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船艇电气设备论文

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船艇上所有的电气设备的连接都是通过船艇电力网络来实现的,作为联接电源与负载的桥梁,电力网质量性能的好坏将直接影响到电气设备的使用和船艇的执法执勤。

下面是___为大家推荐的船艇电气设备，供大家参考。

摘要：

为了保证船舶电力系统的供电连续性，及最大可能的缩短船舶停电时间，在分析了船舶电力系统

故障特点的基础上阐述了基于继电保护信息的船舶电力系统故障诊断专家系统的设计）根据故障现象的不同

将整个诊断系统划分为输电线路诊断和其他设备诊断两个模快）在知识表示上根据船舶电力系统的特点采用

了框架与产生式相结合的方式，同时为了处理故障识别过程中的不确定问题，引入了模糊规则）本系统在对哈

尔滨工程大学的船舶电力系统仿真装置诊断时，能够正确、快速的得出诊断结论）因此这种船舶电力系统的故

障诊断方法是行之有效和值得推广的

一.船舶电力系统的组成

1.1船舶电力系统的组成及特点

1）船舶电力系统的组成

船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载组成并按照一定方式连续的整体，是船上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。

其单线图如图1所示。

（1）电源装置。

将机械能、能等能源转化为电能的装置。

船舶电源主要是

指发电机和蓄电池。

（2）配电装置。

对电源和用电设备进行保护、监测、分配、转换、控制的装置。

（3）船舶电力网。

是全船电缆电线的总称，也是电能的产生者（各种电源）和

电能的消耗者（各类用电设备）的中间传递环节。

船舶电力网根据其所连接的负载性质和类别可以动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等。

（4）负载。

即用电设备。

船舶负载有：

甲板机械、船舶舵机、动力装置用辅机

1.2船舶电力系统的基本参数

船舶电力系统的基本参数是指电流种类（电制）、额定电压和额定频率的等级。

1）电流种类（电制）

早期船舶采用直流电制，主要基于直流发电机调压容易、直流配电装置简洁、直流电动机调速平滑等优点。

但直流电制在可靠性、经济性、可维修性方面的缺陷甚多，而电力电子技术的发展突破了交流电力系统的调压、调频、并联运行等一系列难点，使交流电制占据了主要地位。

除了采用直流电力系统或交直流混合电力系统的特殊工程船舶外，几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。

2）额定电压等级

3）额定频率

交流船舶电力系统的额定频率一般沿用一般各国地上的频率标准，我国采用50Hz，西欧、美国采用60Hz。

这里不包括弱点设备所需的特殊频率以及海上平台等特殊设备的电源频率。

船舶电力系统在长时间连续运行过程中，不可避免地会出现不正常运行状态和故障。

引起船舶电力系统故障的原因大致可分为四类：

（1）设备本身的故障如下：

a）原动机故障，如传动系统、调速装置失灵，引起频率不稳、逆功率故障;b）发电机故障，如绕组的短路、断路，接线错误;c）励磁系统故障，调压器性能达不到要求，强励磁能力不足;d）电缆接线盒绝缘破坏。

（2）操作不当引起的故障：

a）合闸操作不当，不满足合闸条件时进行合闸，合闸电抗器调整不当.b）电机负荷分配不均，造成局部过负荷，

引起电网失稳。

（3）恶劣环境影响而引起的故障，通常是绝缘降低所引起的故障。

（4）意外发生的故障，如短路、断相运行引起的故障。

现代船舶电力系统的大型化和自动化不断提高，发、配电设备和控制系统日益复杂，一旦发生故障会对船舶及其他方面造成极大的影响，还会增加船员的费用和费用同时，船舶电力系统设备、控制系统技术在不断更新，不断复杂化，在职船员的知识在不断“老化”，很难应付新问题，这就要求我们在对待每一次故障不仅要及时快速解决，还要就这个故障进行分析总结，确立解决故障模型，以备下次再发生这样的故障可以及时解决，节省人力，节省物力，降低对船舶维修技术人员的要求。

目前，对于陆上电力系统的故障诊断研究，主要集中在对电网或对发电厂的单独诊断上，但是船舶电力系统有其自身的特点，首先船舶空间有限，发电设备、用电设备、配电设备十分集中，因此对于船舶电力系统的诊断不能像对陆上电力系统的诊断一样只局限于对电网的诊断或只局限于对发电设备的诊断，而是应该将二者的诊断结合起来另外船舶电站容量小，单机容量可与某些大的船舶负荷相比拟;船舶电站与用电设备之间的距离较短，电网发生短路时对发电机和系统的影响大;船舶的电气设备工作条件恶劣，更易发生故障。

