、电机的励磁电流, 以改变发电机输出电压大小 可使晶闸管控制角限制到小限度, 保持最佳功率因数 和效率, 节省发电机容量。 改变晶闸管控制角 Ud=2.34Ugcos 船舶轴带发电机系统原理船舶轴带发电机系统原理 主电路中的晶闸管逆变装置主电路中的晶闸管逆变装置 采用三相桥式全控晶闸管逆变电路 虽然船舶电网的频率随负载变化而波动(稳定需要), 但逆变器只控制逆变角,不改变频率(频率由SC控制) 属于有源逆变 Id Ud Ud 整流逆变 ug U,f 三相桥式全控晶闸管逆变电路与三相桥式全控 晶闸管整流电路工作原理相同 Ud=2.34Ugcos 逆变电路直流侧电压： 船舶轴带发电机系统原理船舶轴带

23、发电机系统原理 同步补偿机同步补偿机SC的的作用作用 供给晶闸管逆变器和全船用电设备所需的无功功率 同步补偿器及其自动调压器自动维持电网电压恒定 G电压的变动是由无功负荷引起的,通过AVR调整 励磁, 以调整电压,满足无功负荷的需要. Id Ud 逆变 汇流排 P Q GM 同步补偿机同步补偿机的的作用作用 限制谐波电流, 改善电压波形 逆变器输出的电流波形有很大谐波, 同步补偿机和 交流电抗器共同起了交流滤波交流滤波的作用 供给持续短路电流 电力系统发生短路故障时,需要进行“选择性切 断”, 发电装置应具有提供足够大短路电流的能力. io uo L 同步补偿机同步补偿机的的作用作用 具有频率

24、检测和调整的功能 正常运行时,变流装置提供负载有功功率,同步补偿 机同步旋转,转子储存动能. 负载的负荷变化时,同步补偿机临时临时补充负荷变化: 负荷增加时,补偿机补偿机输出动能,n 减小,电网f 减小 负荷减小时,补偿机补偿机增加动能,n 增大,电网f 增大 根据电网f 的变化,轴带发电机控制系统调整 变流装置的功率输出,以平衡负载的负荷变化 船舶轴带发电机系统船舶轴带发电机系统 2.3，轴带发电机系统输出功率的控制轴带发电机系统输出功率的控制 功率输出特性功率输出特性: 转速% 输出功率% 0.4 0.10.75 0.5 1 0 船舶轴带发电机系统船舶轴带发电机系统 变流装置的输出功率的控

25、制变流装置的输出功率的控制: 直流中间环节: Id G n Ud Ud If 整流逆变 ug P 直流回路的等效电路： Id UdUd R 船舶轴带发电机系统船舶轴带发电机系统 变流装置的输出功率的控制变流装置的输出功率的控制: R UU I dd d 直流电流: Id UdUd R 轴带发电机输出功率: P=UdId=UdId 船舶轴带发电机系统船舶轴带发电机系统 输出功率的两类控制规律输出功率的两类控制规律: 自动调节主整流器控制角的控制系统 n=75-100%nN时, 保持恒定,调节, 改变Ud, Id恒定, 输出功率恒定 n=45-75%nN时, 已达极限值, 保持恒定, 调节, 使

26、随n的减小而增加, 改变Ud, 输出功率线性下降 G n Id Ud Ud If 整流逆变 Ug 船舶轴带发电机系统船舶轴带发电机系统 自动调节励磁整流器控制角f的控制系统 n=75-100%nN时, 恒定,调节f, 改变Ud 使输出功 率恒定. 保持极小值,便于故障时封锁脉冲. n=45-75%nN时, f ,已达极限值, 调节,使随n的 减小而增加, 改变Ud, 输出功率线性下降 G n Id Ud Ud If 整流逆变 f Ug 2.6 蓄电池蓄电池 蓄电池在船舶上的应用蓄电池在船舶上的应用 1 1，作为船舶小应急电源，作为船舶小应急电源 * *临时应急照明（客轮临时应急照明（客轮 18

