船舶电力负荷计算方法及电算处理(共14页)

1、课程名称：船舶电站(din zhn)自动控制系统与管理学生(xu sheng)名称： 学生(xu sheng)班级： 学生学号： 任课教师： 尚前明 课程成绩: 完成时间： 2014 年 6 月 28 日船舶电力(dinl)负荷计算方法及电算处理【摘要(zhiyo)】船舶电站是船舶动力的主要提供者，是船舶电力系统的核心，船舶电站对保证船舶航行的安全性、经济性具有重要的意义。根据船舶负荷的供电要求准确的设计电站的容量将直接影响到船舶运行(ynxng)的经济指标。船舶电站容量过大，电站长期处在低负荷运行的状态下，导致运行效率降低，同时与之相配的电器设备也会因为大容量的需求而增加了成本，造成了资金的

2、浪费。船舶电站容量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有用电设备标称电功率的总和。在船舶电站设计中，要确定船舶电站的总容量和发电机组的数量及单机功率，首先就要计算出船舶在各种运行工况下电力负荷所需总功率。根据计算所得的总功率，再考虑总的同时使用系数、网络损失和储备容量等因素，才能确定电站发电机组的功率和数量。因此，正确的电力负荷计算，合理的电站配置，显得愈为重要。【关键字】运行工况 负荷系数 三类负荷法 需要系数法Ship power load calculation methods and its computer processingAbstract：Sh

3、ip power station is the main provider of Marine power, is the core of electric power system of ship. Ship power station has the vital significance of the safety of navigation and economy of ships. According to the requirements of the accurate design of the power plant capacity will directly affect t

4、he operation of economic indicators of the ship. Ship power plant capacity is too large, power plants are in a state of low load operation for a long time, results in the decrease of operation efficiency, at the same time because of the large capacity requirements for electrical equipment the cost i

5、ncreases, causing a waste of money. Ship power station capacity ranging from all over the ship the sum of all the nominal power of electrical equipment, and also is not equal to ship a the sum of all the nominal electric power electrical equipment running condition. In ship power station design, in

6、order to determine the total capacity of the ship power station and power of generating units and the number of single generating unit, calculating power load under various operating conditions is needed. The calculation of the total power, considering the simultaneity usage coefficient , factors su

7、ch as network loss and reserve capacity at the same time, is to determine the power and quantity of the generating unit. Therefore, the correct power load calculation, reasonable power plant configuration is more important.Keywords：operating conditions；load coefficient；three kinds of load method；dem

8、and coefficient method一 .船舶的运行工况由于船上各用电设备的工作情况与船舶的运行状态有关，不论用什么方法计算，电站容量都是按照船舶不同的工况分别进行的。研究船舶各种典型工况的目的是要找出最大用电量、最小用电量，最大负荷的工况用来确定电站的总容量以及最小负荷的工况用来确定单台发电机或最小发电机的容量从而得出用电规律。目前，在负荷计算中一般包括航行工况、进出港工况、装卸货工况、停泊工况及应急工况五种运行工况。下面分析每种工况对电站配置的影响。（1）航行工况：满载全速的航行状态(zhungti)的工况，一般来说是在船舶单个运行周期中占用时间最长的一种通用性的普通工况。（2）进

9、出港工况：进出港低速(d s)航行、靠离码头时使用(shyng)锚绞设备和侧推（如配有）等机动状态的工况。这种工况下除使用锚绞设备外，还使用了正常航行所需要的大部分设备，所需要的总功率一般较大，而此种工况按照规范要求还需配备备用发电机组。因此，通常作为确定电站总容量大小的参考工况。（3）装卸工况：:装卸货时的工况。此种工况下主机已不再运行，为主机服务的辅助机械也不使用，使用的设备主要是装卸货需要的甲板机械、压载泵、照明等设备。当装卸工况下有这些大功率设备使用而使总负荷量较大时，此种工况也作为确定电站总容量的参考工况。（4）停泊工况：船舶无装卸作业停泊码头状态的工况，这种状态主要的负荷就是生活用

