船舶電站revision

1、第6章 船舶電站6.1 船舶電力系統(tǒng)概述近代船舶象一個可移動的海上城市，它有許多設(shè)備都需要使用電能，因此在船上都配備有一個發(fā)電、配電、輸電、用電的獨立系統(tǒng)船舶電力系統(tǒng)。隨著船舶的大型化和自動化程度的不斷提高，越來越多的船用設(shè)備需要用電來驅(qū)動和控制，船舶電力系統(tǒng)亦日趨龐大。 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)與負(fù)載四部分組成。其單線原理如圖6-1所示。圖6-1 船舶電力系統(tǒng)簡圖 電源：電源是將機械能、化學(xué)能等能源轉(zhuǎn)變成電能的裝置。船上常用的電源裝置是柴油發(fā)電機組和蓄電池組。 配電裝置：配電裝置是對電源和負(fù)荷進行分配、監(jiān)視、測量、保護、轉(zhuǎn)換和控制的裝置。配電裝置主要可分為主

2、配電板、應(yīng)急配電板、分配電板(動力、照明)蓄電池充放電板、弱電配電板及岸電箱等。船舶電力網(wǎng)：它是全船電纜電線的總稱。電網(wǎng)是聯(lián)系發(fā)電機、主(應(yīng))配電板、分配電板和負(fù)荷的中間環(huán)節(jié)，是將電源的電能輸送到負(fù)荷。負(fù)荷：即船舶各種用電設(shè)備，它是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的裝置。船舶負(fù)荷大體可分成艙室機械、甲板機械、船舶照明、通導(dǎo)設(shè)備、生活及其他用電設(shè)施。船舶電力系統(tǒng)的特征和基本要求 船舶電力系統(tǒng)與陸上電力系統(tǒng)相比有很大差異主要有以下幾個方面：(1) 船舶電站容量較小陸上電網(wǎng)容量一般在幾百萬至幾千萬千瓦，單機容量大多在數(shù)十萬千瓦，一般遠(yuǎn)洋船舶主電站大多裝3臺發(fā)電機組，多數(shù)發(fā)電機單機容量為400-l000kw。

3、 由于船舶電站容量較小，而某些大負(fù)載容量可與單臺發(fā)電機容量相比，所以當(dāng)這樣的負(fù)載起動時對電網(wǎng)將造成很大的沖擊(電壓、頻率跌落均很大)，此外，誤操作或局部故障都容易導(dǎo)致全船斷電，威脅船舶安全。因面對船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了較高的要求。如船用發(fā)電機調(diào)壓器的動態(tài)特性與陸上發(fā)電機相比具有較高的指標(biāo)要求，有強行勵磁的能力，發(fā)電機應(yīng)能承受較大的過載能力。另外，由于船舶工況變動也較頻繁，因此對自動控制裝置的可靠性也提出了較高的要求。 (2)船舶電網(wǎng)輸電線路短與陸上數(shù)千公里高壓輸電網(wǎng)絡(luò)相比，船舶電網(wǎng)輸電線路短，大多數(shù)船舶發(fā)電機端電壓、電網(wǎng)電壓、負(fù)荷電壓是同一個電壓等級(500V以下)，所以輸配電裝置較陸上系

4、統(tǒng)簡單。由于船舶空間的限制電氣設(shè)備比較集中，電網(wǎng)長度不長(一般不超過200m)并都采用電纜，所以對發(fā)電機和電網(wǎng)的保護比陸上系統(tǒng)要簡單，一般只設(shè)置有發(fā)電機過載及外部短路的保護，電網(wǎng)的保護和發(fā)電機的保護通常共用一套裝置。 (3)船舶電氣設(shè)備工作環(huán)境惡劣 船舶電氣設(shè)備工作條件比陸地惡劣得多，環(huán)境條件對電氣設(shè)備的運行性能和工作壽命有嚴(yán)重影響。當(dāng)環(huán)境溫度高時，會造成電機出力不足，絕緣加速老化。相對濕度高則會使電氣設(shè)備絕緣受潮、發(fā)脹、分層及變形等，使絕緣性能降低，并且會使金屬部件加速腐蝕?？諝庵械柠}霧、油霧的存在，霉菌的生長及灰塵粘結(jié)都能使電氣設(shè)備絕緣下降、工作性能受到影響。當(dāng)船舶營運時常常受到嚴(yán)重的沖擊

5、、振動、傾斜和搖擺時，也會造成電氣設(shè)備損壞、接觸不良或誤動作。由此可見，船用電氣設(shè)備必須滿足“船用條件”的要求。 船舶電力系統(tǒng)的基本電氣參數(shù) 船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)是指電流種類(電制)、額定電壓和額定頻率的等級。它們決定了電站工作的可靠性和電氣設(shè)備的重量、尺寸、價格等。 (1)電制的選擇由于電源有直流電源與交流電源之分，因此船舶電力系統(tǒng)也相應(yīng)有直流電力系統(tǒng)與交流電力系統(tǒng)，習(xí)慣上把它們稱為直流船與交流船。目前除特種工程船舶外，幾乎都采用交流電力系統(tǒng)。 交流船舶的電氣設(shè)備在維護、保養(yǎng)等方面工作量比直流船要少得多，且交流電機結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、運行可靠其相應(yīng)控制設(shè)備也簡單。當(dāng)采用三相三線絕緣系

6、統(tǒng)時，照明電網(wǎng)與動力電網(wǎng)沒有電的直接聯(lián)系，因此對地絕緣電阻低的照明電網(wǎng)基本上不影響動力電網(wǎng)。采用交流電制后，船舶的造價和維修費用也有明顯的降低。安全可靠性和自動化程度大為提高。 (2)額定電壓的選擇 船舶電力系統(tǒng)額定電壓的大小直接影響到電力系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的重量和尺寸、價格 等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和人身安全問題。提高電壓主要是使電纜網(wǎng)絡(luò)的重量和外形尺寸減少，對電力系統(tǒng)中的其他元件的重量、尺寸特性影響并不大；可是電壓的提高對電氣設(shè)備的絕緣和安全方面也提出了更高的要求，因此船舶建造時選擇額定電壓主要考慮是與本國陸上低壓電網(wǎng)額定電壓相一致。由于船舶電站容量的增加，在一些大型船舶、工程船舶及艦船上電站容量已

7、達(dá)數(shù)萬千瓦，這時仍采用低壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)顯然已不合理，因此這類船舶大多采用陸上相應(yīng)中壓等級標(biāo)準(zhǔn)(如3.3kV)。 目前運行中的或正在建造中的遠(yuǎn)洋船舶主電站額定電壓不是采用400V的就是采用440V的標(biāo)準(zhǔn)。我國鋼質(zhì)海船建造及人級規(guī)范規(guī)定：非電力推進船舶的限制電壓為5(30V，動力負(fù)載、具有固定敷設(shè)電纜的電熱裝置等的額定電壓為360V，電燈、生活居室的電熱器限制電壓為250V，額定電壓為220V。因此，360V動力系統(tǒng)的發(fā)電機額定電壓為400V，照明電源額定電壓為230V。 (3)額定頻率的選擇 交流船舶電力系統(tǒng)的額定頻率選用陸上的標(biāo)準(zhǔn)等級，有50Hz與60Hz兩種標(biāo)準(zhǔn)。我國采用50Hz標(biāo)準(zhǔn)。6.2船舶

