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1、船舶电力系统汇总共28页 第六章 船舶(chunb)电力系统 61 船舶电力系统(din l x tn)概述一、 船舶(chunb)电力系统的组成及特点 1船舶(chunb)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接的整体，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。其结构简图如图61所示。 图61典型船舶系统简图 1）电源装置。将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。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，也是电能的生产者(各种电源)

2、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分为动力电网、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(为主机和主锅炉等服务的辅机，如主机滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等)、舱室辅机(生活水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等)、电力推进设备(主电力推进装置、首尾侧推装置等)、机修机械(车床、钻床、电焊机等)、冷藏通风(冷藏集装箱、空调装置、伙食冷库和通风机等)、照明设备、船舶通信导航设备(无线电通信设备、导航和船内通信设备)等。 2船舶电力系统(din l x tn)

3、的特点 根据船用负载(fzi)的特点，船舶电力系统的电站容量、连接方式、电压等级、配电装置等与陆上电力系统有着很大的差别。从驱动发电机的原动机形式分类，船舶发电机组有柴油发电机组、蒸汽发电机组、汽轮发电机组、轴带发电机组等。 船舶电站单机容量(rngling)一般不超过l 000kW，装机总功率(gngl)不超过5 000 kW(电力推进船和特 种船除外)，相比陆上要小得多。船舶电力系统大多采用多台同容量同类型的发电机组联合供配电的方式，以方便管理维护。正常航行时仅有1台或2台发电机向电网供电，但是要求船舶发电机组有较高品质的调速和调压装置来满足负载变化、在突发局部故障时也能保障船舶安全运行。

4、船舶电网的输电距离短，线路阻抗低，各处短路电流大。短路电流所产生的电磁机械应力和热效应易使开关、汇流排等设备遭受损伤和破坏。因此，船舶输电电缆采用沿舱壁或舱 顶走线，电缆的分支和转接均在配电板(箱)或专设的分线盒内完成，不允许外部有连接点。二、 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

5、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 船舶电力系统额定电压等级的选用直接关系到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸， 提高电压利于减少导线中的电流、提高设备功率、减小舱容，利于提高经济性，随之对电气设备的绝缘和安全方面的要求也更高。世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。例如美国和日本采用450V、60Hz的电制，而我国和前苏联等均采用400V、50Hz的电制。随着船舶发展大型化，目前采用电力推进的商船、滚装船和一些工程船舶电站的容量都比较大(高达几万千瓦)，出现了6 kV、33

6、kV以上中压等级的船舶电站。 我国用电设备的额定电压有24V、110V、220V、380V、1kV、3kV、6kV、10kV等。根据电源电压的额定值比同级电力系统用电设备的额定电压高5左右的原则，发电机的额定电压为115V、230V、400V、1.05kV、3.15 kV、6.3kV、10.5kV等。我国(钢质海船入级与建造规范规定：非电力推进船舶的限制电压为500V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380V，照明、生活居室的电热器限制电压为250V，额定电压为220V。 3额定( dng)频率 交流船舶电力系统的额定频率一般沿用(ynyng)各国陆地上的频率标准，我国采用5

7、0 Hz，西欧、美国(mi u)采用60Hz。这里不包括弱电设备(shbi)所需的特殊频率以及海上平台等特殊设备的电源频率。三、 发电机容量及台数确定的原则 船舶电站容量和发电机组数量是从满足船舶用电的需求，并保证船舶的安全性和经济性而确定的。船舶电站容量既不等于全船所有用电设备的标称电功率的总和，也不等于船舶某一运行工况下所用全部用电设备标称电功率的总和。因为船舶在不同运行工况下投入运行的用电设备不同，用电量也不同；即便在同一运行工况下各用电设备的运行时间长短不同，负荷变化的情况也不同；每一用电设备实际所需的电功率大多小于其标称电功率。电站发电机组数量的选择和单机容量的确定既与电站容量有关，

8、也与各工况的用电量大小和相对运行周期的长短有关。 1船舶的运行工况 船舶营运中有航行工况(货船的全速满载航行时间约占船舶运行周期的41，油船占64)、进出港工况(船舶进出港低速航行、靠离码头等机动时间约占运行周期的1)、装卸货工况(货船装卸所载货物期间约占运行周期的18，油船占7)、停泊工况(货船的无装卸作业停泊时间约占运行周期的40，油船占28)、应急工况(发生进水、火灾等海损引起主发电机失效而启用应急发电机的工况)。 2确定电站容量的基本原则 电站容量应能满足船舶在各种运行工况下的用电量，并有适当的裕量，确保连续可靠的供电。但从经济性考虑，冗余功率又不能太大。 3发电机组容量和数量的选择原