10、电和一些机修设备，此时负荷功率最小，往往作为确定最小发电机容量的参考工况。（5）应急工况：发生海损主发电机失效的工况。主发电机组不能工作的情况通常可以分为三大类，第一种是机舱发生火灾；第二种是机舱进水；第三种是主发电机组发生故障；而机舱火灾情况下的负荷总功率最大。因此，通常将这种情况作为选择应急发电机的容量的依据。需要注意的是，千万不能把所有可能发生的紧急情况都叠加起来来考虑应急发电机的容量，这样选出来的应急发电机容量是偏大的。综上所述，可以得出船舶的负荷与各个工况的关系：负荷的大小是与传播的工况时密切相关的；船舶各种设备一般是低于或等于其而定的功率下的状态工作。二.各项负荷系数的确定1电动机

11、的利用系数在对船舶电站容量计算的过程中，离不开对电动机利用情况的考虑。从以往的情况看，当船舶的电动机的最大功率没有办法确定时，则将其利用系数统一设定为1，这样的做法显然不够科学。所以，在船舶选配电动机的时候，对于系列产品中电动机功率不一定与设配轴上的功率相对应，有时候为了满足启动转矩，则选用功率稍大一些的电动机，所以电动机的功率未必全部得到利用，也就产生了利用系数。因为不能完全与设配相适应，因此这个系数应当小于1，所以在电站容量计算中应当将其考虑为0.80.9，根据工况有的甚至为0.7。根据经验，如果不能够准确其值，则应统一为0.9，这样计算出来的结果较为准确，但多数偏高。2电动机使用功率的效

12、率系数电动机的实际使用功率有一个较为固定的效率系数，也就是电动机实际负荷工作时的效率，这个系数原本可以利用电动机的曲线特性来得出，但是这样给计算带来了较为复杂的数学问题。实际中为了方便计算，都是利用选定的额定效率系数e作为参考，计算的结果虽然存在偏差，但是体现出来的影响并不大。这主要是因为，从直流电动机的角度看，其效率在使用范围内变化不大，因此可以认为其功率时效率e为定值，而异步电动机在低负荷的时候效率低，从其特性曲线中发现，当电动负荷在50100%间，其效率变化小于5%，因此综合看，选择固定的效率值是可行的。3机械(jxi)载荷系数对于电动机的机械载荷系数，要想确定一个较为准确的值，也是比较

13、困难的。系数是一个定量值，因为用电设备配置在某个状态下，其实际的使用功率是一个变化的数值，计算过程中无法确定。通常的做法是采用经验数据作为选取系数的依据(yj)，如：通常使用的恒速的机械，包括风机、泵类等，其机械负荷通常取值为0.80.9，而锚机(mo j)、绞盘机械则为0.60.7，舵机则更小，为0.30.4，这里的系数取上限还是下限，要根据船舶整体配合的情况来进行确定。4同时运行的系数同时运行的功率系数选择是直接影响计算结果的重要指标，要确定十分准确的数值也是相当困难的。实际中常用的方法是将船舶情况分类，即将船舶的工况、型号、设备数量等进行综合划分，并衡量其同时工作的可能性来选取。如：船舶

14、上的设备较多，或者船舶型号较大，这样其设备同时运行的可能性就小，则同时系数就小，反之小型船舶，设备少的同时系数就要大些。一般采用的同时系数在0.80.9之间，而负荷系数则在0.30.5之间三.负荷的计算对船舶电站容量计算可以采取多种计算方法，普遍使用的方法有：概率分析法进行计算；昼夜航行图表计算；负荷系数计算。概率分析法适用的是有参考的同类型的船舶，而小型船舶、电动辅助不多的船适用于昼夜航行图表法，实际中采用最多的是负荷系数计算。其中负荷计算有两种计算形式，需用系数和三类负荷计算方式。在电站的电容确定后，技术人员可以按照计算的结果选取对应的产品，并根据发电机组的标准来配套发电机。这就是船舶电站

15、电容计算的重要作用。1.负荷分类计算全船电力负载时，可根据使用情况，将负载作如下分类：（1）第类负载连续使用的负载，如航行时主机冷却水泵。（2）第类负载短时或重复短时使用的负载，如航行状态时的燃油输送泵。（3）第类负载偶然短时使用的负载，以及按操作规程规定可以在电站尖峰负载时间外使用的负载，如航行状态下的机修机械。三类负载的分法，与船舶运行工况有关，如在航行工况下连续使用的负荷属于第类负载；在航行工况下使用若干小时停止使用若干小时的负载（如燃油离心分油机等）作为第类负载；而在靠离码头时，虽然起锚机工作时间较短（仅有30min 左右），但在该工况下，一般都作为第类负载。2.负荷(fh)系数1电动

