船舶電站大連海事大學(xué)版

1、船舶電站及其自動(dòng)裝置 主講人 1 船舶電站及其自動(dòng)裝置緒言船舶電站：在艦船上將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換成為符合要求的電能并向船舶電網(wǎng)供電的設(shè)備的總稱。船舶電站的發(fā)展史：四、五十年代前直流電制（調(diào)壓、并車簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑、廣）四、五十年代后伴隨自激恒壓發(fā)電機(jī)的發(fā)展，交流，電制成為主流（維修、保養(yǎng)簡(jiǎn)單，動(dòng)力與照明隔離）六十年代船舶電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化（僅單元方面）七十年代真正意義上實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)化（集成電路）西門子EEA-22船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)、軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。八十年代（微機(jī)應(yīng)用）實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)化。西門子PMA53船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)（SIMATIC-S5-95U），可實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)化、智能化。2 第一章

2、船舶電力系統(tǒng)概述 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)和 電力負(fù)載四部分組成。 電源：將機(jī)械能、化學(xué)能等能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。 船舶電源主要為主發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組、 臨時(shí)應(yīng)急電源（蓄電池）、岸電2 配電裝置：配電板（配電盤）、分電箱 集中分配電能，對(duì)發(fā)配電進(jìn)行集中控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)3 電力網(wǎng)： 船舶電力網(wǎng)由電纜組成（連接電源-負(fù)載）4 負(fù)載：電力拖動(dòng)、船舶電氣照明等。3 二 船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)： (與陸上大電力系統(tǒng)相比，船舶電力系統(tǒng)有如下特點(diǎn))1 容量小 主電站單機(jī)容量一般：n 100KW-n 1000KW， 電站總裝機(jī)容量（3-4）倍單機(jī)容量。 單個(gè)大負(fù)荷可以與單

3、機(jī)容量相比擬，啟動(dòng)沖擊大。 2 負(fù)載變化頻繁 電源-負(fù)載距離近（線路壓降小，但短路電流大） 工作環(huán)境惡劣（三防）4 三 船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù) 1 電源種類：交/直流2 電壓：我國規(guī)定：400V，國外日、美船舶采用450V電 壓等級(jí)。到目前為止，我國商船上尚未有中壓電力系統(tǒng)，但在某些特殊工程船舶（鉆井平臺(tái)）及為外國建造的大型油船上，已開始采用33kV或66kV系統(tǒng)，隨著造船工業(yè)的發(fā)展，今后中壓系統(tǒng)必會(huì)增多。各國的船級(jí)社幾乎都有關(guān)于采用中壓的規(guī)定，如英國勞氏船級(jí)社,CCS 沒有關(guān)于中壓的規(guī)定。中壓電力系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)備尺寸縮小、重量、電纜截面減小，但絕緣要求高。 3 頻率：交流配電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為5

4、0Hz或60Hz。 5 四 船舶主電站容量確定和 發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇 計(jì)算方法有：三類負(fù)荷法、需要系數(shù)法、概率論法1 三類負(fù)荷法將全船所有的電器設(shè)備按船舶不同工況下的使用情況分為三類，分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算，找出其用電規(guī)律，最終確定電站容量及發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)。 船舶主要運(yùn)行工況有： 1）航行：船舶全速、滿載航行狀態(tài)； 2）進(jìn)出港：港內(nèi)低速航行或靠離碼頭等機(jī)動(dòng)狀態(tài)； 3）裝卸貨：貨船的裝卸貨或油船的裝卸油狀態(tài)： 4）停泊：停泊碼頭、無裝卸作業(yè)狀態(tài)： 5）應(yīng)急：6 用電設(shè)備按功能分類：1）動(dòng)力裝置用輔機(jī)：主海水冷卻泵、淡水冷卻泵等， 2）甲板機(jī)械：包括錨機(jī)、絞盤、舵機(jī)、起貨機(jī)、 舷梯絞車；3）艙室輔機(jī)：包括生活

