第1章+船舶电力系统概论.ppt

1、第一章 船舶电力系统概论,船舶电力系统研究的对象是发电机发电、配电给各用电负载的问题。,船舶电力系统是向船舶用电负载供给电能的独立电力系统。,近年来，在某些船舶上又出现了大功率、高电压的高参数中压电力系统。,船舶电力系统要切实保证全船的生产和生活用电的需要，必须达到下列基本要求：,(1)安全,(2)可靠,在电能的发送、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。,应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。,(3)优质,(4)经济,应满足电能用户对电压、频率和波形等质量的要求。,电力系统的投资要省、运行费用低，并尽可能地节约电能。,第1节 船舶电力系统的组成、特点及基本参数,1 船舶电力系统的组

2、成：,船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网和电力负载四部分组成。,电源装置,配电装置,电力网,负载,中压主电力系统电源：,3台5200KVA，720rpm，60Hz的主发电机组，柴油机为Warsila 9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。,其中No.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应的货物时，可以切换为2030KVA，600rpm，50Hz的模式运转，单独为50Hz的货物负载电源供电，图中用于中压汇流排连接的断路器KS1应该处于分闸状态。,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。,(1) 电源装置,(2) 配电装置,对电源和用电设备保护、监测、

3、分配、转换、控制的装置。,按用途可分为主配电板、应急配电板、充发电板、区配电板、分配电板和岸电箱等几种。,按形状分可分为垂直立式、台式、桌式和控制台式四种。,按外壳结构可分为防护式、防滴式和防水式。,(3) 船舶电力网,是全船电缆电线的总称 ，包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网。,电加热器、电风扇、电视机。,1）各种电力拖动设备,舵机、锚机、起货机、油泵及水泵等。,2）船舶电气照明设备,照明灯具，信号灯等。,3）船舶通信导航设备,无线电收发报机、声光报警装置、电车钟、舵角指示器、电罗经、雷达等。,4）其他设备,(4) 负载: 用电设备,船舶电力系统是一个独立的电力系统。,2)

4、 船舶电力系统的特点,总容量不超过各发电机容量的510倍的电网称为独立电网，船舶电力系统属于独立电网。,在独立电网中，调节运行发电机的电压或原动机的转速，除了改变本身有功功率和无功功率的承担外，还影响电网的频率和电压。,船舶电力系统通常只有一个电站工作，任何导致断电的事故，都将危及船舶航行的安全。,船舶电站的容量相对负载来说是有限的，某些大电动机的容量与电站容量可相比拟，大电动机起动时的冲击电流将引起电网电压的急剧下降，严重时会使某些设备退出工作。,船舶电站的容量较小。,电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。,船舶电力系统负载变化频繁。,船舶电力系统工作环境恶劣。,（1

5、）船舶电站的容量较小,陆上电力系统单台发电机容量最大已达1200MW，电力系统总的装机容量大约在1000MW 100000MW。,陆上电力系统一般都由许多个不同类型的发电站联网运行，其电源容量可以认为是无限大电源系统。,船舶电力系统通常电源多为单一电站，船舶电站大多由2 4台同容量、同型号的发电机组组成。,船舶电站单机容量约为几百几千KW，船舶电站总装机容量为（2 4）倍的单机容量。,（2）电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。,船舶电站配电装置也简单、可靠，只采用低压电器开关及控制和保护装置，除照明须配置容量不大的变压器外，并无其他的变压设备，一般船舶电站直接对用电设

6、备供电。,船舶用电设备虽然较多，但比较集中，在船舶有限的长度内，电源与用电设备之间的距离很短，因此线路阻抗很低，线路压降小，电能损失较小，但短路电流大，特别是在汇流排处的短路故障。,（3）船舶电力系统负载变化频繁,（5）应急工况,货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：,（1）航行工况,（2）进出港工况,（3）装卸货工况,（4）停泊工况,由于船舶工况变化较多，不同工况对应的船舶电力系统的用电量明显不同。,（4）船舶电力系统工作环境恶劣,船舶在海上航行，必然受到各种恶劣气候条件的影响，给船舶电气设备的正常、安全运行带来很多困难，这些困难可能造成比陆地上更加严重的后果。,环境温度变化大,相对湿度较大

7、,金属部件易于腐蚀,工作稳定性差,电磁污染严重,工作环境恶劣(三防:防潮湿、防霉菌、防盐雾),电气设备的船用条件及基本要求,（1）适应振动和冲击的条件,要求电气设备应能承受船舶正常运营所产生的振动和冲击。,由于振动可使电气设备的固定或连接部件松脱，使部件结构损坏或失灵，因此这些部件要有防松脱的措施。对受振动影响较大的设备应有减振或隔振措施，并且具有坚固的耐振动和抗冲击的机械结构。,主电站应具有足够高的电能质量指标（即电压和频率的稳定度），以保证在各种状况下电网的正常运行。,电力系统应具有合理的保护措施，以保证最大限度的供电连续性。,发电机应能输出足够大的稳态电流，以维持动态稳定，断路器和开关应

8、有足够的故障切断能力和短时过电流能力。,电气设备应能在船舶环境中可靠工作。,（2）适应倾斜和摇摆的条件,（3）适应环境温度条件,（4） 耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件,油雾和灰尘粘附于表面也增加了表面的漏电，而且阻碍散热使温升增高，潮湿的水分子渗入绝缘材料的裂缝和毛细孔中，使漏电流增大导致绝缘电阻的下降。,潮湿和盐雾在绝缘材料表面形成漏电薄膜，在湿热条件下霉菌分泌有机酸，加剧了表面的潮湿性。,（5） 适应船舶电网电压和频率的波动,（6）满足防护要求,由于一些舱室机器密布，空间狭小低矮，存在着设备或人员遭受各种侵害的复杂环境，因此船用电气设备的防护等级类型也比较复杂多样。,为了避免电气设备