8、配電裝置 概述 船舶配電裝置是用來接收和分配船舶電能，并能對發(fā)電機、電網(wǎng)及各種用電設(shè)備進行切換、控制、保護、測量和調(diào)整等工作的設(shè)備。它是由各種開關(guān)、自動控制及保護裝置、測量儀表和互感器、聯(lián)接母線、調(diào)節(jié)手柄和信號指示等電器設(shè)備按一定要求組合而成的一個整體。船舶配電裝置的主要功能有：正常運行時接通和斷開電路(手動或自動)；電力系統(tǒng)發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)時，保護裝置動作，切斷故障元件或發(fā)出報警信號；測量和顯示運行中的各種電氣參數(shù)(如電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、絕緣電阻等)；進行某些電氣參數(shù)或有關(guān)的其他參數(shù)的調(diào)控(如電壓、頻率即轉(zhuǎn)速的調(diào)整)；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

9、等。船舶配電裝置按其用途的不同可分為：主配電板(或稱主電站、總配電盤)、應(yīng)急配電板(應(yīng)急電站、盤)、分配電板(盤)、充放電板(盤)、岸電箱、集中綜合控制板等。 船舶配電裝置按其結(jié)構(gòu)形式可分為防護式、防滴式、防水式三種，通?？偱潆姲搴蛻?yīng)急配電板多采用防護式。船舶配電裝置均由鋼板(2mm厚)做成箱體式結(jié)構(gòu)。各種開關(guān)設(shè)備、控制器、電氣測量儀 表、信號指示器及保護電器等均安裝在其上面。板面還裝有扶手，使工作人員操作時不致觸及帶電部分。板后敞開以便維修。儀表、指示燈與轉(zhuǎn)換開關(guān)等小型電器常安裝在面板上，其安裝位置應(yīng)便于觀看，大型開關(guān)和調(diào)節(jié)、控制設(shè)備安裝于底座上，操作手柄伸出板面，面板做成固定形式井安裝在便

10、于操作的位置。配電裝置內(nèi)電器安裝的位置也應(yīng)考慮到便于調(diào)整、檢修和拆換，配電裝置的骨架和箱體應(yīng)有足夠的強度，在振動和沖擊情況下，不應(yīng)發(fā)生有害的變形。主配電板主配電板，它主要由發(fā)電機控制屏、并車屏和負(fù)載控制屏組成，全船電力系統(tǒng)的發(fā)電、配電都集中在主配電板上進行操作控制、保護、測量和監(jiān)視，可謂是全船電力系統(tǒng)的中樞。主配電板一般安裝在機艙平臺上的控制室內(nèi)，在自動化程度較高的船上則與主機操縱臺一起都裝在帶空調(diào)井隔離的集控室中。每一屏的面板上裝有各種必需的配電電器和測量電表等。根據(jù)各屏的控制對象或作用不同，可分為發(fā)電機控制屏、并車屏、動力負(fù)載屏、照明負(fù)載屏等(1)發(fā)電機控制屏發(fā)電機控制屏是用來控制、調(diào)節(jié)、

11、監(jiān)視和維護發(fā)電機組的，每臺發(fā)電機都配備有單獨的控制屏。發(fā)電機控制屏面板常設(shè)計成上、中、下三部分，上部面板裝有測量儀表、轉(zhuǎn)換開關(guān)及指示燈，一般均做成門式，以便進行維修；中間面板裝有土電源開關(guān)、指示燈、充磁按鈕等；發(fā)電機的自勵恒壓裝置用相復(fù)勵變壓器(有的船舶放在機旁或固定在機體上)、移相電抗器、勵磁變阻器等較沉重的設(shè)備安裝在下部面板內(nèi)。(交流)發(fā)電機控制屏上配備的電器儀表主要有：電流表(A)及轉(zhuǎn)換開關(guān)：可分別測量發(fā)電機(每臺發(fā)電機一個)任意一相的負(fù)載的線電流，其通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進行操作；電壓表(V)及轉(zhuǎn)換開關(guān)：可分別測量發(fā)電機和匯流排任意二線間的電壓(每臺發(fā)電機一個)，其通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進行操作； 頻率表

12、(H2)：測量發(fā)電機的頻率(此表指針在不通電時可停留在任一位置)；功率表(kW)：測量發(fā)電機的三相總有功功率；功率因數(shù)表()：測量發(fā)電機的功率因數(shù)；勵磁電流表：可分別測量各發(fā)電機勵磁電流；有的船舶還裝有無功功率表。根據(jù)船舶的不同，功率因數(shù)表、勵磁電流表、無功功率表有的裝其中一種或一種也不裝。原動機調(diào)速開關(guān)：用以調(diào)節(jié)發(fā)電機的頻率和并聯(lián)運行時進行有功負(fù)荷轉(zhuǎn)移。開關(guān)有“升速”和“降速”兩個方向，并能自動復(fù)位到中間位置。它實際上是控制調(diào)速伺服電動機的正反轉(zhuǎn)開關(guān)；框架式自動空氣開關(guān)：主要用于接通與斷開發(fā)電機主電路，對發(fā)電機過載、短路、失欠壓進行保護。發(fā)電機主開關(guān)、合(分)閘按鈕、調(diào)速開關(guān)(按鈕)、信號指

13、示燈一般位于發(fā)電機控制屏的中部，便于操作的地方。發(fā)電機主開關(guān)通常均采用框架式自動空氣斷路器。發(fā)電機控制屏上指示燈主要有指示發(fā)電機組狀況的紅、綠指示燈，某些船舶還裝有黃色指示燈。紅色指示燈：發(fā)電機組啟動成功但未合閘時指示燈亮。綠色指示燈：發(fā)電機主開關(guān)合閘供電指示燈亮。黃色指示燈：發(fā)電機組啟動建壓成功主開關(guān)已儲能指示燈亮，主開關(guān)合閘指示燈熄滅。發(fā)電機勵磁裝置、繼電保護裝置一般位于控制屏的下部。一般控制屏上還有充磁按鈕。(2)并車屏在并車屏上一般安裝有隔離開關(guān)(將左右兩側(cè)母線連通的開關(guān))、粗同步電抗器及主接觸器、熔斷絲、粗同步或準(zhǔn)同步并車裝置，在這一屏上可以操縱任一臺發(fā)電機的調(diào)速、投入與切除、自動或

14、半自動并車；其面板上設(shè)有：整(同)步表及轉(zhuǎn)換開關(guān)(整步指示燈)：通過轉(zhuǎn)換開關(guān)指示任一臺發(fā)電機與電網(wǎng)電壓之 間的頻率差及相位差；兩個頻率表：用于指示電網(wǎng)及待并發(fā)電機的頻率，有的船舶采用一個組合式整步表；兩個電壓表：用于指示電網(wǎng)及待并發(fā)電機電壓，確的船舶采用一個電壓表，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)切換測量。有些船上不專門設(shè)并車屏，而是將并車操作、指示裝臀安裝在某一發(fā)電機控制屏上。以上各類儀表及配電電器所測量或獲取的發(fā)電機電壓、電流量均需經(jīng)過電壓互感器和電流互感器，不可直接從母線上測取。采用電流互感器和電壓互感器可使測量儀表、各電器裝置標(biāo)準(zhǔn)化、與原邊高壓及大電流隔離、工作安全。為了人在接觸測量電儀表和繼電器等時的安

15、全，瓦感器的副線圈一端應(yīng)接地，這樣當(dāng)互感器的絕緣損壞時，可防止儀表上發(fā)生高電壓觸電的危險。還應(yīng)注意電壓互感器副邊不許短路(副邊用熔斷器保護)；而電流互感器副邊不許斷路，否則會在副邊感應(yīng)出高壓，燒壞所接儀表等設(shè)備。(3)負(fù)載屏負(fù)載屏主要是用于各供電分路進行控制、監(jiān)視和保護，并通過裝在負(fù)載線路上的饋電開關(guān)將電能供給船上各用電設(shè)備或分電箱。供電給動力負(fù)載各分路的屏稱為動力負(fù)載屏，般船舶按動力負(fù)載的多少可設(shè)二至四屏；供電給照明負(fù)載的負(fù)載屏稱為照明負(fù)載屏，般只需一至二屏。普通負(fù)載屏主要是由配電刀；關(guān)、熔斷器、部分還有電流表、電壓表、絕緣表(兆歐表)及其轉(zhuǎn)換開關(guān)組成：對于組合控制屏類的負(fù)載屏主要是由配電開

