1、船舶電站及其自動裝置 主講人 1 船舶電站及其自動裝置緒言船舶電站：在艦船上將非電形態(tài)的能量轉換成為符合要求的電能并向船舶電網(wǎng)供電的設備的總稱。船舶電站的發(fā)展史：四、五十年代前直流電制（調(diào)壓、并車簡單，調(diào)速平滑、廣）四、五十年代后伴隨自激恒壓發(fā)電機的發(fā)展，交流，電制成為主流（維修、保養(yǎng)簡單，動力與照明隔離）六十年代船舶電站實現(xiàn)自動化（僅單元方面）七十年代真正意義上實現(xiàn)船舶電站自動化（集成電路）西門子EEA-22船舶電站自動控制系統(tǒng)、軸帶發(fā)電機系統(tǒng)。八十年代（微機應用）實現(xiàn)船舶電站自動化。西門子PMA53船舶電站自動控制系統(tǒng)（SIMATIC-S5-95U），可實現(xiàn)電站自動化、智能化。2 第一章

2、船舶電力系統(tǒng)概述 船舶電力系統(tǒng)的組成： 船舶電力系統(tǒng)主要由電源、配電裝置、電力網(wǎng)和 電力負載四部分組成。 電源：將機械能、化學能等能源轉變?yōu)殡娔艿难b置。 船舶電源主要為主發(fā)電機組、應急發(fā)電機組、 臨時應急電源（蓄電池）、岸電2 配電裝置：配電板（配電盤）、分電箱 集中分配電能，對發(fā)配電進行集中控制、監(jiān)測、保護3 電力網(wǎng)： 船舶電力網(wǎng)由電纜組成（連接電源-負載）4 負載：電力拖動、船舶電氣照明等。3 二 船舶電力系統(tǒng)的特點： (與陸上大電力系統(tǒng)相比，船舶電力系統(tǒng)有如下特點)1 容量小 主電站單機容量一般：n 100KW-n 1000KW， 電站總裝機容量（3-4）倍單機容量。 單個大負荷可以與單

3、機容量相比擬，啟動沖擊大。 2 負載變化頻繁 電源-負載距離近（線路壓降小，但短路電流大） 工作環(huán)境惡劣（三防）4 三 船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù) 1 電源種類：交/直流2 電壓：我國規(guī)定：400V，國外日、美船舶采用450V電 壓等級。到目前為止，我國商船上尚未有中壓電力系統(tǒng)，但在某些特殊工程船舶（鉆井平臺）及為外國建造的大型油船上，已開始采用33kV或66kV系統(tǒng)，隨著造船工業(yè)的發(fā)展，今后中壓系統(tǒng)必會增多。各國的船級社幾乎都有關于采用中壓的規(guī)定，如英國勞氏船級社,CCS 沒有關于中壓的規(guī)定。中壓電力系統(tǒng)特點：設備尺寸縮小、重量、電纜截面減小，但絕緣要求高。 3 頻率：交流配電系統(tǒng)的標準頻率為5

4、0Hz或60Hz。 5 四 船舶主電站容量確定和 發(fā)電機組臺數(shù)的選擇 計算方法有：三類負荷法、需要系數(shù)法、概率論法1 三類負荷法將全船所有的電器設備按船舶不同工況下的使用情況分為三類，分別統(tǒng)計計算，找出其用電規(guī)律，最終確定電站容量及發(fā)電機組臺數(shù)。 船舶主要運行工況有： 1）航行：船舶全速、滿載航行狀態(tài)； 2）進出港：港內(nèi)低速航行或靠離碼頭等機動狀態(tài)； 3）裝卸貨：貨船的裝卸貨或油船的裝卸油狀態(tài)： 4）停泊：停泊碼頭、無裝卸作業(yè)狀態(tài)： 5）應急：6 用電設備按功能分類：1）動力裝置用輔機：主海水冷卻泵、淡水冷卻泵等， 2）甲板機械：包括錨機、絞盤、舵機、起貨機、 舷梯絞車；3）艙室輔機：包括生活

