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1、船舶电站第一节舰船电力系统一、船舶电力系统的组成由发电、变配电、输电和用电四部分设备构成的统一整体称 为电力系统.船舶电力系统也可分为船舶电站、船舶电网和用电设备。 船舶电力系统的示意图如图1-1所示。 1-1曳土系至不意至船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成。船舶电网是全船电缆电线和配电装置以一定方式连接起来的组合体，是联系电能的生产者（各种电源）和电能的消费者（各种用电设备 ) 的中间环节，担负分配和输送电能的任务。船舶电网按其所联系的负载性质分为动力电网、照明电网、应急电网、弱电电网等。配电装置是用来接收和分配电能，并对电力系统进行保护、监视、测量、指示、调整、变换和控制等工作的设备
2、。配电装置可以分为属于船舶电站的主配电板(Main Switch Board, 简写为 MSB )，船舶电网中间的分配电板(Section Switch Board ,简写为SSB);属于应急电力系统的应急配电板(Emergency Switch Board, 简写为ESB),蓄电池充放电板(Charging and Discharging Panel ,简写为CDP )。分配电板又可分为动力配电板和照明配电板。船舶用电设备即负载，分为四类：(1) 船舶各种机械的电力拖动，包括甲板机械( 舵机、锚机、绞缆机、起货机等) 、舱室机械(各类油泵、水泵、空压机、通风机、空调设备等 ) 、电力推进和工
3、作船舶用的生产机械.(2) 船舶照明设备，包括工作场所、生活舱室的各种照明灯具和航行、信号灯具等。(3) 船舶通讯和导航设备(4) 舰船上生活所需的其它用电设备，如电热器、冰箱、电视机等。总之， 船舶电站是船舶电力系统的核心， 它在船舶整体设计中占有很重要的位置，特别是在现代自动化船舶上万显得尤为突出。二、船舶电力系统特点和陆上电力系统一样， 船舶电力系统由发电设备、 变配电装置、输电网络、用电设备等，按一定的联接方式组成。但由于负荷特点和具体工作条件不同， 船舶电力系统和路上电力系统相身比， 有明 显的不同特点。第一， 船舶电站和电力系统容量较小， 为了保证供电可靠性、经济性， 陆上电力系统
4、一般都由十几个甚至数十个不同类型的发电厂联合供电，电力系统容量高达上亿千瓦. 我国单机容量，火力发电已达 60 万千瓦 , 水力券电已达70 万千瓦。美国等国已生产 100 万千瓦汽轮发电机组， 电力系统输送距离已达上千公里。 由于船舶电站只供给一条舰船负载需要， 因此单机容量和系统容量要小得多， 一般万吨船装机容量为1000kW左右。寻前世界上最大的船舶电站容量达到数 万千瓦，单机容量已达5000kW但总的说来，船舶电力系统与陆上 电力系统的容量是无法比拟的。由于船舶电站容量小， 单机容量可与某些大的宜台用负荷相比拟、当大的电动机起动时，对电网造成较大冲击，因而对船舶电力系统的稳定性提出了较
5、高要求， 如要求船用发电机调压器动作时间要快，有强行励磁能力。发电机有较大的承受过载的能力。此外，由于船舶工况变动频繁，要求船用并车装置简单、可靠。第二，船舶电气设备比较集中，电网较小。陆上电力系统由于容量大，输电距离远，为了减少电压和功率损失，必须采用高压输电， 这就需要配备有各种电压等级的配电装置和输电线路， 以满足输变压的要求，输电线路可采用电缆，但天多数采用架空线路. 因为像500kV这样高电压、大容量、远距离的高压输电采用电缆，无论在经济上还是技术上都是难于实现的。而一条船充其量200-300m长，整个系统范围不大，船舶电站与用电设备之问距离很短，因此船上主要 采用400V电压等级的