9、受到外部固体和液体异物的侵入而发生故障或损坏，为避免人身遭受触电和机械伤害，一般电气设备都应有防护壳罩。,我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会（IEC）推荐的国际防护IP等级标准。,防护标志IP后面第一位数字表示防护固体异物侵入的等级，第二位数字表示防水液侵入的等级。,两位数字的意义见下表,船用电气设备根据安装处所的不同有不同的最低防护等级要求：,只存在与带电部分接触危险的干燥舱室为IP20级。,存在滴水和（或）中等机械伤害的机器舱室、控制室和配膳间等处所为IP22级，其附具（开关、分电箱等）为IP44级。,存在较大水和机械侵害危险的机器处所（如机舱花铁板以下）为IP34级，其附具为IP5

10、5级。,存在较大水和机械侵害危险的压载泵舱、冷藏舱、厨房和洗衣间等处所为IP44级，其附具为IP55级。,存在喷水、货物粉尘、严重机械伤害、腐蚀性气体的双层底中的轴隧、管隧、干货舱等处所为IP55和IP56级。,存在大量水浸入危险的露天甲板为IP56级。,（7）满足尺寸小，质量轻要求,由于船舶环境的限制，应在满足所需电气特性的前提下，尽量选用外形尺寸小的电气设备。在不影响设备性能和强度的前提下，尽量选用由轻质材料制造的电气设备，还应考虑运输，安装和检修的便利。,（8）船舶电力系统与其他系统的联系,船舶电力系统与其他系统联系是相互联系的，燃油系统、润滑油系统、空气系统、冷却水系统及其他系统相联系

11、。,4 船舶电力系统的基本参数,船舶电力系统的基本参数主要包括电源种类、电压等级、频率等级、船舶配电系统的线制等。正确地选择合适的船舶电力系统基本参数，可以保证船舶电力系统的可靠性和稳定性。,电源种类,电源种类又称电制。,除了某些特种工程船舶和小型船，如供水、供油船和小艇，仍采用直流电制或交、直流混合电制外，对于几乎所有大、中型船舶，不论是液货船、集装箱船还是客船，都优先采用交流电制。,船舶电力系统常采用交流和直流两种电制。,电压等级,交流船舶电网多数为380V或为440V。,具体的额定电压等级一般都尽可能与岸电相同。,某些(电推)船舶上采用的6KV 、3.3KV的电力系统。,频率等级,对于一

12、些弱电设备，如无线电通信、导航系统，则采用500HZ和1000HZ的中频电源等，这些中频电源通常是由变流机组或变频器供电。,规定船舶交流配电系统的标准频率为50Hz或60Hz。,中国船级社钢质海船入级与建造规范2006对船舶供电系统的最高电压和频率均有明确的规定。,船舶配电系统的线制,配电盘分配出去的电能必须与发电机的电源引线组成回路，因此，发电机电源引线方式不同，将决定不同的配电方式。,线制是指连接船舶发电机与船舶用电设备的电力线路所采用的导线根数和连接方法。,1）三相绝缘系统,系统对地绝缘，较安全、可靠，供电连续性好，发生单相接地不形成短路，仍可维持电气设备短时工作。,特点：,主电网绝缘电

13、阻较高。,便于测量对地绝缘。,普遍采用,三相照明系统与动力系统无直接电的联系，相互影响小但需用照明变压器。,照明线路的负载需采用双保险丝进行保护。,2）中性点接地的三相四线系统,特点：,不需用照明变压器。,中性点接地电位固定，系统内部过电压较小。,若单线接地，形成一相对地短路，可通过保护装置切除，但供电连续性较差。,火线对地220V，欠安全。,3）中性点接地三线系统,利用船体作为中线形成回路，节省电缆,容易发生触电和短路故障。,1600总吨及以上的船舶动力、电热及照明配电系统，均不应采用利用船体作回路的配电系统。又规定钢铝混合结构的船舶，严禁铝质部分作导电回路。,中国船级社钢质海船入级与建造规

14、范规定：,对于油船、化学品船等液货船及其他特殊船舶，必须注意其配电系统的特殊要求，如油船可以采用的配电系统只限制在：,直流双线绝缘系统；,交流单相双线绝缘系统；,交流三相三线绝缘系统。,接地和接地装置,电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接称接地。,电气设备的接地方式分三种：,工作接地,保护接地,重复接地,接触电压和跨步电压,当电气设备绝缘损坏时，人站在地面上接触该电气设备，人体所承受的电位差称接触电压tou。,在接地故障点附近行走，人的双脚之间所呈现的电位差称跨步电压Ustep，,例如，当设备发生接地故障时，以接地点为中心的地表约20m半径的圆形范围内，便形成了一个电位分布区。这时，如果

15、有人站在该设备旁边，手触及带电外壳，那么手与脚之间所呈现的电位差，即为接触电压tou。,跨步电压的大小与离接地点的远近及跨步的长短有关，离接地点越近，跨步越长，跨步电压就越大。,离接地点达20m时，跨步电压通常为零。,1）. 保护接地,将在故障情况下可能呈现危险对地电压的设备外露导电部分进行的接地称为保护接地。,电气设备上与带电部分相绝缘的金属外壳，通常因绝缘损坏或其他原因而导致意外带电，容易造成人身触电事故。,为保障人身安全，避免或减小事故的危害性，电气工程中常采用保护接地。,保护接地,根据钢质海船入级与建造规范2006规定，电气设备保护接地的要求有：,（1）电气设备的金属外壳均需要进行保护

