船舶配電系統(tǒng)

1、第2章 船舶配電系統(tǒng)2.1 船舶配電裝置船舶配電裝置是用來接收和分配船舶電能，并對發(fā)電機和電網(wǎng)進行保護、測量和調(diào)整等工作的設(shè)備，它是由多種開關(guān)、保護電器、測量儀表、調(diào)節(jié)和信號裝置等電器設(shè)備按一定要求組合而成的，其功能有：1. 正常運行時接通和斷開電路（手動或自動）。2. 電力系統(tǒng)發(fā)生不正常運行時，保護裝置動作，進行報警或切斷故障電路。3. 測量和顯示運行中的各種電氣參數(shù)，如電壓、頻率、電流、功率、功率因數(shù)、絕緣值等。4. 進行某些電氣參數(shù)或有關(guān)的其它參數(shù)的調(diào)整，如電壓、頻率等。5. 對電路狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)以及偏離正常工作狀態(tài)進行信號指示。船舶配電裝置的種類，按其用途可分為以下幾類：1. 主配電盤

2、對船舶主發(fā)電機的工作及船上所有用電設(shè)備的供電進行通斷、監(jiān)視、控制和保護的配電盤。2. 應急配電盤對應急發(fā)電機及其所供給的應急負載起通斷、監(jiān)視、控制和保護的配電盤。3. 充放電盤用來控制和監(jiān)視充電電源的工況與蓄電池組的充放電，并將蓄電池組的電能分配給船上低壓直流用電設(shè)備。4. 岸電箱在船舶進廠時或停靠在碼頭時，船上發(fā)電機停止供電，將岸上電源線接到岸電箱，再由岸電箱送電到應急配電盤或主配電盤后再向全船供電。5. 分配電盤將由主配電盤輸送來的電能向不同區(qū)域的成組用電設(shè)備進行配電。分配電盤通常根據(jù)配電負荷的性質(zhì)分為：動力、照明、無線電、助航通訊等多種類型。下面分別對幾種配電裝置逐一進行簡單說明。主配電

3、盤：船舶發(fā)電機發(fā)出的電能先送到主配電盤。其作用是控制和保護發(fā)電機、負載饋線及用電設(shè)備，還能測量各種電氣參數(shù)，指示工作狀態(tài)，監(jiān)視電網(wǎng)絕緣，控制發(fā)電機的并聯(lián)運行等。它是船舶電站電能集中和分配的控制中心。主配電盤主要由以下幾部分組成：1. 發(fā)電機控制屏：一般包括含有勵磁控制部分、發(fā)電機主開關(guān)及其指示與操縱機構(gòu)、發(fā)電機保護單元自動裝置及測量儀表等。2. 并車屏：一般安裝有母線分段開關(guān)、同步并車用電抗器及其接觸器，有的船裝有自動并車裝置也放在本屏內(nèi)，在面板上有同步表、同步燈及轉(zhuǎn)換開關(guān)。3. 負載屏：分為重要動力負載屏、非重要動力負載屏、照明負載屏及重要負載組合啟動屏等。負載屏上裝有起通斷和保護作用的塑殼

4、式自動空氣開關(guān)和檢測負載電流大小的電流表，有的還有絕緣監(jiān)視器，以及與應急配電盤和岸電箱聯(lián)系的自動開關(guān)。4. 匯流排：一般為紫銅制成，寬度在15100之間，厚度在28之間，其載流量一般按照所有發(fā)電機并聯(lián)運行時的額定電流的75計算，如果一根母線的載流量不夠，可采用幾根迭加，但此時的安全載流量應相應降低。應急配電盤：包括應急發(fā)電機控制屏和負載屏，應急發(fā)電機控制屏主要包括主開關(guān)和必要的測量儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)和互感器，負載屏主要向應急用戶供電。應急發(fā)電機組裝有自動啟動裝置，一旦主電網(wǎng)失電，應急發(fā)電機組將按程序自動啟動，建立電壓后并能自動合上應急發(fā)電機主開關(guān)。圖4-2-1 主發(fā)電機、應急發(fā)電機及岸電間的聯(lián)鎖關(guān)