5、用水泵、消防泵，艙底泵、 為輔鍋爐服務的輔機等； 4）機修機械：包括機艙起重行車、車床、鉆床和電焊機等；5）冷藏通風：包括冷藏貨艙、伙食冷庫、空調(diào)裝 置、使用的輔機及通風機等； 6）弱電設備：包括導航通信設備、無線電設備、 自動控制設備及充電裝置等； 7）照明設備：包括艙室照明、航行燈、探照燈 及電風扇等使用照明電源的設備。7 按使用情況分為三類：類負荷：連續(xù)使用的負荷；類負荷：短時或重復短時使用的負荷；類負荷：偶然短時使用的負荷以及按操作規(guī)程可以在 電站尖峰負荷時間以外使用的負荷。 每個用電設備從電網(wǎng)取得功率的計算：A P1-P5含義P1 電動機（用電設備）的額定功率（輸出）P2 被拖動機械

6、的最大軸功率（輪機設計提供）P3 被拖動機械的實際使用功率（輪機設計提供）P4 電動機（用電設備）額定工作時所需功率（輸入） （從電網(wǎng)取得）P5 電動機實際從電網(wǎng)取得的功率-負荷計算目標值。8B 三個系數(shù)電動機利用系數(shù)： K1=P2/P1機械負荷系數(shù)： K2=P3/P2電動機的負荷系數(shù)：K3=P3/P1=P3/P2 P2/P1=K1 K2 C 功率估計電動機（用電設備）額定工作時所需功率P4=P1/ee-電動機（用電設備）額定工作時效率電動機實際從電網(wǎng)取得的功率P5= P3/ - K3負荷系數(shù)下的效率 一般取e=P5=P3/e=K3P4 無功功率的計算：Q5P5 tg 作表格計算（負荷計算書）

7、根據(jù)計算結果選擇機組的功率和臺數(shù)。9 選擇發(fā)電機功率和數(shù)量，應遵循的一般原則： 1）長期運行（如航行）工況下，盡可能采用單機供電， 其負荷率（=負荷功率/ 額定功率）最好在80左右；2）主發(fā)電機臺數(shù)一般3臺（至少2臺）；盡可能采用同容量。 同型號機組，有利于并聯(lián)運行的穩(wěn)定性和減少備件；3）必須設置備用發(fā)電機組，其功率應等于電站中最大一臺機 組的功率，保證當最大一臺運行發(fā)電機組損壞時，仍能滿 足各種工況下船舶電能用戶的需要。2 按需要系數(shù)法確定電站容量 需要系數(shù)是用電設備實際所需要的功率與額定負載所需 功率的比值,用公式表示為： KC = PshPsePse（用電設備實際所需要的功率）= Ps/

8、Psh（額定負載所需功率）=Kc Pse= KC Pe/ 需要系數(shù)應綜合考慮：負荷狀態(tài)、工作制、同時工作的概率。10 全船用電設備所需功率P =（Kci Psei）1.05 1.05-計及網(wǎng)絡損失的系數(shù)。 3 按慨率論法計算電站容量它是根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，找到發(fā)電機功率與主機功率之間的關系，利用回歸分析方法，推導出一些公式，就可以在用電設備未確定前，預先確定發(fā)電機的容量。 11 五 配電裝置 1 配電裝置的功能： 集中、分配和控制電能。 2 配電裝置按用途分類： 1） 主配電盤（總配電盤）：用于控制船舶主電站2） 應急配電盤：用于控制應急發(fā)電機3） 充放電板：用來控制和監(jiān)視充電電源的工作情況 和蓄電

9、池組的充電與放電，并將蓄電池組的電能 分配給船上的低壓用電設備。4） 岸電箱：船舶?？看a頭或廠修時，船上發(fā)電機停 止供電，將岸上電源線接到船上岸電箱，再由岸 電箱送到應急配電板和主配電板進行分配。12 3 主配電盤：由許多屏組成：匯流排：A、B、C （綠、黃、褐/紫）接地：黃綠相間或黑色 交流中線：淺蘭色直流：正極-紅色 負極-蘭色1）發(fā)電機控制屏功能：監(jiān)控發(fā)電機組 1屏/機組成：四部分A：調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機控制屏一般包含有勵磁調(diào)節(jié)AVR及無功分配裝置、發(fā)電機自動并車裝置、發(fā)電機自動調(diào)頻調(diào)載裝置等。13B： 控制裝置發(fā)電機主開關ACB、調(diào)速馬達開關等C：檢測裝置主要由各種儀表、互感器組成。D：保護