5、用水泵、消防泵，艙底泵、 為輔鍋爐服務(wù)的輔機(jī)等； 4）機(jī)修機(jī)械：包括機(jī)艙起重行車、車床、鉆床和電焊機(jī)等；5）冷藏通風(fēng)：包括冷藏貨艙、伙食冷庫、空調(diào)裝 置、使用的輔機(jī)及通風(fēng)機(jī)等； 6）弱電設(shè)備：包括導(dǎo)航通信設(shè)備、無線電設(shè)備、 自動(dòng)控制設(shè)備及充電裝置等； 7）照明設(shè)備：包括艙室照明、航行燈、探照燈 及電風(fēng)扇等使用照明電源的設(shè)備。7 按使用情況分為三類：類負(fù)荷：連續(xù)使用的負(fù)荷；類負(fù)荷：短時(shí)或重復(fù)短時(shí)使用的負(fù)荷；類負(fù)荷：偶然短時(shí)使用的負(fù)荷以及按操作規(guī)程可以在 電站尖峰負(fù)荷時(shí)間以外使用的負(fù)荷。 每個(gè)用電設(shè)備從電網(wǎng)取得功率的計(jì)算：A P1-P5含義P1 電動(dòng)機(jī)（用電設(shè)備）的額定功率（輸出）P2 被拖動(dòng)機(jī)械

6、的最大軸功率（輪機(jī)設(shè)計(jì)提供）P3 被拖動(dòng)機(jī)械的實(shí)際使用功率（輪機(jī)設(shè)計(jì)提供）P4 電動(dòng)機(jī)（用電設(shè)備）額定工作時(shí)所需功率（輸入） （從電網(wǎng)取得）P5 電動(dòng)機(jī)實(shí)際從電網(wǎng)取得的功率-負(fù)荷計(jì)算目標(biāo)值。8B 三個(gè)系數(shù)電動(dòng)機(jī)利用系數(shù)： K1=P2/P1機(jī)械負(fù)荷系數(shù)： K2=P3/P2電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷系數(shù)：K3=P3/P1=P3/P2 P2/P1=K1 K2 C 功率估計(jì)電動(dòng)機(jī)（用電設(shè)備）額定工作時(shí)所需功率P4=P1/ee-電動(dòng)機(jī)（用電設(shè)備）額定工作時(shí)效率電動(dòng)機(jī)實(shí)際從電網(wǎng)取得的功率P5= P3/ - K3負(fù)荷系數(shù)下的效率 一般取e=P5=P3/e=K3P4 無功功率的計(jì)算：Q5P5 tg 作表格計(jì)算（負(fù)荷計(jì)算書）

7、根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇機(jī)組的功率和臺(tái)數(shù)。9 選擇發(fā)電機(jī)功率和數(shù)量，應(yīng)遵循的一般原則： 1）長(zhǎng)期運(yùn)行（如航行）工況下，盡可能采用單機(jī)供電， 其負(fù)荷率（=負(fù)荷功率/ 額定功率）最好在80左右；2）主發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)一般3臺(tái)（至少2臺(tái)）；盡可能采用同容量。 同型號(hào)機(jī)組，有利于并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性和減少備件；3）必須設(shè)置備用發(fā)電機(jī)組，其功率應(yīng)等于電站中最大一臺(tái)機(jī) 組的功率，保證當(dāng)最大一臺(tái)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組損壞時(shí)，仍能滿 足各種工況下船舶電能用戶的需要。2 按需要系數(shù)法確定電站容量 需要系數(shù)是用電設(shè)備實(shí)際所需要的功率與額定負(fù)載所需 功率的比值,用公式表示為： KC = PshPsePse（用電設(shè)備實(shí)際所需要的功率）= Ps/

