船舶電力系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

摘 要：船舶電力系統(tǒng)作為船舶重要的組成部分，是船舶技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著船舶的不斷發(fā)展，對(duì)船舶電力系統(tǒng)的要求越來越高。文章以500噸運(yùn)輸船為例簡(jiǎn)述了船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)、步驟等。

關(guān)鍵詞：船舶電力系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；保護(hù)

引言

隨著船舶自動(dòng)化水平的提高，現(xiàn)代船舶電力系統(tǒng)日趨復(fù)雜，并且要求設(shè)計(jì)質(zhì)量高、時(shí)間短，既要優(yōu)化資源，又要保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全。因此，在船舶設(shè)計(jì)和建造的過程應(yīng)該充分考慮船舶電力系統(tǒng)的特殊性和重要性，構(gòu)建可靠性高的電網(wǎng)類型，保證船舶能夠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的航行。

1 船舶電力系統(tǒng)的組成及主要特征

1.1 船舶電力系統(tǒng)的組成

船舶電力系統(tǒng)由電源、配電裝置、電力網(wǎng)和負(fù)荷組成。電源為船舶電力系統(tǒng)提供電能，船舶上一般采用發(fā)電機(jī)或蓄電池作為電源裝置。配電裝置的主要作用是分配電能，同時(shí)也對(duì)電源、電網(wǎng)及負(fù)載進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視和保護(hù)等。電力網(wǎng)作為電源和用電設(shè)備的聯(lián)系橋梁，將電源產(chǎn)生的電能輸送給用電設(shè)備。負(fù)荷主要指動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷、通信和導(dǎo)航設(shè)備等。

1.2 船舶電力系統(tǒng)的特征

船舶電力系統(tǒng)與陸地電力系統(tǒng)相比有很大差別，主要體現(xiàn)在以下三方面：

（1）船舶電站容量較小，因此船舶電網(wǎng)電壓和頻率容易發(fā)生波動(dòng)，另外電網(wǎng)中局部發(fā)生故障或誤操作都容易造成全船失電，給船舶的安全航行帶來威脅。（2）船舶空間有限，電氣設(shè)備集中，因此船舶電網(wǎng)線路短，電能損失小。（3）船舶電氣設(shè)備工作環(huán)境惡劣，船舶常年航行在江河、海洋中，潮濕的環(huán)境會(huì)使電氣設(shè)備的絕緣下降、變形等；船舶航行過程中會(huì)經(jīng)常受到?jīng)_擊、振動(dòng)等的影響，會(huì)使電氣設(shè)備接觸不良、誤動(dòng)作或損壞。

2 船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)

不同類型、不同用途的船舶，電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容會(huì)略有不同?？偟膩碚f，有以下幾點(diǎn)。

（1）確定船舶電力系統(tǒng)供電的電壓、頻率和配電方式等。（2）選取電源裝置，主要有發(fā)電機(jī)、變壓器和蓄電池的選取。（3）設(shè)計(jì)配電裝置，主要指配電裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)。（4）設(shè)計(jì)船舶電力網(wǎng)，如電站配電方式設(shè)計(jì)、用電設(shè)備的布置、主干電纜的走向等。

3 船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 電源裝置的設(shè)計(jì)

電源是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分。在電源裝置設(shè)計(jì)過程中，首先要通過電力負(fù)荷的計(jì)算確定船舶在各個(gè)工況下電力負(fù)載所需總功率，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定電站的總功率以及發(fā)電機(jī)組的臺(tái)數(shù)和單機(jī)功率。

3.1.1 電力負(fù)荷的計(jì)算。電力負(fù)荷的計(jì)算方法有很多種，三類負(fù)荷法是應(yīng)用最普遍的一種。三類負(fù)荷法將用電設(shè)備分為連續(xù)、短時(shí)或重復(fù)短時(shí)及偶然短時(shí)使用類負(fù)荷三類。因?yàn)槌浞值臄?shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出電氣設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)，因此，三類負(fù)荷法可以得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.1.2 負(fù)荷表的編制

負(fù)荷表的編制，通常按以下步驟進(jìn)行：（1）收集船舶所有用電負(fù)荷的數(shù)據(jù)，確定額定輸入功率，并按使用時(shí)間長(zhǎng)短分成三類。（2）確定電動(dòng)機(jī)計(jì)算系數(shù)和同時(shí)使用系數(shù)。（3）考慮5%的電網(wǎng)損耗，確定每個(gè)工況需要發(fā)電機(jī)提供的總功率。

3.1.3 發(fā)電機(jī)組容量和臺(tái)數(shù)的選擇。發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量和機(jī)組數(shù)量應(yīng)根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果來確定。依據(jù)發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)和容量的確定原則，500噸運(yùn)輸船電站發(fā)電機(jī)組的選擇結(jié)果為3×90（臺(tái)數(shù)×KW）同型號(hào)同容量的發(fā)電機(jī)組，其中2臺(tái)為運(yùn)行機(jī)組，1臺(tái)為備用機(jī)組。

3.2 配電裝置的設(shè)計(jì)

船舶配電裝置是由主開關(guān)、變壓器、指示儀表、保護(hù)電器等組成的裝置，主要用來接受、分配和控制電能。圖1為500噸運(yùn)輸船主配電板布置圖，主配電板共設(shè)5塊屏，其中設(shè)2塊發(fā)電機(jī)控制屏，用于對(duì)發(fā)電機(jī)的控制；設(shè)1塊同步屏，用于主發(fā)電機(jī)的并車控制；設(shè)有1塊380V交流負(fù)載屏/組合起動(dòng)屏，用于大負(fù)載或重要負(fù)載和接岸電箱的控制；1塊220V交流負(fù)載屏/380V交流負(fù)載屏用于給負(fù)載的供電控制。

3.3 電力網(wǎng)的設(shè)計(jì)

電站的電能需要通過船舶電力網(wǎng)輸送到船上各處的負(fù)載。對(duì)于大中型船舶，船上用電負(fù)載很多，重要負(fù)載或者大功率負(fù)載一般由主配電板直接供電，多數(shù)負(fù)載由區(qū)配電板或分配電板直接供電。

船舶電力網(wǎng)的供電線路有多種連接形式，常用的結(jié)構(gòu)形式主要有五種：放射式、干線式、環(huán)式、混合式、網(wǎng)狀式。目前，各國(guó)多采用環(huán)式和混合式的電網(wǎng)類型。作者設(shè)計(jì)的500噸運(yùn)輸船電力系統(tǒng)選用混合式接線方式即功率較大或較重要的負(fù)載采用放射式，由主配電板直接供電；較次要或功率較小的負(fù)載采用干線式或多級(jí)放射式，由區(qū)配電板或分配電板統(tǒng)一供電。

4 結(jié)束語

文章結(jié)合船級(jí)社規(guī)范、國(guó)際公約和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以500噸運(yùn)輸船為例分析了船舶電力系統(tǒng)的構(gòu)成、基本特征，論述了船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)、步驟等。文章的研究為船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新思路，對(duì)于普通小型船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)船級(jí)社.內(nèi)河鋼質(zhì)船舶建造規(guī)范[M].人民交通出版社，2009.

[2]朱麗娟.船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（18）.

[3]孫武.船舶電氣設(shè)計(jì)中常見問題的處理[J].機(jī)電設(shè)備，2002（6）.

[4]陳可越.船舶設(shè)計(jì)手冊(cè)（電氣分冊(cè)）[M].中船總編，1997.

作者簡(jiǎn)介：牛海春，女，碩士，青島黃海學(xué)院，助教，主要研究方向?yàn)榇半姎饪刂品较颉?/p>