10、裝置 短路、過載、欠壓保護、逆功率保護、自動分級卸載2）并車屏 功能：操作并車組成：同步表、同步指示燈、轉換開關、粗同步電抗器3）負載屏負載屏上裝有裝置式自動開關，電流表、電壓表及轉換開關等設備從母線上饋電給負載。負載屏分動力負載和照明負載144 應急配電板功能：控制應急機，向應急電網(wǎng)供電，應急配電板包括應急發(fā)電機控制屏和應急負載屏。 注意：船舶主電站、應急電站、岸電三者之間任意兩者一般不能并聯(lián)運行。 5 充放電板充放電板的作用：對蓄電池進行充電、放電和定期保養(yǎng)，以便向用戶正常供電。156 有關檢測裝置 互感器分類：電壓互感器、電流互感器?；ジ衅鞯淖饔?1）將大電壓、大電流按比例變換成小電壓、

11、小電流 2）使儀表、繼電保護裝置生產(chǎn)標準化，且擴大了儀表 的使用范圍。 3）使儀表、繼電保護和自動裝置通過互感器與原邊的高電壓和大電流隔離，從而保證人身與儀表等電器設備的安全，能可靠工作。 16電壓互感器： （副邊標準電壓100V）電壓互感器使用中的注意事項：1）用時要按照接線標志正確接線，注意同名端2）電壓互感器原、副邊線圈都不允許短路，否則互感器將通過很大短烙電流而燒毀， 因此在電壓互感器原、副邊都裝設熔斷器作短路保護3） 電壓互感器副邊線圈一定要接地。電流互感器： （副邊額定電流5A ）電流互感器使用中的注意事項：1）用時要按照接線標志正確接線，注意同名端2）電流互感器副邊線圈不允許開路

12、3）電流互感器副邊線圈一定要接地。 17六 船舶電網(wǎng)及電纜1船舶電網(wǎng)的線制（配電系統(tǒng)）1）直流雙線絕緣系統(tǒng)負極接地的雙線系統(tǒng) 船體做回路的單線系統(tǒng) 2) 單相交流 （同上）3）三相交流A 三相絕緣系統(tǒng)（普遍采用）特點：系統(tǒng)對地絕緣，較安全、可靠，供電 連續(xù)性好，一線接地不形成短路； 主電網(wǎng)絕緣電阻較高，便于測量對地絕緣； 需用照明變壓器18B 中性點接地的三相四線制特點：不需用照明變壓器中性點接地電位固定，系統(tǒng)內(nèi)部過電壓較小若單線接地，形成一相對地短路，可通過保護裝置切除，但供電連續(xù)性較差；火線對地220V，欠安全C 船體做中線的三相系統(tǒng)（比B 省一根線） 規(guī)范規(guī)定：油輪只能用絕緣系統(tǒng)大于（等

13、于）1600T 的船舶，不應用船體做回路的配電系統(tǒng)19202 配電網(wǎng)絡 主（應急）電盤-用電設備之間的網(wǎng)絡1） 分類： 主電網(wǎng)（一次、二次網(wǎng)絡）、應急電網(wǎng)、臨時應急電 網(wǎng)（蓄電池）、弱電電網(wǎng)2） 主電網(wǎng)的結線方式 主要有三種結線方式：放射式、環(huán)式和樹干式。 (1) 放射式：所有饋電線均出自主配電板 優(yōu)點：便于集中控制 缺點：主配電板出線頭多（尺寸也需相應地增 (2) 環(huán)式： 優(yōu)點：每個負載雙路供電，可靠性高，生命力強 缺點：維修保養(yǎng)復雜，造價高 因此只有要求高可靠性的軍艦和客船才使用此種結線方式。 (3) 樹干式： 配電網(wǎng)絡像樹干似地分布。（應用較廣） 213 船舶電纜電纜結構：芯線、絕緣層、