8、Psh（額定負(fù)載所需功率）=Kc Pse= KC Pe/ 需要系數(shù)應(yīng)綜合考慮：負(fù)荷狀態(tài)、工作制、同時(shí)工作的概率。10 全船用電設(shè)備所需功率P =（Kci Psei）1.05 1.05-計(jì)及網(wǎng)絡(luò)損失的系數(shù)。 3 按慨率論法計(jì)算電站容量它是根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，找到發(fā)電機(jī)功率與主機(jī)功率之間的關(guān)系，利用回歸分析方法，推導(dǎo)出一些公式，就可以在用電設(shè)備未確定前，預(yù)先確定發(fā)電機(jī)的容量。 11 五 配電裝置 1 配電裝置的功能： 集中、分配和控制電能。 2 配電裝置按用途分類： 1） 主配電盤（總配電盤）：用于控制船舶主電站2） 應(yīng)急配電盤：用于控制應(yīng)急發(fā)電機(jī)3） 充放電板：用來控制和監(jiān)視充電電源的工作情況 和蓄電

9、池組的充電與放電，并將蓄電池組的電能 分配給船上的低壓用電設(shè)備。4） 岸電箱：船舶?？看a頭或廠修時(shí)，船上發(fā)電機(jī)停 止供電，將岸上電源線接到船上岸電箱，再由岸 電箱送到應(yīng)急配電板和主配電板進(jìn)行分配。12 3 主配電盤：由許多屏組成：匯流排：A、B、C （綠、黃、褐/紫）接地：黃綠相間或黑色 交流中線：淺蘭色直流：正極-紅色 負(fù)極-蘭色1）發(fā)電機(jī)控制屏功能：監(jiān)控發(fā)電機(jī)組 1屏/機(jī)組成：四部分A：調(diào)節(jié)裝置發(fā)電機(jī)控制屏一般包含有勵(lì)磁調(diào)節(jié)AVR及無功分配裝置、發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車裝置、發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置等。13B： 控制裝置發(fā)電機(jī)主開關(guān)ACB、調(diào)速馬達(dá)開關(guān)等C：檢測(cè)裝置主要由各種儀表、互感器組成。D：保護(hù)

10、裝置 短路、過載、欠壓保護(hù)、逆功率保護(hù)、自動(dòng)分級(jí)卸載2）并車屏 功能：操作并車組成：同步表、同步指示燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、粗同步電抗器3）負(fù)載屏負(fù)載屏上裝有裝置式自動(dòng)開關(guān)，電流表、電壓表及轉(zhuǎn)換開關(guān)等設(shè)備從母線上饋電給負(fù)載。負(fù)載屏分動(dòng)力負(fù)載和照明負(fù)載144 應(yīng)急配電板功能：控制應(yīng)急機(jī)，向應(yīng)急電網(wǎng)供電，應(yīng)急配電板包括應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制屏和應(yīng)急負(fù)載屏。 注意：船舶主電站、應(yīng)急電站、岸電三者之間任意兩者一般不能并聯(lián)運(yùn)行。 5 充放電板充放電板的作用：對(duì)蓄電池進(jìn)行充電、放電和定期保養(yǎng)，以便向用戶正常供電。156 有關(guān)檢測(cè)裝置 互感器分類：電壓互感器、電流互感器?；ジ衅鞯淖饔?1）將大電壓、大電流按比例變換成小電壓、

11、小電流 2）使儀表、繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，且擴(kuò)大了儀表 的使用范圍。 3）使儀表、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置通過互感器與原邊的高電壓和大電流隔離，從而保證人身與儀表等電器設(shè)備的安全，能可靠工作。 16電壓互感器： （副邊標(biāo)準(zhǔn)電壓100V）電壓互感器使用中的注意事項(xiàng)：1）用時(shí)要按照接線標(biāo)志正確接線，注意同名端2）電壓互感器原、副邊線圈都不允許短路，否則互感器將通過很大短烙電流而燒毀， 因此在電壓互感器原、副邊都裝設(shè)熔斷器作短路保護(hù)3） 電壓互感器副邊線圈一定要接地。電流互感器： （副邊額定電流5A ）電流互感器使用中的注意事項(xiàng)：1）用時(shí)要按照接線標(biāo)志正確接線，注意同名端2）電流互感器副邊線圈不允許開路

