船舶電力系統(tǒng)的設計與研究

1、<p>　　船舶電力系統(tǒng)的設計與研究</p><p>　　中圖分類號： F407.6文獻標識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　船舶電力系統(tǒng)在船舶上具有極為重要的地位，電力系統(tǒng)供電的連續(xù)性、可靠性和供電品質(zhì)，將直接影響船舶的經(jīng)濟指標、技術(shù)指標和生命力。在現(xiàn)代化船舶上，電站操作越來越復雜、電站自動

2、化程度日益提高，對電站管理人員的要求也越來越高。二十世紀七十年代后，船舶電力系統(tǒng)的控制形成了功能齊全、性能穩(wěn)定的由數(shù)字集成電路與線性模擬集成電路組成的控制系統(tǒng)。八十年代后，出現(xiàn)了由單板機或單片機組成的微機控制系統(tǒng)。到了九十年代，PLC 的應用增強了控制系統(tǒng)的可靠性。到目前為止PLC 控制的電站、主機遙控、集中監(jiān)測報警等系統(tǒng)已不斷的更新?lián)Q代，船舶電力系統(tǒng)己形成了完善的船舶自動電力綜合管理系統(tǒng)。1 船舶電力系統(tǒng) </p>&l

3、t;p>　　船舶電力系統(tǒng)主要由電源、配電裝置、電力網(wǎng)和用電設備組成。電源通常采用發(fā)電機組或蓄電池組。發(fā)電機是由原動機帶動的，原動機的類型可分為蒸汽機、柴油機、汽輪機和燃氣輪機等。配電裝置是用來接收發(fā)電機發(fā)出的電能、分配電能和控制電能的。聯(lián)系發(fā)電機、主配電板、分配電板和用電設備的電纜稱為電力網(wǎng)，其作用是用來輸送電能。船上的用電設備很多，包括動力負荷、照明負荷、通訊導航設備等。船舶電力系統(tǒng)研究的對象是發(fā)電機發(fā)電、配電、輸電給各用電設備

4、的問題。 </p><p><b>　　2 船舶電站設計 </b></p><p>　　船舶電站是電力系統(tǒng)的心臟，其工作的可靠性和生命力，是系統(tǒng)實現(xiàn)規(guī)定任務的有效性的兩個標志。船舶電站的可靠性是在指在各種不利的工作條件(如環(huán)境溫度變化大，空氣濕度大，海水腐蝕作用強，船舶的橫搖和縱傾大，航行振動和沖擊振動等)，電氣系統(tǒng)的各項電氣設備在整個運行期間不見斷的工作能力。既不發(fā)

5、生結(jié)構(gòu)上的損壞事故，也不應發(fā)生各種裝置的調(diào)整失常，使整個電力系統(tǒng)能不間斷地供電，并保證一定的電能質(zhì)量。船舶電站的生命力是指船舶受到戰(zhàn)斗損壞和事故破壞時，電力系統(tǒng)仍能保證不間斷供電的能力。電力系統(tǒng)工作的可靠性取決于其組成元件的可靠性及其相互連接方法和使用方法。因此對船舶電站的可靠性，要求在設計船舶電站線路、選用元件、確定使用方法時都必須加以考慮。船舶電站由原動機、發(fā)電機和主配電裝置組成，一般都是根據(jù)船舶的具體要求專門研制配套的。它為船舶上

6、的工作機械和生活設備如電動舵機、錨機、武器裝備、電燈、電視機、空調(diào)等提供電源。電站設計是電力系統(tǒng)設計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)船舶負荷的供電需求來確定電站的組成方案，并進行電源設備的選型和布置，這是船舶電力系統(tǒng)設計的一項重要內(nèi)容。 </p><p>　　一個優(yōu)良的船舶電站應該具備有充足的發(fā)電能力并保證向全船的重要負荷可靠地供電，有較強的生命力、較高的運行安全性、較低的全壽命期費和優(yōu)良的操作使用性能。在船舶自動化電站中，為了