5、系岸電箱：岸電箱能滿足接岸電時的各項要求。1. 岸電箱內(nèi)應設(shè)有能切斷所有絕緣極（相）的自動開關(guān)，在岸電箱與主配電盤上應有岸電指示燈；2. 對岸電為中點接地的交流三相系統(tǒng)，應設(shè)有一接地接線柱，以便將船體接到岸上的接地裝置或岸上電網(wǎng)的零點；3. 應有檢測監(jiān)視岸電極性（直流）和相序（交流）的措施；4. 接岸電時，還需注意將拖引的電纜固定在框架上，再接岸電箱端子，以使電纜端子不受機械應力。為防止非同期供電運行，在主發(fā)電機、應急發(fā)電機和岸電之間應有聯(lián)鎖環(huán)節(jié)，如圖4-2-1所示，這一環(huán)節(jié)能滿足如下要求：1. 當有一臺主開關(guān)處于合閘狀態(tài)時，斷開應急發(fā)電機自動啟動裝置，禁止岸電開關(guān)合閘；當所有主發(fā)電機主開關(guān)均

6、處于跳閘狀態(tài)時，應自動啟動應急發(fā)電機，并供電；當主發(fā)電機恢復供電時能自動斷開應急發(fā)電機主開關(guān)。2. 當應急發(fā)電機主開關(guān)合閘時，禁止岸電開關(guān)合閘，并且不允許通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)向主配電盤供電。3. 當主發(fā)電機或應急發(fā)電機合閘供電時，不允許岸電開關(guān)接通。2.2 船舶主開關(guān)船舶主開關(guān)又稱萬能式自動空氣斷路器，是一種帶有保護裝置的開關(guān)電器，對主電路進行過載、短路、欠壓等保護，常分為塑殼式和框架式兩種，國內(nèi)船舶常用的萬能式自動空氣斷路器主要有DW95、DW98、DW914 (AH)等幾大類。萬能式自動空氣斷路器的結(jié)構(gòu)如圖4-2-2所示，主要由觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、自由脫扣機構(gòu)、鎖扣裝置、操作傳動機構(gòu)、合閘操作及控

7、制電路組成。圖4-2-2 萬能式自動空氣斷路器的框圖 觸頭系統(tǒng)一般每相有23個相互并聯(lián)的觸頭組成，即主觸頭、輔觸頭和弧觸頭。主觸頭承擔電路正常的工作電流；弧觸頭是為了避免主觸頭斷開時產(chǎn)生的電弧燒壞主觸頭而設(shè)置的；輔觸頭是考慮到斷開電路時，在電流由主觸頭移到弧觸頭的瞬間，可能因壓降太大，產(chǎn)生電弧燒壞主觸頭而設(shè)置的。觸頭系統(tǒng)在合閘瞬間的接通順序為：弧觸頭輔觸頭主觸頭；分閘時觸頭系統(tǒng)斷開的順序為：主觸頭輔觸頭弧觸頭。當弧觸頭出現(xiàn)故障失去作用時，輔觸頭可以代替弧觸頭工作。主觸頭一般由導電性能良好的銀鎢合金制成，輔觸頭一般用紫銅制成，弧觸頭一般用銅或鎢合金制成。下面以目前使用較多的DW914(AH)型主

8、開關(guān)的觸頭系統(tǒng)為例作簡單介紹。觸頭系統(tǒng)由圖4-2-3可以看出，有兩擋觸頭，包括主觸頭和弧觸頭，保證弧觸頭先于主觸頭接通，而遲于主觸頭分開，以便限制主觸頭的電磨損，主觸頭每相有2個，弧觸頭每相有1個，觸頭系統(tǒng)采用電動補償回路，保證了足夠的電動穩(wěn)定性，正常使用中，弧觸頭不用更換，必要時，可方便地更換動靜觸頭，三相觸頭裝在絕緣性能良好的底板上，構(gòu)成了斷路器的觸頭系統(tǒng)。滅弧室采用了柵片滅弧方式，上部有冷卻電弧和限制飛弧距離的滅弧柵，滅弧室外殼采用膠木壓制件，強度很高，滅弧室內(nèi)壁襯有耐電弧的絕緣材料板，相間隔板不僅將各極分隔，而且將機構(gòu)與觸頭系統(tǒng)隔開，當燃弧時，滅弧室下端形成一個壓力區(qū)域，對電弧產(chǎn)生了氣

