电站容量及负荷计算轮机工程系暨研究所课件

1,第二章 電站容量及負荷計算,2,確定船舶電站容量的目的 船舶電站容量和發電機組台數是以滿足船舶用電的需求，並保證船舶的安全性和經濟性而確定的。正確合理的計算船舶電站的容量和選擇發電機組的台數，將直接影響船舶運行的可靠性和經濟性，具有很重要的意義。 船舶電站容量計算的基本理論和方法，不僅設計人員需要掌握，對於運行管理人員來說也很必要，它可以幫助機艙管理人員深入了解船舶電站的特點，根據不同的運行工況，給出最佳運行方式。,3,船舶電站負荷計算方式 最大工況下的所需總功率，常用來做為選擇主發電機組的依據。 最小工況下所需總功率值，則用以確定主發電機組在低負荷條件下的最少台數。 應急工況下的所需總功率值，作為選擇應急發電機組的依據。 以停泊工況下所需總功率值作為選擇停泊發電機組的依據。,4,電力負荷計算在船舶電氣中是一項重要的工作。 因為電站負荷取決於用電設備的實際負荷和具體使用狀況，以及全船用電設備同時使用的多少，而這些因素的影響隨機性大、動態多變、因素較多，難以精確的確定。 負荷計算時應該全盤考慮，與輪機、舾裝等專業密切配合，對各個用電設備的實際負荷及具體使用狀況，做周密細緻的調查研究，科學的分析合理的預測，才能得到比較準確的計算結果。,5,電站容量的負荷計算方法 (1)三類負荷法；(2)需要係數法； (3)概率論法； (4)晝夜航行圖表法； (5)統計表格法；(6)計算機仿真法； (7)算式計算法； (8)以某項特大負荷為基數的負荷計算法。,6,這些計算方法的共同特點 (1)以一定的理論為依據，充分考慮船舶電力負荷工作的隨機特性； (2)計算結果是客觀的，避免了計算人員主觀因素的影響； (3)對計算過程做適當簡化，符合工程應用的要求就行，且便於應用計算機進行計算處理。,7,船舶用電設備分類 (1)甲板機械：包括舵機、起貨機、錨機、絞盤機和舷梯起吊機等。 (2)機艙設備：包括為主機、鍋爐服務的輔機和為全船服務的輔機，如滑油泵、海水泵、淡水泵、冷卻泵、燃油輸送泵、鼓風機、空壓機、消防泵、壓載泵、艙底泵等。 (3)冷藏通風：包括冷藏貨船、伙食冷庫和空調裝置等使用的泵和通風機。,8,(4)機修設備：包括機艙起重行車、車床、鑽床、刨床和電焊機等。 (5)照明設備：包括機艙照明、艙室照明、航行信號燈、強光燈、探照燈、工作燈以及電風扇。 (6)弱電設備：包括導航設備、觀察通信設備、自動控制設備及充電裝置。 (7)武器裝備：包括艦上的各種武器，如火砲、魚雷、火箭、水雷，和導彈等操縱機械、發射機械和計算指揮儀以及消磁裝置等。,9,船舶作業狀況 船舶作業狀況係指船舶的運行狀態 計算全船電力負荷時，應按各種工況進行統計。對於不同類型、不同用途的船舶、運行工況是不同的。 在負荷表中應包括哪些工況，需根據船舶實際工作情況而定，但一定要包括可能出現的最大負荷工況和最小負荷工況，這是確定電站總功率和最小台發電機功率所必需的。,10,一般船舶的運行工況 (1)航行工況：滿載全速的航行狀態。 (2)進出港工況：港內低速航行或機動狀態。 (3)離靠碼頭工況：包括起錨到主機啟動為止的整個備航階段。 (4)停泊工況：停泊碼頭無客、貨狀態。,11,(5)裝卸貨工況：貨輪的裝卸貨或油輪的裝卸油狀態。 (6)水上作業工況：工作船的挖泥、拖網或拖纜等狀態。 (7)應急工況：一般考慮船舶發生火災或船殼穿漏等時的狀態。 (8)應急發電機工作工況：在海損的情況下，主電站失效，為保證必要的救生、通信、照明用電的應急發電機工作狀態。