16、關(guān)負(fù)載啟動繼電一接觸控制裝置啟動與停止按鈕、指示燈、熔斷器等部分組成。負(fù)載屏上配電開關(guān)大多采用的是塑殼式自動空氣斷路器，某些船舶對些大負(fù)載或刮負(fù)荷也有采用框架式自動空氣斷路器。(4)匯流排(連接母線)匯流排起聯(lián)系各發(fā)電機、負(fù)載(或分配電板)的橋梁作用。各發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)主開關(guān) 先送到共用母線即匯流排上，由匯流排直接或經(jīng)分配電板向負(fù)載供電。有的船舶匯流排由二或三段組成，各匯流排之間根據(jù)需要通過隔離開關(guān)接通或斷開。從匯流排的連接上能直接反映出全船的供電、配電情況。如發(fā)電機是并聯(lián)運行，還是單分區(qū)供電；匯流排分為幾段，當(dāng)檢修某些電器設(shè)備時，如何保證重要用戶不停電；主發(fā)電機割急發(fā)電機、岸電之間關(guān)系及它

17、們負(fù)擔(dān)的用戶；直接供電和經(jīng)分配電板供電的用戶等。匯流排及其連接件一般由優(yōu)質(zhì)銅材做成。常用尺寸為：寬度不少15mm，亦不大于100mm，厚度在2-6mm之間，如果一根母線的載流量不夠，可采用幾根合成；此時安全載流量相應(yīng)降低。匯流排的顏色一般如表6-1所示。我國與日本國規(guī)定的匯流排顏色標(biāo)記交流電A(R、U)B(S、V)C(T、W)接地線中性線中國綠黃褐或紫黑灰日本紅白黑綠對于交流匯流排的排列順序：當(dāng)從前面看時，按從前到后、從下到上；從左到右排列。總(主)配電板內(nèi)的匯流排上應(yīng)接有濾波電容，以防止電源對無線電設(shè)備的干擾，濾波電容踞的電容量一般為0.5。在有集控室的船舶上還設(shè)有集中控制扳，它可對主機、輔

18、機和發(fā)電機等進行集中控制和監(jiān)視，設(shè)置在機艙內(nèi)的集控室中，制成桌型或工作臺式，通常稱為機艙中的中央控制板，在上面裝設(shè)有多點巡回檢測裝置和數(shù)據(jù)處理裝置等。(5)船舶主配電板電路原理圖圖6-2所示為某船舶交流主配電板部分接線原理圖。船舶主配電板線路雖然不盡相同，但它們都是由一些基本環(huán)節(jié)所組成，它們通常是：發(fā)電機調(diào)壓裝置，發(fā)電機保護，發(fā)電機組并車，發(fā)電機組參數(shù)調(diào)整，發(fā)電機及電網(wǎng)參數(shù)的測量與信號指示，發(fā)電機故障報警，岸電供電，匯流排結(jié)構(gòu)，負(fù)載配電，負(fù)載起動控制裝置(若具有組合控制屏)，照明變壓器，發(fā)電機充磁等環(huán)節(jié)。圖6-2 交流主配電板接線原理圖應(yīng)急配電板 (1)應(yīng)急配電板應(yīng)急配電板是用來控制和監(jiān)視應(yīng)急

19、電源的工作情況，并將應(yīng)急發(fā)電機送出的電能，通過應(yīng)急電網(wǎng)向全船應(yīng)急負(fù)載供電。它通常由應(yīng)急發(fā)電機控制屏和應(yīng)急負(fù)載屏組成。一般安裝在艇甲板上與應(yīng)急發(fā)電機在同一艙室中，屏上所安裝的儀表和電器與總配電板基本相同，只是因應(yīng)急發(fā)電機總是單機運行的，故不需要并車和逆功率保護裝置。 (2)主配電板與應(yīng)急配電板間關(guān)系 現(xiàn)代船舶主配電板與應(yīng)急配電板間關(guān)系早已不是過去那種互為連鎖的關(guān)系，大多已采用圖6-3所示的方案。圖6-3 主配電板與應(yīng)急配電板間關(guān)系單線圖 在這種方案中，主配電板上連接應(yīng)急配電板的開關(guān)MCB大多采用塑殼式自動開關(guān)，應(yīng)急配電板上的聯(lián)絡(luò)開關(guān)EMCB往往采用框架式自動開關(guān)(若使用塑殼式自動開關(guān)，則應(yīng)配上電

20、合閘操作機構(gòu))。這種方案的好處在于航行期間當(dāng)需試驗應(yīng)急發(fā)電系統(tǒng)時，無需船舶電網(wǎng)斷電，在主電站保持正常供電情況下，將應(yīng)急配電板上試驗開關(guān)從。位打到試驗位，自動應(yīng)急控制系統(tǒng)立即發(fā)出使應(yīng)急配電板上聯(lián)絡(luò)開關(guān)EMCB跳閘指令，應(yīng)急配電板即失電。這種系統(tǒng)只要應(yīng)急匯流排失電，處在備用狀態(tài)的應(yīng)急發(fā)電機組就自動起動，起動成功、電壓建立后應(yīng)急發(fā)電機主開關(guān)EACB立即合閘向應(yīng)急電網(wǎng)供電。此時船舶即處在主電站、應(yīng)急電站同時供電狀態(tài)，只不過現(xiàn)在這兩個電網(wǎng)沒有電的直接聯(lián)系。當(dāng)需結(jié)束試驗時，只需將試驗開關(guān)扳回。位，控制系統(tǒng)檢測到主電網(wǎng)有電時，應(yīng)急發(fā)電機主開關(guān)EACB先跳閘，當(dāng)EACB分閘后EMCB即合閘，應(yīng)急配電板匯流排恢

21、復(fù)由主電站供電。需要注意的是EACB與EMCB是互為連鎖的。無論是EACB與EMCB間的連鎖，還是主電站發(fā)電機主開關(guān)ACB與岸電開關(guān)間的連鎖，都是通過每個開關(guān)的失壓脫扣器實現(xiàn)的。即將各自開關(guān)本身的一副常閉副觸點串入對方失壓脫扣器線圈回路里(在與岸電的連鎖中，需將主電站所有發(fā)電機主開關(guān)的常閉副觸點串聯(lián)在一起)實現(xiàn)的。應(yīng)急發(fā)電機組一般都裝有自動起動裝置，當(dāng)主電網(wǎng)失電時，應(yīng)急發(fā)電機組應(yīng)(立即)自動起動，并使應(yīng)急發(fā)電機主開關(guān)自動合閘；主發(fā)電機一旦恢復(fù)供電，應(yīng)急發(fā)電機應(yīng)自動切斷供電，并立即停車。 岸電箱及其他配電裝置 (1)岸電箱 船在停泊(修理)時，為能使岸上或其他外來電源接人船內(nèi)，船上均裝有岸電箱，

22、它應(yīng)能滿足接岸電時的各項要求：岸電箱內(nèi)應(yīng)設(shè)有岸電接線柱、自動開關(guān)或開關(guān)加熔斷器。在岸電箱與主配電板上應(yīng)有岸電指示燈，以指示岸電是否有電。對岸電為中點接地的交流三相系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)有一接地接線柱，以便將船體接至岸上的接地裝置或岸上電網(wǎng)的零點。應(yīng)有梭測岸電極性(直流船)和相序(交流船)的措施。三相交流岸電箱上指示相序可以有相序指示器、相序指示燈來指示相序。(2)分配電箱(板)分配電板是將主配電板負(fù)載屏輸送來的電能經(jīng)分配電板給所在區(qū)域的各類(或同類)用電設(shè)備進行配電。分配電板通常又分為動力、照明、無線電、助航通信等類型。分配電板內(nèi)一般裝有分路開關(guān)、電器儀表、指示燈和熔斷器等。(3)無放電板充放電板是用來控