16、接地。,（3）无论是专用导体接地还是靠设备底座接地，接触面必须光洁平贴，接触电阻不大于0.02，并有防松和防锈措施。,（2）当电气设备直接紧固在船体的金属结构上或紧固在船体金属结构有可靠电气连接的底座（或支架）上时，可不另设置专用导体接地。,（4）电缆的所有金属护套或金属覆层须作连续的电气连接，并可靠接地。,（5）接地导体应用铜或耐腐蚀的良导体制成，接地导体的截面积须符合规定的要求。,2）. 工作接地,在正常情况下，为了保证电气设备可靠地运行，而将电力系统中某一点接地称为工作接地。,例如，电源（发电机或变压器）的中性点直接（或经消弧线圈）接地，能维持非故障相对地电压不变，电压互感器一次侧线圈的

17、中性点接地，能保证一次系统中相对地电压测量的准确度。,钢质海船入级与建造规范2006对船舶电气设备工作接地的要求是：,（1）工作接地与保护接地不能共用接地装置；,工作接地,（3）接地点位置应选择在便于检修、维护、不易受到机械损伤和油水浸渍的地方，且不应固定在船壳板上；,（2）工作接地应接到船体永久结构或船体永久连接的基座或支架上；,（5）平时不载流的工作接地线截面积应为载流导线截面积的一半，但不应小于1.5mm2，其性能与载流导线相同；,（6）工作接地的专用螺钉直径不应小于6mm；,（4）利用船体做回路的工作接地线的型号和截面积，应与绝缘敷设的那一级（或相）的导线相同，不能使用裸线。工作接地线

18、应尽量短，并妥为固定，接地电阻不大于0.01；,3）. 屏蔽接地,屏蔽接地是为了防止电磁干扰，在屏蔽体与地或干扰源的金属机壳之间所做的良好电气连接。,入级规范对屏蔽接地的主要要求是：,（1）露天甲板和非金属上层建筑内的电缆，应敷设在金属管内或采用屏蔽电缆。,（2）凡航行设备的电缆和进入无线电室的所有电缆均应连续屏蔽。与无线电室无关的电缆不应经过无线电室。若必须经过时，应将电缆敷设在金属管道内，该管道进、出无线电室均应可靠接地。,（3）无线电室内的电气设备应有屏蔽措施。,（4）内燃机（包括安装在救生艇上的内燃机）的点火系统和启动装置应连续屏蔽。点火系统电缆可采用高阻尼点火线。,（5）所有电气设备

19、、滤波器的金属外壳、电缆的金属屏蔽护套及敷设电缆的金属管道，均应可靠接地。,4）. 其他接地,（3）避雷接地,（1）保护接零,保护接零,（2）重复接地,第二节 船舶电力系统的类型,船舶电力系统可划分为以下几种类型,单主电站船舶电力系统,多主电站船舶电力系统,节能型船舶轴带发电机电力系统,船舶综合电力系统,单主电站船舶电力系统,船舶电力系统除了配备主电站以保证船舶正常运行工况下各种用电设备的供电外，还设置应急电站，用来保证船舶处于低负荷、应急或其他特殊工况下部分电气设备的供电。,正常情况下由主发电机供电给主配电板汇流排和应急配电板汇流排。在主发电机发生故障停止供电时，船舶负荷开关MCB4及应急配

20、电联锁开关EMCB均跳闸，船舶应急配电盘ESB失电，延时后应急发电机EG自动起动投入工作，向船舶应急配电盘ESB供电。,另外，当船舶停靠码头时，如果不使用通导设备，在船舶主电站正常供电的同时，可将应急配电板上的试验开关由零位转至试验位，自动应急控制系统立即发出使应急配电板上的应急配电联锁开关EMCB跳闸指令，应急配电板立即失电，船舶应急主发电机EG自动起动建压后，船舶应急发电机主开关EACB合闸向应急电网供电。,表面看，船舶主电站、应急电站同时处于供电状态，但它们并没有向同一负载供电，并未真正并联运行。结束试验，将试验开关转至零位，自动应急控制系统检测到主电网有电，控制船舶应急发电机主开关EA

21、CB先跳闸，应急配电联锁开关EMCB再合闸，恢复由船舶主电站向应急配电板供电。,多主电站船舶电力系统,多主电站船舶电力系统系指船舶上设有两个以上主电站的电力系统，大型的航空母舰上有时甚至设置8个电站。,这些电站分散布置在船舶比较安全的部位，保证电力系统具有较高的供电可靠性。这种系统常用于战斗舰艇、核动力舰或其他对供电可靠性有较高要求的舰船上。,某种类型舰艇的多主电站电力系统。舰上有两个发电站：一组为汽轮机电站（艉电站）；另一组为柴油机电站（艏电站）。每个电站各装有两台发电机组，同一电站发电机可长期并联运行。为了提高供电的可靠性，系统采用跨接线将艏艉两电站的主配电板连接起来。,在非战斗时，全舰负

22、载轻，跨接线的自动开关（联络开关）接通，这时可只由一个电站向全舰供电。在战斗时，跨接线上的开关断开，两电站独立工作，分区供电。对重要负载，可以由两个电站供电。当一条供电线路断电时，可以在负载处由转换开关接到另一电站的供电线路上去，以提高供电的可靠性。,节能型船舶轴带发电机电力系统,节能型船舶轴带发电机电力系统是近年来发展起来的一种利用主机余能发电的节能型电力系统。它除了有通常的柴油发电机组外，还配备有利用主机余能发电的轴带发电机或利用主机排出废气发电的废气涡轮发电机。当主机持续工作时，主要依靠轴带发电机组提供全船所需的用电，运行十分经济，应用也日趋广泛。,船舶综合电力系统,传统的船舶动力系统与