7、使一套發(fā)電機組能自動并車投入運行，其首要的工作是必須能根據(jù)指令自動起動或停止柴油機發(fā)電機組，或者首先能在集中控制室內(nèi)遙控柴油發(fā)電機組的起動或停止。因此，柴油發(fā)電機組的自動控制是船舶電站自動化的重要內(nèi)容之一。 </p><p>　　船舶發(fā)電機大多由柴油機拖動，在發(fā)電機的起動和停機控制中，柴油機是控制對象，船舶輔柴油機可以有電動起動和壓縮空氣起動兩種方式。電動起動一般用于應急發(fā)電機的原動機，由蓄電池供電給直流伺服電動

8、機，帶動柴油機轉(zhuǎn)動直到起動完畢；主發(fā)電機組一般采用壓縮空氣起動，壓縮空氣經(jīng)起動控制閥到達柴油機，再由柴油機的空氣分配器按各汽缸發(fā)火的順序，依次將壓縮空氣引入各汽缸，推動活塞，使機器轉(zhuǎn)動。一旦進入汽缸的壓縮空氣產(chǎn)生高溫，自行發(fā)火運轉(zhuǎn)后，立即切斷氣源，柴油機即自行運轉(zhuǎn)。 </p><p>　　控制柴油機停機時，只需切斷燃油供給，機器即自行停下來。但也需注意，不同形式的機器可能有不同的要求。突然停機，也許是某些機器的性

9、能不能接受的，它要求在中速下先運行一段時間，待溫度逐漸降低，然后才允許斷油停機。 </p><p>　　柴油機起、停程序可歸納為三種基本原則：(1)按時間原則控制,即模仿人的實際操作過程,按時間擬定控制程序；(2)按速度原則控制，即直接按速度擬定控制程序；(3)按滑油壓力控制，即根據(jù)不同轉(zhuǎn)速時滑油壓力的變化擬定控制程序。一般采用綜合方式控制，即在整個控制系統(tǒng)中，以上三種控制原則都有。 </p>&l

10、t;p>　　在具有要求多臺機組并聯(lián)供電的電站中，若要滿足“無人機艙”的要求，實現(xiàn)電站自動化，必須將各個自動環(huán)節(jié)有機地聯(lián)系起來，組成一個總體控制系統(tǒng)，用來收集來自各臺柴油機、發(fā)電機、斷路器、匯流排以及各主要負載的必要的信息及參數(shù)，加以分析、判斷，在一定的條件下，自動地采取符合邏輯的措施，以處理電站運行中可能出現(xiàn)的各種情況，確保電力系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟地運行。 </p><p>　　3 船舶配電裝置設計 <

11、/p><p>　　船舶配電裝置是用來接收和分配船舶電能，并對發(fā)電機和電網(wǎng)進行保護、測量和調(diào)整等工作的設備。它是由各種開關(guān)、保護電器、測量儀表、調(diào)節(jié)和信號裝置等電器設備按一定要求組合而成的。 </p><p>　　船舶配電裝置種類很多，常用的按其用途分類有： </p><p>　　主配電板：用來控制和監(jiān)測主發(fā)電機的工作，并將主發(fā)電機產(chǎn)生的電能，通過主電網(wǎng)或直接給用電設備配

12、電。 </p><p>　　應急配電板：用來控制和監(jiān)測應急發(fā)電機的工作，并將應急發(fā)電機產(chǎn)生的電能，通過應急電網(wǎng)或直接給用電設備供電。 </p><p>　　蓄電池充放電板：用來控制和監(jiān)測充電發(fā)電機或充電整流器，對蓄電池組進行充放電工作，并通過低壓電網(wǎng)或直接給用電設備配電。 </p><p>　　岸電箱：當船舶?？看a頭時，將岸上電源接至船上，通過主配電板(或應急配電板

13、)給用電設備供電。 </p><p>　　區(qū)配電板：介于主配電板或應急配電板與分電箱之間，用以向分電箱和最后支路供電的配電板。 </p><p>　　分電箱：用以向成組的最后支路供電，并裝有保護裝置。按目的和性質(zhì)分為:電力分電箱、照明分電箱、助航通信分配電板等。 </p><p>　　電工試驗板：接有全船各種電源和必要的檢測儀表，專供船上檢修和校驗各種用電設備的配電