14、防護套。船舶電纜的選擇：電纜的選擇應根據(jù)敷設場所的環(huán)境條件、敷設方法、電流定額、工作定額、需用系數(shù)和允許電壓降等因素來確定。1）根據(jù)用途及敷設環(huán)境條件選電纜牌號2）根據(jù)負載電流的大小選電纜芯線截面： 出發(fā)點：保證溫升不超過允許值3）經(jīng)同一電纜供電給多路負載，該段電纜的電流定額可根據(jù) 總負荷乘以需用系數(shù)。4）電纜截面的修正 （1）周圍環(huán)境溫度的校正?？紤]環(huán)境溫度經(jīng)常低于45， 電纜電流定額可以增加 另外，當預計到電纜周圍的空氣溫變高于45時，電纜電 流定額應減小。22（2）管子內(nèi)為電纜截面的修正： 六根以上成束敷設，取修正系數(shù)0.85 （降低電纜電流定額） 當管長超過13m，計算電流（電纜通過的

15、負 載電流）應比實際工作電流增加25左右。 （3）非連續(xù)工作制：如果電纜供電給短時和重復 短時工作制的負載，可加大電纜的電流定額 （乘以大于1的修正系數(shù)）235） 船舶電網(wǎng)電壓降校核 在計算電網(wǎng)的電壓時，常常應用“電壓降落”、“電壓損耗”和“電壓偏移”這樣三個概念來說明沿線電壓變化的情況，電壓降落的定義是：電網(wǎng)始端和未端的電壓向量差，電壓損耗：是輸電線始端和未端電壓絕對值的差，電壓偏移指：網(wǎng)絡中某點的實際電壓與該網(wǎng)絡額定電壓的差，可以用伏表示，也可以用對額定電壓的百分數(shù)表示。例如在額定電壓為400V的母線上其實際電壓為380V時，則該處電壓偏移為20V（一5 )規(guī)范規(guī)定：在正常最大工作電流時，

16、從匯流排到用戶間的電壓損耗不應超過6 %Ue241） 單相交流： 電壓損耗 u = u1- u2 = 2 I Rl cos (1)即u1在 u2 上的投影Rl = l / rsr-電導率l-線長（mm）s-截面積（mm）I cos = P / u2 代入（1） u = （2 P l / r s u2）10 （V）P-功率（負載）（KW）電壓損耗百分值： u / u2e = ( 2 P l / r s u2e )10 u2e-負載端額定電壓校核要求這個百分值 6%25262） 三相 交流負荷：化單相計算：中線電流=0，只有一個線電阻Rl u相= Il Rl cos 又 P三相 = 3 Il ul

17、 cos Il cos = P/ 3 ul u相 / u相e = Il Rl cos / u相e = （P三相 l / r s ul ）10= 3 Il cos l / r s ul 校核要求這個百分值 6%27七 蓄電池1 蓄電池在船上的用途： 1）作為臨時應急電源或備用電源（30分鐘） 2）柴油應急發(fā)電機組的起動電源。 3）報警系統(tǒng)電源。 4）船電通訊系統(tǒng)電源。 5）主發(fā)電機充磁電源 2 分類： 酸性蓄電池、堿性蓄電池 3 酸性蓄電池的結構和工作原理 反應方程式表示如下： 放電Pb02 2H2S04 十 Pb = PbS04 2H20 十 PbS04（+）（電解液）（-） 充電 （+） （

18、電解液） （-） 28標志：硫酸的比重會降低到1.15為限，端壓降低到1.7V為限；充電后，硫酸的比重增加到1.28為限，端壓上升到2.4-2.6V為限。酸性蓄電池中每個小電池的電動勢為21V。酸性蓄電池的容量：單位：安時用10小時放電率的安時數(shù)表示其容量（標稱容量） 酸性蓄電池的充電：新的或長期庫存蓄電池，在使用前需經(jīng)過初次充電，其步驟如下：配制電解液，用=1.84純硫酸1份容積加入2份容積蒸餾水配成=1.28的稀硫酸（注意配制電解液時，應把硫酸徐徐注入蒸餾水中，加至液面高于隔板以上1CM，電解液加入后，將電池靜置23小時，即可將電池的正負極與電源的正負極對應接好，準備充電。）第一階段：用1/14容量值（安培）充電25-35小時；第二階段：用1/28容量值（安培）充電20-30小時；直到電壓和電解液比重在3h內(nèi)基本不變，電解液比重為1.酸28，單個電池電壓為242，6V，有大量氣泡溢出。29通常充電方法： （1）恒流充電法：在充電過程中充電電流保持不變。（2）恒壓充電法：在充電過程中充電電壓始終保持 不變。（3 ）分段恒流充電法：在充電初期，蓄電池用較大