23、船舶电力系统是相对独立的，船舶动力系统通常由常规的柴油主机和其它机械装置组成。船舶电力系统一般是作为辅助能源，与船舶推进并没有直接关联。电力推进的船舶，如破冰船、工程船等常采用推进和供电联合起来的电力系统，这样的电力系统具有更大的经济性和机动性。,船舶中压电力系统,常用的IEEE标准100规定中压交流电力系统的定义是指额定电压大于1000V，小于10000V的电力系统。,目前国内外建造的大多数是440V，或380V低压交流电力系统。,以2002年底新建成的“泰安口”半潜式电力推进特种运输船的中压电力系统为例，简单介绍中压电力系统的结构和运行模式特点。,3台5200KVA，720rpm，60Hz

24、的主发电机组，柴油机为Warsila 9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。,其中No.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应的货物时，可以切换为2030KVA，600rpm，50Hz的模式运转，单独为50Hz的货物负载电源供电，图中用于中压汇流排连接的断路器KS1应该处于分闸状态。,中压主电力系统电源：,450V的辅助低压系统供电的2台900KVA、将电压从6.6 KV转变为450V的旋转变流器。,当旋转变流机组发生故障或检修时，以及在码头没有载货物时，电源来自1台1125KVA，900rpm，60Hz的辅助发电机组，柴油机是Warsila 6L20，,“泰安口”半潜式电力推进船电力系

25、统的运行模式,航行模式； 装载50Hz货物的模式； 机动操纵模式； 动态定位模式1； 动态定位模式2； 港内停泊模式1（不需要50Hz中压货物电源）； 港内停泊模式2（需要50Hz中压货物电源）； 应急工况； 港内停泊模式3(功率回馈模式)。,不同运行模式的设置，是靠电力系统中发电机组、汇流排的不同连接组合实现的。,第三节 船舶电站的主接线,船舶电站的主接线是指发电机通过开关设备和连接导线所组成的受电和配电的电路,把发电机和配电设备等用单线连接成的电路图称为电气主接线图,船舶电站的主接线在主配电板中表现为主汇流排（以下称母线）的连接方式。从母线的数量上看，有单母线和双母线形式；从母线的分段与否

26、来看，有母线分段和母线不分段形式。,船舶电站的主接线主要有下列形式：,单母线不分段,单母线分段,双母线不分段,双母线分段,单母线不分段的主接线, 单电站母线分段主接线,母线分成两段以后，形成两个独立的电网，有两个母线电压，许多控制电路要作相应的处理。,开关Q3把母线分隔成两段，也可以说开关把两段母线连接起来，故可以称为母联开关。,母联开关一般采用如下形式：三个各相独立的隔离器；三相隔离开关；三相断路器。,采用断路器操作起来较方便，可实现自动操作，且能通断负载电流和短路故障电流，但体积较大，价格较贵。,船舶电站的主接线的母联开关，通常采用隔离开关形式。,采用隔离器虽然节省空间，但必须在无负载或已

27、断电条件下，采用绝缘手柄才能进行分合操作；,采用三相隔离开关比较简单，价格又便宜，分段信号可以用位置开关来发出，但是不允许带负载操作，且只能由人工完成；, 有两个电站的主接线,两个电站可以同时供电，也可以用一个电站向全船供电。当一个电站不能供电时，由另一个维持电网供电。这样增强了船舶运行的生命力，提高了供电的可靠性。,有的船舶如大型游轮和军舰，设置两个电站。,两个电站的母线通过各自的联络开关（Q5和Q6）和连接电缆相互连接。一个电站可以向另一个电站供电，两个电站也可以并联运行。,连接两个电站母线的开关称为联络开关，从原理上讲，联络开关只需一台，考虑到操作的方便性和可能出现的各种损坏，在两个电站

28、处各设一台联络开关。,担任联络任务的开关通常采用断路器。, 有两台轴带发电机和两台柴油发电机的主接线,从船舶营运的经济性出发，为了合理地使用能源，船舶电站的发电机不限于采用独立的发电机组，许多船舶电站采用了由主机带动的发电机，称为轴带发电机。,还有由主机排气驱动的透平发电机，称为废气透平发电机。,这类发电机只有在主机运行时才能使用，因此还必须设置独立的发电机组。,有两台轴带发电机和两台柴油发电机的电站,由于转速与频率的严格关系，两台主机带动的发电机不能并联运行。,船舶航行时如果要用两台轴带发电机供电，母线就必须分成两段分别供电。在这里隔离开关Q3是必须设置的，而且必须采用断路器。,它与设置隔离

29、开关的主接线一样。不同的是，每段母线上设一台轴带发电机和一台柴油发电机。这两台机可以并联运行，也可以通过Q3（合闸）向另一段母线供电。两台柴油发电机可以通过Q3（合闸）并联运行。 两台轴带发电机（不管柴油发电机是否与之并联）只有在Q3断开时才能分段供电。, 主母线在一侧的三段母线电站主接线,某种工作船舶的电站，由两台轴带发电机和两台柴油发电机组成。,两台母联断路器把母线分成三段，主母线MB接两台柴油发电机：l段轴带发电机母线SB1接1号轴带发电机，2段轴带发电机母线SB2接2号轴带发电机。,电力负载有两台大功率侧推电动机和其他大功率机械电动机，分别接在两段轴带发电机母线上。,在作业状态，为了避

30、免启动大功率电动机时的冲击电流，断开联络断路器Q5和Q6，把母线分成三段，轴带发电机分别向各自的母线供电，主母线MB由一台或二台柴油发电机供电，也可以合上 Q5断开Q6，把母线分成二段，任一台轴带发电机向SB1和SB2供电。,在正常航行状态，合上Q5和Q6把母线连成一段，由任一台轴带发电机向全船负载供电。, 主母线在中间的三段母线电站主接线,另一种三段母线的电站如下图所示。不同的是轴带发电机和侧推电动机在主母线的两侧，它可以断开一台联络断路器，用一台轴带发电机供自己母线的大功率电动机，合上另一台联络断路器，用另一台轴带发电机向全船负载供电，但一侧的轴带发电机不能向另一侧的大功率电动机供电。,双

