大连海事大学《船舶电气设备及系统》试卷3及答案

大连海事大学《船舶电气设备及系统》试卷3及答案一、填空题（每空1分，共20分）船舶电力系统的四个基本组成单元为_、_、____、____。同步发电机准同步并车操作中，相序一致是必须满足的前置条件，其余三个可调并车条件分别为_、_、____。依据SOLAS公约对海船舵机的性能要求，主操舵装置在船舶最大营运前进航速下，将舵从一舷35°转至另一舷30°的转舵时间不应超过_s；机械舵角限位开关的动作值通常设置为左右舷各_，防止舵叶过位损坏舵系结构。船舶锚机电动机属于_工作制，要求能承受_倍额定转矩的堵转工况持续1min不损坏，且应具备____范围的平滑调速能力，适配起抛锚不同阶段的转速需求。船舶电网绝缘监测装置需实时监测三相电网对地绝缘电阻，当400V动力电网绝缘电阻低于_MΩ、220V照明电网绝缘电阻低于_MΩ时，应触发绝缘降低声光报警，提醒运维人员排查故障。船舶同步发电机必须配置的三大基本保护为_、_、____，覆盖发电机运行中最常见的故障风险。我国船用防爆电气设备的类型标志中，隔爆型设备的标志符号为_，本质安全型设备的标志符号为_，增安型设备的标志符号为____。二、单项选择题（每题2分，共20分）船舶400V三相三线绝缘系统发生单相对地金属性故障时，下列说法正确的是（）A.三相线电压保持对称，系统可短时连续运行B.故障相产生大短路电流，发电机主开关立即跳闸C.三相负载因电压不对称无法正常工作D.绝缘监测装置无任何报警信号同步发电机准同步并车操作时，若待并机频率略高于运行电网频率，整步表指针的状态为（）A.顺时针方向缓慢旋转B.逆时针方向缓慢旋转C.指针静止在同步点位置D.指针无规律抖动依据SOLAS公约要求，海船主操舵装置在最大营运前进航速下，舵叶从一舷35°转至另一舷30°的时间不应超过（）A.15sB.28sC.45sD.60s船舶同步发电机逆功率保护的动作整定值通常为额定有功功率的（），延时1~3s动作。A.1%~3%B.8%~15%C.30%~50%D.80%~100%

5.船舶锚机深度抛锚作业时，为防止锚链高速下落导致“飞车”，电动机通常工作在（）状态限制转速。A.正向电动B.再生制动C.反接制动D.能耗制动船舶干燥居住舱室内的普通照明灯具，最低防护等级要求为（）A.IP20B.IP34C.IP44D.IP56下列接地方式中，属于保护接地的是（）A.三相四线制系统发电机中性点直接接地B.通信设备的高频信号接地C.电动机金属外壳通过专用导体与船体钢结构可靠连接D.避雷针接闪端与船体的连接依据SOLAS公约要求，船舶应急发电机组应在主电网失电后（）内完成自动起动并合闸向应急负载供电。A.5sB.15sC.45sD.120s船舶同步发电机自动电压调节器（AVR）的核心静态性能指标是（）A.静态电压调整率B.频率调整率C.调速特性斜率D.电压动态恢复时间下列故障工况中，会触发发电机主开关欠压保护动作的是（）A.电网单相对地绝缘电阻降至0.1MΩB.并车过程中出现0.5倍额定电流的瞬时逆功率C.发电机励磁回路断线导致端电压快速跌落D.大型空压机起动导致电网电压瞬时降至额定值的80%（持续0.5s）