9、吹作用，加速了電弧向上的運動，該措施有助于滅弧，有效地防止了相間短路。1 靜弧觸頭 2 靜主觸頭 3 底板 4 觸頭支架5 軟連接 6 支架 7 觸頭彈簧 8 接點9 絕緣拉桿 10 螺母 11 調(diào)整螺桿 12 動觸頭13 動主觸頭 14 動弧觸頭 A 弧觸頭開距 B 主觸頭開距圖4-2-3 觸頭結(jié)構(gòu)示意圖 滅弧裝置自動空氣斷路器通常采用滅弧柵進行滅弧。滅弧裝置由許多長短不一的鐵質(zhì)柵片和絕緣材料構(gòu)成的滅弧罩組成。為減少電弧進入柵片的阻力，滅弧柵做成“人”字形缺口，相鄰柵片的缺口互相錯開，按一定的間隔距離交叉排列。當斷開電路產(chǎn)生電弧時，由于電磁力的作用，將電弧吸入柵片，分割成許多短的小段，從而實

10、現(xiàn)迅速滅弧的效果。 自由脫扣機構(gòu)自由脫扣機構(gòu)的功能主要為：將手柄或電動合閘部分的操作傳給觸頭系統(tǒng)；當合閘操作完成后，維持觸頭系統(tǒng)處于接通狀態(tài)；保護部分動作能夠使它自由脫扣。自由脫扣機構(gòu)一般采用四連桿機構(gòu)。 鎖扣裝置發(fā)生緊急情況時，為了不間斷供電，有時不得不采取寧使電氣設(shè)備受損傷，也要保證供電的原則，這時可將萬能式自動空氣斷路器的鎖扣裝置放在鎖的位置，把脫扣器鎖住。 操作傳動機構(gòu)萬能式自動空氣斷路器的三種操作傳動方式：手柄合閘操作方式；電磁合閘操作方式；電動機合閘操作方式。常用的萬能式自動空氣斷路器一般采用按鈕合閘操作，用按鈕去控制電磁鐵或電動機進行合閘，此外一般還保留手柄操作方式。合閘操作的步

11、驟是：首先，使斷路器內(nèi)部的儲能彈簧儲能，再使自由脫扣機構(gòu)“再扣”，然后利用已儲能的彈簧釋放能量使主觸頭快速閉合。合閘時間與操作無關(guān)，僅與斷路器內(nèi)部機構(gòu)有關(guān)。采用電磁合閘，合閘時間在0.1秒左右，采用電動機合閘，合閘時間在0.30.4秒左右。斷路器的機構(gòu)采用多連桿結(jié)構(gòu)，采用了滾輪滑動支點，減少了脫扣環(huán)節(jié)的磨擦，減少了脫扣力，保證了脫扣力的穩(wěn)定性，提高了機構(gòu)的壽命和可靠性。下圖為DW914(AH)型主開關(guān)的操作傳動機構(gòu),圖4-2-7為電磁鐵合閘機構(gòu)示意圖，圖4-2-4為閉合位置，圖4-2-5為脫扣位置；圖4-2-6為分閘位置（即復位再扣位置）。參照圖4-2-7所示，主軸5焊上連接杠桿，兩邊的連接杠

12、桿上裝有分閘彈簧，中間的連接杠桿與機構(gòu)的連桿15相連，組成自由脫扣機構(gòu)。圖4-2-4所示，為機構(gòu)處在閉合位置，由圖可以看出，觸頭的閉合條件是脫扣杠桿13的一端頂住脫扣桿12和連桿14相連的活動轉(zhuǎn)軸，連桿14和連桿15相連接的活動轉(zhuǎn)軸被合閘掣板子19順時針轉(zhuǎn)動一個角度，具備了分閘的條件，因此當給分閘信號時，脫扣指20拔動脫扣掣子19順時針轉(zhuǎn)動一個角度，脫扣杠桿13也順時針向下轉(zhuǎn)動。自由脫扣機構(gòu)被瓦解，斷路器脫扣，此時為圖4-2-5的位置。由于再扣彈簧7的拉力作用連桿14和15之間的轉(zhuǎn)軸受力，如圖4-2-6所示，即機構(gòu)再扣復位，為再次閉合準備了條件。手動閉合是由于手柄逆時針向下轉(zhuǎn)動，手動合閘連桿8