27、 18小时）小时） （货轮（货轮 30 30分钟）分钟） 2 2，低压设备的工作电源：，低压设备的工作电源： * *报警装置（机舱报警、火警、逃生）报警装置（机舱报警、火警、逃生） * 自动电话机、发报机等自动电话机、发报机等 * 应急发电机组的起动电源应急发电机组的起动电源 2.6 蓄电池 船用蓄电池的类别：船用蓄电池的类别： v酸性蓄电池酸性蓄电池也称为铅酸蓄电池也称为铅酸蓄电池 船用历史最久，常用于柴油机的起动和应急照明。船用历史最久，常用于柴油机的起动和应急照明。 体积大，维护不方便体积大，维护不方便 v 碱性蓄电池碱性蓄电池包括镉包括镉- -镍蓄电池、铁镍蓄电池、铁- -镍蓄电池、锌

28、镍蓄电池、锌 - -银蓄电池和镉银蓄电池和镉- -银蓄电池等银蓄电池等 主要用于无线电通信设备。主要用于无线电通信设备。 体积小，动力足，维护方便，但价格较高，民用船舶较体积小，动力足，维护方便，但价格较高，民用船舶较 少采用。少采用。 船用蓄电池共有三组：船用蓄电池共有三组： 1 1、驾驶室下一层或半层，和应急发电机同一层（机、驾驶室下一层或半层，和应急发电机同一层（机 舱报警、临时照明舱报警、临时照明 2 2、应急发电机启动用、应急发电机启动用 3 3、驾驶室顶上（报务用）、驾驶室顶上（报务用） 2.6 蓄电池 蓄电池的主要性能蓄电池的主要性能 蓄电池的主要性能指标包括蓄电池的主要性能指标

29、包括开路电压、工作电压、电池容量、开路电压、工作电压、电池容量、 使用温度、寿命和储存期等。使用温度、寿命和储存期等。 酸性蓄电池中每个小电池的电动势为酸性蓄电池中每个小电池的电动势为2.0V-2.1V。放电时，放电时， 电压逐渐下降，到达某一电压电压逐渐下降，到达某一电压(称称放电终止电压放电终止电压)时，则急时，则急 剧下降，当低至放电终止电压时不再放电。剧下降，当低至放电终止电压时不再放电。10h放电率的放电率的 每个小电池放电终止电压为每个小电池放电终止电压为1.8V。充电时，电压变化在充电时，电压变化在 2.05V-2.8V范围内，范围内，充电终期电压充电终期电压每个小电池为每个小电

30、池为2.5V-2.8V。 碱性蓄电池中每个小电池的电动势为碱性蓄电池中每个小电池的电动势为1.3V左右左右，在额定放，在额定放 电率时平均放电电压为电率时平均放电电压为1.2V。根据不同结构型式，充放电根据不同结构型式，充放电 特性是不同的。特性是不同的。 2.4 蓄电池 蓄电池的结构及工作原理蓄电池的结构及工作原理 酸性蓄电池酸性蓄电池( (铅酸蓄电池铅酸蓄电池) )结构结构及及工作原理工作原理 组成：组成： 阳极板阳极板 ( 过氧化铅过氧化铅 PbO2 ) 阴极板阴极板 ( 海绵状铅海绵状铅 Pb) 电解液电解液 ( 稀硫酸稀硫酸 ) 硫酸硫酸 ( H2SO4) + 水水 ( H2O) 电

31、池外壳电池外壳 隔离板隔离板 其它其它 ( 液口栓液口栓 . 盖子等盖子等 ) 铅酸蓄电池 P Pb bO O2 2 + 2H + 2H2 2SOSO4 4+ P+ Pb b P Pb b SO SO4 4 + 2H + 2H2 2O + PO + Pb b SO SO4 4 ( (正极正极) () (电解液电解液) () (负极负极) () (正极正极) () (电解液电解液)()(负极负极) ) 放电放电 充电充电 酸性电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存电酸性电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存电 能和释放电能的，其工作原理由下面的化学反应方程式表能和释放电能的，其工作原

