第6章第6章 船舶电站6.1 船舶电力系统概述近代船舶象一个可移动的海上城市，它有许多设备都需要使用电能，因此在船上都配备有一个发电、配电、输电、用电的独立系统——船舶电力系统随着船舶的大型化和自动化程度的不断提高，越来越多的船用设备需要用电来驱动和控制，船舶电力系统亦日趋庞大 6.1.1船舶电力系统的组成船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网与负载四部分组成其单线原理如图6-1所示图6-1 船舶电力系统简图 电源：电源是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置船上常用的电源装置是柴油发电机组和蓄电池组 配电装置：配电装置是对电源和负荷进行分配、监视、测量、保护、转换和控制的装置配电装置主要可分为主配电板、应急配电板、分配电板(动力、照明)蓄电池充放电板、弱电配电板及岸电箱等船舶电力网：它是全船电缆电线的总称电网是联系发电机、主(应)配电板、分配电板和负荷的中间环节，是将电源的电能输送到负荷负荷：即船舶各种用电设备，它是将电能转换成其他形式能量的装置船舶负荷大体可分成舱室机械、甲板机械、船舶照明、通导设备、生活及其他用电设施6.1.2船舶电力系统的特征和基本要求 船舶电力系统与陆上电力系统相比有很大差异．主要有以下几个方面：(1) 船舶电站容量较小陆上电网容量一般在几百万至几千万千瓦，单机容量大多在数十万千瓦，一般远洋船舶主电站大多装3台发电机组，多数发电机单机容量为400-l000kw。
由于船舶电站容量较小，而某些大负载容量可与单台发电机容量相比，所以当这样的负载起动时对电网将造成很大的冲击(电压、频率跌落均很大)，此外，误操作或局部故障都容易导致全船断电，威胁船舶安全因面对船舶电力系统的稳定性提出了较高的要求如船用发电机调压器的动态特性与陆上发电机相比具有较高的指标要求，有强行励磁的能力，发电机应能承受较大的过载能力另外，由于船舶工况变动也较频繁，因此对自动控制装置的可靠性也提出了较高的要求 (2)船舶电网输电线路短与陆上数千公里高压输电网络相比，船舶电网输电线路短，大多数船舶发电机端电压、电网电压、负荷电压是同一个电压等级(500V以下)，所以输配电装置较陆上系统简单由于船舶空间的限制．电气设备比较集中，电网长度不长(一般不超过200m)并都采用电缆，所以对发电机和电网的保护比陆上系统要简单，一般只设置有发电机过载及外部短路的保护，电网的保护和发电机的保护通常共用一套装置 (3)船舶电气设备工作环境恶劣 船舶电气设备工作条件比陆地恶劣得多，环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响当环境温度高时，会造成电机出力不足，绝缘加速老化相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、发胀、分层及变形等，使绝缘性能降低，并且会使金属部件加速腐蚀。
空气中的盐雾、油雾的存在，霉菌的生长及灰尘粘结都能使电气设备绝缘下降、工作性能受到影响当船舶营运时常常受到严重的冲击、振动、倾斜和摇摆时，也会造成电气设备损坏、接触不良或误动作由此可见，船用电气设备必须满足“船用条件”的要求 6.1.3船舶电力系统的基本电气参数 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它们决定了电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等 (1)电制的选择由于电源有直流电源与交流电源之分，因此船舶电力系统也相应有直流电力系统与交流电力系统，习惯上把它们称为直流船与交流船目前除特种工程船舶外，几乎都采用交流电力系统 交流船舶的电气设备在维护、保养等方面工作量比直流船要少得多，且交流电机结构简单、体积小、重量轻、运行可靠．其相应控制设备也简单当采用三相三线绝缘系统时，照明电网与动力电网没有电的直接联系，因此对地绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网采用交流电制后，船舶的造价和维修费用也有明显的降低安全可靠性和自动化程度大为提高 (2)额定电压的选择 船舶电力系统额定电压的大小直接影响到电力系统中所有电气设备的重量和尺寸、价格 等技术经济指标和人身安全问题。