9、则 发电机组的总容量决定于电站的总容量，确定发电机组的单机容量和机组数量的基本原则是：单机组容量以最高负荷率为80来确定为宜；船舶电站必须有备用机组，其容量要能满足船舶各运行工况的用电需求；确定单机组容量和机组数量时，要考虑各机组的使用寿命应与主机寿命相当，维修管理方便。 若以高效率经济运行为原则，针对电站容量和各工况的用电量及其相对运行周期等具体情况，可选择小功率多机组，或大功率少机组，或不同功率的机组。一般船舶电站设置2至3台(包括备用机组)同型号、同容量的机组，最多为4台。有些船舶在无作业停泊期间用电量少，常设1台小容量的系泊发电机。船舶电站的实际容量综合考虑了船舶电动机的利用系数、负荷

10、系数、同时性系数等因素。四、 应急(yng j)发电机容量的确定 1目的(md)和原则 一般规范(gufn)都规定客船和500总吨以上的货船应设有独立的应急电源。它可以(ky)是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。 应急发电机应该具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并设有满足规则要求的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电失效时它应能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快地承载额定负载，最长时间不得超过45s。应急发电机的容量应确保海上人命安全公约(SOLAS)和主管机关有关规定的供电范围和供电时间，并应考虑到这些用电设备可能同时工作。 2容量确定 不同种类

11、、吨位的船舶，其应急发电机供电的电气设备范围也略有不同。确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的电功率，即：航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报警和信号装置、火灾探测和报警装置及防火门的固定和释放系统；在紧急状态下所需要的船内通信设备、应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机、动力操作水密门及其指示器、报警器，以及其他需要应急发电机供电的用电设备，如船员或船员提升至甲板上以便逃脱的电梯应急装置、应急用无线电设备和导航设备等。 一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电，在确定其容量时，应考虑到最大电动机起动时瞬态电压降的影响。62 船舶配电装置 配电装置是接收

12、和分配电能，并对电网实现保护的设备。有些配电装置(例如主配电板、应急配电板和蓄电池充放电板等)还具有对电源装置、用电设备进行测量、保护和控制的功能。一、 配电装置分类 船用配电装置种类很多，如面向主发电机的控制和监测的主配电板，面向应急发电机控制和监测的应急配电板，面向蓄电池组控制和监测的蓄电池充放电板。此外还有区域分配电板、岸电箱和交流配电板等。二、主配电板的构成及功能 船舶主配电板是船舶电力系统的中枢，担负着对主发电机和用电设备的控制、保护、监测和配电等多种功能。一般由发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线四部分组成。 1发电机控制屏。包含有发电机主开关及操纵器件、指示灯和仪表、发电机励磁

13、控制和保护环节等。每台发电机组均配有单独的控制屏，用于控制、调节、保护、监测发电机。控制屏面板大体(dt)分上、中、下三部分，上部装有电压表、电流表及转换开关、频率表、功率表、功率因数表以及原动机的调速开关和按钮等；中部安装有发电机主开关；下部一般安装有发电机励磁控制装置，控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。 2并车屏。包含有同步表、同步指示灯、投切顺序选择和转换开关、操纵按钮及状态显示指示灯等。有的还设有汇流排分段(fn dun)隔离开关、粗同步并车电抗器、自动并车装置等。并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。 3负载屏。包括动力负载屏和照明负载屏，通常安装有装置式自动空气开关

14、、电压表、电流表及转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关。它们是用于分配电能并完成对各馈电线路进行控制、监视和保护等。各用电设备或分电箱的电能通过装置空气开关供给。有些动力负载屏上还装有重要(zhngyo)泵的组合起动装置。 4汇流排。配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处作了防腐或防氧化处理。汇流排能承受(chngshu)短路时的机械冲击力，其最大允许温升为45。 交流汇流排按从上到下(垂直排列)、从左到右、从前到后(水平布置)的顺序依次为A相、B相、C相。汇流排的颜色依次为绿色、黄色、褐色或紫色，中线为浅蓝色(若有接地线则接地线为黄绿相间颜色)。直流汇流排按从上到下(垂

