船舶电站大连海事大学实用教案

1、 第一章 船舶电力系统概述 船舶电力系统的组成： 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：将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。 船舶电源主要为主发电机组、应急发电机组、 临时应急电源（蓄电池）、岸电2 配电装置：配电板（配电盘）、分电箱 集中分配电能，对发配电进行集中控制、监测、保护(boh)3 电力网： 船舶电力网由电缆组成（连接电源-负载）4 负载：电力拖动、船舶电气照明等。第1页/共35页第一页，共36页。 二 船舶电力系统的特点： (与陆上大电力系统相比(xin b)，船舶电力系统有如下特点)1 容量小 主电站单机容量一般：n 100KW-n 100

2、0KW， 电站总装机容量（3-4）倍单机容量。 单个大负荷可以与单机容量相比(xin b)拟，启动冲击大。 2 负载变化频繁 电源-负载距离近（线路压降小，但短路电流大） 工作环境恶劣（三防）第2页/共35页第二页，共36页。 三 船舶电力系统的基本参数 1 电源种类：交/直流2 电压：我国规定：400V，国外日、美船舶采用450V电 压等级。到目前为止，我国商船上尚未有中压电力系统，但在某些特殊工程船舶（钻井平台）及为外国建造( jinzo)的大型油船上，已开始采用33kV或66kV系统，随着造船工业的发展，今后中压系统必会增多。各国的船级社几乎都有关于采用中压的规定，如英国劳氏船级社,CC

3、S 没有关于中压的规定。中压电力系统特点：设备尺寸缩小、重量、电缆截面减小，但绝缘要求高。 3 频率：交流配电系统的标准频率为50Hz或60Hz。 第3页/共35页第三页，共36页。第4页/共35页第四页，共36页。 四 船舶主电站容量确定和 发电机组台数的选择 计算方法有：三类负荷法、需要系数法、概率论法 1 三类负荷法 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。 船舶主要运行工况有： 1）航行(hngxng)：船舶全速、满载航行(hngxng)状态； 2）进出港：港内低速航行(hngxng)或靠离码头等机动状态；

4、3）装卸货：货船的装卸货或油船的装卸油状态： 4）停泊：停泊码头、无装卸作业状态： 5）应急：第5页/共35页第五页，共36页。 用电设备按功能分类：1）动力装置用辅机：主海水冷却泵、淡水冷却泵等， 2）甲板机械：包括锚机、绞盘、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、 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、钻床和电焊机等；5）冷藏通风：包括冷藏货舱、伙食冷库、空调(kn dio)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、探照灯 及电风扇等

5、使用照明电源的设备。第6页/共35页第六页，共36页。 按使用情况分为三类： 类负荷：连续使用的负荷； 类负荷：短时或重复短时使用的负荷； 类负荷：偶然短时使用的负荷以及按操作规程(cozuguchng)可以在 电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。 每个用电设备从电网取得功率的计算： A P1-P5含义 P1 电动机（用电设备）的额定功率（输出） P2 被拖动机械的最大轴功率（轮机设计提供） P3 被拖动机械的实际使用功率（轮机设计提供） P4 电动机（用电设备）额定工作时所需功率（输入） （从电网取得） P5 电动机实际从电网取得的功率-负荷计算目标值。第7页/共35页第七页，共36页。 B 三

6、个系数 电动机利用系数： K1=P2/P1 机械负荷系数： K2=P3/P2 电动机的负荷系数：K3=P3/P1=P3/P2 P2/P1=K1 K2 C 功率估计 电动机（用电设备）额定工作时所需功率P4=P1/ee-电动机（用电设备）额定工作时效率 电动机实际从电网取得的功率P5= P3/ - K3负荷系数下的效率 一般(ybn)取e= P5=P3/e=K3P4 无功功率的计算：Q5P5 tg 作表格计算（负荷计算书） 根据计算结果选择机组的功率和台数。第8页/共35页第八页，共36页。 选择发电机功率和数量，应遵循的一般原则： 1）长期运行（如航行）工况下，尽可能采用单机供电， 其负荷(f

7、h)率（=负荷(fh)功率/ 额定功率）最好在80左右； 2）主发电机台数一般3台（至少2台）；尽可能采用同容量。 同型号机组，有利于并联运行的稳定性和减少备件； 3）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。 2 按需要系数法确定电站容量 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,用公式表示为： KC = PshPse Pse（用电设备实际所需要的功率）= Ps/ Psh（额定负载所需功率）=Kc Pse= KC Pe/ 需要系数应综合考虑：负荷(fh)状态、工作制、同时工作的概

8、率。第9页/共35页第九页，共36页。 全船用电设备所需功率 P =（Kci Psei）1.05 1.05-计及网络损失(snsh)的系数。 3 按慨率论法计算电站容量 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。 第10页/共35页第十页，共36页。 五 配电装置 1 配电装置的功能： 集中、分配和控制电能。 2 配电装置按用途分类： 1） 主配电盘（总配电盘）：用于控制船舶主电站 2） 应急配电盘：用于控制应急发电机 3） 充放电板：用来控制和监视充电电源的工作(gngzu)情况 和蓄电池组的充电与