提高电压主要是使电缆网络的重量和外形尺寸减少，对电力系统中的其他元件的重量、尺寸特性影响并不大；可是电压的提高对电气设备的绝缘和安全方面也提出了更高的要求，因此船舶建造时选择额定电压主要考虑是与本国陆上低压电网额定电压相一致由于船舶电站容量的增加，在一些大型船舶、工程船舶及舰船上电站容量已达数万千瓦，这时仍采用低压系统标准显然已不合理，因此这类船舶大多采用陆上相应中压等级标准(如3.3kV) 目前运行中的或正在建造中的远洋船舶主电站额定电压不是采用400V的就是采用440V的标准我国《钢质海船建造及人级规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为5(30V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为360V，电灯、生活居室的电热器限制电压为250V，额定电压为220V因此，360V动力系统的发电机额定电压为400V，照明电源额定电压为230V (3)额定频率的选择 交流船舶电力系统的额定频率选用陆上的标准等级，有50Hz与60Hz两种标准我国采用50Hz标准6.2船舶配电装置 6.2.1概述 船舶配电装置是用来接收和分配船舶电能，并能对发电机、电网及各种用电设备进行切换、控制、保护、测量和调整等工作的设备。
它是由各种开关、自动控制及保护装置、测量仪表和互感器、联接母线、调节手柄和信号指示等电器设备按一定要求组合而成的一个整体船舶配电装置的主要功能有：正常运行时接通和断开电路(手动或自动)；电力系统发生故障或不正常运行状态时，保护装置动作，切断故障元件或发出报警信号；测量和显示运行中的各种电气参数(如电压、电流、功率、频率、功率因数、绝缘电阻等)；进行某些电气参数或有关的其他参数的调控(如电压、频率即转速的调整)；对电路状态、开关状态以及偏离正常工作状态进行信号指示等船舶配电装置按其用途的不同可分为：主配电板(或称主电站、总配电盘)、应急配电板(应急电站、盘)、分配电板(盘)、充放电板(盘)、岸电箱、集中综合控制板等 船舶配电装置按其结构形式可分为防护式、防滴式、防水式三种，通常总配电板和应急配电板多采用防护式船舶配电装置均由钢板(2mm厚)做成箱体式结构各种开关设备、控制器、电气测量仪 表、信号指示器及保护电器等均安装在其上面板面还装有扶手，使工作人员操作时不致触及带电部分板后敞开以便维修仪表、指示灯与转换开关等小型电器常安装在面板上，其安装位置应便于观看，大型开关和调节、控制设备安装于底座上，操作手柄伸出板面，面板做成固定形式井安装在便于操作的位置。
配电装置内电器安装的位置也应考虑到便于调整、检修和拆换，配电装置的骨架和箱体应有足够的强度，在振动和冲击情况下，不应发生有害的变形6.2.2主配电板主配电板，它主要由发电机控制屏、并车屏和负载控制屏组成，全船电力系统的发电、配电都集中在主配电板上进行操作控制、保护、测量和监视，可谓是全船电力系统的中枢主配电板一般安装在机舱平台上的控制室内，在自动化程度较高的船上则与主机操纵台一起都装在带空调井隔离的集控室中每一屏的面板上装有各种必需的配电电器和测量电表等根据各屏的控制对象或作用不同，可分为发电机控制屏、并车屏、动力负载屏、照明负载屏等(1)发电机控制屏发电机控制屏是用来控制、调节、监视和维护发电机组的，每台发电机都配备有单独的控制屏发电机控制屏面板常设计成上、中、下三部分，上部面板装有