23、制和監(jiān)視充電電源的工作情況和蓄電池組的充電和放電，并對負(fù)載進行配電。充放電扳上主要設(shè)有電源開關(guān)、保護熔斷器、指示燈、電壓表、電流表以及充、放電轉(zhuǎn)換開關(guān)等。以蓄電池電源作為船舶小應(yīng)急電源時，則充放電板上還設(shè)有能在主電網(wǎng)況失電情況下自動接通應(yīng)急負(fù)載的控制電路。 蓄電池組的充電電源一般由交流電網(wǎng)(交流船)經(jīng)半導(dǎo)體整流后供電。(4)電工試驗板電工試驗板安裝在電工工作室，作為試驗船上電機、電器、自動裝置等電器設(shè)置的電源板，板上接有船上各種電源種類，并裝有各種燈座、插座及電源接線柱、儀表等。6.3船舶電網(wǎng)和電纜6.3.1概述由船舶電纜、導(dǎo)線與配電裝置以定連接方式組成的整體稱為船舶電力網(wǎng)絡(luò)，簡稱船舶電網(wǎng)。船

24、舶電網(wǎng)的作用就是實現(xiàn)電能的傳輸。對船舶電網(wǎng)的基本要求是生命力強，即在電網(wǎng)遇到故障或局部被破壞(損)時仍能保負(fù)載的連續(xù)供電，并限制故障的發(fā)展和將故障的影響限制于最小的范圍。此外，尚要求經(jīng)濟性好、安裝及使用維修方便靈活等。船舶電網(wǎng)一般可分為供電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)兩部分。供電網(wǎng)絡(luò)是指發(fā)電機與主配電板間、應(yīng)急發(fā)電機與應(yīng)急配電板之間、主配電板與應(yīng)急配電板之間的電氣聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)是指從主配電板到用電設(shè)備的電氣聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)。因為船上負(fù)荷較多，所以不可能全部負(fù)載都主配電板直接供電，往往只是容量較大的設(shè)備(如空壓機、鍋爐鼓風(fēng)機)和一些重要設(shè)備(如舵機、錨機等)由主配電板敷設(shè)單獨饋電線供電，其他設(shè)備則由主配電板送到分配

25、電板；再由分配電供電給負(fù)載。為分析問題的方便，通常把直接從總配電板至負(fù)載以及從主配電板至分配電板的輔電線路稱為一次網(wǎng)絡(luò)，而由分配電板向負(fù)載的饋電線路稱二次網(wǎng)絡(luò)。船舶電網(wǎng)線制對于采用三相交流電的船舶，常用的配電線制有三種(圖6-4)。(a)三線絕緣系統(tǒng)(即三相三線系統(tǒng))；(b)中點接地的四線系統(tǒng)(三相四線系統(tǒng))；(c)利用船體作為中性線回路的三線系統(tǒng)(中點接地的三線系統(tǒng))。圖6-4 交流電網(wǎng)線制三相絕緣系統(tǒng)的特點是照明系統(tǒng)與動力系統(tǒng)是經(jīng)過變壓器相聯(lián)系的，所以在兩系統(tǒng)間只有磁的聯(lián)系而沒有電的直接聯(lián)系，相互間影響小，照明電網(wǎng)絕緣電阻低也不至于影響動力負(fù)載；再者當(dāng)這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時不會產(chǎn)生短路電流

26、，三相線電壓之間的對稱關(guān)系并沒有被破壞，因而動負(fù)力載仍可正常工作；但需迅速找出接地點，防止再有一點接地而形成短路。對中點接地的三相四線系統(tǒng)，其特點是動力負(fù)載和照明負(fù)載可由同一電源供給所電壓，維護方便，不需要經(jīng)常檢查電網(wǎng)的絕緣電阻。但發(fā)生單相接地時，即構(gòu)成短路回路，此短路電流較大；使自動開關(guān)跳閘，降低了供電的可靠性。目前大多數(shù)船舶是使用三線絕緣系統(tǒng)，但也有些船舶是使用中點接她的四線系統(tǒng)，而利用船體作為回路的三線系統(tǒng)規(guī)范上明確規(guī)定；對1600總噸以上船舶不允許使用。船舶配電網(wǎng)絡(luò)（1）配電網(wǎng)絡(luò)的分類根據(jù)用電設(shè)備及供電電源的不同，船舶配電網(wǎng)絡(luò)可以分為下列幾種：動力電網(wǎng)：指供電給電動機負(fù)載的電網(wǎng)，還包括

27、600w以上的電熱裝置及功率大于lkW的探照燈。其傳輸?shù)碾娔芗s占全船用電設(shè)備總電能的70以上。它可由主配電板直接供電；也可由安裝在同一場所的各種性質(zhì)相同的輔機合并成組由分配電扳或分電箱供電。正常照明電網(wǎng)：指供電給全船照明(包括航行燈)、660W以下電熱界和小功率單相電機(如電扇、機修設(shè)備等)的電網(wǎng)。一般經(jīng)降壓變壓器(360V220V)與總配電板母線相連，既降低了電壓，也改善了電網(wǎng)的絕緣性能。對機艙中的照明須交叉分布，并至少有兩個獨立供電線路，以保證在一線路有故障時仍可保持有50的照明。外部照明應(yīng)在駕駛室能集中控制其開斷和接通。動力電網(wǎng)和照明電網(wǎng)又統(tǒng)稱為主電網(wǎng)。應(yīng)急電網(wǎng)：當(dāng)船舶主電源因故不能供電

28、時，應(yīng)急發(fā)電機將通過應(yīng)急配電板向船上部分必要工作的設(shè)備供電，由這部分供電電纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為應(yīng)急電網(wǎng)，正常情況下由主配板供電。小應(yīng)急電網(wǎng)：由臨時應(yīng)急照明蓄電池供電給所對應(yīng)照明設(shè)備的輸電網(wǎng)絡(luò)。弱電電網(wǎng)：指向全船無線電通信設(shè)備、各種助航設(shè)備、船內(nèi)通信設(shè)備以及信號報警系統(tǒng)供電的網(wǎng)絡(luò)，這類用電設(shè)備的特點是耗電量不大，但對供電電源的質(zhì)量和電氣參數(shù)(如電壓、頻率及穩(wěn)壓、恒頻的性能等)有特殊的要求，與主電網(wǎng)不盡相同，因此船上有時需置專門的變流機組或逆變裝置向弱電設(shè)備供電。 (2)一次配電電網(wǎng)的布線方式 即是指主配電板與直接供電設(shè)備或分配電板之間電纜的連接方式；一般可由兩種方式布線：一種是放射狀(樹枝狀或饋線式

29、)；另一種是環(huán)狀布線，圖6-5繪出了這兩種配電方式的單線示意圖。圖6-5 船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式a)枝狀結(jié)線；b)環(huán)狀結(jié)線樹枝狀布線：由主匯流排為主干；配電網(wǎng)絡(luò)像樹枝似地分布，這種方式在船上應(yīng)用最為普遍，它有如下特點：電纜的總長度比較短；繼電保護裝置及開關(guān)數(shù)量少，整定和保養(yǎng)容易；便于增加新的負(fù)荷；與環(huán)狀配電方式比較投資少。采用這種方式便于集中控制，也有利于船舶電站自動化程度的提高。環(huán)狀布線：發(fā)電機主匯流排與各分配電板匯流排通過自動開關(guān)串聯(lián)成環(huán)狀，負(fù)載分別由各段匯流排上引出，這種方式的特點是比樹枝式配電可靠性高；電壓損耗和功率損耗比較??；維修保養(yǎng)復(fù)雜；與樹技式相比價格高。這種配電方式主要用在軍艦和客