32、理由下面的化学反应方程式表 示。示。 酸性蓄电池的电解液为浓度在酸性蓄电池的电解液为浓度在2727-37-37的稀疏酸溶液，的稀疏酸溶液， 比重为比重为1 128281 13131。 铅酸蓄电池 充电时电解液稀硫酸的比重会增加；放电时由于生成水，充电时电解液稀硫酸的比重会增加；放电时由于生成水， 比重降低。比重降低。 实际工程中采用比重计来测量电解液的比重，从而估计出实际工程中采用比重计来测量电解液的比重，从而估计出 蓄电池电动势的大小。蓄电池电动势的大小。酸性蓄电池的电动势，主要与电解酸性蓄电池的电动势，主要与电解 液比重液比重d d有关。有关。比重高，电动势也高，比重高，电动势也高，E E

33、与与d d之间的关系可之间的关系可 由经验公式来表示，即：由经验公式来表示，即： E=0.84+d E=0.84+d 如：测得的比重为如：测得的比重为1.281.28时，则可估算出其电动势为时，则可估算出其电动势为2.122.12V V。 铅酸蓄电池铅酸蓄电池 气体的产生与通风换气：气体的产生与通风换气： 充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性，充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性， 若空气中氢气达若空气中氢气达3.8%以上，且又近火源，则会发生爆以上，且又近火源，则会发生爆 炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触 电。电

34、。 纯水之补充纯水之补充 重复充重复充/放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视 电解液液位，随时补充电解液液位，随时补充 铅酸蓄电池维护铅酸蓄电池维护 碱性蓄电池碱性蓄电池 碱性蓄电池具有体积小、机械强度高、工作碱性蓄电池具有体积小、机械强度高、工作 电压平稳、能大电流放电、使用寿命较长和电压平稳、能大电流放电、使用寿命较长和 易于携带等特点，近年来在远洋船上的应用易于携带等特点，近年来在远洋船上的应用 增多。增多。 缺点是碱性蓄电池比酸性蓄电池的额定电压缺点是碱性蓄电池比酸性蓄电池的额定电压 低，提供相同的供电电压，碱性蓄电池通常低，提供相同的供电电

35、压，碱性蓄电池通常 在数量上要比酸性蓄电池多出在数量上要比酸性蓄电池多出6767，成本较，成本较 高。高。 镉-镍蓄电池 Cd+ 2KOH+ 2Ni(OH)Cd+ 2KOH+ 2Ni(OH)3 3 Cd(OH) Cd(OH)2 2 + 2KOH + 2Ni(OH) + 2KOH + 2Ni(OH)2 2 ( (负极负极)()(电解液电解液)( )( 正极正极) () (负极负极)()(电解液电解液)()(正极正极) ) 放电 充电 碱性蓄电池的电解液为碱性蓄电池的电解液为2020的氢氧化钾的氢氧化钾( (KOH)KOH)水溶液水溶液( (或纯或纯 氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液) )，比重为，比重为

36、1.21.2-1.27-1.27。 q电解液在充放电过程中只作电流的传导体，不参与化学反应，电解液在充放电过程中只作电流的传导体，不参与化学反应， 其浓度不变，因而其浓度不变，因而不能根据比重来判断充放电的程度不能根据比重来判断充放电的程度 q碱性蓄电池中每个电池的电动势为碱性蓄电池中每个电池的电动势为1.251.25V V。 放电时，电压变化在放电时，电压变化在1.2-11.2-1V V范围内范围内，低于低于0.70.7V V就不应再放电。就不应再放电。 充电时，电压变化在充电时，电压变化在1.4-1.4-1.8V1.8V范围内。范围内。 蓄电池的容量 蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培

37、小时蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培小时( (AH)AH)。 额定容量额定容量被定义为在电解液温度为被定义为在电解液温度为2525C C，以以1010h h放电电流连续放电电流连续 放电至终比电压时所输出的容量。放电至终比电压时所输出的容量。 例如例如200200AhAh容量的酸性蓄电池是指能以容量的酸性蓄电池是指能以2020A A的电流放电的电流放电1010h h。 酸性蓄电池通常以酸性蓄电池通常以1010h h的放电电流为标准放电电流的放电电流为标准放电电流 ( (即经过即经过1010h h使蓄电池放完电的放电电流使蓄电池放完电的放电电流) ) 碱性蓄电池一般是以碱性蓄电池一般是以8

