船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

1、<p>　　船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究</p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)： F407.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)和生命力。在現(xiàn)代化船舶上，電站操作越來(lái)越復(fù)雜、電站自動(dòng)

2、化程度日益提高，對(duì)電站管理人員的要求也越來(lái)越高。二十世紀(jì)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(xiàn)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(jī)或單片機(jī)組成的微機(jī)控制系統(tǒng)。到了九十年代，PLC 的應(yīng)用增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的可靠性。到目前為止PLC 控制的電站、主機(jī)遙控、集中監(jiān)測(cè)報(bào)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(dòng)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(shè)備組成。電源通常采用發(fā)電機(jī)組或蓄電池組。發(fā)電機(jī)是由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型可分為蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等。配電裝置是用來(lái)接收發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能、分配電能和控制電能的。聯(lián)系發(fā)電機(jī)、主配電板、分配電板和用電設(shè)備的電纜稱(chēng)為電力網(wǎng)，其作用是用來(lái)輸送電能。船上的用電設(shè)備很多，包括動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷、通訊導(dǎo)航設(shè)備等。船舶電力系統(tǒng)研究的對(duì)象是發(fā)電機(jī)發(fā)電、配電、輸電給各用電設(shè)備

4、的問(wèn)題。 </p><p><b>　　2 船舶電站設(shè)計(jì) </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(shí)現(xiàn)規(guī)定任務(wù)的有效性的兩個(gè)標(biāo)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(qiáng)，船舶的橫搖和縱傾大，航行振動(dòng)和沖擊振動(dòng)等)，電氣系統(tǒng)的各項(xiàng)電氣設(shè)備在整個(gè)運(yùn)行期間不見(jiàn)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(yīng)發(fā)生各種裝置的調(diào)整失常，使整個(gè)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(shí)，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(duì)船舶電站的可靠性，要求在設(shè)計(jì)船舶電站線(xiàn)路、選用元件、確定使用方法時(shí)都必須加以考慮。船舶電站由原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和主配電裝置組成，一般都是根據(jù)船舶的具體要求專(zhuān)門(mén)研制配套的。它為船舶上

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

7、使一套發(fā)電機(jī)組能自動(dòng)并車(chē)投入運(yùn)行，其首要的工作是必須能根據(jù)指令自動(dòng)起動(dòng)或停止柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組，或者首先能在集中控制室內(nèi)遙控柴油發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)或停止。因此，柴油發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制是船舶電站自動(dòng)化的重要內(nèi)容之一。 </p><p>　　船舶發(fā)電機(jī)大多由柴油機(jī)拖動(dòng)，在發(fā)電機(jī)的起動(dòng)和停機(jī)控制中，柴油機(jī)是控制對(duì)象，船舶輔柴油機(jī)可以有電動(dòng)起動(dòng)和壓縮空氣起動(dòng)兩種方式。電動(dòng)起動(dòng)一般用于應(yīng)急發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)，由蓄電池供電給直流伺服電動(dòng)

8、機(jī)，帶動(dòng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)直到起動(dòng)完畢；主發(fā)電機(jī)組一般采用壓縮空氣起動(dòng)，壓縮空氣經(jīng)起動(dòng)控制閥到達(dá)柴油機(jī)，再由柴油機(jī)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(dòng)活塞，使機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦進(jìn)入汽缸的壓縮空氣產(chǎn)生高溫，自行發(fā)火運(yùn)轉(zhuǎn)后，立即切斷氣源，柴油機(jī)即自行運(yùn)轉(zhuǎn)。 </p><p>　　控制柴油機(jī)停機(jī)時(shí)，只需切斷燃油供給，機(jī)器即自行停下來(lái)。但也需注意，不同形式的機(jī)器可能有不同的要求。突然停機(jī)，也許是某些機(jī)器的性