30、輪的配電網(wǎng)絡(luò)中。(3)重要用電設(shè)備的供電方式船舶上有不少用電設(shè)備在確保船舶航行和作業(yè)的安全性和可靠性方面占據(jù)著很重要的地位、因此對這些重要用電設(shè)備的供電必須要有足夠的可靠性和較高的生命力。常常從電網(wǎng)供電方式和布線方面采取如下措施來保證。 由主配電板直接供電而不是經(jīng)分配電板供電；如舵機、錨機、消防泵、航行燈控制箱、無線電電源板、陀螺羅經(jīng)、蘇伊士運河探照燈等都要由主配電板供電。此外對一些大功率用電設(shè)備，考慮其用電容量等因素，也采用一次網(wǎng)絡(luò)直接供電(如起貨機、海水泵)。 由兩路輸電線供電。對于某些特別重要的用電設(shè)備可以采用兩條相互獨立的輸電線進行雙路供電，以保證在一條輸電線發(fā)生故障的情況下亦不致于斷

31、電。如舵機和航行燈控制箱就是采用雙路供電。通常舵機可分別由主配電板在左右舷饋線供電或由主配電板及應(yīng)急配電板分別供電。航行燈控制箱則一條由主配電板或應(yīng)急配電板供電，另一條由附近的照明分配電板引出。 采用分段匯流排的方式供電，船上有不少用電設(shè)備(特別是為主輔機服務(wù)的動力設(shè)備)都設(shè)有兩臺或兩臺以上，可將它們分成兩組并分別由主配電板上的兩段獨立的匯流排供電。 船舶電纜 船用電纜按其用途不同可分為電力電纜和射頻電纜兩大類，前者大量用于各種動力、照明和控制線路。(1)電纜結(jié)構(gòu)電纜主要由導(dǎo)電芯線、電氣絕緣和防護套三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖6-6所示。導(dǎo)電芯線：它是由不少于7根直徑為0.262.47mm的圓形軟銅

32、絲絞合而成的。船用電纜根據(jù)不同需要可做成單芯的、雙芯的、三芯的和多芯的。芯線的截面也根據(jù)不同載流量的需要有0.6-40等各種不同規(guī)格。圖6-6 船用電纜的構(gòu)造(2)電氣絕緣電纜的每一根芯線都用絕緣材料(一般為紗線、橡皮)包起來，作為芯線與芯線之間、芯線與外界的電氣絕緣層之用。電氣絕緣質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到電纜的允許載流量和整個電網(wǎng)的電氣絕緣性能。船用電纜常用的電氣絕緣材料有聚氯乙烯、天然橡皮、丁苯一天然橡皮、丁基橡皮、石棉漆布及礦物或有機硅橡皮等，各類絕緣材料其導(dǎo)電芯的最高允許溫度為65，甚至可達(dá)95 (如礦物或有機硅橡皮)。(3)護套與鎧裝護套的作用主要是作為保護電纜免受油水、化學(xué)腐蝕和機械損

33、傷之用，有的還具有防燃性能。護套的材料有氯丁橡膠復(fù)合物、聚氯乙烯復(fù)合物或鉛、鉛合金等。鉛護套囚機械強度較低，敷設(shè)困難等原因，船上很少使用。有些船用電纜在其防護套外還加上一層鎧裝它能增強抗機械損傷能力和起電的屏蔽作用。船用電纜采用的鎧裝材料有鍍錫銅絲編織、尼龍編織及金屬軟管等。6.4電力系統(tǒng)自動調(diào)壓及并聯(lián)運行船舶電力系統(tǒng)繼電保護船舶電力系統(tǒng)的供電可靠性和連續(xù)性是保證整個船舶正常安全航行和進行各種作業(yè)的必備條件。船舶電力系統(tǒng)在實際運行過程中，由于設(shè)備本身或操作管理等方面的原因，而出現(xiàn)各種故障或非正常運行狀態(tài)，它們會使電力系統(tǒng)的安全可靠運行受到威脅，嚴(yán)重者會導(dǎo)致設(shè)備的損壞或使電力系統(tǒng)供電中斷。船舶電

34、力系統(tǒng)的主要故障(也是船舶同步發(fā)電機的主要故障有：過載、(同步發(fā)電機外部)短路、欠壓、頻率不正常和逆功率等狀態(tài)。船舶電站是現(xiàn)代船舶的心臟，發(fā)電機是船舶電站中最重要的設(shè)備，保護發(fā)電機不損壞是船舶安全航行的重要保證。針對船舶發(fā)電機各種不正常運行和故障，必須裝設(shè)相應(yīng)的繼電保護裝置。短路是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的故障。所謂短路是指電氣設(shè)備或線路中不同相(或不同極性)的導(dǎo)電部分碰在一起或同時與金屬船體相碰。在三相交流系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路故障有單相短路、二相短路和三相短路。發(fā)生短路故障的原因一般是由于電氣設(shè)備或電纜的絕緣老化，受機械損傷、操作不當(dāng)?shù)仍蛩斐?。短路故障若不及時排除，將會直接導(dǎo)致電機、電器間產(chǎn)生強大

35、的電動力沖擊而破壞電氣設(shè)備，此外短路電流還會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的急劇下降以及并聯(lián)發(fā)電機間的失步，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，以致最終導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)斷電。過載(指電流過載)是船舶電力系統(tǒng)常見的不正常運行狀態(tài)，其包括發(fā)電機過載運行和電網(wǎng)過載兩種情況。長期電流過載會使導(dǎo)線升溫過大而導(dǎo)致絕緣老化，縮短電氣設(shè)備或電纜的使用壽命，而發(fā)電機的過載還可能引起原動機的超負(fù)荷運行。逆功率故障是當(dāng)發(fā)電機處于并聯(lián)運行狀態(tài)時，可能會由于操作不當(dāng)或其中一臺原動機的故障使發(fā)電機轉(zhuǎn)為電動機運行狀態(tài)，這不僅加重了其他發(fā)電機組的負(fù)載，而且對逆功率機組的原動機也不利。船舶同步發(fā)電機本身內(nèi)部也有可能產(chǎn)生電氣或機械故障，例如：定子繞組的相間短

36、路、單相繞組層間短路、單相繞組接地：發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路、轉(zhuǎn)子繞組接地等。但由于船舶發(fā)電機屬于低壓系統(tǒng)，即電壓不高，而且又定期檢查，因此船舶發(fā)電機內(nèi)部故障出現(xiàn)的機會極少，另外發(fā)電機到主配電板之間的電纜也比較短，故均不專設(shè)保護裝置。關(guān)于運行發(fā)電機出現(xiàn)過電壓的情況。對于不可控自勵發(fā)電機，從調(diào)壓器工作原理中可看出幾乎不可能產(chǎn)生；對于帶電壓校正器的發(fā)電機，在可控硅失控等情況下是完全可能產(chǎn)生的。在這種情況下，可考慮在電壓超過15-20時延時23s切斷主開關(guān)。固過電壓故障情況較少，所以目前船上幾乎都不使用過電壓保護。對頻率不正常運行保護是沒有必要的。因為頻率下降顯然影響系統(tǒng)中機械的正常運行，但這些將轉(zhuǎn)