9、放电，并将蓄电池组的电能 分配给船上的低压用电设备。 4） 岸电箱：船舶停靠码头或厂修时，船上发电机停 止供电，将岸上电源线接到船上岸电箱，再由岸 电箱送到应急配电板和主配电板进行分配。第11页/共35页第十一页，共36页。 3 主配电盘：由许多(xdu)屏组成： 汇流排：A、B、C （绿、黄、褐/紫） 接地：黄绿相间或黑色 交流中线：浅兰色 直流：正极-红色 负极-兰色 1）发电机控制屏 功能：监控发电机组 1屏/机 组成：四部分 A：调节装置 发电机控制屏一般包含有励磁调节AVR及无功分配装置、发电机自动并车装置、发电机自动调频调载装置等。第12页/共35页第十二页，共36页。B： 控制装

10、置发电机主开关ACB、调速马达开关等C：检测( jin c)装置主要由各种仪表、互感器组成。D：保护装置 短路、过载、欠压保护、逆功率保护、自动分级卸载 2）并车屏 功能：操作并车组成：同步表、同步指示灯、转换开关、粗同步电抗器3）负载屏负载屏上装有装置式自动开关，电流表、电压表及转换开关等设备从母线上馈电给负载。负载屏分动力负载和照明负载第13页/共35页第十三页，共36页。4应急配电板功能：控制应急机，向应急电网供电，应急配电板包括应急发电机控制屏和应急负载屏。注意：船舶(chunb)主电站、应急电站、岸电三者之间任意两者一般不能并联运行。5充放电板充放电板的作用：对蓄电池进行充电、放电和

11、定期保养，以便向用户正常供电。第14页/共35页第十四页，共36页。 6 有关检测装置 互感器分类： 电压互感器、电流互感器。 互感器的作用 1）将大电压、大电流按比例变换成小电压、小电流 2）使仪表、继电保护( j din bo h)装置生产标准化，且扩大了仪表 的使用范围。 3）使仪表、继电保护( j din bo h)和自动装置通过互感器与原边的高电压和大电流隔离，从而保证人身与仪表等电器设备的安全，能可靠工作。 第15页/共35页第十五页，共36页。电压(diny)互感器：（副边标准电压(diny)100V）电压(diny)互感器使用中的注意事项：1）用时要按照接线标志正确接线，注意同

12、名端2）电压(diny)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烙电流而烧毁，因此在电压(diny)互感器原、副边都装设熔断器作短路保护3）电压(diny)互感器副边线圈一定要接地。电流互感器：（副边额定电流5A）电流互感器使用中的注意事项：1）用时要按照接线标志正确接线，注意同名端2）电流互感器副边线圈不允许开路3）电流互感器副边线圈一定要接地。第16页/共35页第十六页，共36页。 六 船舶电网及电缆 1 船舶电网的线制（配电系统） 1）直流 双线绝缘系统 负极接地的双线系统 船体做回路的单线系统 2) 单相交流 （同上） 3）三相交流 A 三相绝缘系统（普遍采用(ciyng

13、)） 特点：系统对地绝缘，较安全、可靠，供电 连续性好，一线接地不形成短路； 主电网绝缘电阻较高，便于测量对地绝缘； 需用照明变压器第17页/共35页第十七页，共36页。第18页/共35页第十八页，共36页。 B 中性点接地的三相四线制 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 C 船体做中线的三相系统（比B 省一根线） 规范规定： 油轮只能用绝缘系统 大 于 （ 等 于 ） 1 6 0 0 T 的 船 舶 ， 不 应 用(yngyng)船体做回路的配电系统第19页/共35页

14、第十九页，共36页。第20页/共35页第二十页，共36页。2 配电网络 主（应急）电盘-用电设备之间的网络1） 分类： 主电网（一次、二次网络）、应急电网、临时应急电 网（蓄电池）、弱电电网2） 主电网的结线方式 主要有三种结线方式：放射式、环式和树干(shgn)式。 (1) 放射式：所有馈电线均出自主配电板 优点：便于集中控制 缺点：主配电板出线头多（尺寸也需相应地增 (2) 环式： 优点：每个负载双路供电，可靠性高，生命力强 缺点：维修保养复杂，造价高 因此只有要求高可靠性的军舰和客船才使用此种结线方式。 (3) 树干(shgn)式： 配电网络像树干(shgn)似地分布。（应用较广） 第2

15、1页/共35页第二十一页，共36页。 3 船舶电缆 电缆结构：芯线、绝缘层、防护套。 船舶电缆的选择：电缆的选择应根据敷设场所的环境条件、敷设方法、电流定额(dng )、工作定额(dng )、需用系数和允许电压降等因素来确定。 1）根据用途及敷设环境条件选电缆牌号 2）根据负载电流的大小选电缆芯线截面： 出发点：保证温升不超过允许值 3）经同一电缆供电给多路负载，该段电缆的电流定额(dng )可根据 总负荷乘以需用系数。 4）电缆截面的修正 （1）周围环境温度的校正。考虑环境温度经常低于45， 电缆电流定额(dng )可以增加 另外，当预计到电缆周围的空气温变高于45时，电缆电 流定额(dng