31、母线不分段的主接线,一台轴带发电机和两台柴油发电机的电站,这可以看成是具有双母线电站的例子。,主母线MB与两台柴油发电机G1和G2相连接。轴带发电机母线SB与轴带发电机G3连接，轴带发电机母线 SB上接有经济航行所需的负载，两条母线可以通过联络开关Q4连接起来，柴油发电机可以与轴带发电机并联供电，也可以向轴带发电机母线SB供电。,第四节 船舶主电站容量确定和发电机组台数的选择,1 确定船舶电站容量的目的,船舶在各种状态下的用电量不尽相同，船舶主电站的容量并不是全船各用电设备功率之总和。,正确合理地计算船舶电站的容量和选择发电机组的台数，对于船舶运行的可靠性和经济性，具有重要的意义。,2 确定船

32、舶电站容量和机组数量的方法,为了确定船舶电站的容量和发电机组的功率及数量，首先要计算出全船电力负载所需的总功率，也就是全船用电设备的实际功率需要量。,船舶在不同的航行工况下，其计算负荷也是不相同的。然后再考虑其它因素，如电网损耗、同时系数等，最后才能确定发电机组的功率及数量，从而决定船舶电站的总容量。,船舶电站容量的计算方法很多， 绝大多数都是将负载分成连续负载和间断负载来计算。,由于所用负载功率的不同，连续负载与间断负载的相加方式不同，引出了三类负载法、需要系数法、昼夜航行图表法、概率论法、软件仿真法等，每种方法里又分有很多公式和模型。,其中三类负荷法、需要系数法、昼夜航行图表法、概率论法四

33、种方法用得较多。,概率论法适用于同类型的船舶，它是根据统计规律，找到发电机功率与主机功率之间的关系，利用回归分析方法，推导出一些公式，就可以在用电设备未确定前，预先确定发电机的容量。,昼夜航行图表法适用于小船或电动辅机不多的船舶。,三类负荷法、需要系数法应用最多。,西欧和日本多采用需要系数法,我国与前苏联等国采用三类负荷法,如果需要系数、负荷系数以及同时系数等选得恰当，能得到与实际情况相近的结果。,船舶电站容量的计算结果用表格的形式表示，称作船舶电力负荷计算书。P32P35(仅此说明),3 船舶电力负荷的分类、特点,31 船舶运行工况分类,在进行电力负载计算时，通常要考虑船舶运行工况，虽然不同

34、类型、用途的船舶其运行工况略有不同，但都有相同的基本运行工况，为了使电站更合理地适应各种工况的要求，电力负荷的计算应按不同工况进行。,船舶运行工况一般可划分成以下几类：,（1）航行工况：船舶全速、满载航行状态；,（2）进出港工况：港内低速航行或靠离码头等机动状态；,（3）装卸货工况：货船的装卸货或油船的装卸油状态；,（4）水上作业工况：调查船的海上作业、工程船舶的水上作业等；,（5）停泊工况：船舶停靠在码头或锚地上，无装卸作业状态；,（6）应急工况：指船舶在火灾或海损时的状态。,既有航区及使用目的的不同的区别，又有热带航行和寒带航行、装货和不装货（特别是装有冷藏货物时很重要）、载客与不载客的差

35、别，而且还有季节和时间的不同。例如：冬天和夏天、白天和黑夜、早晨和傍晚等。,船舶运行工况的划分并不是一成不变的,应注意的是类型不同的船舶其运行工况的划分也完全不相同，所以考虑时应视具体情况而定。,例如对客船就不需要考虑装卸货工况，而根据其照明负荷的使用情况将其正常航行工况分为昼夜两种工况进行计算。,32 船舶用电设备按功能分类：,1）动力装置用辅机：为主机和主锅炉等服务的辅机，如主海水冷却泵、淡水冷却泵、滑油泵、鼓风机等；,2）甲板机械：包括锚机、绞盘机、舵机、起货机、舷梯绞车；,3）舱室辅机：包括生活用水泵、消防泵，舱底泵、压载泵、为辅锅炉服务的辅机等；,4）机修机械：包括机舱起重行车、车床

36、、钻床、刨床和电焊机等；,5）冷藏通风：包括冷藏货舱、伙食冷库、空调装置使用的辅机及通风机等；,6）弱电设备：包括导航通信设备、无线电设备、自动控制设备及充电装置等；,7）照明设备：包括舱室照明、航行灯、信号灯、探照灯及电风扇等使用照明电源的设备。,4 发电机容量和台数的选择原则,为了满足船舶各运行工况的用电，必须正确地选择主发电机的容量和台数。,发电机容量的最后决定，应根据电力负荷计算书的计算结果决定。,选择发电机容量和台数时，必须遵循的一般原则,（1）发电机容量和台数的选择应满足船舶各使用工况下的用电量；,（2）主发电机台数一般选23台（至少2台），尽可能采用同容量，同型号机组，从便于维护

37、、保养和管理，有利于并联运行的稳定性和减少备件；,（3）发电机及其原动机，在不超过额定值而在额定值附近运行时效率最高。在通常运行状态下，不得使发电机过载，发电机的额定容量要有适当的储备量。长期运行（如航行）工况下，尽可能采用单机供电，其最高负荷率（发电机负荷功率/ 发电机额定功率）最好在80左右；,（4）必须设置备用发电机组，其功率应等于电站中最大一台机组的功率，保证当最大一台运行发电机组损坏时，仍能满足各种工况下船舶电能用户的需要。,（5）发电机容量和台数的选择还应考虑主、辅机的寿命比，应使其寿命尽量相等（使用时间相等）为最佳。,5 需要系数法确定电站容量,负载实际需要功率是由各设备的种类及