测量仪表、转换开关及指示灯，一般均做成门式，以便进行维修；中间面板装有土电源开关、指示灯、充磁按钮等；发电机的自励恒压装置用相复励变压器(有的船舶放在机旁或固定在机体上)、移相电抗器、励磁变阻器等较沉重的设备安装在下部面板内交流)发电机控制屏上配备的电器仪表主要有：①电流表(A)及转换开关：可分别测量发电机(每台发电机一个)任意一相的负载的线电流，其通过转换开关进行操作；②电压表(V)及转换开关：可分别测量发电机和汇流排任意二线间的电压(每台发电机一个)，其通过转换开关进行操作； ③频率表(H2)：测量发电机的频率(此表指针在不通电时可停留在任一位置)；④功率表(kW)：测量发电机的三相总有功功率；⑤功率因数表()：测量发电机的功率因数；⑥励磁电流表：可分别测量各发电机励磁电流；有的船舶还装有无功功率表。
根据船舶的不同，功率因数表、励磁电流表、无功功率表有的装其中一种或一种也不装⑦原动机调速开关：用以调节发电机的频率和并联运行时进行有功负荷转移开关有“升速”和“降速”两个方向，并能自动复位到中间位置它实际上是控制调速伺服电动机的正反转开关；⑧框架式自动空气开关：主要用于接通与断开发电机主电路，对发电机过载、短路、失欠压进行保护发电机主开关、合(分)闸按钮、调速开关(按钮)、信号指示灯一般位于发电机控制屏的中部，便于操作的地方发电机主开关通常均采用框架式自动空气断路器发电机控制屏上指示灯主要有指示发电机组状况的红、绿指示灯，某些船舶还装有黄色指示灯红色指示灯：发电机组启动成功但未合闸时指示灯亮绿色指示灯：发电机主开关合闸供电指示灯亮黄色指示灯：发电机组启动建压成功主开关已储能指示灯亮，主开关合闸指示灯熄灭发电机励磁装置、继电保护装置一般位于控制屏的下部一般控制屏上还有充磁按钮2)并车屏在并车屏上一般安装有隔离开关(将左右两侧母线连通的开关)、粗同步电抗器及主接触器、熔断丝、粗同步或准同步并车装置，在这一屏上可以操纵任一台发电机的调速、投入与切除、自动或半自动并车；其面板上设有：①整(同)步表及转换开关(整步指示灯)：通过转换开关指示任一台发电机与电网电压之 间的频率差及相位差；②两个频率表：用于指示电网及待并发电机的频率，有的船舶采用一个组合式整步表；③两个电压表：用于指示电网及待并发电机电压，确的船舶采用一个电压表，通过转换开关切换测量。
有些船上不专门设并车屏，而是将并车操作、指示装臀安装在某一发电机控制屏上以上各类仪表及配电电器所测量或获取的发电机电压、电流量均需经过电压互感器和电流互感器，不可直接从母线上测取采用电流互感器和电压互感器可使测量仪表、各电器装置标准化、与原边高压及大电流隔离、工作安全为了人在接触测量电仪表和继电器等时的安全，瓦感器的副线圈一端应接地，这样当互感器的绝缘损坏时，可防止仪表上发生高电压触电的危险还应注意电压互感器副边不许短路(副边用熔断器保护)；而电流互感器副边不许断路，否则会在副边感应出高压，烧坏所接仪表等设备3)负载屏负载屏主要是用于各供电分路进行控制、监视和保护，并通过装在负载线路上的馈电开关将电能供给船上各用电设备或分电箱供电给动力负载各分路的屏称为动力负载屏，—般船舶按动力负载的多少可设二至四屏；供电给照明负载的负载屏称为照明负载屏，—般只需一至二屏普通负载屏主要是由配电刀；关、熔断器、部分还有电流表、电压表、绝缘表(兆欧表)及其转换开关组成：对于组合控制屏类的负载屏主要是由配电开关负载启动继电一接触控制装置启动与停止按钮、指示灯、熔断器等部分组成负载屏上配电开关大多采用的是塑壳式自动空气断路器，某些船舶对—些大负载或刮负荷也有采用框架式自动空气断路器。
4)汇流排(连接母线)汇流排起联系各发电机、负载(或分配电板)的桥梁作用各发电机发出的电能经主开关 先送到共用母线即汇流排上，由汇流排直接或经分配电板向负载供电有的船舶汇流排由二或三段组成，各汇流排之间根据需要通过隔离开关接通或断开从汇流排的连接上能直接反映出全船的供电、配。