38、 8h h作为标准放电电流。作为标准放电电流。 船用蓄电池的充放电方式 充电的方法充电的方法 1.1. 恒电流充电恒电流充电以恒电流充电至放电结束；以恒电流充电至放电结束； 2.2. 恒电压充电恒电压充电给蓄电池加以恒定电压进行充电给蓄电池加以恒定电压进行充电 （由于充电初期通过电流大，应根据该电流选定整（由于充电初期通过电流大，应根据该电流选定整 流器的容量）；流器的容量）； 3.3. 恒电流恒电压充电恒电流恒电压充电在充电初期通以适当的恒定在充电初期通以适当的恒定 大电流，达到某一电压时，保持恒定电压进行连续大电流，达到某一电压时，保持恒定电压进行连续 充电；充电； 4.4. 连续补充充电

39、连续补充充电给无负载的蓄电池自行放电进行给无负载的蓄电池自行放电进行 补充充电的方法；补充充电的方法； 5.5. 分段充电分段充电按按2 2段段3 3段变化恒电压或恒电流充电段变化恒电压或恒电流充电 电流进行充电。电流进行充电。 船用蓄电池的充放电方式 充电种类充电种类 1.1. 初次充电初次充电使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充 电，充电的第一阶段电流为额定容量的电，充电的第一阶段电流为额定容量的0.070.07，充到单格电压上升到，充到单格电压上升到 2.42.4V V为止，第二阶段电流为额定容量的为止，第二阶段电流为额定容量的0.

40、040.04，充到单格电压上升到，充到单格电压上升到 2.5 2.5 V V，且相对密度和电压在且相对密度和电压在3 3小时内稳定。小时内稳定。 2.2. 正常充电正常充电对已经放过电的蓄电池，为了使其恢复到原来规定容对已经放过电的蓄电池，为了使其恢复到原来规定容 量而进行的充电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电量而进行的充电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电 流（额定容量的流（额定容量的0.10.1）充电）充电6 6至至7 7小时，第二阶段用第一阶段充电电小时，第二阶段用第一阶段充电电 流的一半充电流的一半充电2 2至至3 3小时。小时。 3.3. 均衡充电均衡充电多个小

41、电池组合使用的蓄电池在长时间使用后，各小多个小电池组合使用的蓄电池在长时间使用后，各小 电池往往产生相对密度、容量和不均衡现象，为此需要每月进行一电池往往产生相对密度、容量和不均衡现象，为此需要每月进行一 次均衡充电，其方法是先进行正常充电；静置次均衡充电，其方法是先进行正常充电；静置1 1小时后，用初次充小时后，用初次充 电第二阶段的电流充到有剧烈气泡产生为止；再静置电第二阶段的电流充到有剧烈气泡产生为止；再静置1 1小时，反复小时，反复 上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。 目前，船舶上采用的充放电方式有: 交互充放电方式 浮充方

42、式 交互充放电和浮充相组合的方式 蓄电池充放电方式蓄电池充放电方式 各种充放电方式的特点如表1-1所示。 组合充电方式主电路组合充电方式主电路 3 3. . 配电装置配电装置 接受和分配电能，并对电网实现保护的设备。接受和分配电能，并对电网实现保护的设备。 3.1 配电装置配电装置分类分类 船用配电装置种类：船用配电装置种类： * *面向主发电机的控制和监测的面向主发电机的控制和监测的主配电板，主配电板， * *面向应急发电机控制和监测的面向应急发电机控制和监测的应急配电板，应急配电板， * *面向蓄电池组控制和监测的面向蓄电池组控制和监测的蓄电池充放电板。蓄电池充放电板。 * *区域分配电板

43、、岸电箱和交流配电板区域分配电板、岸电箱和交流配电板等。等。 3 3.2 .2 主配电板的构成及功能主配电板的构成及功能 船舶主配电板是船舶电力系统的中枢，担负着船舶主配电板是船舶电力系统的中枢，担负着 对对主发电机和用电设备主发电机和用电设备的的控制、保护、监测和配控制、保护、监测和配 电电等多种功能。等多种功能。 发电机控制屏发电机控制屏 并车屏并车屏 负载屏负载屏 连接母线连接母线 主配电板一般由四部分组成：一般由四部分组成： 第1章第62页 并车屏并车屏 负载屏负载屏 发电机控制屏发电机控制屏 主配电屏面板主配电屏面板 AKWHzV Generator Panel HzV Main P