,12,軍用艦艇的運行工況 (1)戰鬥狀態：保證戰鬥活動的所有電器設備投入工作。 (2)起錨防空狀態：起錨完畢到主機啟動的整個備航階段，同時要進行防空，使用對空武器。 (3)巡航狀態：以經濟航速在海區正常航行。 (4)備戰備航狀態：在編隊航行中作經濟航行而處於備戰狀態。 (5)停泊狀態：指艦艇停泊或靠岸時，但包括停泊日常訓練所需用電。 (6)應急狀態：火災或船舶殼體穿漏時的狀態。,13,船舶電力負荷基本特點 負荷的大小與船舶所處的工況有密切關係。 船舶各種設備，尤其是電動機負荷一般均在低於或等於其額定功率的狀態下工作。 船舶電力負荷的工作有很強的系統屬性。 船舶電力負荷具有隨機性。,14,15,三類負荷法,一.負荷計算分類 採用三類負荷法計算全船電力負荷，需將設備負荷在某一運行工況下按使用時間的長短分成如下三類。 (1)第I類負荷連續使用類負荷 指在船舶某一運行狀態下連續使用的負荷。例如，航行狀態時的主機冷卻水泵、主機燃油供應泵，離靠碼頭狀態下的錨機，裝卸貨狀態下的起貨機負荷等。,16,(2)第II類負荷短時或重複短時使用類負荷 指在某一運行狀態下短時或重複短時使用的負荷。例如，航行狀態時使用的燃油輸送泵、滑油輸送泵、衛生水泵和空調壓縮機等的負荷。 (3)第III類負荷偶然短時使用類負荷 指在某一運行狀態下偶然短時使用的負荷。以及按操作規程可以在電站尖峰負荷時間以外使用的負荷。例如，離靠碼頭狀態下使用的電動舷梯起吊機，航行狀態下的機修機械等的負荷。,17,柴油機遠洋貨輪的電氣設備分類,18,二.計算係數 通常船舶的大部份電能被電動輔機所消耗，因此在負荷計算時，對電動機負荷應加以重視，而對影響計算結果的係數要特別注意。 1.電動機利用係數K1 電動機的利用係數K1被定義為：機械的軸上最大功率PM與電動機的額定軸功率PN之比，即,19,2.機械負荷係數K2 在某一運行狀態時，生產設備並非工作在最大負荷狀態下，機械軸上的輸出功率往往低於其機械軸上的額定功率，這種機械並不一定是滿負荷的工作程度，可用機械負荷係數K2來反映它。 機械負荷係數K2定義為：每一機械實際使用軸功率P2與機械最大軸功率PM之比，即,20,3.電動機負荷係數K3 在通常負荷條件下，實際機械負荷所需要電動機輸出的功率，可用電動機負荷係數來描述，即用K1與K2的乘積反應電動機的負荷情況。 電動機負荷係數定義為,21,4.同時使用係數K0 在某一運行狀態時，同類機械不一定都同時使用，因此我們用一組同功率的用電設備的同時使用係數K0來計及它的影響。即同時使用係數為 式中 n該組同時工作的用電設備數目； m該組用電設備的總數。,22,5.總同時係數K0I和K0II 船舶在某運行狀態下，不可能所有用電設備在該狀態下自始至終的工作著。 某狀態總同時係數定義為：該類負荷同時使用的總功率與該類負荷總功率之比。一般情況下，第I.II類負荷總同時使用係數的取值範圍為 K0I=0.80.1 K0II=0.31.0,23,三.所需功率的計算 1.額定所需有功功率 在確定一台電動機需要電網供給的所需有功功率時，需要考慮到電動機的效率。在額定工作狀態下，一台電動機所需電網供及的額定功率為 式中, 為電動機額定效率。 一組同類電動機額定所需總功率應為 式中，m為該組同類電動機數目。,24,2.實際所需有功功率 由於在某一運行狀態時，機械並不一定滿負荷，一組同類輔機不一定都同時使用，考慮他們的影響，一組同類電動機實際所需有功功率為,25,3.實際所需無功功率 對於交流用電設備，需要考慮到功率因數cos再計算所需無功功率 式中，為用電設備的實際功率因數角，由實際負荷的cos 求得。