14、板。 </p><p>　　船舶配電裝置應根據(jù)其安裝的場所，選擇不同的防護等級和安裝方式。4 船舶電網(wǎng)設計 </p><p>　　船舶電網(wǎng)是由船用電纜、導線和配電裝置以一定的連接方式組成的整體。船舶電網(wǎng)包括供電網(wǎng)絡和配電網(wǎng)絡，供電網(wǎng)絡是指主發(fā)電機與主配電板之間、應急發(fā)電機與應急配電板之間、主配電板之間以及主配電板與應急配電板、岸電箱之間的電氣連接網(wǎng)絡。配電網(wǎng)是指主配電板、應急配電板到用電設

15、備之間的電氣連接網(wǎng)絡。 </p><p>　　船舶電網(wǎng)的連接方式有很多，但基本類型有以下五種： </p><p>　?。?）饋錢配電方式各個用電設備及分配電箱由主配的單獨饋線引出。這種方式用于用電設備較少的小型船舶。 </p><p>　　（2）干線配電方式由主配電板引出幾根叫做干線的電纜對分配電箱供電，用電設備再從分配電板上取得電源，這種配電方式的優(yōu)點是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡

16、單，可以大大減少船舶干線電纜的數(shù)量。 </p><p>　　(3)混合配電方式饋線式和干線式混合的配電方式。這種配電方式局部線路發(fā)生故障不致影響整個電力系統(tǒng)，可以保證重要設備有較高的供電可靠性。 </p><p>　　(5)網(wǎng)形配電方式 </p><p>　　它是在船舶發(fā)電機組和負載較多的情況下，由環(huán)形配電方式發(fā)展而成的一種配電形式。 </p><

17、;p>　　5 電力系統(tǒng)的保護設計 </p><p>　　電力系統(tǒng)保護裝置設計的目的在于防止或限制系統(tǒng)的故障，并把它們對系統(tǒng)其余部分的影響降低到最低程度。在設計中對保護裝置要考慮： </p><p>　　(1)確定系統(tǒng)電氣參數(shù)檢測、保護的內(nèi)容和范圍，并確定應有哪幾種保護性能。(2)正確選用合適的保護裝置。 </p><p>　　(3)確定保護裝置的動作整定值。

18、</p><p>　　(4)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)之間的聯(lián)鎖和協(xié)調(diào)。 </p><p>　　(5)確定電力系統(tǒng)的負載控制措施。 </p><p>　　在電力系統(tǒng)諸要素(電制、電壓、頻率等)確定后，根據(jù)規(guī)范規(guī)則以及客戶的要求，依次進行電源裝置設計、配電裝置設計、電力網(wǎng)設計和系統(tǒng)保護設計，將設計過程圖紙化文件化(包括電力負荷計算書、配電板布置圖原理圖、短路電流計算等)，最后交

19、付相關(guān)廠家進行硬件施工。 </p><p><b>　　6 結(jié)論 </b></p><p>　　本文的研究為電力系統(tǒng)的設計提供了一種思路，完成了以下工作： </p><p>　　1.電力系統(tǒng)的設計:進行了電力負荷的研究，并根據(jù)研究結(jié)果進行主發(fā)電機的選型。 </p><p>　　2.配電裝置的設計:對元器件進行選型，設計了

20、主配電板和應急配電板的布置圖和原理圖。 </p><p>　　3.電力網(wǎng)的設計:設計了一次二次電力系統(tǒng)圖，繪制了電力布置圖。 </p><p>　　4.電力系統(tǒng)保護的設計研究:對選擇性保護進行分析研究，并繪制了工程化圖紙。 </p><p>　　這些研究結(jié)果可為后續(xù)的研究提供理論和實踐上的指導，從而進一步掌握船舶電力系統(tǒng)的設計步驟。 </p><

21、p><b>　　參考文獻: </b></p><p>　　[1] 朱臣生.電站管理系統(tǒng)設計[D].大連: 大連海事大學. </p><p>　　[2] 王剛.船舶電站系統(tǒng)建模與人機界面設計[D].大連:大連海事大學. </p><p>　　[3] 王煥文.艦船電力系統(tǒng)及自動裝置[M].北京市:科學出版社. </p><