6、发配电设备及电缆供配电，在计算线路电压降 时，往往可以忽略电缆的电抗。船舶发电机和船舶电网的保护也比陆 地上的简单得多，但由于线路短，电网发生短路时对发电机和系统的 影响大。第三，舰船电气设备工作条件恶劣。舰船被水包围，自成体 系，独立性强一，在航行中倘遇意外，主要依靠自救。舰船电气设备 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，如环境温度较高（在赤道附近，机舱温度高达50度以 上），相对湿度较大（有时高达95%-100%）存在盐雾、霉菌、油雾、 凝露，使导电金属受到腐蚀，绝缘材料的性能降低，加速老化，电气 设备工作性能受到影响；船舶的摇摆（横摇22.5度）、
7、倾斜（长期横倾 15度-22度，纵倾10度）、振动（由波浪冲击、往复式机器运转、火 炮射击等引起），影响了电气设备工作的可靠性和正确性。 由此可见， 船用电气设备必须满足船用条件下，可靠、稳定地工作的要求，如表 1-1所示。表1-1船用条件工作条件要求序号工作条件要求序号1周围温度-25 +457倾斜周期横倾22.52相对湿度95%长期横倾15（应急设备22.5 ）3域路有长期纵倾104盐雾有8振动有5油雾有9冲击有6霉菌有选用船舶电气设备需要用符合船用条件的产品， 无船用产品 时，可考虑采用陆用产品加三防(防湿热、防盐雾、防霉菌)来代替。三、船舶电力系统的发展概况船舶电力系统的设计通常以舰船
8、总体设想和对各系统的要 求为依据，故舰船总体的发展必然会对舰船电力系统提出更高的希望 和要随着舰舰吨位的增大、电气化程度的提高和科学技术的发展， 舰 船电力系统亦有显著的进步和变化。(1)舰船电力系统的发电功率逐年增大。解放初，我国只能 建造简单的小型钢质船舶。总吨位不到 1万吨。40多年来，中国造 船业不断发展，尤其是改革开放以来，发展十分迅速。建立了具有一 定规模的现代造船工业，并且从完全封闭的国内市场走向世界造船市 场。现在除少数几种技术特别复杂的船舶外，中国能建造 15万吨级( 载重吨 ) 以下的各利健输船舶，自 70 年代迄今，中国造船业共承接出口船订单近500 万吨，已出口 20
9、个国家和地区。近十年来，我国已建造一批技术复杂、要求高、难度大的现代船舶，如 118000t 穿梭油轮 69000t 成品油 /化学品船、 4000辆汽车滚装船、 2700箱冷藏集装箱船、冷藏船和LPGG等。目前，与船舶吨位增加相适应的船舶电力系统发电功率，已达数万千瓦，单机容量5O00kw。(2) 电力系统的设备性能和供电指标有了很大的提高。现代船舶电力系统的设计以最大限度地维持不间断供电为目标。 由于船电技术的发展， 船舶电力设备日趋完善。 工业部门不仅能为舰船提供完整的发电机组系列，性能优良的各种容量自动开关和监视保护设备。而且船电设备的功能也有显著的提高。发电机的快速调压调频设备提高了
10、电力系统的静态和动态性能指标，同时也加强了系统承受各种突然负荷的能力。近年来，在某些舰船上又出现了大功率、高电压的高参数电力系统，电网电压达3-6kV 。虽这种系统仅限于大型船、工程船等特种船舶。 但电力系统高参数在舰船上的应用是技术上的一种突破，它为舰船电力系统的进一步发展提供了空间。(3) 电力系统实现集中控制和自动化。电力系纷自动化是舰船自动化的一个组成部分。 也是舰船现代化的一个重要标志。 船舶电站自动化有以下优点 :第一， 维持船舶电力系统供电的连续性和可靠性， 增强船舶运行的生命力。第二， 提高胎舶电站供电质量， 使各用电负载处于良好的工作状态。第三，改善船员的劳动条件- 自动化技