船舶电力系统的故障特点

典型的船舶电力系统的各电力组件包括断路器、保护、开关（刀闸）、发电机、变压器、母线、线路和用电设备。

其中故障发生次数最多的是输电线路故障，包括母线故障和一般线路故障，它同时又是引起其他设备故障的原因相对于输电线路的故障，发电装置故障、用电设备故障以及由于输电线路的故障而引发的二次事故发生的次数则很少，因此对于输电线路的故障诊断是船舶电力系统故障诊断的重点，同时又由于输电线路在诊断过程中的特殊性，故将对它的诊断划分为一个单独的模块，而对其余部分的诊断作为本故障诊断系统的另一个模块。

诊断机理及诊断过程

继电保护是在电力系统中的某一组件发生故障时，迅速地可靠地将它及由它引发的故障区域从系统中切除，以保证非故障组件及电力系统的其他部分正常运行的自动装置，同时各继电保护装置都有其固定的保护对象和保护范围。

继电保护动作就意味着其保护对象或者说它的保护范围内的组件发生了故障;另一方面电力系统中的各电力组件都配置了相应的监测表，不断监测电力系统的运行状态。

因此可以通过对继电保护的动作信息以及各监测仪表的信息来综合对当前发生的故障做出诊断。

船舶电力系统主要由发电机组、配电装置、电网与负载四部分组成，配电装置分为主配电板、应急配电板、负荷分配电板和充放电板等;船舶电网分为动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网等;船舶负荷分为舱室机械、甲板机械、船舶照明、通导设备及其它用电设施。

与陆用电力系统相比，船舶电力系统有以下特点：

（1）船舶电站容量小，负载额定功率占发电机单机额定容量的百分比较大，某些大容量负载起动时对电网造成的冲击大，系统动态过程的波动幅度很大;

（2）船舶电网输电线路短，船舶发电机端电压、电网电压、负荷电压多为同一电压等级，输配电装置较简单，电网和发电机的保护通常共用一套设备;

（3）船舶电气设备工作环境恶劣，对其运行性能和工作寿命有严重影响，船舶受到严重的冲击和振动时，会造成电气设备损坏、接触不良或误动作。

基于以上特点，可知实现系统保护重点在于保持船舶电网运行参数（频率、电压和电流）的稳定，尽可能避免事故的扩大。

FMEA作为一种可靠性分析方法，通过对系统可获取定量的故障数据，有助于FMEA确定有效功能或硬件的分析来判断每一个潜在故障对系统的的纠正，消除故障对系统的影响。

结束语

具有强独立性的船舶电力系统是船舶的生

命，对运行方面的要求很高，船舶电力系统故障工况的分析是重要的研究方向。

本文概述了船舶电力系统及其基本故障，并针对船级社所要求的FMEA，以发电机三相短路故障模式为例，分别用MATLAB和ETAP软件对船舶电力系统的故障工况进行仿真，得到有价值的故障分析数据作为可靠性研究的参考，这样在系统设计时就可以确保船舶电力系统使用过程中的安全，有一定的意义。