,26,4.運行工況下所需發電機供給的總功率 在計算完各組設備所需有功總功率和無功功率之後，便可確定各運行工況下發電機應供給用電設備的總功率。此時需要發電機供給的總功率應考慮到各組用電設備之間的第I類負荷總同時使用係數K0I和第II類負荷總同時係數K0II。在發電機供給的總功率中，尚需計入5%的電網損耗。因此，某運行狀態所需發電機供給的： 總有功功率 P=(K0IPI+K0IIPII) 1.05 總無功功率 Q=(K0IQI+K0IIQII) 1.05 式中 PI、PII該狀態下第I類、第II類負荷的總有功功率 QI、QII該狀態下第I類、第II類負荷的總無功功率,27,在某運行狀態下負荷的平均功率因數cos可用下法求得，即 在某運行狀態下可能短時間需要的最大負荷為 式中PIII為該狀態第III類負荷的總有功功率。,28,以上式計算所得的結果就是船舶在某一運行狀態需要發電機供給的總功率，這個總功率是該狀態下選擇發電機功率和台數的依據。 根據最大負荷的總有功功率，再考慮10%20%的儲備容量，即可確定船舶電站的容量。 一般來說，船舶在航行等主要運行工況下，總功率因數不低於0.7，對電站發電機功率的選擇影響不大，為簡化起見，有時可不計算無功功率。,29,一.需量因數 需量因數法計算過程比三類負荷法簡單些。需量因數法定義為用電設備實際消耗功率與其額定所需總功率的比值，即 式中Pd實際消耗功率 Pe額定所需總功率 需量因數法綜合考慮了用電設備的負荷狀態、工作制(連續、短時或重複短時使用)和該類設備同時工作情況等方面的因素，一般是根據多年實際經驗統計後取平均值所得。,需量因數法,30,二.負荷計算 1.額定所需總功率Pe的計算 (1)單台電動機類設備額定所需總功率Pe1 在額定工作狀態下，一台電動機需要電網供給的額定功率為 式中 PN電動機額定功率 電動機額定效率,31,(2)一組同類電動機所需額定總功率Pe2 一組同類電動機額定總功率為 式中，m為該組同類電動機數目。 (3)照明設備及弱電設備的額定所需總功率Pe3 照明設備及弱電設備的額定所需總功率就是其安裝總功率。即,32,2.實際消耗功率的計算 用電設備額定所需總功率乘以需量因數就是實際消耗總功率。即 式中，K為需量因數。 各用電設備實際消耗功率之和，即全船負荷實際消耗總功率，即 考慮5%的網路損失，所需總功率為,33,三.負荷表的編制 採用需量因數法計算全船電力負荷時，可按下列程序進行。 (1)選擇計算工況，並確定各工況下所需使用的電氣設備。 (2)確定各用電設備使用功率及了解其使用情況，確定需量係數K。 (3)將全船用電設備名稱、重量、機械軸上的額定功率P2、電動機額定數據(額定功率PN、額定轉速n、額定效率)填入負荷表中。,34,(4)計算各用電設備所需額定功率Pe1和各組同類電動機額定所需總功率Pe2及照明類負荷的額定所需總功率Pe3。 (5)計算各工況下各用電設備實際消耗功率Pd和全船負荷實際消耗總功率P。 (6)考慮5%的網路耗損，計算全船各工況下所需總功率P。 (7)選擇發電機組，計算各工況下發電機的負荷百分率。一般發電機組應有10%20%的功率裕量，因此發電機的負荷率應不超過80%90%。,35,36,37,船舶電站發電機組功率和台數的確定,一.電站容量和電站數量 1.電站容量 通過對船舶各種運行工況電力負荷的計算，得到了各工況下全船電力負荷所需總功率，可找到全船最低限度的電力需要量。 船舶今後增添裝備所需的儲備容量；發電機滿負載保持在8