38、其使用方法决定的，其值可用需要系数来计算。,需要系数是用电设备实际所需要的功率与额定负载所需功率的比值。,Psh:用电设备实际所需要的功率,Pse:额定负载所需功率,需要系数的大小综合考虑了该用电设备的负荷状态、工作制、同时工作的概率等各方面的因素，一般是根据多年实际经验统计后取其平均值。,下面列出了一些用电设备的需要系数。,负荷表的编制程序,（1）计算各类用电设备的额定负载所需功率Pse,（2）选择计算工况，并确定各工况下所需使用的电气设备，并按连续负载和间断负载加以区分，确定各类用电设备的需要系数。,（3）将各类用电设备的额定负载所需功率乘以需要系数，然后总加起来，得到全船所需总功率。,（

39、4）选用间断负载的同时系数，计算总需要功率。,PG:计算总功率,Pci:各连续负载额定输入功率,PIi:各间断负载额定输入功率,Ki:需要系数,K2:同时系数,（5）再考虑5网络损耗，计算发电机所需总功率。,（6）根据上述总功率，选择发电机组的容量和台数，并计算各工况下使用发电机的负荷率。通常发电机应有10%20%的储备功率，最大负荷率在80%90%。,作为计算实例，见下表。,6 三类负荷法确定电站容量,由于需要系数法主要是根据用设备的负荷状态和工作制等因素，只考虑一个总的需要系数Kc来确定用电设备和发电机的容量，因此，准确性较差。对于用电设备较多、且有较充分数据可供选用的较大型船舶，大多采用

40、多系数的三类负荷法确定电站容量。,三类负荷法是将全船所有的电器设备按船舶不同工况下的使用情况分为三类，分别统计计算，找出其用电规律，最终确定电站容量及发电机组台数的方法。,它的主要特点是借助各种数据，求得各用电设备的几种负荷系数，再确定每台用电设备的实际需要功率。另外，还将各用电设备按其在船上的地位和作用，分成三类负载予以区别对待，并考虑同时使用情况，因此得出的结果比较精确。,61 三类负荷的分类,计算全船电力负荷时，可将其按使用情况分为三类：,例如：航行工况下的舵机，主机冷却水泵；而在靠离码头工况下，虽然起锚机工作时间较短（仅有30分钟左右），但在该工况下，它一直在使用，一般都算做第1类负荷

41、；装卸货工况下的起货机等；,第类负荷：某一运行工况下连续使用的重要负荷。,第类负荷：某一运行工况下短时或重复短时使用的负荷。,例如：航行工况下的燃油离心分油机，燃油输送泵、滑油输送泵、卫生水泵和空压机等。,第类负荷：某一运行工况下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以外使用的负荷。,例如：靠离码头工况下的电动舷梯，航行工况下的机修设备等。,三类负荷的具体分法，参见下表9万吨级柴油机船舶电气设备的负荷分类。,62 电动机负荷系数计算,电气设备负荷系数，用某一期间内的负荷平均需要功率与同一期间内的负荷最大需要功率的比值来表征，即：,1）电动机利用系数K1,对电动机而言，每台辅机选

42、配的电动机有一额定功率P1，每台辅机有一最大轴功率P2，所以可求得电动机的利用系数K1为,2）机械负荷系数K2,对电动机而言，每台辅机选配的电动机有一额定功率P1，每台辅机有一最大轴功率P2，所以可求得电动机的利用系数K1为,3）电动机负荷系数K3,由K1、K2两式可求得电动机负荷系数 K3,4）电动机以额定功率运转时从电网所吸收的功率P4,式中e为电动机在额定功率时的效率,5）电动机实际消耗的功率P5,电动机实际消耗的功率P5为电动机实际从电网取得的功率，它是负荷计算的目标值。,6）无功功率Q5的计算,对于交流电动机，求出有功功率P5后，还要计算无功功率Q5。,Q5P5 tg,一般船舶在进出

43、港和航行等工况，总的功率因数是较高的，一般不低于07，所以对选择发电机功率不会有很大影响，为简化计算，可不计算无功功率。,由于异步电动机的功率因数随电动机的负荷降低而显著下降，因此相当于P3的功率因数亦需从电动机的特性曲线查出，缺少这类曲线时可参考下表。,63 负荷系数的确定,1）负荷系数的确定,当数据充分时，一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数可根据轮机部门提供的设备实际使用数据来确定。这样，负荷系数可根据辅机的轴功率、机械负载系数和电动机的额定功率求得。,如果没有确切资料，可参考下表选取。,2） 同时系数的确定,（1） 对第类负荷，有时考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，可

44、取其同时系数为0.80.9。,（2）对第类负荷，同时系数可按该负荷的平均工作时间和工作周期之比来估算。,当没有确切资料数时，可参考下表选取。,(3）对第类负荷，在计算全船电力负荷时通常可以不计第类负荷，但对小型船舶或考虑高峰负载时，发电机和原动机是否可能过载应予以充分注意。,64 负荷表的编制,编制全船电力负荷表时，可按下述方法和程序进行：,（1）根据轮机等有关专业提供的数据，选择电动机和电气设备，并计算各电动机和电气设备的额定输入功率。,（2）根据船舶类型选定所需计算工况，确定各工况下所需使用的电动机、电气设备和使用情况，并进行负荷分类。,（3）确定负荷系数，并计算各用电设备在各工况下的实际

45、使用功率。,（4）计算各工况下各类负荷的功率总和，选定同时系数，计算总功率。在交流系统中，有时还需要计算无功功率和平均功率因数。,（5）考虑5的网络损耗，确定出所需的总功率。,（6）根据上述计算确定出的总功率，选择发电机组的容量和台数，并计算各工况下使用发电机的负荷率。通常发电机应有10%20%的储备功率，最大负荷率在80%90%。,分析沿海客货船全船电力负荷计算书，P-31,第五节 船舶配电装置,船舶配电装置是用来接收和分配船舶电能，并能对船舶发电机、船舶电网及各种船舶用电设备进行切换、控制、保护、测量和调整等工作的设备。,由各种开关、自动控制与保护装置、测量仪表及互感器、调节和信号指示等电