13、帶動合閘連桿9逆時針轉(zhuǎn)動，推動合閘連杠11順時針轉(zhuǎn)動，推動連桿機構(gòu)完成閉合操作手柄閉合僅作為檢修、維護、調(diào)整之用。電磁鐵合閘是由鐵心導桿10向上運動，直接推動合閘連桿11，完成閉合操作。 圖4-2-4 閉合位置 圖4-2-5 脫扣位置 圖4-2-6 機構(gòu)復位圖4-2-7 電磁鐵合閘機構(gòu)示意圖2.2.6 儲能機構(gòu)對于部分型號的船舶主開關(guān)帶有電動或手動的儲能機構(gòu)，作用是在主開關(guān)分閘后為下次合閘作好準備。下面就以DW914(AH)型主開關(guān)的儲能機構(gòu)為例作簡單介紹。DW914(AH)型主開關(guān)的儲能機構(gòu)由圖4-2-11和圖4-2-8的閉合位置,圖4-2-10儲能再扣位置來表示,其自由脫扣機構(gòu)和電磁鐵合閘

14、原理相同。如圖4-2-11所示，手動儲能手把向下轉(zhuǎn)動，帶動手動儲能連杠向上，（圖4-2-11的30、31），同時帶動手動儲能杠桿和棘抓，使棘輪順時針轉(zhuǎn)動。在圖4-2-8的位置為儲能彈簧釋放后，斷路器閉合位置，圖4-2-11中儲能彈簧的釋放使凸輪帶動連桿26，上升到最高點，從而推動合閘連桿10向上運動，使合閘連桿9順時針轉(zhuǎn)動推動連桿機構(gòu)快速合閘，達到閉合位置，當接收到脫扣信號后，掣子19順時針轉(zhuǎn)動，由于分閘彈簧和觸頭彈簧力，也使脫扣杠桿13順時針轉(zhuǎn)動，連桿機構(gòu)瓦解，成分閘位置，如圖4-2-9。手把逆時針向下運動，帶動棘輪順時針轉(zhuǎn)動，連桿26向下運動，使合閘儲能杠桿也順時針轉(zhuǎn)動，使儲能彈簧拉伸，當

15、脫扣杠桿13復位到再扣位置，彈簧儲能完畢，為再次合閘準備了條件，其位置如圖4-2-10所示。 圖4-2-8 閉合位置 圖4-2-9 分閘位置 圖4-2-10 儲能再扣位置圖4-2-11 儲能合閘機構(gòu)示意圖電動儲能杠桿23為電動儲能用，其工作原理與手動儲能相同，當斷路器斷開后，電動機馬上儲能。儲能以后斷路器慢合閘為機構(gòu)調(diào)整用。將機構(gòu)右側(cè)的小方撥塊向上抬起，頂在合閘彈簧杠桿32的缺口處，按手動合閘按扭，然后將手動儲能手柄逆時針向下扳動，觸頭將慢合閘。2.2.7 電磁鐵合閘操作電路的原理各種萬能式自動空氣斷路器的機械原理基本接近，主要區(qū)別在電氣控制部分，下面分別就常見的DW95、DW98、DW914

16、(AH)三種類型的萬能式自動空氣斷路器的電磁合閘操作電路的原理進行分析：1. DW95電磁合閘操作電路的原理圖4-2-12是DW95電磁合閘操作電路原理圖，其工作原理是：(1) 發(fā)電機建立電壓。(2) Us經(jīng)V10、R42、R43對C10進行充電。(3) 合閘時，按下SB1，使繼電器KA通電，KA的常開觸頭閉合自保，KA的常閉觸頭斷開，切斷電源對C10的充電，KA的另兩個常開觸頭閉合，接通整流電路電流輸入，整流電路有直流輸出，使電磁鐵YA通電。(4) 電磁鐵YA通電后，拉伸彈簧儲能。(5) C10放電完畢，又使KA釋放，KA的常開觸頭斷開，切斷整流電路的交流輸入，使已儲能的彈簧復位，釋放能量，