16、机利用系数(l yn x sh)K1对电动机来说，电动机的输出额定功率不一定恰好和机械(jxi)轴上所需的额定功率相符，为了保证启动力矩和短时发出最大力矩，电动机额定功率网网选的比较大。因此，电动机功率并未充分利用。电动机利用系数定义为机械的轴上最大功率PM与电动机的额定轴功率PN之比，即K1=PMPN式中 PM机械轴上最大功率；PN电动机的额定功率。2机械负荷系数K2 每一台辅机，有一实际使用功率P2，在某一运行状态时，接卸并不一定满负荷。机械负荷系数K2定义为每一机械实际使用轴功率P2与机械最大轴功率PM之比，即：K2=P2PM式中 P2某状态下机械轴上实际需要率；PM机械的最大轴功率。3

17、电动机负荷系数K3在通常负荷条件下，实际机械负荷所需要电动机输出的功率，可用电动机负荷系数来描述，即用K1与K2的乘积反映电动机的负荷情况。电动机负荷系数定义为：K3=K1K2=P2PN从（2-3）可以(ky)看出，电动机负荷系数K3反映的是实际(shj)机械负荷与电动机额定功率之比。4同时(tngsh)使用系数K0在某一运行状态时，同类机械不一定都同时使用，因此我们用一组同功率的用电设备的同时使用系数K0来计及它的影响。同时使用系数为K0=nm式中 n该组同时工作的用电设备数目； m该组用电设备的总数。5类和类负荷同时使用系数的确定船舶在某运行工况状态下，不可能所有用电设备都一直处于工作状态

18、1.第类负载有时考虑到各辅机和用电设备最大负载的不同特性，可取其同时系数为0.80.9。2.第类负载可按该负载的平均工作时间和工作周期之比来估算。当没有确切资料时，可参考表3-3 选取。不难看出，利用同时系数逐一计算各间断负载的所需功率也是十分繁琐的，所以实际计算时，通常是采用负载系数计算出各间断负载总需要功率后，再乘以总的同时系数的方法，这一同时系数一般取0.30.5。具体选定时可参考下述原则：(1)在大的船舶上，由于负荷的数量较多，同时工作的可能性要小些，因此同时工作系数比负荷少的船舶可取小些。(2)船舶的活动愈紧张，同时工作系数就取得愈大，因为设备的同时工作可能性愈大。例如：舰艇在战斗状

19、态时K0取0.8，而在停泊时，可取0.65。如果某一间断负载较大，比如其需要功率大于或接近其他间断负载总和时，则该大功率的间断负载一般不乘以同时系数。3.第类负载在计算电力负载时，通常可以不计。但对于小型船舶或考虑高峰负载时，应予以充分注意。第II 类负载同时系数3.所需功率(gngl)的计算1.额定所需有功功率：在确定一台电动机需要(xyo)电网供给的所需有功功率时，需要考虑到电动机的效率。在额定( dng)工作状态下，一台电动机需要电网供给的额定功率为 P4=PN（kW）式中 电动机额定效率 一组同类电动机额定所需总功率应为P=mK1K2K0P4=K3K0P5 （kW）式中 m该组同类电动

20、机数目。 对于照明及弱电设备来说，P5就是其装置功率。2实际所需有功功率由于在某一运行状态时，机械并不一定满负荷，一组同类辅机不一定都同时使用，考虑它们的影响，一组同类电动机实际所需有功功率为Q=Ptan（kw）3实际所需无功功率对于交流用电设备，需要考虑到功率因素cos尚需计算所需无功功率P5=mP4 (kvar)式中 用电设备(shbi)的实际功率因数角，由实际负荷的cos求得。cos可根据(gnj)电动机的额定功率PN、额定( dng)转速nN和负荷程度由表2-6中查得。实际负荷的cos4运行工况下需要发电机供给的总功率应考虑到各组用电设备之间的第I类负荷总同时使用系数K0和第类负荷总同