46、器设备按一定要求组合而成的一个整体。,船舶配电装置的功能是集中、分配和控制电能。,（1）接收船舶发电机输出的电能并对负载分配电能；,(2）正常运行时接通和断开电路（手动或自动）。,(3）电力系统发生故障或不正常运行状态时，保护装置动作，切断故障电路或发出报警信号。,(4）测量和显示电力系统运行中的各种电气参数，例如电压、频率、电流、功率、功率因数、绝缘电阻等。,(5）进行某些电气参数或有关的其它参数的调整，如电压、频率的调整。,(6）对电路状态、开关状态以及偏离正常工作状态进行信号指示。,51 配电装置的种类,(1) 主配电盘MSB（main switch board）,又称为总配电盘，用于控

47、制、监视和保护主发电机的工作，并对全船正常使用的电能进行分配的开关设备和控制设备的组合装置。,(2) 应急配电盘 ESB（emergency switch board）,用来控制、监视和保护应急发电机的工作，并在船舶应急状况下，对人员和船舶安全所必需的电力负载进行配电的开关设备和控制设备的组合装置。,(3) 充放电板 CDP（charging discharging panel）,充放电板是用来控制和监视充电电源的工作状态和蓄电池组的充电与放电情况，并将蓄电池组的电能分配给船上的低压用电设备的装置。,(4) 分配电盘DB（distribution board）和区域配电盘 SB（section

48、 board）,分配电盘和区域配电盘都是开关设备和控制设备的组合装置，属于次级配电盘。,(5) 岸电箱 SCB（ shore connection box）,船舶停靠码头或大修时，将岸上电源引入到船上岸电箱，再将其输送到应急配电盘和主配电盘进行分配。,（6）电工试验板TP（test Panel）,装于电工间，接有全船各种电源和必要的检测仪表，专供船上检修和校验各种用电设备的配电板。,(7) 停泊配电板PSB（port duty switch board）,用于控制和监视停泊发电机的工作状况，并对停泊状态下的负载进行配电的配电装置。,(8) 驾驶室集控板WHC（wheelhouse group

49、control panel）,用来在驾驶室集中控制某些电气设备，例如探照灯、雾笛、航行灯、信号灯、闪光灯、电铃、广播、声力电话、自动电话、甚高频电话、火并报警、风油切断按钮、遇难报警、总动员按钮、遥控按钮等。,52 汇流排（连接母线）,汇流排是指配电盘中用铜质裸条排制成的用于连接发电机电源引出线和各种电网的联络铜排，也称连接母线。,(1）汇流排及其连接件应为铜质的，一般采用紫铜，汇流排的连接处应作防腐和氧化处理，汇流排的允许最大温升为45。,汇流排应满足以下要求：,（2）汇流排的颜色、汇流排在配电盘内的排列相序或极性，应满足有关规范和规则的要求。,(3）汇流排在配电盘内的最小电气间隙与爬电距离

50、，应符合有关规范和规则的规定。,（4）交流三相四线制中中性线汇流排的截面积，应不小于相汇流排截面积的50。,（5）主汇流排分段,与主汇流排相连的发电机总容量超过1000kw时，主汇流排至少应分为两部分，这两部分之间可用负荷开关或自动开关连接起来。,53 船舶主配电盘,船舶主配电盘是船舶电力系统的中枢，是最主要的配电装置。,一般来说，船舶主配电盘总是装设于电源（发电机组）不远处。为了避免油水的沾污，大多装于带空调并隔音的集控室中。,它由多个金属结构的落地式箱、盘或柜组装而成，每一箱或柜称为一个屏，屏与屏之间以螺钉固紧，每一屏的面板上装有各种必须的配电电器和测量仪表。,由发电机控制屏、并车屏、负载

51、屏和连接母线四部分组成。,531 发电机控制屏,发电机控制屏是用来控制、调节、监视和保护发电机组用的，每台发电机组均需配备有单独的控制屏。,发电机的控制屏面板常设计成上、中、下三部分。上面板安装有测量仪表、转换开关、指示灯等；,中间板上安装有发电机主开关、按钮、指示灯等；,下面板内一般安装有自动励磁调节装置中的相复励变压器，移相电抗器等较重的设备。,为便于检修，面板多制成门式。,1） 调节装置,从功能分，发电机控制屏由调节装置、控制装置、检测装置和保护装置四部分组成：,发电机控制屏一般包含有发电机自动并车装置、自动励磁调节装置、发电机自动调频调载装置等。,面板上装有调节发电机电压的励磁变阻器手

52、轮，作调压或转移无功负载用。另外需设有充磁按钮，充磁按钮是当发电机剩磁消失时进行充磁之用，通常必须在励磁变阻器调到零位才能充磁，电源可由蓄电池提供。,面板上装有调速开关，控制发电机原动机调速器的伺服马达，用于调节发电机的频率，或并车时调节电网频率进行整步或者在并联运行时转移有功负载。（每台发电机组一个）。,2） 控制装置,包括发电机主开关ACB等。,发电机控制屏上装设的万能式空气断路器（又称主开关），是发电机接入电网的操作和保护电器。发电机主开关的额定容量应按发电机的额定电流选择。面板上装有手动合闸手柄或合闸按钮以及分闸按钮，还有指示发电机与母线接通或断开状态的绿（表示接通）、红（表示断开）、