三、多项选择题（每题2分，共10分，多选、少选、错选均不得分）船舶主配电板并车屏上通常配置的测量及操作元件包括（）A.同步指示表（整步表）B.待并机组与运行母线的电压表及转换开关C.待并机组与运行母线的频率表D.同步指示灯（暗灯法/亮灯法）E.三相对地绝缘电阻表船舶电动舵机控制系统必须设置的安全保护环节包括（）A.左右舷最大舵角限位保护B.过载声光报警C.控制电源失压报警D.电动机缺相保护E.操舵模式切换闭锁保护，防止自动舵、随动舵、应急操舵切换过程中舵叶误动下列船舶电缆敷设的工艺要求，符合船级社规范的有（）A.电缆敷设路径应远离锅炉、蒸汽管等热源，与高温表面的最小距离不小于100mm，无法满足时需采取隔热措施B.电缆穿过水密舱壁、甲板时必须采用认可型水密填料函密封，不得破坏舱室的水密完整性C.向航行设备、舵机等重要负载供电的双路冗余电缆，应沿船体两舷分别敷设，避免同一路径故障导致双路电源同时失效D.露天甲板敷设的电缆应采用铠装耐候电缆，或穿镀锌钢管保护，防护等级不低于IP56E.交流单芯电力电缆可单独穿入钢制导管敷设，提升机械防护能力船舶同步发电机并联运行时出现无功功率分配严重不均，可能的故障原因包括（）A.两台机组的自动电压调节器（AVR）调差系数整定不一致B.两台原动机的调速器调差系数整定不一致C.发电机励磁回路的调差装置接线错误D.原动机的油门开度初始整定偏差过大E.AVR的电压给定值偏差过大关于船舶危险区域防爆电气设备的选型和使用，下列说法正确的有（）A.蓄电池室、油漆间等2类危险区域，应选用隔爆型、增安型或本质安全型电气设备B.油船货油舱内部等0类危险区域，仅允许使用本质安全型（ia等级）电气设备C.正压型防爆设备起动前必须先充入洁净保护气体，将内部爆炸性混合物完全置换后方可通电D.隔爆型设备的隔爆接合面不得有锈蚀、划痕，密封衬垫必须采用耐油抗老化的专用材质，不得随意替换E.防爆电气设备的金属外壳无需接地，依靠自身防爆结构即可实现安全防护四、判断题（每题1分，共10分，正确打√，错误打×）船舶三相三线绝缘系统发生单相对地故障时，因无直接短路回路，线电压仍保持三相对称，系统可维持短时间连续供电，便于运维人员查找故障点。同步发电机准同步并车操作时，只要待并机与电网的电压差、频率差满足要求，即使相序不一致也可合闸，合闸后机组会自动牵入同步。依据SOLAS公约要求，船舶舵机系统的电力拖动回路不得设置过载时自动切断电源的保护，过载仅触发声光报警，避免操舵过程中电源中断引发航行事故。船舶应急照明系统需采用独立于主电网的供电回路，主电源失电时由应急发电机或专用蓄电池组供电，满足紧急状态下的人员疏散和设备操作照明需求。船舶起锚作业过程中，锚爪破土出土后，电动机应立即切换至低速档运行，直至锚完全收入锚链孔，防止锚体撞击船首结构。保护接零方式可同时适用于陆地三相四线中性点接地系统和船舶三相三线绝缘系统，通过将设备外壳与中性线连接实现触电防护。同步发电机逆功率保护的作用是当原动机故障导致发电机变为电动机运行时，延时跳闸切断机组与电网的连接，避免原动机损坏和电网有功损耗。船舶所有电气设备的金属外壳保护接地电阻不得大于4Ω，满足陆地电气接地规范的通用要求。船舶航行灯控制箱必须具备每路航行灯的灯丝断线声光报警功能，每路灯具需设置独立的控制开关和短路保护元件，保障航行灯运行状态可监测。船舶电站自动调频调载装置的核心功能是维持电网频率稳定在额定值附近，并按照并联运行机组的容量比例均匀分配有功功率。五、简答题（每题8分，共24分）请简述船舶同步发电机主自动空气断路器（主开关）的主要保护功能及对应的整定原则。请结合船舶甲板作业需求，简述电动锚机对电力拖动控制系统的基本技术要求。请分别说明船舶电气系统中工作接地、保护接地、屏蔽接地的定义、作用及应用差异。六、分析计算题（共16分）某远洋散货船主电站配置3台同型号三相交流同步发电机，单机额定参数为：额定有功功率Pn=500kW，额定线电压Un=400V，额定功率因数cosφn=0.8（滞后），额定频率fn=50Hz。请完成以下计算与分析：计算单台发电机的额定线电流In（保留整数，计算值取√3≈1.732）；（4分）若该轮在港口装卸货工况下，全船总负荷为总有功功率P=720kW、总无功功率Q=540kvar，请问需要投入几台同型号发电机并联运行才能满足供电需求？请通过计算说明判断依据；（6分）在上述2台机并联运行的稳定工况下，若运维人员手动增大其中一台发电机的励磁电流，电网频率、电网电压、两台机组的有功功率分配、无功功率分配将分别发生什么变化？请结合同步发电机并联运行原理简述原因。（6分）参考答案一、填空题（每空1分，共20分）电源装置、配电装置、船舶电力网、电力负载待并机与电网电压有效值相等、频率相等、电压瞬时相位相同28、36.5°±1°30min短时、2、1:3~1:50.5、0.2外部短路保护、过载保护、欠压保护d、i、e二、单项选择题（每题2分，共20分）1.A2.A3.B4.B5.B6.A7.C8.C9.A10.C三、多项选择题（每题2分，共10分）1.ABCD解析：绝缘电阻表通常配置于发电机屏或主馈电屏，用于监测全船电网绝缘，不属于并车操作必需元件。2.ABCDE3.ABCD解析：交流单芯电缆单独穿钢制导管会在管壁产生交变磁通量，形成涡流损耗导致钢管发热，严禁单芯交流电缆单独穿钢制导管敷设。4.ACE解析：原动机调速器参数偏差、油门开度整定偏差是有功功率分配不均的诱因，与无功分配无关。5.ABCD解析：防爆电气设备金属外壳必须可靠接地，防止静电积聚或绝缘损坏产生电火花引发爆炸。四、判断题（每题1分，共10分）1.√2.×3.√4.√5.×解析：锚出土后负载转矩减小，应切换至高速档快速收链，仅当锚即将进入锚链孔时才切换为低速档。6.×解析：船舶三相三线绝缘系统无中性线引出，不适用保护接零，仅采用保护接地方式。7.√8.×解析：船舶利用金属船体作为接地体，保护接地要求设备外壳与船体的连接电阻不大于0.02Ω，远严于陆地4Ω要求，且双重绝缘设备无需设置保护接地。9.√10.√五、简答题（每题8分，共24分）主开关主要保护功能及整定原则如下：（1）外部短路保护（2分）：设置两级动作特性，瞬时动作级整定为510倍发电机额定电流，动作时限<0.1s，切除发电机出口、主母线位置的金属性大短路故障；短延时动作级整定为25倍额定电流，动作时限0.2~0.6s，与下级馈电开关保护时限配合，实现选择性跳闸，避免远端故障导致全船停电。（2）过载保护（2分）：采用反时限动作特性，整定值为1.251.5倍额定电流，长延时1530s动作，故障初期先触发声光报警，提醒运维人员减载，延时后若过载仍未消除则跳闸，防止发电机长期过热损坏绝缘。（3）欠压保护（2分）：设置两级动作特性，当电压降至额定值的70%80%时，延时13s跳闸，躲过大型电机起动产生的短时电压降落；当电压降至额定值的35%~50%时瞬时跳闸，防止低电压下大负载起动损坏设备，同时避免停电后非同步重合闸故障。