21、时系数K0。尚需计入5的电网损耗。总有功功率P=(K0P+K0P)1.05总无功功率Q=(K0Q+K0Q) 1.05式中 P、P该状态下第类、第类负荷的总有功(yu n)功率； Q、Q该状态(zhungti)下第类、第类负荷的总无功功率。在某运行状态(zhungti)下负荷的平均功率因数costan=QP=tan-1QP在某运行状态下可能短时需要的最大负荷为Pmax=P+P式中 P该状态第类负荷的总有功功率。 总功率是该状态下选择发电机功率和台数的依据。 根据最大负荷的总有功功率，再考虑1020的储备容量，即可确定船舶电站的容量。一般说来，船舶在航行等主要运行工况下，总的功率因数不低于0.7，

22、对电站发电机功率的选择影响不大，为简化起见，有时可不计算无功功率。4.负荷表的编制用三类负荷法计算全船电力负荷时，可按下列程序进行： (1)向轮机和舾装等专业收集全船用电设备的原始数据。(2)将全船负荷按使用情况分为三类(连续、短时、偶然短时)。(3)根据船舶类型及用途选定计算工况，将全船用电设备按用途或系统分类并填入表中。(4)确定系数K1、K2、K3和K0。(5)计算各电动机和用电设备的额定所需功率P4、设备组的额定所需功率P5、每一运行工况下实际所需有功功率P和无功功率Q。(6)计算每一运行状态下各类负荷所需的总功率PI、PII、PIII、QI、QII和QIII。(7)考虑总同时使用系数

23、K0I和K0II，并计及电网损耗5，计算各运行状态下负荷所需总功率P。(8)根据上述计算结果选择发电机组的单机功率和数量，并核算各工况下发电机负荷百分率。一般来说，发电机应有1020的储备功率，最后还要用可能出现的短时需要最大负荷Pmax校验发电机的过载能力是否满足。四.需要系数法1.需要系数的定义负载实际需要功率是由各设备的种类及其使用方法决定的，其值可用需要系数来计算。所谓需要系数，就是设备使用时的最大需要功率与其额定输入功率之比，即：K=PshPe设备的额定输入功率，对电动机而言，就是其额定输入功率；对照明和弱电设备而言，可采用安装的总功率；对负载随时间上下波动时，一般取其平均功率。需要

24、系数随船舶运行工况不同而不同，对于一般商船，可以取下述各值：连续(linx)负载分类及其需要系数K值间歇负载分类及其需要(xyo)系数K值2.功率(gngl)计算方法1.额定状态所需功率(gngl)的计算在额定工作状态(zhungti)下，一台电动机需要的电网供给的额定功率，即P4=P1式中 P1电动机额定功率 电动机额定效率一组同类电动机额定所需总功率为P5=mP4式中 m该组同类电动机数目照明设备和弱点设备的额定所需功率，即采用其安装总功率。2.实际消耗功率的计算用电设备额定所需功率和需要系数的乘积就是实际消耗功率，即P6=KP5式中 K需要(xyo)系数3.全船所需总功率(gngl)各类

25、负荷的实际消耗功率(gngl)相加，便得到全船所需总功率，即P=KP54.电站总功率考虑5的网络损失，所需总功率为P=1.05P3.负荷表的编制及计算步骤（1）根据船舶的运行状态需要，悬着计算工况，并确定个工况下所需使用的电气设备。（2）估算各辅机和电气设备实际使用管理及了解使用情况，并而确定需要系数K。（3）将全船用电设备的名称、数量、电动机额定数据及功率填入相关负荷计算表中。（4）计算船舶运行中各电气设备的所需功率P4，并计算出船舶额定所需总功率P5。（5）计算船舶哥运行工况下各电气设备的所需实际功率P6，以及实际消耗功率。（6）考虑5的网络损失，计算所需总功率（7）选择发电机组的单机功率和数量，并核算各工况下发电机负荷百分率。一般来说，发电机应有1020的储备功率，最后还要用可能出现的短时需要最大负荷Pmax校验发电机的过载能力是否满足。五、电算处理由于电力负荷计算量大，手工计算效率低，出错率高。传统的数值计算软件多用FORTRAN或C语言编写。但在Windows操作系统使软件的界面图形化和易用性深得用户欢迎的今天，这些程序（如输入界面差、数据的暂存性使得