37、為引起主機油壓降低、循環(huán)水壓力降低等故障，從而會很快報警通知值班人員采取措施。頻率下降，對機械和電動機(拖動位能性負(fù)載除外)本身也無過熱等不良影響；頻率升高的可能性不大，且原動機本身已具有飛車保護，故亦可不予考慮保護。各國船級社對船舶發(fā)電機的保護均只設(shè)有：過載保護、外部短路保護、欠壓保護和逆功率保護。通常這些保護裝置都是以中斷供電來實現(xiàn)保護的。但如保護特性選擇不合理，往往會造成不必要的電源中斷，影響安全航行和有效的船舶營運。在大多數(shù)情況下，船舶的較大負(fù)載的變化使電網(wǎng)出現(xiàn)“故障或不正常運行”，這些都是暫時性的。當(dāng)不正常運行在一定數(shù)量之內(nèi)和在一定時間之內(nèi)可以認(rèn)為是允許的，因為設(shè)備允許有一定的過載能

38、力，而且不正常運行也不會立刻引起破壞性事故，因此在一般情況下，保護裝置首先應(yīng)能避開暫時性的“故障和非正常的運行”狀態(tài)，以保證連續(xù)供電。在這里，“數(shù)量”和“時間”這兩個概念對發(fā)電機的保護和電網(wǎng)的穩(wěn)定運行是十分重要的。因此，大多數(shù)保護動作值均有反延時進行。對于具有自動電力管理系統(tǒng)的電站，除船級社規(guī)定的各項保護功能外一般大多還具有欠頻保護處理及電壓不正常報警等功能。6.4.2電動機的自動調(diào)壓任何一個電力系統(tǒng)，必須保持在額定電壓下運行。因此，保持電壓的恒定是供電質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。但是實際上電壓總是經(jīng)常變動的，船舶電網(wǎng)由于容量小，所以電壓變動尤為嚴(yán)重。為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，同步發(fā)電機自動電壓調(diào)整

39、器起著十分重要的作用。1自動電壓調(diào)整裝置的作用根據(jù)船舶電力系統(tǒng)正常運行的要求，自動電壓調(diào)整裝置應(yīng)具有下述二個主要作用：(1)電壓控制發(fā)電機勵磁電流，以保持端電壓的恒定。(2)無功功率分配控制同步發(fā)電機并聯(lián)運行時，只要在網(wǎng)并聯(lián)運行的發(fā)電機的電勢不相等，在網(wǎng)上運行的發(fā)電機定子繞組間就會產(chǎn)生環(huán)流，引起無功功率分配不均勻。因此需要自動調(diào)壓裝置來調(diào)整發(fā)電機的電勢，以減小機組間的環(huán)流，使并聯(lián)運行機組處于合理而穩(wěn)定分配無功功率。另外，還要求自動電壓調(diào)整裝置應(yīng)具有強行勵磁能力，在船舶電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，實行強行勵磁，提高電力系統(tǒng)并聯(lián)運行動態(tài)的穩(wěn)定性和繼電器保護裝置動作的可靠性。當(dāng)發(fā)電機組起動運行且轉(zhuǎn)速接近額定

40、轉(zhuǎn)速時，自動電壓調(diào)整裝置應(yīng)能使發(fā)電機可靠起勵，建立額定空載電壓。2. 對調(diào)壓裝置的基本要求為了保證供電質(zhì)量，對自動電壓調(diào)整裝置總的基本要求是：簡單可靠；靈敏度高而穩(wěn)定；穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性好；具有一定的強行勵磁能力；合理而穩(wěn)定分配無功功率等，(1)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性船舶發(fā)電機電壓足否穩(wěn)定，取決于自動調(diào)節(jié)勵磁(自動恒樂)裝置性能的優(yōu)劣。自動電壓調(diào)整器的穩(wěn)態(tài)特性又叫靜態(tài)特性，各船級社指標(biāo)基本相同。穩(wěn)態(tài)特性可這樣表 述：原動機在額定轉(zhuǎn)速下運行時，交流發(fā)電機連同其勵磁系統(tǒng)，應(yīng)能在負(fù)載自空載至額定負(fù)載(額定負(fù)載至白空載)范圍內(nèi)，且其功率因數(shù)為額定值的情況下，保持其穩(wěn)態(tài)電壓的變化值在額定電壓的2.5以內(nèi)。應(yīng)急發(fā)電機

41、可允許為3.5以內(nèi)。 式中：靜態(tài)電壓調(diào)率； 在規(guī)定的負(fù)載范圍內(nèi)，發(fā)電機電壓的靜態(tài)最大(最小)值； -發(fā)電機額定電壓。動態(tài)特性各船級社的指標(biāo)有一些微小差別，但可這樣表述：當(dāng)發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速燥電壓接近額定值(ZC指標(biāo))或額定電壓(GL指標(biāo))下運行時，如突加或突卸60額定電流及功率因數(shù)不超過0.4(滯后)的對稱負(fù)載時，當(dāng)電壓跌落時，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不低于額定電壓的65；當(dāng)電壓上升時，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不超過額定電壓的120，而電壓恢復(fù)到與最后穩(wěn)定值(ZC指標(biāo))或額定值(如GL指標(biāo))相差3以內(nèi)所需的時間，則不應(yīng)超過1.5u。(2)無功分配無功分配指標(biāo)各船級社基奉相同，可這樣表述：如輸出功率相同的發(fā)電機并聯(lián)運

42、行，則當(dāng)有功負(fù)載平均分配時，其每臺發(fā)電機的無功負(fù)載與其按比例分配值的偏差不應(yīng)超過其額定無功功率的10。在不同定額的發(fā)電機并聯(lián)運行時，假設(shè)有功功率按比例分配，則無功負(fù)載與具按比例應(yīng)分配值之差不應(yīng)超過下列兩值中較小者： 最大發(fā)電機額定無功功率的10； 最小發(fā)電機額定無功功率的25。(3)強行勵磁電力系統(tǒng)的特點之一，是過渡過程非常快。當(dāng)負(fù)載突變或發(fā)生短路時，電壓會突然下降很大。這將給電力系統(tǒng)的運行帶來許多問題，甚至可能使電力系統(tǒng)喪失穩(wěn)定。因此，由提高發(fā)電機并聯(lián)工作穩(wěn)定性和電動機運行穩(wěn)定性以及繼電保護裝置動作的準(zhǔn)確性等動態(tài)穩(wěn)定性的觀點出發(fā)，要求調(diào)壓裝置的動作要迅速。從短路保護的選擇性要求出發(fā)，也要求調(diào)

43、壓裝置在發(fā)電機運行時，一旦發(fā)生外部短路，發(fā)電機在短路瞬間應(yīng)能提供足夠的短路電流，以供負(fù)載開關(guān)跳閘。對此有關(guān)船級社(如GL)規(guī)定：當(dāng)接線端于三相短路時，穩(wěn)態(tài)短路電流應(yīng)不小于3倍也不大于6倍的額定電流，發(fā)電機及其勵磁機必須能承受此穩(wěn)態(tài)短路電流兩秒鐘而無損壞。中國船級社也有類似的規(guī)定。綜上所述，均要求調(diào)壓裝置要有強行勵磁能力。強勵能力通?？捎脧娦袆畲疟稊?shù)和發(fā)電機電勢最大上升變化率來描述。3調(diào)壓裝置的分類船舶同步發(fā)電機自動調(diào)壓裝置的類型很多，其中絕大部分足采用白勵形式，但不論何種調(diào)壓裝置，都是通過調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流來調(diào)整其端電壓和并聯(lián)運行時承擔(dān)的無功功率的。按照被檢測量的不同，自勵調(diào)壓裝置一般可分成

