第12章 船舶电力系统组成,教学要求： 1.掌握船舶电力系统的组成及其特点、基本参数、发电机容量选择原则； 2.掌握配电装置的类型、基本要求； 3.掌握船舶电网的类型、接线方式、线制及其保护； 4.掌握同步发电机的保护类型及其具体实现。,本章主要介绍了船舶电力系统的组成、特点和基本功能，对配电装置的重要设备和部件（包括配电板，应急配电板，蓄电池，充放电板，岸电箱和万能式自动空气断路器）作了详情的叙述，此外，对船舶轴带发电机主要类型及工作原理作了简单介绍。,12.1 船舶电力系统 12.2 船舶电站容量和发电机组台数的选择 12.3 船舶配电装置 12.4 船舶电力网 12.5 船舶电力系统的继电保护 12.6 同步发电机保护及其保护装置 12.7 船舶轴带发电机系统 12.8 船舶中压电力系统,第12章 船舶电力系统组成,一、船舶电力系统的组成,船舶电力系统是由船舶电源装置、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。,12.1 船舶电力系统,图12-1 典型船舶电力系统简图,典型船舶电力系统简图,ACB空气断路器 MCB装置式断路器 G 主发电机 EG 应急发电机 ABTS汇流排转换接触器,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。,1.船舶电源装置,一、船舶电力系统的组成,2.船舶配电装置,对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。,根据供电范围和对象的不同可分为：,一、船舶电力系统的组成,3.船舶电力网,船舶电力网是全船电缆电线的总称 ，其作用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。根据其所接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。,一、船舶电力系统的组成,4.负载：用电设备， 按系统可分为以下几类：,一、船舶电力系统的组成,主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、各种控制器和主令电器等。,5. 控制电器,6. 电工测量用仪器、仪表,船舶上常用的电工测量仪表有万用表、兆欧表、钳形电流表、交（直）流电压表、电流表、功率表、功率因数表、频率表、交流并车屏上的整步表、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、示波器等。,一、船舶电力系统的组成,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,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。 我国钢质海船入级规范规定：非电力推进船舶的限制电压为500 V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380 V，照明、生活居室的电热器限制电压为250 V，额定电压为220 V。,二、船舶电力系统的基本参数,1. 电流种类(电制),3. 额定频率等级,我国采用50Hz，西欧各国、美国采用60Hz的频率标准。,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,船舶电力系统是一个独立的电力系统（总容量不超过各发电机容量的510倍的电网称为独立电网）。在独立电网中，调节运行发电机的电压或原动机的转速，除了改变本身有功功率和无功功率的承担外，还影响电网的频率和电压。,船舶电力系统通常只有一个电站工作，任何导致断电的事故，都将危及船舶航行的安全。 船舶电站的容量相对负载来说是有限的，某些大电动机的容量与电站容量可相比拟，大电动机起动时的冲击电流将引起电网电压的急剧下降，严重时会使某些设备退出工作。,1、船舶电站的容量较小。,2、电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。,3、船舶电力系统负载变化频繁。,4、船舶电力系统工作环境恶劣。,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,1.船舶电站的容量较小,单台发电机容量最大已达1200MW，电力系统总的装机容量大约在1000MW 100000MW。,陆上电力系统一般都由许多个不同类型的发电站联网运行，其电源容量可以认为是无限大电源系统。,通常电源多为单一电站，船舶电站大多由2 4台同容量、同型号的发电机组组成。,船舶电站单机容量约为几百几千KW，船舶电站总装机容量为（2 4）倍的单机容量。,陆上 电力 系统,船舶 电力 系统,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,2.电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，因此短路电流很大。,船舶电站配电装置也简单、可靠，只采用低压电器开关及控制和保护装置，除照明须配置容量不大的变压器外，并无其他的变压设备，一般船舶电站直接对用电设备供电。,船舶用电设备虽然较多，但比较集中，在船舶有限的长度内，电源与用电设备之间的距离很短，因此线路阻抗很低，线路压降小，电能损失较小，但短路电流大，特别是在汇流排处的短路故障。,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,3.船舶电力系统负载变化频繁,（5）应急工况,货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：,（1）航行工况,（2）进出港工况,（3）装卸货工况,（4）停泊工况,由于船舶工况变化较多，不同工况对应的船舶电力系统的用电量明显不同。,4.船舶电力系统工作环境恶劣,船舶在海上航行，必然受到各种恶劣气候条件的影响，给船舶电气设备的正常、安全运行带来很多困难，这些困难可能造成比陆地上更加严重的后果。, 环境温度变化大, 相对湿度较大, 金属部件易于腐蚀, 工作稳定性差, 电磁污染严重,工作环境恶劣(三防:防潮湿、防霉菌、防盐雾),三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,电气设备的船用条件及基本要求,（1）适应振动和冲击的条件,（2）适应倾斜和摇摆的条件,（3）适应环境温度条件,电气设备的船用条件及基本要求,（4） 耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件,（5）满足防护要求,我国电气设备的防护等级采用国际电工委员会（IEC）推荐的国际防护IP等级标准。,（6） 适应船舶电网电压和频率的波动,电气设备的船用条件及基本要求,（7）满足尺寸小，质量轻要求,12.2 船舶电站容量和机组台数的选择,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功率总和，也不等于船舶某一运行工况下所有用电设备标称电功率的总和。 