15、直排列)、从左到右、从前到后(水平布置)的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。三、分配电板 分配电板是由过载保护电器组成的集合体，对额定电流不超过16A的电气设备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电板和照明分配电板两种。 区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，是对耗电大于16A的电气设备进行供电的开关板。四、应急配电板 应急配电板用于应急发电机的控制和监视，并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板上。应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成，其上面安装的仪器仪表与主配电板基本相同。应急发电机总是单机运

16、行，所以不需要并车屏、逆功率继电器和同步表。 应急电网平时可由主配电板供电，惟当主发电机发生故障或检修时才由应急发电机组供电。主配电板连通应急配电板有供电联络开关，它与应急配电板的主开关之间设有电气连锁，以保证主发电机向电网供电(即主网不失电)时，应急发电机组不工作。一旦主发电机开关跳闸，经应急发电机组的自动起动装置确认后，自动起动应急发电机组，并合闸向应急电网供电。平时需要(xyo)检查和试验应急发电机组时，可把应急发电机工作方式选择开关置于试验位置，使应急发电机脱离电网。有些(yuxi)采用自动管理的应急电站，只有在应急发电机工作后应急电网才允许转换为由应急发电机供电，以免与主电网发生冲击

17、。五、 充放电板 船舶小应急照明、操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池，船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常(zhngchng)供电。常用充放电板的接线原理如图62所示，主要(zhyo)由两个部分组成。 1电源部分 目前采用交流电的船舶大都采用整流装置把交流电变为直流电。图中SA1为整流电源开关，SA2为整流后的电源开关，电源回路中设置有熔断器、电压表和电流表。新造交流电制船舶已采用晶闸管整流器，组成三相或单相可控整流装置。 2充放电回路在每一个充电回路应设有防止逆流的逆电流继电器或二极管，图62中，因电源是硅整流器，本身有防止逆流作用，故充电回路不再设置逆电流继电器。

18、当主、应急电网都失电时，接触器KMl线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余用电设备分别利用开关送电。 图62 用整流器充电的充放电板原理图六、蓄电池 1蓄电池在船舶上的应用 蓄电池是任何类型的机动船舶都无法离开的可靠电源设备，其用途之一是作为应急电源或备用电源，一般商船(shngchun)都把蓄电池作为船舶小应急电源，在船舶主电网失电而应急发电机组尚未正常供电的时间内，蓄电池组则供电给小应急 负载；用途之二是作为低压(dy)设备的电源(如供电(n din)给无线电收发报机、自动电话交换机和各种警报器)。此外，蓄电池也用作应急(yng j)发电机组和救生艇上柴油机的起动电源，以及

19、罗经的直流电源等。 2船用蓄电池的类别 船用蓄电池有酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类。酸性蓄电池也称为铅酸蓄电池，船用历史最久，常用于柴油机的起动和应急照明。碱性蓄电池包括镉镍蓄电池、铁镍蓄电池、锌银蓄电池和镉银蓄电池等，主要用于无线电通信设备。但价格较高，民用船舶较少采用。 3蓄电池的主要性能 蓄电池的主要性能指标包括开路电压、工作、电压、电池容量、使用温度、寿命和储存期等。酸性蓄电池中每个小电池的电动势为2.02.1V。放电时，电压逐渐下降，到达某一电压(称放电终止电压)时，则急剧下降，当低至放电终止电压时不再放电。10h放电率的每个小电池放电终止电压为1.8 V。充电时，电压变化在2.052

20、.8V范围，充电终期电压每个小电池为2.52.8 V。充电设备的电压应考虑能调节到每个小电池2.8V的数值。 碱性蓄电池中每个小电池的电动势为1.3 V左右，在额定放电率时平均放电电压为1.2V。根据不同结构形式，充放电特性是不同的。 4蓄电池的结构及工作原理1）酸性蓄电池酸性蓄电池的结构如图63所示，主要由容器、极板和隔板三部分组成。 盛装电解液和支撑极板的容器，具有防止酸液泄漏、耐腐蚀和坚固等特性。铅酸蓄电池容器有玻璃槽、铅衬槽、塑料槽、硬橡胶槽等，船上多数使用后两种。 船用酸性电池的极板常采用铅锑合金制成栅格式，栅格中压人活性物质，正极的活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极的活性物质是海