44、anel GT SI Main SW. VM Feed Panel Pump control Select SW Select SW meters Lamp Breaker Main SW. button Button 3.2 主配电板的构成及功能 发电机控制屏 包含有 原动机控制：起动/停止/保护/油门控制； 发电机主开关及操纵器件（合闸/分闸）； 指示灯和仪表； 发电机励磁控制 发电机保护环节（逆功率/过流/短路/欠压/欠频/.） 3.2 主配电板的构成及功能 并车屏 并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。 包含有： 同步表，同步指示灯、投切顺序选择和转换开关， 操纵按钮及状态显示

45、指示灯等。 手动/自动并车装置 有的还设有汇流排分段隔离开关、粗同步并车电抗 器等。 3.2 主配电板的构成及功能 负载屏 屏2 *包括动力负载屏和照明负载屏 通常安装有装置式自动空气开关、电压表、电流表及 转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相联的 岸电开关。 主配电板 发发 电电 机机 控控 制制 屏屏 发发 电电 机机 控控 制制 屏屏 2 2 并车屏并车屏 主主 配配 电电 屏屏 负载屏负载屏 负载屏负载屏2 2 配电板汇流排一些接线规范配电板汇流排一些接线规范 配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处作了防腐或配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处作了防腐或 防氧化处理。汇

46、流排能承受短路时的机械冲击力，其最大允许防氧化处理。汇流排能承受短路时的机械冲击力，其最大允许 温升为温升为4545。 交流汇流排和裸线的各相以交流汇流排和裸线的各相以区分区分: : 第第1 1相相.绿色绿色 第第2 2相相.黄色黄色 第第3 3相相.褐色或紫色褐色或紫色 接地线接地线.绿色和黄色间隔绿色和黄色间隔 中性线中性线.浅蓝色浅蓝色 3.3 分配电板 分配电板是由过载保护电器组成的集合体，分配电板是由过载保护电器组成的集合体， 对额定电流对额定电流不超过不超过1616A A的电气设备进行供电的的电气设备进行供电的 开关板，也称为分电箱，主要有开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电动力

47、分配电 板板和和照明分配电板照明分配电板两种。两种。 区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电， 是对耗电大于是对耗电大于1616A A的电器设备进行供电的开关的电器设备进行供电的开关 板。板。 主配电板 3.4 应急配电板 应急配电板用于应急发电机控制和监视，并向应急用电设应急配电板用于应急发电机控制和监视，并向应急用电设 备供电。备供电。 与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板上与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板上 应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成 应急发电机单机运行，不需要并

48、车屏、逆功率继电器和同应急发电机单机运行，不需要并车屏、逆功率继电器和同 步表。步表。 应急电网平时由主配电板供电，当主发电机发生故障或检应急电网平时由主配电板供电，当主发电机发生故障或检 修时才由应急发电机组供电。修时才由应急发电机组供电。 主配电板与应急配电板的主开关之间设有主配电板与应急配电板的主开关之间设有电气联锁电气联锁，以，以 保证主发电机并向电网供电保证主发电机并向电网供电 ( (即主网不失电即主网不失电) ) 时，应急发时，应急发 电机组不工作。电机组不工作。 3.5 充放电板充放电板 船舶小应急照明采用蓄电池船舶小应急照明采用蓄电池 船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电船舶

49、设置充放电板对蓄电池进行充电、放电 电源部分电源部分 目前交流船舶大都采用整流装置把交流电变为直流电。目前交流船舶大都采用整流装置把交流电变为直流电。 充放电回路充放电回路 当主应急电网都失电时，接触器当主应急电网都失电时，接触器KM1KM1线圈失电，常闭线圈失电，常闭 触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余用电触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余用电 设备分别利用开关送电。设备分别利用开关送电。 设有防止逆流的逆电流继电器或二极管设有防止逆流的逆电流继电器或二极管 电路图 蓄电池充放电板 3.6 岸电箱 临时修理 中期修理 1.5-2年 大修 4-4.5年 停泊码头 进坞修理时 接岸电