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，也与各工况的用电量大小和相对运行周期长短有关。,一、确定电站容量和发电机台数的基本原则,（5）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,货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下：,（1）航行工况：货船全速满载航行时间占运行周期的41，油船占64,（2）进出港工况：占运行周期的1,（3）装卸货工况：货船约占18，油船占7,（4）停泊工况：货船约占40，油船占28%,1. 船舶的运行工况,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则,发电机组的总容量决定于电站的总容量，发电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本原则确定： 单机组容量：以最高负荷80%来定。 船舶电站必须有备用机组 各机组的使用寿命应与主机寿命相当 维修管理方便,二、 应急发电机容量的确定,规定客船和500总吨以上的货船应设有独立的应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。 应急发电机应具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并有满足规则要求的起动装置，在主电源失效时能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快承载额定负载，最长时间不得超过45s。,1目的和原则,12.2 船舶电站容量和机组台数的选择,一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电。,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。,2容量确定,三、电站容量的计算,电站容量的计算方法有许多种，海上运输船舶一般都采用三类负荷法。三类负荷法是一种在电力设备具有较充分的数据前提下进行全船电力负荷计算的方法。,1负荷分类,负荷按使用情况分为以下三类：,（1）第类负荷：连续使用的负荷； （2）第类负荷：短时或重复短时使用的负荷； （3）第类负荷：偶尔短时使用的负荷以及按操作规程可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。,12.2 船舶电站容量和机组台数的选择,三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中连续使用的负荷属于第类负荷；使用若干小时，停止使用若干小时的负荷属于第类负荷。在靠离码头工况中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一直使用，因此也算做第类负荷。,万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类,2电动机负荷系数的计算,（1）电动机利用系数1,P 1 ：电动机额定功率； P 2 ：电动机轴上拖动的机械设备的额定功率 。,通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率。,（2）机械负荷系数K2,P3: 电机拖动的机械设备的实际使用功率,（3）电动机负荷系数K3,（4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率 P4,e: 电动机在额定功率时的效率,（5）电动机实际消耗的功率P5,为电动机相当于功率P2时的效率,（6）无功功率Q5,为电动机的功率因数角。,3系数的确定,（1）负荷系数的确定,一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数可根据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据来确定。,（2）同时系数的确定,对第类负荷来说，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时系数选0.80.9。,对第类负荷来说，可按该负荷平均使用时间与工作周期之比来估算：,4负荷表的编制,（1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率； （2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类； （3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率；,（4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系数计算总负荷。在交流电制中，还需要计算无功功率和平均功率因数； （5）考虑5%的网络损耗，得出发电站的功率； （6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机的负荷百分率，一般来说发电机应有1020%的储备功率。,一、配电装置的主要功能,（1）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的供电网络，对电网供电或停止供电。 （2）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、功率、功率因数、绝缘电阻等）。 （3）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。 （4）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将自动地切断故障电路或发出报警信号。 （5）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行信号显示。,12.3 船舶配电装置,配电装置是接收和分配电能，并对电网实现保护的设备。,返回,12.3 船舶配电装置,二、配电装置类型 1.主配电板 2.应急配电板 3.充放电板 4.区域分配电板 5.岸电箱 6.交流配电板等,1.主配电板,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,作用：用来控制、调节、监视和保护发电机组。 每台发电机组均配有单独的控制屏。,组成： 上部为测量仪表电流表（测线电流）、电压表（测线电压）、频率表、功率表、功率因数表和仪用电压及电流互感器、转换开关、原动机调速马达操作开关和指示灯等； 中部为主开关（含逆功率继电器）、指示灯等； 下部为自励恒压装置。,（2）并车屏,并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表（电网和待并机）、同