12、3）電流互感器副邊線圈一定要接地。 17六 船舶電網(wǎng)及電纜1船舶電網(wǎng)的線制（配電系統(tǒng)）1）直流雙線絕緣系統(tǒng)負(fù)極接地的雙線系統(tǒng) 船體做回路的單線系統(tǒng) 2) 單相交流 （同上）3）三相交流A 三相絕緣系統(tǒng)（普遍采用）特點(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)地絕緣，較安全、可靠，供電 連續(xù)性好，一線接地不形成短路； 主電網(wǎng)絕緣電阻較高，便于測(cè)量對(duì)地絕緣； 需用照明變壓器18B 中性點(diǎn)接地的三相四線制特點(diǎn)：不需用照明變壓器中性點(diǎn)接地電位固定，系統(tǒng)內(nèi)部過電壓較小若單線接地，形成一相對(duì)地短路，可通過保護(hù)裝置切除，但供電連續(xù)性較差；火線對(duì)地220V，欠安全C 船體做中線的三相系統(tǒng)（比B 省一根線） 規(guī)范規(guī)定：油輪只能用絕緣系統(tǒng)大于（等

13、于）1600T 的船舶，不應(yīng)用船體做回路的配電系統(tǒng)19202 配電網(wǎng)絡(luò) 主（應(yīng)急）電盤-用電設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)1） 分類： 主電網(wǎng)（一次、二次網(wǎng)絡(luò)）、應(yīng)急電網(wǎng)、臨時(shí)應(yīng)急電 網(wǎng)（蓄電池）、弱電電網(wǎng)2） 主電網(wǎng)的結(jié)線方式 主要有三種結(jié)線方式：放射式、環(huán)式和樹干式。 (1) 放射式：所有饋電線均出自主配電板 優(yōu)點(diǎn)：便于集中控制 缺點(diǎn)：主配電板出線頭多（尺寸也需相應(yīng)地增 (2) 環(huán)式： 優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)負(fù)載雙路供電，可靠性高，生命力強(qiáng) 缺點(diǎn)：維修保養(yǎng)復(fù)雜，造價(jià)高 因此只有要求高可靠性的軍艦和客船才使用此種結(jié)線方式。 (3) 樹干式： 配電網(wǎng)絡(luò)像樹干似地分布。（應(yīng)用較廣） 213 船舶電纜電纜結(jié)構(gòu)：芯線、絕緣層、

14、防護(hù)套。船舶電纜的選擇：電纜的選擇應(yīng)根據(jù)敷設(shè)場(chǎng)所的環(huán)境條件、敷設(shè)方法、電流定額、工作定額、需用系數(shù)和允許電壓降等因素來確定。1）根據(jù)用途及敷設(shè)環(huán)境條件選電纜牌號(hào)2）根據(jù)負(fù)載電流的大小選電纜芯線截面： 出發(fā)點(diǎn)：保證溫升不超過允許值3）經(jīng)同一電纜供電給多路負(fù)載，該段電纜的電流定額可根據(jù) 總負(fù)荷乘以需用系數(shù)。4）電纜截面的修正 （1）周圍環(huán)境溫度的校正。考慮環(huán)境溫度經(jīng)常低于45， 電纜電流定額可以增加 另外，當(dāng)預(yù)計(jì)到電纜周圍的空氣溫變高于45時(shí)，電纜電 流定額應(yīng)減小。22（2）管子內(nèi)為電纜截面的修正： 六根以上成束敷設(shè)，取修正系數(shù)0.85 （降低電纜電流定額） 當(dāng)管長(zhǎng)超過13m，計(jì)算電流（電纜通過的