50、接岸电的基本条件：的基本条件： 电压相同电压相同 频率相同频率相同 相序相同相序相同 岸电箱 GM 岸电箱 岸电船舶电网 接岸电箱时应注意：接岸电箱时应注意： 1岸电的岸电的PENPEN线需可靠的接船体线需可靠的接船体 2相序指示器相序指示器 VHZ 船体接线柱 岸电三相电源 船电主配电板汇流排 如果红灯亮，逆序继电器吸合，主开关不能合闸 接地线 三相交流岸电箱上常采用指示灯组成三相交流岸电箱上常采用指示灯组成相序指示器相序指示器。其接线方。其接线方 式有多种，如图式有多种，如图1 12 2- -1212所示。选用两个指示灯时，亮的指示灯所示。选用两个指示灯时，亮的指示灯 表示超前相，暗的指示

51、灯表示滞后相；采用一个指示灯时，亮表示超前相，暗的指示灯表示滞后相；采用一个指示灯时，亮 时表示超前相。时表示超前相。 A超前B 120度，B超前C 120度 4. 万能式自动空气断路器 自动空气断路器又称自动开关。常用：自动空气断路器又称自动开关。常用： 框架式即万能式自动开关框架式即万能式自动开关( (如国产如国产DWDW型型) ) 装置式装置式( (如国产如国产DZDZ型型) )自动开关自动开关 船用万能式空气断路器用于发电机的主开关，是发电机船用万能式空气断路器用于发电机的主开关，是发电机 投入电网的接入部件。在非正常运行情况下投入电网的接入部件。在非正常运行情况下( (过载，电网短过

52、载，电网短 路，发电机欠压等路，发电机欠压等) )它能自动从电网上断开发电机。因此它它能自动从电网上断开发电机。因此它 既是开关电器，又是保护电器既是开关电器，又是保护电器。 装置式自动空气开关，一般用作支路、负载屏、照明屏装置式自动空气开关，一般用作支路、负载屏、照明屏 等的开关电器，不同型号产品具有不同的保护功能，一般等的开关电器，不同型号产品具有不同的保护功能，一般 都具有短路保护和过载保护。都具有短路保护和过载保护。 国内外制造的船用发电机主开关的型式很多国内外制造的船用发电机主开关的型式很多, , 结构不结构不 尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触头单片、尽相同，但基本原理大同小

53、异，一般都是由触头单片、 灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。 触头和灭弧系统触头和灭弧系统 触头在切断时电流很大会产生电弧，因此必须具有完善的触触头在切断时电流很大会产生电弧，因此必须具有完善的触 头系统：头系统： 由由主触头主触头、副触头副触头和和弧触头弧触头组成。组成。 主触头承担电路的正常工作电流，弧触头是为了防止主触主触头承担电路的正常工作电流，弧触头是为了防止主触 头断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。头断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。 合闸时弧触头先接通，然后依次是副触头和主触头。合闸时弧触头先接通，然后依次

54、是副触头和主触头。 分闸时，主触头先断开，然后是副触头和弧触头，断开电分闸时，主触头先断开，然后是副触头和弧触头，断开电 路产生的电弧在弧触头熄灭。路产生的电弧在弧触头熄灭。 灭弧系统灭弧系统 参考第参考第8 8章章P P116 116 自由脱扣机构自由脱扣机构 自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。 脱扣器原理脱扣器原理 操作机构操作机构 操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现使得触头闭合或操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现使得触头闭合或 断开。断开。 手柄式手柄式 连杆式连杆式 电磁式电磁式 电动式电动式 合闸前都必须先

55、将储能弹簧储能、使自由脱扣机构处于合闸前都必须先将储能弹簧储能、使自由脱扣机构处于“再再 扣扣”位置，然后利用储能弹簧释放能量实现合闸。位置，然后利用储能弹簧释放能量实现合闸。 使用弹簧加载以闭合和断开断路器可由在现场的制动操作使用弹簧加载以闭合和断开断路器可由在现场的制动操作 装置执行的，通过安装有关的附件，也可以用电气遥控操作。装置执行的，通过安装有关的附件，也可以用电气遥控操作。 手动操作手动操作 电磁或电动合闸电磁或电动合闸 保护元件保护元件 电磁或电动合闸电磁或电动合闸 当发电机建立电压后，失压脱扣线圈获电，操作电动机当发电机建立电压后，失压脱扣线圈获电，操作电动机M M通电通电 转