21、绵状纯铅(Pb)。为增加容量，蓄电池的正极板和负极板制成许多片，分别并联在一起接成两组，构成蓄电池的正负极。隔板用橡胶、塑料或木板等绝缘材料制成。为保证电解液的自由流通，同时又不致使极板脱落的活性物质经隔板与相邻隔板相通，隔板上开有大小适中的孔。 酸性蓄电池的电解液的质量分数为27一37的稀疏酸溶液，相对密度为1.281.31。酸性电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存电能和释放电能的，其工作原理由下面的化学反应方程式表示： PbO2+2H2SO4+Pb=PbSO4+2H2O+PbSO4 (正极) (电解液) (正极)(电解液)(负极)图63酸性(sun xn)蓄电池的结构图 当蓄电池的

22、正负极板插入硫酸溶液(rngy)时，极板之间将产生2V左右的电动势，一旦外电路接通则形成放电电流，同时在电池内部(nib)正负极板与硫酸发生化学反应，逐渐变成硫酸铅，当正、负极板都变成同样的硫酸铅后，蓄电池便不能再放电了，必须通过充电来恢复成原来的PbO2和Pb。显然(xinrn)蓄电池的充电和放电是可逆的。由式(61)可知，充电时电解液稀硫酸的相对密度会增加；放电时由于生成水，相对密度降低。实际工程中采用比重计来测量电解液的相对密度，从而估计出蓄电池电动势的大小。酸性蓄电池的电动势，主要与电解液相对密度d有关。相对密度高，电动势也高，E与d之间的关系可由经验公式来表示，即 E=0.84+d

23、(61) 如在蓄电池充电完毕将外电路断开后，测得的相对密度为1.28时，则根据上式可估算出其电动势为2.12V。 2）碱性蓄电池 碱性蓄电池具有体积小、机械强度高、工作电压平稳、能大电流放电、使用寿命较长和易于携带等特点，近年来在远洋船上的应用增多。缺点是碱性蓄电池比酸性蓄电池的额定电压低，提供相同的供电电压，碱性蓄电池通常在数量上要比酸性蓄电池多出67，成本较高。碱性蓄电池可分为镉镍(CdNi)、铁镍(FeNi)、锌银(ZnAg)、镉银(CdAg)等系列。船舶主要采用镉镍、铁镍蓄电池，下面以镉镍碱性蓄电池为例作介绍。 碱性蓄电池主要由容器、极板和活性物质构成。容器用镀镍钢板制成，直接与电解液

24、或一组极板接触，所以碱性蓄电池的外壳带电：正极由氧化镍粉、石墨粉组成，石墨粉主要用来增强导电性，不参与化学反应；负极由氧化镉和氧化铁粉组成，掺人氧化铁粉的目的是使氧化镉粉具有较强的扩散性，防止氧化镉结块，增加极板的容量；正负极上的这些活性物质分别包在穿孔的钢带中，加压成型后构成电池的正负极，两极之间用耐碱的硬橡胶隔开。碱性蓄电池电解液的质量分数为20的氢氧化钾(KOH)水溶液(或纯氢氧化钠溶液)，相对密度为1.21.27。蓄电池充电时将电能变为化学能储存起来，放电时将化学能变为电能输送给用电设备，两电极所发生的化学反应是可逆的。在充放电过程中总的化学反应方程式 Cd+2KOH+2Ni(OH)3

25、=Cd(OH)2+2KOH+2Ni(OH)2 (62)(负极(fj)(电解液)(正极(zhngj) (负极(fj) (电解液) (正极(zhngj) 从上式可知，电解液在充放电过程中只作电流的传导体，不参与化学反应，其浓度不变，因而不能根据相对密度来判断充放电的程度，只能采取测量电压的方法来判断碱性蓄电池的充放电的程度。碱性蓄电池中每个电池的电动势为1.25V。放电时，电压变化在121V范围内，电流增大时可达到0.7V，低于0.7V就不应再放电。充电时，电压变化在1.41.8V范围内。 3）蓄电池的容量 容量是描述蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培小时(Ah)。它用充足电的蓄电池放电到规定

26、终了电压(一般为额定电压的90)时所放出的能量来表示，以放电电流I与放电时间t的乘积描述，即Q=It(Ah)。 酸性蓄电池通常以10h的放电电流为标准放电电流(即经过10h使蓄电池放完电的放电电流)，因此，额定容量被定义为在电解液温度为25，以10h放电电流连续放电至终止电压时所输出的容量。例如200Ah容量的酸性蓄电池是指能以20A的电流放电10h。 蓄电池的容量与放电电流的大小及电解液的温度有关，因此如果超过标准放电电流进行放电，不但会降低容量，而且会严重影响蓄电池的寿命。关于碱性蓄电池一般是以8h作为标准放电电流。5船用蓄电池的充放电方式 1）充电的方法和种类 蓄电池的充电方法和类型有多