44、三種類型：(1)按發(fā)電機的負(fù)載變化(即電流I和功率因素)進行比例調(diào)節(jié)它是按發(fā)電機電流的大小及其功率因數(shù)來對發(fā)電機勵磁電流進行調(diào)節(jié)的。由于其被測量(即電流I和功率因素)和被調(diào)量(發(fā)電機輸出電壓u)不同，所以是一個開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；另一方面由于電流I和功率因素的變化對發(fā)電機端電壓的影響與其引起恒壓裝置對勵磁電流的調(diào)整作用幾乎是同時發(fā)生，這類裝置從理論上就存在：靜態(tài)特性較差、動態(tài)特性較好。這類裝置的靜態(tài)電壓調(diào)整率最好也只能達(dá)到：2左右。不可控相復(fù)勵調(diào)壓裝置就屬于這種類型。(2)按負(fù)反饋(電壓偏差)進行比例調(diào)節(jié)它是按發(fā)電機輸出電壓的偏差來對發(fā)電機勵磁電流進行調(diào)節(jié)的。由于被檢測量和被調(diào)量都是發(fā)電機端電壓，恒

45、壓裝置與發(fā)電機構(gòu)成一個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這類裝置從理論上可做到無靜態(tài)偏差，由于并聯(lián)運行的需求，實際調(diào)壓裝置應(yīng)是一個有差系統(tǒng)，所以這類裝置的電壓調(diào)整靜態(tài)精度高，現(xiàn)在靜態(tài)電壓調(diào)整率一般均在1以內(nèi)。欠缺的是動態(tài)特性不如按擾動進行調(diào)節(jié)的裝置?？煽毓枵{(diào)壓裝置就屬于這種類型。 (3)按I、和復(fù)合原理進行調(diào)節(jié)它是按擾動與電壓偏差的綜合信號進行調(diào)節(jié)的，即按發(fā)電機的電流大小及其功率因數(shù)和 發(fā)電機輸出電壓偏差來對發(fā)電機勵磁電流進行調(diào)節(jié)的。這類調(diào)壓裝置是將上述兩種調(diào)壓裝置 結(jié)合在一起，所以具有上述裝置的各自優(yōu)點，而克服了各自的不足之處，即調(diào)壓裝置的靜態(tài)特性與動態(tài)特性都很好，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜?？煽叵鄰?fù)勵調(diào)壓裝置就屬于這種類型

46、。勵磁調(diào)節(jié)器分類如圖6-7所示。圖6-7 勵磁調(diào)節(jié)器分類軸帶發(fā)動機為了充分利用船舶主機1015的功率儲備裕量，達(dá)到節(jié)能的目的，發(fā)展起由船舶主機驅(qū)動發(fā)電機供電的裝置，即軸帶發(fā)電機裝置。由軸帶發(fā)電機向電網(wǎng)供給電能的系統(tǒng)稱為軸帶發(fā)電機系統(tǒng)，圖6-8為軸帶發(fā)電機示意圖。圖6-8 船舶軸帶發(fā)電機示意圖 1軸帶發(fā)電機的特點(1)軸帶發(fā)電機系統(tǒng)的主要優(yōu)點 由于船舶主機采用價格低廉的燃料油作為燃料，且熱效率高，因而經(jīng)濟性好； 船舶航行時，機艙內(nèi)只有主機運行，故降低了機艙的溫度和噪音，改善了機艙的環(huán)境； 軸帶發(fā)電機組的維修工作量少，因此維修費用降低，維修周期延長。(2) 軸帶發(fā)電機系統(tǒng)存在的缺點軸帶發(fā)電機只能在

47、船舶定迷航行，而且轉(zhuǎn)速在60-105額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)時，給船舶電網(wǎng)供電，當(dāng)主機低速或機動航行時應(yīng)退出電網(wǎng)。因此為保證全船供電，必須設(shè)置輔助發(fā)電機組；對于大多數(shù)船舶，其主機采用轉(zhuǎn)速可調(diào)的中、低速柴油機，因此，當(dāng)主機轉(zhuǎn)速變化時，軸帶發(fā)電機的輸出電壓及頻率都將發(fā)生變化。為保證輸出電壓及其頻率維持恒定，則軸帶發(fā)電機的控制系統(tǒng)必將會變得比較復(fù)雜； 初投資費用要高一些。 2船舶軸帶發(fā)電機主要類型 船舶軸帶發(fā)電機可分為直流和交流兩大類。 (1)直流軸帶發(fā)電機 他勵直流發(fā)電機的電壓與轉(zhuǎn)速近似成線性關(guān)系變動，所以軸帶發(fā)電機多采用他勵式。同時為維持發(fā)電機發(fā)出的電壓不變，必須采用自動電壓調(diào)整器。目前船舶電力系統(tǒng)幾乎均

48、采用交流系統(tǒng)，直流軸帶發(fā)電機已很少采用。 (2)交流軸帶發(fā)電機 交流軸帶發(fā)電機的控制環(huán)節(jié)要比直流復(fù)雜，因為主機轉(zhuǎn)速的變化不僅影響電壓，而且還影響電網(wǎng)頻率。因此為了保證船舶軸帶發(fā)電機電壓和頻率穩(wěn)定，必須針對不同的主機及螺旋槳類型采取不同的措施。螺旋槳可分為定螺距槳和變螺距槳兩種，因而交流軸帶發(fā)電裝置可分為兩大類，即可變螺距螺旋槳的主機型式和定螺距螺旋槳的主機型式。3變螺距螺旋槳船舶的軸帶發(fā)電機可變螺距螺旋槳的主機在恒速調(diào)速器的作用下，其主軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向恒定不變，軸帶發(fā)電機組可使用一般的船用交流發(fā)電機組，無需采取特別措施。若主機轉(zhuǎn)速為n，發(fā)電機的極對數(shù)為p，則軸帶發(fā)電機組的頻率為恒定值，即： 但是當(dāng)

49、船舶在風(fēng)浪中航行時，螺旋槳負(fù)荷會急劇變化，主機雖有調(diào)速器，但轉(zhuǎn)速仍有較大的波動，致使發(fā)電機的頻率發(fā)生變化。為此，在變螺距漿軸帶發(fā)電機控制系統(tǒng)中，一般要設(shè)自動負(fù)荷控制裝置，作為主機調(diào)遣器的輔助調(diào)節(jié)裝置。另外船舶主機的轉(zhuǎn)速比較低，一般在150r/min以下，要發(fā)出50Hz或60Hz的交流電，軸帶發(fā)電機的極對數(shù)很多，因此體積較大。為了減小軸帶發(fā)電機的體積，可以在主軸與發(fā)機之間采用中間傳動機構(gòu)以提高軸帶發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。4定螺距槳的主機軸帶發(fā)電機目前，船舶主機大多采用定螺距槳，主機的轉(zhuǎn)速甚至轉(zhuǎn)向都可變，因此軸帶發(fā)電機的電壓及頻率將隨轉(zhuǎn)速而變。為使軸帶發(fā)電機的頻率保持在允許的范圍之內(nèi)就必須配備自動控制裝置。

50、通常采用轉(zhuǎn)速補償裝置(由轉(zhuǎn)速變換器將可變轉(zhuǎn)速變換為恒定轉(zhuǎn)速)或頻率補償裝置(通過頻率變換器變換為恒定頻率)，具體有下述幾種方法。(1) 用變流機組穩(wěn)定供電頻率這種方法是將軸帶發(fā)電機發(fā)出的頻率可變的交流電，經(jīng)可控整流后向直流電動機供電，由直流電動機拖動另一臺三相交流同步發(fā)電機組發(fā)電，經(jīng)自動電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，向電網(wǎng)提供電壓、頻率恒定的交流電?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)三相同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的偏差來調(diào)節(jié)可控整流裝置的控制角，從而調(diào)節(jié)直流電動機的輸入電壓，保證其轉(zhuǎn)速的恒定，如圖3-31所示。(2) 用行星齒輪傳動系統(tǒng)這種機械裝置的輸入軸與主機主軸相聯(lián)接，雖然輸入軸的轉(zhuǎn)速隨主機給定轉(zhuǎn)速而變，但在液壓控制系統(tǒng)的