56、动，使弹簧储能，直至凸轮将储能开关中的常开触点闭合，转动，使弹簧储能，直至凸轮将储能开关中的常开触点闭合， 常闭触点断开，此时黄色指示灯亮，表明储能弹簧已储能，常闭触点断开，此时黄色指示灯亮，表明储能弹簧已储能， 自由脱扣机构己处于自由脱扣机构己处于“再扣再扣”位置。位置。 合闸时，按合闸时，按下合闸按钮下合闸按钮. . 电动机再次转动，使储能弹簧释电动机再次转动，使储能弹簧释 放，主开关合闸，此时绿色指示灯亮，表示合闸完毕。放，主开关合闸，此时绿色指示灯亮，表示合闸完毕。 保护元件 万能式自动开关万能式自动开关通过自由脱扣机构的作用来 实现对主电路的短路、过载、失压、欠压等 保护及遥控分励操

57、作。 电流脱扣器电流脱扣器 欠压脱扣器欠压脱扣器 分励脱扣器分励脱扣器 失压脱扣器失压脱扣器 保护元件 电流脱扣器: 电磁式和半导体式,用作发电机的短路和过载保护，一般具 有反时限延时动作、定时限动作和瞬时动作三种动作特 性。 欠压脱扣器: 一般由一个瞬时动作的电压继电器组成，当线路电压低于 规定的整定值时，由于电磁吸力的不足引起，继电器释 放，通过自由脱扣机构使开关自动跳闸。为避免电网电 压瞬时波动产生误动作，可采用延时，延时时间一般为 1s-3s。 脱扣器原理 保护元件 分励脱扣器: 主要用于远距离控制自动开关的断开，当按下分励脱扣按 钮时，继电器吸合，通过自由脱扣机构将自动开关断开。 (

58、用于遥控远距离跳闸,有电时跳闸) 失压脱扣器:(失压线圈) (没电时跳闸) 脱扣器原理 失压脱扣器: 开关合闸前必须有电 合闸过程中始终有电 一旦断电,立即跳闸 1JC UC 主配电板 主发电机 UC 1JC 应急发电机 t2t3， 即各级保护装置动作时间的整定值应从用电设备 到发电机处逐级增大，如按电流原则整定，则应 有I1I2I3。 电网的短路保护电网的短路保护 o按时间原则整定按时间原则整定，则应有，则应有t1t2t3，即各级保护装置动作时间的即各级保护装置动作时间的 整定值应从用电设备到发电机处逐级增大整定值应从用电设备到发电机处逐级增大 o按电流原则整定按电流原则整定，则应有则应有I

59、1I2I3，即各级保护装置动作电流的即各级保护装置动作电流的 整定值应从用电设备到发电机处逐级增大。整定值应从用电设备到发电机处逐级增大。 短路保护装置短路保护装置通常采用万能式自动空气开关，装置式自动空气开通常采用万能式自动空气开关，装置式自动空气开 关及熔断器等。器装置式自动空气开关装有电磁脱扣器，大量应关及熔断器等。器装置式自动空气开关装有电磁脱扣器，大量应 用于各种配电装置，熔断器一般用作电网的末级保护。用于各种配电装置，熔断器一般用作电网的末级保护。 在船舶电网中，发电机和用电设备的短路保护装置通常设在靠近在船舶电网中，发电机和用电设备的短路保护装置通常设在靠近 电源侧的出线端。电源侧的出线端。 电网的短路保护电网的短路保护(图图12-26) 电网的过载保护电网的过载保护 船舶电网大多为幅射型馈线式配电网络，馈线的截 面积又都与发电机及用电设备的容量相配合的。由 于发电机和用电设备的过载保护装置同时保护了电 网，电网中不设专门的过载保护装置。 注：舵机电动机和它的供电线路根据规范要求均不 设过载保护，只设短路保护和过载报警装置。 6.2 同步发电机的保护及保护装置 船舶同步发电机是船舶电站的重要组成部分，它是保证船船舶同步发电机是船舶电站的重要组成部分，它是保证船 舶安全航行的重要设备