27、种，应根据蓄电池的用途和经济性来选用。 （1）充电方法 恒电流充电以恒电流充电至放电结束； 恒电压充电给蓄电池加以恒定电压进行充电(由于充电初期通过电流大，应根据该电流选定整流器的容量)； 恒电流恒电压充电在充电初期通以适当的恒定大电流，达到某一电压时，保持恒定电压进行连续充电； 连续补充充电给无负载的蓄电池自行放电进行补充充电的方法； 分段充电按2段3段变化恒电压或恒电流充电电流进行充电。 （2）充电种类 初次充电使用铅酸蓄电池时，初次向电池内加入电解液进行充电，充电的第一阶段电流为额定容量的0.07，充到单格电压上升到2.4V为止；第二阶段电流为额定容量的0.04，充到单格电压上升到2.5

28、V，且相对密度和电压在3h内稳定。 正常充电对已经放过电的蓄电池，为了使其恢复到原来规定容量而进行的充电，充电分两阶段进行，第一阶段按标准充电制的电流(额定容量的01)充电67h；第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电23h。 均衡(jnhng)充电多个小电池组合使用(shyng)的蓄电池在长时间使用后，各小电池往往产生相对密度、容量的不均衡现象(xinxing)，为此需要每月进行一次均衡充电，其方法是先进行正常充电；静置1 h后，用初次充电(chng din)第二阶段的电流充到有剧烈气泡产生为止；再静置1 h，反复上述充电过程，直到电压和相对密度保持稳定才完成。 （3）蓄电池充放电方式目前，船

29、舶上采用的充放电方式有交互充放电方式、浮充方式以及交互充放电和浮充相组合的方式。各种充放电方式的特点如表61所示。表61 各充放电方式比较方式主要特征 主要优缺点 交互充放电方式 1两组蓄电池的充电和放电相互互换；2充电装置仅接入一组蓄电池，另一组蓄电池接人负载；3充电装置不能与负载回路相接；4一般采用连续补充充电方法1在进行充电一放电转换时，负载侧出现瞬时断电；2两组蓄电池分别独立，一组故障时，另一组蓄电池仍可供电，可靠性高浮充方式1蓄电池和负载并联于充电装置，浮充电压保持恒定；2充电时，蓄电池仅通过补充充电的电流；3由于充电回路都设有限流环节，当出现大电流负载时，将由蓄电池负担部分负载，当

30、电流负载消失后，蓄电池放电部分由充电装置补充充电；4停电时，蓄电池负担全部负载；5失电恢复后，充电装置负担正常负载，并给蓄电池充电1由于浮充时由充电装置给负载供电，停电时由蓄电池给负载供电，故无瞬电压波动小；时断电，2正常时蓄电池保持最合适的充电电流，处于良好的过充电状态，因此延长蓄电池寿命；3充电装置负担正常负载电流和蓄电池充电电流，蓄电池负担大电流和停电时负载，所以充电装置和蓄电池容量减少交互充放电方式和浮充方式组合 根据需要，通常有下述两种组合： 1利用转换开关，将一组蓄电池接人快速充电装置，另一组蓄电池与浮充充电装置和负载并联；2仅设置一个充电装置，正常时2组蓄电池都与负载和充电装置并

31、联，利用转换开关，可对其中一组蓄电池进行均衡充电 1需2组充电装置，蓄电池容量大；2两组蓄电池可互为备用，可靠性高3充电装置为1台，蓄电池容量小；4可靠性高 6船用蓄电池的维护保养 1）酸性蓄电池 （1）电解液应每半个月检查液面高度，每年进行化验检查。要及时补充电解液，注液孔螺帽应旋紧，以防电解液溅出。 （2）应保持蓄电池表面清洁，为防止极柱夹头生锈，其表面应涂上一层凡士林油膜。 （3）蓄电池室应保持良好的通风，并严禁烟火。 （4）过充电酸性蓄电池在运行中往往因长时间充电不足或过放电等原因造成极板硫化，这时要对蓄电池进行过充电，使蓄电池恢复到良好的运行状态。过充电是指在正常充电后，再用10 h放电率的12或34的小电流进行充电1 h，然后停1 h，如此反复进行，直至刚一接通充电电源就发生强烈气泡为止。 2）碱性蓄电池 （1）每半个月检查一次电压、电解液密度和高度，及时补充电解液。 （2）保持气塞透气或定期打开气塞放气。 （3）碱性蓄电池的外壳带电(正极)，存