53、黄（表示开关贮能）等指示灯。发电机主开关控制发电机与电网的正常通、断，并对发电机作过载、短路、失压等继电保护（每台发电机一台）。,3） 检测装置,主要由各种仪表、互感器组成。,测量和监视发电机参数的仪表主要包括：,（1）电流表及其转换开关（每台发电机一套），可以测量任意一相的负载线电流，其上限量程按发电机满载电流的130150选择。,（2）电压表及其转换开关（每台发电机一套），用以测量发电机任意两线间的线电压，也可以测量汇流排的电压，电压表上限量程按发电机的额定电压的120选择。,（3）交流三相功率表，测量各台发电机的有功功率，每台发电机一套。,（4）频率表及其转换开关（每台发电机一套），通过

54、转换开关测量电网（汇流排）频率或发电机频率。,（5）在必要时，各发电机屏还需装功率因数表及励磁电流表等。,4）互感器,互感器是按一定的比例和精度变换电压或电流大小的变换器。,互感器分为电压互感器PT（potential transformer）和电流互感器CT (current transformer )两种,互感器就是一种特殊变压器。,互感器的主要作用如下:,1)将大电压、大电流按比例变换成小电压、小电流，使测量仪表消耗的功率大幅减少；,2)使仪表、继电保护装置生产标准化，且扩大了仪表的使用范围。,电压互感器副边额定电压为 100 V、电流互感器副边额定电流为 5 A(或1A)。,测量仪表，

55、继电保护及自动装置都接在互感器的副边，只要改变互感器的变比，同一块电压表或电流表便可以测量任意数值的高电压或大电流。,3)使仪表、继电保护和自动装置通过互感器与原边的高电压和大电流隔离。,避免主电路的高压直接引人仪表、继电器的电路中，又可避免仪表、继电器的故障影响主电路，提高了主电路和控制、测量及保护电路工作的安全性和可靠性，从而也保证了操作人员的人身安全。,1 电压互感器,电压互感器高压侧的额定电压有多种不同规格，而低压侧一般均为100V,被测电压=电压表读数 N1/N2,使用电压互感器应注意以下事项：,1）电压互感器在连接时，要注意其一、二次线圈接线端子的极性，使用时要按照接线标志正确接线

56、，注意同名端。,国标规定单相电压互感器的一次线圈端子标以A、X，二次线圈端子标以a、x。A与a为同名端（同极性端），X与x也为同名端。,三相变压器按照相序，一次线圈端子分别标以A、B、C，或X、Y、Z，二次线圈端子分别标以a、b、c，或x、y、z。这里A与a、B与b、C与c为相应的同名端，X与x、Y与y、Z与z亦为同名端。,（2）电压互感器原、副边线圈都不允许短路，否则互感器将通过很大短路电流而烧毁，因此在电压互感器原、副边都装设熔断器作短路保护；,（3）电压互感器的铁芯和二次侧的一端必须接地。这也是为了防止一、二次线圈绝缘击穿时，一次侧高压穿入二次测，危及人身和设备的安全。,（4）为保证测量

57、的准确性，接在电压互感器副边的负载功率不应超过其额定容量，即接在同一互感器副边的仪表或自动装置不允许太多，否则会使测量误差增大，并使自动装置及保护装置误动作。,（5）电压互感器应按一次电压、二次电压（通常为 100 V）和精确度级别等条件进行选择。,2 电流互感器,同电压互感器一样，电流互感器原边额定电流（即被测电流）有各种不同的等级，而副边一般均为5A或1A。为恒磁势电器。,被测电流=电流表读数 N2/N1,使用电流互感器应注意以下事项：,1）电流互感器的二次侧在工作时不得开路。,二次线圈可感应危险的高电势，危及人身和设备的安全。,铁芯由于磁通剧增而过热，并产生剩磁，降低准确度。,所以电流互

58、感器二次侧工作时绝对不允许开路，安装时，二次侧接线一定要可靠连接、形成良好的电气通路，且不允许设置熔断器保护。,通过转换开关测量不同相电流的转换过程中或安装拆卸时，都应保证电流互感器的次级回路处于短路状态。,（2）电流互感器的铁芯和二次侧线圈有一端必须接地。,这样做的目的是为了防止其一、二次线圈绝缘击穿时，一次侧的高压串入二次侧，危及人身和设备安全。,（3）电流互感器在连接时，要注意一、二次线圈端子的极性。,（4）为了保证精度，副边所接负载阻抗不应超出其额定容量。,（5）电流互感器应按一次电流、二次电流（一般为5A）和精确度级别等条件进行选择使用。,（a）,（b）,（c）,变压器原、副边绕组的

59、同名端的测试,瞬时极性,同极性端标记“ ”,同极性端的测定方法,1） 交流法,把两个线圈的任意两端 (X - x)连接,然后在 AX 上加一小电压 u 。,测量：,说明 A 与 a 或 X 与 x 为同 极性端。,说明 A 与 x 或 X 与 a 是同 极性端；,若,若,2）直流法,设K闭合时 增加。感应电流产生的,阻止 的增加。,如果当 K 闭合时，mA 表正偏，则 Aa 为同极性端; 如果当 K 闭合时，mA 表反偏，则 Ax 为同极性端,3 频率表,频率表用于测量船舶交流电站的频率,4 保护装置,发电机控制屏一般包含发电机主开关、逆功率继电器、自动分级卸载装置。,发电机主开关用以实现对发电机的短路、过载、欠压保护。,逆功率继电器，用于并联运行时做发电机逆功率保护用（每台发电机一个）。,自动分级卸载装置，用于实现发电机的自动分级卸载保护。,532 并车屏,并车屏面板上一般安装有同步表及其转换开关，各发电机共用一套。,平时转换开关处在断开位置，并车时与待并机电压接通，仪表才投入工作。,并车屏面板上还安装有同步指示灯、操纵按钮及指示灯、熔断器等等，在并车屏上可以操纵任意一台发电机的调速、投入、切除、半自动或自动并车。,有的并车屏上还安装隔离开关（可将左右两侧母线连通的开关）、具有粗同步并车装置或自动并车装置的配电板上还装有粗同步电抗器及其主接触器、同