15、負(fù) 載電流）應(yīng)比實(shí)際工作電流增加25左右。 （3）非連續(xù)工作制：如果電纜供電給短時(shí)和重復(fù) 短時(shí)工作制的負(fù)載，可加大電纜的電流定額 （乘以大于1的修正系數(shù)）235） 船舶電網(wǎng)電壓降校核 在計(jì)算電網(wǎng)的電壓時(shí)，常常應(yīng)用“電壓降落”、“電壓損耗”和“電壓偏移”這樣三個(gè)概念來說明沿線電壓變化的情況，電壓降落的定義是：電網(wǎng)始端和未端的電壓向量差，電壓損耗：是輸電線始端和未端電壓絕對(duì)值的差，電壓偏移指：網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的實(shí)際電壓與該網(wǎng)絡(luò)額定電壓的差，可以用伏表示，也可以用對(duì)額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。例如在額定電壓為400V的母線上其實(shí)際電壓為380V時(shí)，則該處電壓偏移為20V（一5 )規(guī)范規(guī)定：在正常最大工作電流時(shí)，

16、從匯流排到用戶間的電壓損耗不應(yīng)超過6 %Ue241） 單相交流： 電壓損耗 u = u1- u2 = 2 I Rl cos (1)即u1在 u2 上的投影Rl = l / rsr-電導(dǎo)率l-線長(zhǎng)（mm）s-截面積（mm）I cos = P / u2 代入（1） u = （2 P l / r s u2）10 （V）P-功率（負(fù)載）（KW）電壓損耗百分值： u / u2e = ( 2 P l / r s u2e )10 u2e-負(fù)載端額定電壓校核要求這個(gè)百分值 6%25262） 三相 交流負(fù)荷：化單相計(jì)算：中線電流=0，只有一個(gè)線電阻Rl u相= Il Rl cos 又 P三相 = 3 Il ul

17、 cos Il cos = P/ 3 ul u相 / u相e = Il Rl cos / u相e = （P三相 l / r s ul ）10= 3 Il cos l / r s ul 校核要求這個(gè)百分值 6%27七 蓄電池1 蓄電池在船上的用途： 1）作為臨時(shí)應(yīng)急電源或備用電源（30分鐘） 2）柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)電源。 3）報(bào)警系統(tǒng)電源。 4）船電通訊系統(tǒng)電源。 5）主發(fā)電機(jī)充磁電源 2 分類： 酸性蓄電池、堿性蓄電池 3 酸性蓄電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 反應(yīng)方程式表示如下： 放電Pb02 2H2S04 十 Pb = PbS04 2H20 十 PbS04（+）（電解液）（-） 充電 （+） （

18、電解液） （-） 28標(biāo)志：硫酸的比重會(huì)降低到1.15為限，端壓降低到1.7V為限；充電后，硫酸的比重增加到1.28為限，端壓上升到2.4-2.6V為限。酸性蓄電池中每個(gè)小電池的電動(dòng)勢(shì)為21V。酸性蓄電池的容量：?jiǎn)挝唬喊矔r(shí)用10小時(shí)放電率的安時(shí)數(shù)表示其容量（標(biāo)稱容量） 酸性蓄電池的充電：新的或長(zhǎng)期庫存蓄電池，在使用前需經(jīng)過初次充電，其步驟如下：配制電解液，用=1.84純硫酸1份容積加入2份容積蒸餾水配成=1.28的稀硫酸（注意配制電解液時(shí)，應(yīng)把硫酸徐徐注入蒸餾水中，加至液面高于隔板以上1CM，電解液加入后，將電池靜置23小時(shí)，即可將電池的正負(fù)極與電源的正負(fù)極對(duì)應(yīng)接好，準(zhǔn)備充電。）第一階段：用1/14容量值（安培）充電25-35小時(shí)；第二階段：用1/28容量值（安培）充電20-30小時(shí)；直到電壓和電解液比重在3h內(nèi)基本不變，電解液比重為1.酸28，單個(gè)電池電壓為242，6V，有大量氣泡溢出。29通常充電方法： （1）恒流充電法：在充電過程中充電電流保持不變。（2）恒壓充電法：在充電過程中充電電壓始終保持 不變。（3 ）分段恒流充電法：在充電初期，蓄電池用較大