11、术的广泛应用充分发拌了电力设备的潜在功能。 并使船员的操作量大大下降， 劳动强度减轻，使船员有更多的时间从事设备的维修工作。第四，减少船员，提高劳动生产率和船舶运行的经济指标。此外， 自动化可以实现系统的最佳运行方式滚高设备运行的效率、 经济性和安全性。随着船舶容量的不断增加，为了提高电气的可靠性，减小电气设备的尺寸和重量。 50 年代普遍开展了船电交流化工作；60 年代开始进行电站局部自动化，提出了提高船舶电站的电压和频率并进行试验。各国采用船舶电站单元自动化装置，如自动并车、自动调频调载、自动卸载和自动起动等。1964年出现无人机舱。 1970年日本建成第一艘超自动化油轮“星光丸”。具柴油
12、主机功率为21 000kWA载重量为138 000t。全船由一台电子计算机自动控制导航系统、 轮机系统和装系统， 实现全面的自动控制。稍后，荷兰建造了“ Nedllayol Houtman ”号。它是世界上第一艘应用大规模集成电路和微处理机技术进行报警和监控的集装箱船。 采用图象显示和微处理机控制巡回检测装置系统， 系统安装有 3 套装置 ;第一套装置是机舱监视系统， 对两台主机和有关辅机进行监视。 该系统在集中控制室和船员居住区各有两台大小不同的彩色电视机， 从传感器来的模拟和数字信号通过微处理机。 用图象或文字在电视机上显示各种工作的正常或事故状态.第二套装置是冷却装置监视系统。 它是和机
13、舱系统相似的一个独立系统。第三套装置是冷藏集装箱记录和监控系统。 这个系统周期地监测和记录 2 450 只冷藏集装箱的温度和动力装置的参数。这种以多台微处理机的分散控制方式显示了极大的优越性：它比一台较大型的电子计算机集中控制的自动化系统体积小，重量轻、可靠性好、成本低，维修使用方便，并避免了系统之间的相互干扰。航海事业处于国际竞争之中，因此要求有价廉、高效率、可靠性高的船舶 . 在船舶有关费用中，主要是船员的费用和修理费用，这就不得不谋求船舶设备自动终以精简船员。 自动化电站为船舶减少人员提供了可能与条件。第二次世界大战后，一万吨级远洋轮有60名船员，到了 20 世纪 50 年代，由于自动化
14、程度的提高，船员减少到50 名； 60 年代， 由于无人机舱的实现; 船员减少到 26 名； 70 年代后，自动化程度较高的船仅需14-15 名船员。目前，德国、挪威、日本等国正在研究“未来型”、“ 2000年型”大型船，每船只配备6-10 名船员。(4) 在舰船电力系统中广泛采用各种新技术。科学技术的发展逐步改变了舰船电力系统的面貌。 近年来， 电力系统控制线路的电子化程度有了很大的提高半导体和集成电路普遍代替了电磁、机械、液压等控制部件; 出现了电子固态保护装置、电子调速器等性能更优越的新型部件。 电力电子技术促使电能变换设备趋向静止型化， 从而提高了系统运行的性能. 减少了电力设备的体积
15、和重量。电子计算技术的推广应用，出现了用微机控制和管理的电站. 对于发挥舰船电站的功能，应付舰船多工况的变化，有很大的促进作用。设备电子化的结果 . 推行了便于生产装配和维护保养的标准部件和插件方式，提高了生产效率，缩短了设备维修时间。第二节 舰船电力系统基本参数船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准。它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。一、电流种类的选择电流有直流和交流两种。 早期船舶多采用直流电力系统。 30年代开始在军用舰船上采用交流电制， 以后逐渐推广到各种船舶， 50年代形成电制更替高潮。 我国舰船在60-70 年代完成了向交流电制过渡。 然而舰船电力系统的电流种类， 仍然会受到舰船能源类型或某种条件的限制，例如，采用蓄电池组为能源的常规潜艇，就很难推行交流电制；有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。交流电站