0引言

船舶电力系统在船舶上具有极为重要的地位，电力系统供电的连续性、可靠性和供电品质，将直接影响船舶的经济指标、技术指标和生命力。

在现代化船舶上，电站操作越来越复杂、电站自动化程度日益提高，对电站管理人员的要求也越来越高。

二十世纪七十年代后，船舶电力系统的控制形成了功能齐全、性能稳定的由数字集成电路与线性模拟集成电路组成的控制系统。

八十年代后，出现了由单板机或单片机组成的微机控制系统。

到了九十年代，PLC的应用增强了控制系统的可靠性。

到目前为止PLC控制的电站、主机遥控、集中监测报警等系统已不断的更新换代，船舶电力系统己形成了完善的船舶自动电力综合管理系统。

1船舶电力系统

船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网和用电设备组成。

电源通常采用发电机组或蓄电池组。

发电机是由原动机带动的，原动机的类型可分为蒸汽机、柴油机、汽轮机和燃气轮机等。

配电装置是用来接收发电机发出的电能、分配电能和控制电能的。

联系发电机、主配电板、分配电板和用电设备的电缆称为电力网，其作用是用来输送电能。

船上的用电设备很多，包括动力负荷、照明负荷、通讯导航设备等。

船舶电力系统研究的对象是发电机发电、配电、输电给各用电设备的问题。

2船舶电站设计

船舶电站是电力系统的心脏，其工作的可靠性和生命力，是系统实现规定任务的有效性的两个标志。

船舶电站的可靠性是在指在各种不利的工作条件（如环境温度变化大，空气湿度大，海水腐蚀作用强，船舶的横摇和纵倾大，航行振动和冲击振动等），电气系统的各项电气设备在整个运行期间不见断的工作能力。

既不发生结构上的损坏事故，也不应发生各种装置的调整失常，使整个电力系统能不间断地供电，并保证一定的电能质量。

船舶电站的生命力是指船舶受到战斗损坏和事故破坏时，电力系统仍能保证不间断供电的能力。

电力系统工作的可靠性取决于其组成元件的可靠性及其相互连接方法和。

因此对船舶电站的可靠性，要求在设计船舶电站线路、选用元件、确定使用方法时都必须加以考虑。

船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成，一般都是根据船舶的具体要求专门研制配套的。

它为船舶上的工作机械和生活设备如电动舵机、锚机、武器装备、电灯、电视机、空调等提供电源。

电站设计是电力系统设计的关键环节。

根据船舶负荷的供电需求来确定电站的组成方案，并进行电源设备的选型和布置，这是船舶电力系统设计的一项重要内容。

一个优良的船舶电站应该具备有充足的发电能力并保证向全船的重要负荷可靠地供电，有较强的生命力、较高的运行安全性、较低的全寿命期费和优良的操作使用性能。

在船舶自动化电站中，为了使一套发电机组能自动并车投入运行，其首要的工作是必须能根据指令自动起动或停止柴油机发电机组，或者首先能在集中控制室内遥控柴油发电机组的起动或停止。

因此，柴油发电机组的自动控制是船舶电站自动化的重要内容之一。

船舶发电机大多由柴油机拖动，在发电机的起动和停机控制中，柴油机是控制对象，船舶辅柴油机可以有电动起动和压缩空气起动两种方式。

电动起动一般用于应急发电机的原动机，由蓄电池供电给直流伺服电动机，带动柴油机转动直到起动完毕;主发电机组一般采用压缩空气起动，压缩空气经起动控制阀到达柴油机，再由柴油机的空气分配器按各汽缸发火的顺序，依次将压缩空气引入各汽缸，推动活塞，使机器转动。

一旦进入汽缸的压缩空气产生高温，自行发火运转后，立即切断气源，柴油机即自行运转。

控制柴油机停机时，只需切断燃油供给，机器即自行停下来。

但也需注意，不同形式的机器可能有不同的要求。

突然停机，也许是某些机器的性能不能接受的，它要求在中速下先运行一段时间，待温度逐渐降低，然后才允许断油停机。

柴油机起、停程序可归纳为三种基本原则：

（1）按时间原则控制,即模仿人的实际操作过程,按时间拟定控制程序;

（2）按速度原则控制，即直接按速度拟定控制程序;（3）按滑油压力控制，即根据不同转速时滑油压力的变化拟定控制程序。

一般采用综合方式控制，即在整个控制系统中，以上三种控制原则都有。

在具有要求多台机组并联供电的电站中，若要满足“无人机舱”的要求，实现电站自动化，必须将各个自动环节有机地联系起来，组成一个总体控制系统，用来各台柴油机、发电机、断路器、汇流排以及各主要负载的必要的信息及参数，加以分析、判断，在一定的条件下，自动地采取符合逻辑的措施，以处理电站运行中可能出现的各种情况，确保电力系统安全可靠、经济地运行。