16、 )应减小。第22页/共35页第二十二页，共36页。第23页/共35页第二十三页，共36页。 （2）管子内为电缆截面的修正： 六根以上成束敷设，取修正系数0.85 （降低电缆电流定额(dng )） 当管长超过13m，计算电流（电缆通过的负 载电流）应比实际工作电流增加25左右。 （3）非连续工作制：如果电缆供电给短时和重复 短时工作制的负载，可加大电缆的电流定额(dng ) （乘以大于1的修正系数）第24页/共35页第二十四页，共36页。 5） 船舶电网电压降校核 在计算电网的电压时，常常应用“电压降落”、“电压损耗”和“电压偏移”这样(zhyng)三个概念来说明沿线电压变化的情况， 电压降落

17、的定义是：电网始端和未端的电压向量差， 电压损耗：是输电线始端和未端电压绝对值的差， 电压偏移指：网络中某点的实际电压与该网络额定电压的差，可以用伏表示，也可以用对额定电压的百分数表示。例如在额定电压为400V的母线上其实际电压为380V时，则该处电压偏移为20V（一5 ) 规范规定：在正常最大工作电流时，从汇流排到用户间的电压损耗不应超过6 %Ue第25页/共35页第二十五页，共36页。 1） 单相交流： 电压损耗(snho) u = u1- u2 = 2 I Rl cos (1) 即u1在 u2 上的投影 Rl = l / rs r-电导率 l-线长（mm） s-截面积（mm） I cos

18、 = P / u2 代入（1） u = （2 P l / r s u2）10 （V） P-功率（负载）（KW） 电压损耗(snho)百分值： u / u2e = ( 2 P l / r s u2e )10 u2e-负载端额定电压 校核要求这个百分值 6%第26页/共35页第二十六页，共36页。 第27页/共35页第二十七页，共36页。2） 三相 交流负荷：化单相计算：中线电流=0，只有一个(y )线电阻Rl u相= Il Rl cos 又 P三相 = 3 Il ul cos Il cos = P/ 3 ul u相 / u相e = Il Rl cos / u相e = （P三相 l / r s u

19、l ）10= 3 Il cos l / r s ul 校核要求这个百分值 6%第28页/共35页第二十八页，共36页。 七 蓄电池 1 蓄电池在船上的用途： 1）作为临时应急电源或备用电源（30分钟） 2）柴油应急发电机组的起动电源。 3）报警系统电源。 4）船电通讯系统电源。 5）主发电机充磁电源 2 分类： 酸性蓄电池、碱性蓄电池 3 酸性蓄电池的结构和工作原理(yunl) 反应方程式表示如下： 放电 Pb02 2H2S04 十 Pb = PbS04 2H20 十 PbS04 （+）（电解液）（-） 充电 （+） （电解液） （-） 第29页/共35页第二十九页，共36页。 标志： 硫酸的

20、比重会降低到1.15为限，端压降低到1.7V为限；充电后，硫酸的比重增加到1.28为限，端压上升到2.4-2.6V为限。酸性蓄电池中每个小电池的电动势为21V。 酸性蓄电池的容量： 单位：安时 用10小时放电率的安时数表示其容量（标称容量） 酸性蓄电池的充电： 新的或长期库存(kcn)蓄电池，在使用前需经过初次充电，其步骤如下： 配制电解液，用=1.84纯硫酸1份容积加入2份容积蒸馏水配成=1.28的稀硫酸（注意配制电解液时，应把硫酸徐徐注入蒸馏水中，加至液面高于隔板以上1CM，电解液加入后，将电池静置23小时，即可将电池的正负极与电源的正负极对应接好，准备充电。） 第一阶段：用1/14容量值

21、（安培）充电25-35小时； 第二阶段：用1/28容量值（安培）充电20-30小时； 直到电压和电解液比重在3h内基本不变，电解液比重为1.酸28，单个电池电压为242，6V，有大量气泡溢出。第30页/共35页第三十页，共36页。 通常充电方法： （1）恒流充电法：在充电过程中充电电流保持不变。 （2）恒压充电法：在充电过程中充电电压始终保持 不变。 （3 ）分段恒流充电法：在充电初期，蓄电池用较大 电流充电，当蓄电池发出气泡，电压上升到2.4V 左右时，改用第二阶段较小电流充电。此法既 不浪费电力，时间又较省，对延长电池寿命也 有利(yul)，是目前船舶上常用的充电方法。 （4）浮充电法：蓄电池直接和直流电网并联，电网 向其负载供电的同时也向蓄电池进行充电。电 网一旦失电，蓄电池可以立即向负载供电。第31页/共35页第三十一页，共36页。 过充电法： 在正常情况下，再用10小时放电率电 流的（1/2-1/4）进行充电1小时，停1 小时，反复充电直到合闸冒泡止过充电法应用条件： （1）蓄电池已