17、使斷路器主觸頭閉合，實現(xiàn)合閘。(6) KA常閉觸頭閉合，接通C10的充電回路，為下次合閘做好準備。圖4-2-12 DW95電磁合閘操作電路原理圖2. DW98電磁合閘操作電路的原理如圖4-2-13所示：(1) 發(fā)電機建立電壓。(2) Us經(jīng)R、Z對C進行充電。(3) 合閘時，按下A，使繼電器KA通電，KA的常開觸頭閉合自保，KA的常閉觸頭斷開，切斷電源對C的充電，KA的另兩個常開觸頭閉合，接通整流電路電流輸入，整流電路有直流輸出，使電磁鐵CD通電。(4) 電磁鐵CD通電后，拉伸彈簧儲能。(5) C放電完畢，又使KA釋放，KA的常開觸頭斷開，切斷整流電路的交流輸入，使已儲能的彈簧復位，釋放能量，

18、使斷路器主觸頭閉合，實現(xiàn)合閘。(6) KA常閉觸頭閉合，接通C的充電回路，為下次合閘做好準備。圖4-2-13 DW98型主開關(guān)電磁合閘操作原理圖3. DW914(AH)電磁合閘操作電路的原理，如圖4-2-14所示：(1) 發(fā)電機建立電壓后，按下電磁控制開關(guān)，KA1通電。(2) KA1通電后，常開觸頭閉合，KA2吸合，合閘控制線圈KM通電，快速將動銜鐵吸上，利用動銜鐵的質(zhì)量與速度，通過電磁合閘柱銷，對四連桿機構(gòu)產(chǎn)生較大沖力，推動合閘機構(gòu)合閘。(3) 合閘后，自動開關(guān)的輔助觸頭DW閉合，繼電器KA3通電吸合，其常閉觸頭KA3斷開，繼電器KA1失電，造成KA2失電，從而使合閘控制線圈KM失電，電磁吸

19、力消失，合閘動銜鐵恢復原樣，為下次合閘作好準備。4-2-14 AH型主開關(guān)電磁合閘原理圖2.2.8 萬能式自動空氣斷路器脫扣器的工作原理脫扣器是萬能式自動空氣斷路器的保護元件，可實現(xiàn)失壓、過流、手動分勵脫扣等功能，其原理示意圖如圖4-2-15所示：脫扣器可分為過流脫扣、失壓脫扣和分勵脫扣。過電流脫扣器有電磁式和半導體式，目前船舶所用萬能式自動空氣斷路器一般使用半導體分立元件或集成電路。圖4-2-15 脫扣器原理示意圖 圖4-2-16為DW95萬能式自動空氣斷路器所使用的脫扣器的原理框圖。圖4-2-16 DW95電子脫扣器原理框圖關(guān)于過電流脫扣器的整定值，我國的鋼質(zhì)海船建造與入級規(guī)范規(guī)定：1.

20、過載小于10，可設(shè)一以延時繼電器控制的音響報警裝置，它可整定在小于發(fā)電機額定電流的1.1倍，經(jīng)小于15min的延時發(fā)出報警。2. 過載1050之間，經(jīng)小于2min的延時，自動開關(guān)應分斷。建議整定在發(fā)電機額定電流的125135延時1530s自動開關(guān)分斷。2.2.9 萬能式自動空氣斷路器的維護要求做好萬能式自動空氣斷路器的維護工作，可以保證其工作的可靠性，延長其使用壽命。主要的維護工作建議如下：1. 每六個月活絡(luò)部件加潤滑油，固定部件緊固螺絲檢查收緊。 2. 每六個月動、靜觸頭檢查表面光潔度，測量厚度，為原厚1/3時動、靜觸頭同時更新。3. 每六個月滅弧室及柵片清除灰塵，檢查柵片間有無熔接并處理，