3船舶配电装置设计

船舶配电装置是用来接收和分配船舶电能，并对发电机和电网进行保护、测量和调整等工作的设备。

它是由各种开关、保护电器、测量仪表、调节和信号装置等电器设备按一定要求组合而成的。

船舶配电装置种类很多，常用的按其用途分类有：

主配电板：

用来控制和监测主发电机的工作，并将主发电机产生的电能，通过主电网或直接给用电设备配电。

应急配电板：

用来控制和监测应急发电机的工作，并将应急发电机产生的电能，通过应急电网或直接给用电设备供电。

蓄电池充放电板：

用来控制和监测充电发电机或充电整流器，对蓄电池组进行充放电工作，并通过低压电网或直接给用电设备配电。

岸电箱：

当船舶停靠码头时，将岸上电源接至船上，通过主配电板（或应急配电板）给用电设备供电。

区配电板：

介于主配电板或应急配电板与分电箱之间，用以向分电箱和最后支路供电的配电板。

分电箱：

用以向成组的最后支路供电，并装有保护装置。

按目的和性质分为:

电力分电箱、照明分电箱、助航通信分配电板等。

电工试验板：

接有全船各种电源和必要的检测仪表，专供船上检修和校验各种用电设备的配电板。

船舶配电装置应根据其安装的场所，选择不同的防护等级和安装方式。

4船舶电网设计

船舶电网是由船用电缆、导线和配电装置以一定的连接方式组成的整体。

船舶电网包括供电网络和配电网络，供电网络是指主发电机与主配电板之间、应急发电机与应急配电板之间、主配电板之间以及主配电板与应急配电板、岸电箱之间的电气连接网络。

配电网是指主配电板、应急配电板到用电设备之间的电气连接网络。

船舶电网的连接方式有很多，但基本类型有以下五种：

（1）馈钱配电方式

各个用电设备及分配电箱由主配的单独馈线引出。

这种方式用于用电设备较少的小型船舶。

（2）干线配电方式

由主配电板引出几根叫做干线的电缆对分配电箱供电，用电设备再从分配电板上取得电源，这种配电方式的优点是电网结构简单，可以大大减少船舶干线电缆的数量。

（3）混合配电方式

馈线式和干线式混合的配电方式。

这种配电方式局部线路发生故障不致影响整个电力系统，可以保证重要设备有较高的供电可靠性。

（4）环形配电方式

这种方式是将主配电板和负载的分配串接在一起形成一个完整的环形，向用电设备供电。

根据连接线形成的电网闭环的情况，环形配电方式可以分为全闭环、电源环和负载环数种。

这种配电方式可以构成较多的电源到负载的通路，所以有较高的供电可靠性。

（5）网形配电方式

它是在船舶发电机组和负载较多的情况下，由环形配电方式发展而成的一种配电形式。

5电力系统的保护设计

电力系统保护装置设计的目的在于防止或限制系统的故障，并把它们对系统其余部分的影响降低到最低程度。

在设计中对保护装置要考虑：

（1）确定系统电气参数检测、保护的内容和范围，并确定应有哪几种保护性能。

（2）正确选用合适的保护装置。

（3）确定保护装置的动作整定值。

（4）电力系统各个环节之间的联锁和协调。

（5）确定电力系统的负载控制措施。

通过以上的设计，可以得出船舶电力系统的流程图如下：

在电力系统诸要素（电制、电压、频率等）确定后，根据规范规则以及客户的要求，依次进行电源装置设计、配电装置设计、电力网设计和系统保护设计，将设计过程图纸化文件化（包括电力负荷计算书、配电板布置图原理图、短路电流计算等），最后交付相关厂家进行硬件施工。

6结论

本文的研究为电力系统的设计提供了一种思路，完成了以下工作：

1.电力系统的设计:

进行了电力负荷的研究，并根据研究结果进行主发电机的选型。

2.配电装置的设计:

对元器件进行选型，设计了主配电板和应急配电板的布置图和原理图。

3.电力网的设计:

设计了一次二次电力系统图，绘制了电力布置图。

4.电力系统保护的设计研究:

对选择性保护进行分析研究，并绘制了工程化图纸。

这些研究结果可为后续的研究提供理论和实践上的指导，从而进一步掌握船舶电力系统的设计步骤。

[___]

[1]朱臣生.电站管理系统设计[D].大连:

大连海事大学.

[2]王刚.船舶电站系统建模与人机界面设计[D].大连:

大连海事大学.

[3]王焕文.舰船电力系统及自动装置[M].北京市:

科学出版社.

[4]王芋.船舶实训电站的设计与实现[D].大连:

大连海事大学.

[5]马本农.基于PLC的船舶电站综合控制系统的应用研究[D].哈尔滨:

哈尔滨工程大学.

[6]阮红军.1100OkW海洋拖船电力系统设计[J].船舶设计通讯.

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