51、作用下，通過對行星齒輪的附加傳動，使與發(fā)電機相聯(lián)的輸出軸的轉(zhuǎn)速維持恒定。因此，由輸出軸驅(qū)動的交流發(fā)動機組的電壓、頻率不受主機轉(zhuǎn)速變化的影響。圖 6-9 (3)采用整流一逆變作中間環(huán)節(jié)的系統(tǒng)軸帶發(fā)電機發(fā)出的非恒定頻率的交流電經(jīng)整流器整流后，供給晶閘管三相逆變器，變換為頻率恒定的三相交流電。一般三相逆變器供給負(fù)載有功功率，而負(fù)載所需的無功功率由同步補償機提供。如圖6-10所示。圖6-10 整流一逆變作中間環(huán)節(jié)的軸帶發(fā)電機系統(tǒng)示意圖同步補償機為一工作在過勵狀態(tài)下空載運行的同步電動機，當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)低時，適當(dāng)增加補償機的勵磁，可輸出較多的無功功率，以滿足負(fù)載無功功率的需要，而當(dāng)功率因數(shù)升高時，減少勵磁

52、，從而維持電網(wǎng)電壓的恒定。因此，同步補償機帶有自動電壓調(diào)整器。同步補償機要以專設(shè)(原動機一般為異步電動機)，也可用一臺輔助發(fā)電機代替。運行開始時由原動機帶動，投入電網(wǎng)后再通過離合器將其與原動機脫離。 (4)軸帶異步發(fā)電機系統(tǒng)軸帶發(fā)電機采用繞線式異步發(fā)電機，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速正常情況下應(yīng)保持略高于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的電能通過整流器供給直流電動機，直流電動機再以同步轉(zhuǎn)速驅(qū)動同步發(fā)電機。因此電壓和頻率取決于直流電動機的轉(zhuǎn)速，與主機的轉(zhuǎn)速無關(guān)。電網(wǎng)電壓由同步發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，頻率通過調(diào)節(jié)直流電動機的電壓或勵磁來維持恒定。 (5)電磁滑差離合器恒速軸帶發(fā)電機系統(tǒng)電磁滑差離合器(渦流離合器)有兩個盤

53、(轉(zhuǎn)子)，從動盤接發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，主動盤經(jīng)增速齒輪與主機主軸相連。當(dāng)主動盤的轉(zhuǎn)速變化時，只要控制從動盤磁極的勵磁電流，就可保持從動盤以恒速運轉(zhuǎn)，因此借助電磁滑差離合器，同步發(fā)電機能以恒定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而輸出恒頻的交流電。原理圖如圖6-11所示。圖6-11 電磁滑差離合器恒速軸帶發(fā)電機系統(tǒng)發(fā)電機的并聯(lián)運行 隨著船舶噸位的增加和電氣化，自動化程度的提高，船舶電站容量在不斷增加，因此主電站通常設(shè)有三臺甚至更多的發(fā)電機組。根據(jù)船舶不同運行工況所需用電量的不同，可以使用一臺、兩臺或三臺以上的發(fā)電機組通過主配電板匯流排(母線)共同向全船負(fù)荷供電，這就是通常所說的并聯(lián)運行。 同步發(fā)電機組的并聯(lián)運行有許多優(yōu)點：

54、能增加電站的可靠性：能使發(fā)電機經(jīng)常處于最佳運行狀態(tài)；能使電能得到合理地使用；能減少備用發(fā)電機組的數(shù)量。 一臺發(fā)電機組在投入電力系統(tǒng)前，它的某些參數(shù)必須要滿足一定的要求，才允許進行并車操作，而后進入并聯(lián)運行。所以，待并發(fā)電機組在并車前要通過并車裝置進行適當(dāng)?shù)牟僮?，使這些參數(shù)符合并車條件。 為了保證并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，對容量相同的發(fā)電機組應(yīng)能均分電網(wǎng)的有功功率與無功功率。這就要求并聯(lián)運行機組間應(yīng)有大體相同的有功負(fù)荷與無功負(fù)荷外特性。發(fā)電機有功負(fù)荷外特性實質(zhì)就是原動機的調(diào)速特性，無功負(fù)荷外特性實質(zhì)就是發(fā)電機勵磁調(diào)整特性。因此，需要功率(有功與無功)分配裝置的調(diào)節(jié)來滿足這些要求。 (1)理想并車條件 對

55、于一個運行中的電站，三相同步發(fā)電機準(zhǔn)確同步并車操作時，最理想的情況是滿足下面四個條件： 待并發(fā)電機組的電壓與電網(wǎng)(或運行機組)電壓的相序一致； 待并發(fā)電機組的電壓與電網(wǎng)(或運行機組)電壓的有效值大小相等，即； 待并發(fā)電機組的頻率與電網(wǎng)(或運行機組)頻率相等，即； 待并發(fā)電機組電壓的相位與電網(wǎng)(或運行機組)電壓的相位一致，即。 符合上述四個條件，則待并發(fā)電機的電壓相量與電網(wǎng)(或運行機組)的電壓相量完全重合。若在此瞬間將待并發(fā)電機主開關(guān)合閘投入電網(wǎng)(并車操作)，則在待并機組與電網(wǎng)(或運行機組)間不會產(chǎn)生沖擊電流，這是準(zhǔn)確同步的理想情況。(3) 實際并車條件除第一個條件外，實際并車操作時，要達(dá)到理想

56、并車條件是不可能的。當(dāng)任一并車條件不符時，并車瞬間在待并機組與電網(wǎng)間會發(fā)生什么情況?下面逐一分析之。為方面起見，對電網(wǎng)(運行機組)我們用G1表示，對待并機組用G2表示。假設(shè)待并發(fā)電機組與電網(wǎng)(或運行機組)的頻率相等、相位一致，但電壓大小不等時并車，即、但。對于三相對稱電路，通常可取出一相電路來進行分析。故兩臺機組并車時的等值電路如圖6-12a)所示。圖6-12 電壓不等時并車圖a)等值電路圖；b)相量圖僅當(dāng)電壓不等(若)時投入G2，則在發(fā)電機主開關(guān)ACB2兩端就有電壓差存在，這時合閘，在兩臺發(fā)電機間就會因而產(chǎn)生一個稱之為平衡電流的環(huán)流。由于環(huán)流經(jīng)過的回路主要是感抗，故滯后約，其相量圖見圖3-3

57、4b)所示。這一環(huán)流對兩臺發(fā)電機產(chǎn)生均壓作用。由于與的正方向是一致的，故對G2來說，相當(dāng)于G2增加輸出了一個感性的滯后的無功電流，它產(chǎn)生去磁的電樞反應(yīng)，將使G2的端電壓比并車前的有所降低；但對運行機組G1來說，與反方向，因此相當(dāng)于G1減少輸出滯后的無功電流，因而相應(yīng)的去磁的電樞反應(yīng)比原先減少了，這樣將使G1的端電壓比并車前軌，有所升高。最后使兩臺發(fā)電機組并聯(lián)運行于同一個電壓上，這時電壓值。反之，當(dāng)時并車，則在發(fā)電機主開關(guān)ACB2的兩端產(chǎn)生的電壓差d白的相位也相反，環(huán)流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)結(jié)果將使待并機組的端電壓上升，運行機組的端電壓下降，最終使兩臺發(fā)電機組運行于同一個電壓上。6.5 船舶電站負(fù)荷計算與功率配置并聯(lián)運行發(fā)電機組間的無功負(fù)荷的自動分配（1）并聯(lián)運行發(fā)電機間無功負(fù)荷自動分配基本原理當(dāng)同步發(fā)電機并聯(lián)運行時，如果機組的無