21、滅弧室烘潮。4. 每六個月檢查合閘控制器和合閘線圈及分閘線圈，內(nèi)部清潔。5. 每六個月對各保護電路板檢查，清潔，如有備件則更換使用。6. 每一年對開距和超行程測量，如超過說明書要求則調(diào)整。7. 每二年對脫扣器的電流整定值和延時時間進行校調(diào)。8. 對超過34機械壽命或電氣元件壽命的，對脫扣器的電流整定值和延時時間每年進行校調(diào)，其保養(yǎng)周期也應相應縮短。2.2.10 萬能式自動空氣斷路器的常見故障及處理方法故障現(xiàn)象故障原因處理方法手動操作合不上閘失壓脫扣器無電壓或線圈燒壞檢查線路，施加電壓或更換線圈貯能彈簧變形，導致閉合力減小更換貯能彈簧反作用彈簧力過大重新調(diào)整機構(gòu)不能復位再扣調(diào)整再扣接觸面至規(guī)定值

22、電動操作合不上閘操作電源電壓不符更換電源電源容量不足增大操作電源容量電磁鐵拉桿行程不夠重新調(diào)整或更換拉桿電動機操作定位開關(guān)失靈重新調(diào)整控制器中整流管或電容器損壞更換整流管或電容器有一相觸頭不能閉合一般為自動開關(guān)的一相連桿斷裂更換連桿限流開關(guān)脫開機構(gòu)的可折連桿間的角度變大調(diào)整至原技術(shù)條件規(guī)定要求分勵脫扣器不能使開關(guān)分斷線圈短路更換線圈電源電壓太低更換電源或升高電壓再扣接觸面太大重新調(diào)整螺絲松動擰緊螺絲失壓脫扣器不能使開關(guān)分斷反力彈簧作用力變小調(diào)整反力彈簧如為貯能彈簧，貯能彈簧變小調(diào)整貯能彈簧機構(gòu)卡死消除卡死原因帶負載后立即分斷過電流脫扣器瞬時動作整定值太小調(diào)整整定值使用一段時間后自動分斷過電流脫

23、扣器長延時整定值偏小重新調(diào)整熱元件或半導體電路元件變質(zhì)更換熱元件或半導體延時電路元件失壓脫扣器有噪音反力彈簧壓力大重新調(diào)整鐵芯工作面有油污清除油污自動開關(guān)溫升過高觸頭壓力過分降低調(diào)整觸頭壓力或更換彈簧觸頭表面過分磨損或接觸不良更換觸頭或清潔接觸面兩個導電件連接螺釘松動擰緊螺釘輔助開關(guān)發(fā)生故障輔助開關(guān)動觸頭卡死或脫落撥正或重新調(diào)整裝好動觸頭輔助開關(guān)傳動桿斷裂或滾輪脫落更換傳動桿和滾輪或更換整個輔助開關(guān)半導體過電流脫扣器誤動作在查明故障后，確認半導體脫扣器本身無損壞時，大多情況可能是外界電磁干擾如附近有大的電磁鐵工作或電焊2.3 配電板的維護配電板是用來接受和分配電能，并對發(fā)電機和電網(wǎng)進行保護、測

24、量調(diào)整的設(shè)備，它是由調(diào)節(jié)設(shè)備、信號裝置、測量儀表各種開關(guān)和保護電器等設(shè)備組合而成。2.3.1 配電板的基本要求和與功用1. 根據(jù)需要接通或斷開電路（手動或自動）。2. 當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護裝置能按要求動作，切除故障設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)，或發(fā)出報警信號。3. 測量和顯示運行中各電氣參數(shù)，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等。4. 能對電站的電壓、頻率（原動機轉(zhuǎn)速），以及并聯(lián)運行的各發(fā)電機組的有功、無功功率進行調(diào)整。5. 能對電路狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)以及偏離正常的工作狀態(tài)進行信號顯示。2.3.2 配電板的維護周期及技術(shù)要求1. 檢查配電盤表面測量儀表是否完好，指示是否正常，每2年應校驗一次；檢查地氣燈是否完好，各種報警裝置是否可靠正確報警；日常注意檢查各指示燈指示是否正常，如有異?；驌p壞及時換