56米多功能綜合水警船主電源分析與設計

夏義江　歐卓琳

摘 要：本文以一艘沿海用多用途的水警船的船舶電源系統(tǒng)設計等的問題作為研究對象，主要闡述公務船舶電源系統(tǒng)的一般設計過程和原則，詳細地介紹了設計中的方法和重點計算要求，本論文對目前造船中經(jīng)常碰到并存在船舶電源系統(tǒng)中的相關問題進行了詳細的分析和論述，對船用主、應急電源及其保護裝置等較為系統(tǒng)的計算、探討和技術總結，并應用于今后的船舶電氣技術工作中去，期望對設計、安裝及檢驗工作有一定的指導意義，使本文可以成為船體相對較小、電氣設備多的公務船設計的重要實用參考資料。

關鍵詞：船舶；負荷計算；電源；性能

中圖分類號：U661.44 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）02-0048-03

進入新世紀以來，中國由于經(jīng)濟快速增長和勞動力資源豐富，沿海、沿江省份船廠接獲了大量國內(nèi)外船舶建造訂單，但我國船舶設備配套和計算、設計水平與日韓等國還是有差距，尤其是現(xiàn)代船舶向電氣化、智能化方向迅速發(fā)展。目前在我國船舶電源系統(tǒng)設計中，與國外設計的同類型、同噸位的船舶相比，我們的估算比較保守，取的安全系數(shù)過大，選取的發(fā)電機容量普遍偏大。特別是對船體空間小，要求速度快和功能齊全多樣的公務船，在有限的空間里合理設計、布置電氣系統(tǒng)就顯得更為重要，本文主要介紹了設計的一般過程和船舶電源系統(tǒng)的工作原理，詳細的介紹了在船舶設計中的電源系統(tǒng)的分析、計算、設計方法，使本文可以成為普通公務船設計的實用參考資料。

1 船舶電力負載種類和功率估算，計算和編制電力負載表

發(fā)電機的容量是根據(jù)船上電力負荷計算的結果來選擇的，因此，電力負荷的計算是非常重要的工作，如果計算不準確導致選擇不適當?shù)陌l(fā)電機，將可能直接影響船舶電氣的正常工作，甚至危及航行安全和生命安全；若計算確定的船舶用電負荷值偏大，選擇的電纜和設備可能偏大，使有色金屬和投資消耗過多，造成浪費；如果因計算量太小，導致電線的負荷和設備運行時發(fā)熱，提高功率和電壓損失，甚至使設備或電線電纜損壞，造成事故。負荷的計算與電氣設備的性能、生產(chǎn)的組織以及船舶運行工況等相關，所以我們應綜合多方面考慮，選用合適的計算方法，現(xiàn)在使用的比較多的是需要系數(shù)法，這種計算方法是比較簡單常用的一種方法，經(jīng)常在設備的參數(shù)估算的不是充分的時候應用的比較多，很多時候是靠經(jīng)驗的估計和推測，如果負載系數(shù)需要系數(shù)等選擇適當，就可以算出比較準確的結果，需要系數(shù)是用電設備使用時的最大需要功率與設備的額定輸入功率之比值。計算公式如下：

K，需要系數(shù)；

Px，設備使用時的最大需要功率；

Pn，設備的額定輸入功率。

同時系數(shù)的選取。在計算負荷時，一方面考慮到電氣設備的最大功率，另一方面考慮到每個用電設備的最大功率不會同時出現(xiàn)，所以在基本明確的情況下，間斷負載運行的最大的需要的功率總和，與所有間斷負荷最大的需要功率總和之比，我們叫做同時系數(shù)。計算公式如下：

K，同時系數(shù)；

P1，所有的間斷負載最大需要功率之和；

P2，運行的間斷負載最大需要功率之和。

在船舶的不同工況下，其計算方法和所得的值可能會不同，它同時也受航區(qū)、氣候等的影響，一般地可以根據(jù)實驗測試或者經(jīng)驗來獲得，一般不是一個精確的計算值，這個系數(shù)一般取值在0.3至0.5的范圍內(nèi)較妥當。

2 負載計算及負載表的編制

在進行容量計算時，應合理地計算電機的功率，也就是是要確定各種系數(shù)，例如利用系數(shù)K1=P2/P1，機械負荷的系數(shù)K2=P3/P2，電機負載系數(shù)K3 = K2×K1 = P3/P1，電動機的最后從電網(wǎng)吸收到的功率P4 = P1/η，通過這些公式的計算可得出電動機實際吸收的功率。計算在某種工作狀態(tài)下船舶的總負載，必須根據(jù)同時系數(shù)計算的總負荷；選好的電機的效率系數(shù)被選用做參考，是為了計算方便，結果雖然有偏差，但誤差并不顯著。異步電動機低負荷運轉時，仔細觀察其特性曲線，可以發(fā)現(xiàn)其負載在50%至100 %范圍內(nèi)運行時，效率變化很小，所以總體來看，選擇一個固定的效率值是可以的。

上述計算可以用下式：

式中：PG—計算總功率；PCi—額定的輸入的功率（持續(xù)運轉的負荷）；PIi—額定的輸人功率（各間斷負載）；Ki—需要系數(shù)；K2—同時系數(shù)。

3 發(fā)電機組的主要性能指標及選取

從電力負荷的計算以及上述選型原則，得到了在各種情況下的船舶所需的總功率，以確定船舶最低功率需求，但實際需要的總功率還要考慮到以下因素：確保船舶的航行安全所需的后備發(fā)電量；儲備容量-船舶以后有可能增加新設備而需要的容量；交替容量-柴油發(fā)電機組日常保養(yǎng)或者維護需要的容量；確保船舶的航行安全所需的后備發(fā)電量；發(fā)電機的維護或維修所需的備用容量；船舶可以添加新的設備需要儲備能力；由于船在大多數(shù)的負載為感應電機。因此，總功率因數(shù)接近于0.8，根據(jù)總有功功率峰值負荷，考慮到10%至20%的備用容量，便可以確定船舶發(fā)電機組和電站的容量，因此可將電力負荷計算的P乘以1.1至1.5的放大系數(shù)，得出所需的船舶發(fā)電機組容量：

根據(jù)以上的分析和計算，本船選用AC400V電源，設置2臺CCFJ100M發(fā)電機組，6CT8.3—GM115型柴油機，MP—H—100—4型發(fā)電機，額定功率為100千瓦，安裝在機艙，正常情況時由一臺100kW機組向全船負載供電。

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基金項目：1. 廣西自治區(qū)教育廳項目《廣西標準化河船進行LNG動力改造的研究》項目編號KY2016LX0424

2.廣西高等學校特色專業(yè)及課程一體化建設項目（桂教高教〔2011〕66號）