（4）逆功率保护（2分）：整定为额定有功功率的8%15%，延时13s动作，防止原动机供油故障时，发电机从电网吸收有功变为电动机运行，拖动原动机造成机械损坏，同时抑制并联机组间的有功环流。

2.电动锚机对拖动控制系统的基本要求如下：（1）工作制适配（2分）：满足30min短时工作制要求，能在额定拉力下连续完成收锚、抛锚全流程作业，适应锚机间歇工作的特性。（2）转矩特性适配（2分）：电动机堵转转矩不低于2倍额定转矩，可承受1min堵转不损坏，满足拔锚出土阶段的最大转矩需求；具备可靠的电气制动（再生制动为主）和机械制动功能，抛锚时限制锚链下落速度，防止飞车，停止时可靠抱闸避免溜锚。（3）调速性能适配（2分）：具备1:3~1:5的调速范围，匹配不同作业阶段的速度需求：收紧松弛锚链时用中速、拔锚出土时用低速大转矩、锚出土后用高速收链提升效率、锚即将进入锚链孔时用低速就位防止碰撞；支持点动操作，便于锚链对位。（4）保护与可靠性要求（2分）：配置短路、失压、断相保护，过载时先报警，极端堵转时延时跳闸，避免电机烧毁；设置锚链长度限位、锚到位限位；采用主配电板独立馈电供电，双电源供电的锚机需设置可靠的电源切换装置，保障作业连续性。三类接地的定义、作用及差异如下：（1）工作接地（2.5分）：为保障电力系统、设备正常运行设置的接地，典型应用如三相四线系统中性点接地、焊接变压器二次侧端点接地、低压照明系统中性点接地；作用是稳定系统对地电位，限制单相故障时的对地过电压，为工作电流提供回流路径，保障设备运行工况稳定。（2）保护接地（2.5分）：将电气设备正常不带电的金属外壳、框架，通过低阻导体与船体钢结构可靠连接，主要应用于三相三线绝缘系统；作用是当设备内部绝缘损坏导致外壳带电时，将外壳电位钳制为船体地电位，避免人员触碰时发生触电事故，同时降低故障点电位差，防止电弧引发火灾。（3）屏蔽接地（2分）：将设备金属屏蔽罩、屏蔽电缆金属外皮、天线屏蔽层与船体可靠连接；作用是为高频电磁干扰提供低阻抗泄放通路，抑制空间电磁干扰对导航、通信、控制类敏感设备的影响，同时减少设备自身电磁辐射对外界的干扰。（4）核心差异（1分）：工作接地服务于设备正常运行需求，接点位为系统工作电位点；保护接地服务于人身与设备安全，接点位为设备非带电金属结构；屏蔽接地服务于电磁兼容需求，接点位为设备屏蔽结构。六、分析计算题（共16分）单台发电机额定线电流计算（4分）根据三相交流电路功率公式：Pn=3Un并联机组数量判断（6分）首先计算单台发电机的额定视在功率：Sn=Pncosφn=500若投入2台机组：总额定视在功率2×625=1250kV