9、能不能接受的，它要求在中速下先運(yùn)行一段時(shí)間，待溫度逐漸降低，然后才允許斷油停機(jī)。 </p><p>　　柴油機(jī)起、停程序可歸納為三種基本原則：(1)按時(shí)間原則控制,即模仿人的實(shí)際操作過(guò)程,按時(shí)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(shí)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(gè)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(tái)機(jī)組并聯(lián)供電的電站中，若要滿(mǎn)足“無(wú)人機(jī)艙”的要求，實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)化，必須將各個(gè)自動(dòng)環(huán)節(jié)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，組成一個(gè)總體控制系統(tǒng)，用來(lái)收集來(lái)自各臺(tái)柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、斷路器、匯流排以及各主要負(fù)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(dòng)地采取符合邏輯的措施，以處理電站運(yùn)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(jì)地運(yùn)行。 </p><p>　　3 船舶配電裝置設(shè)計(jì) <

11、/p><p>　　船舶配電裝置是用來(lái)接收和分配船舶電能，并對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)、測(cè)量和調(diào)整等工作的設(shè)備。它是由各種開(kāi)關(guān)、保護(hù)電器、測(cè)量?jī)x表、調(diào)節(jié)和信號(hào)裝置等電器設(shè)備按一定要求組合而成的。 </p><p>　　船舶配電裝置種類(lèi)很多，常用的按其用途分類(lèi)有： </p><p>　　主配電板：用來(lái)控制和監(jiān)測(cè)主發(fā)電機(jī)的工作，并將主發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，通過(guò)主電網(wǎng)或直接給用電設(shè)備配

12、電。 </p><p>　　應(yīng)急配電板：用來(lái)控制和監(jiān)測(cè)應(yīng)急發(fā)電機(jī)的工作，并將應(yīng)急發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，通過(guò)應(yīng)急電網(wǎng)或直接給用電設(shè)備供電。 </p><p>　　蓄電池充放電板：用來(lái)控制和監(jiān)測(cè)充電發(fā)電機(jī)或充電整流器，對(duì)蓄電池組進(jìn)行充放電工作，并通過(guò)低壓電網(wǎng)或直接給用電設(shè)備配電。 </p><p>　　岸電箱：當(dāng)船舶?？看a頭時(shí)，將岸上電源接至船上，通過(guò)主配電板(或應(yīng)急配電板

13、)給用電設(shè)備供電。 </p><p>　　區(qū)配電板：介于主配電板或應(yīng)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(hù)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(yàn)板：接有全船各種電源和必要的檢測(cè)儀表，專(zhuān)供船上檢修和校驗(yàn)各種用電設(shè)備的配電

14、板。 </p><p>　　船舶配電裝置應(yīng)根據(jù)其安裝的場(chǎng)所，選擇不同的防護(hù)等級(jí)和安裝方式。4 船舶電網(wǎng)設(shè)計(jì) </p><p>　　船舶電網(wǎng)是由船用電纜、導(dǎo)線(xiàn)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(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)，供電網(wǎng)絡(luò)是指主發(fā)電機(jī)與主配電板之間、應(yīng)急發(fā)電機(jī)與應(yīng)急配電板之間、主配電板之間以及主配電板與應(yīng)急配電板、岸電箱之間的電氣連接網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)是指主配電板、應(yīng)急配電板到用電設(shè)

15、備之間的電氣連接網(wǎng)絡(luò)。 </p><p>　　船舶電網(wǎng)的連接方式有很多，但基本類(lèi)型有以下五種： </p><p>　?。?）饋錢(qián)配電方式各個(gè)用電設(shè)備及分配電箱由主配的單獨(dú)饋線(xiàn)引出。這種方式用于用電設(shè)備較少的小型船舶。 </p><p>　?。?）干線(xiàn)配電方式由主配電板引出幾根叫做干線(xiàn)的電纜對(duì)分配電箱供電，用電設(shè)備再?gòu)姆峙潆姲迳先〉秒娫?，這種配電方式的優(yōu)點(diǎn)是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

16、單，可以大大減少船舶干線(xiàn)電纜的數(shù)量。 </p><p>　　(3)混合配電方式饋線(xiàn)式和干線(xiàn)式混合的配電方式。這種配電方式局部線(xiàn)路發(fā)生故障不致影響整個(gè)電力系統(tǒng)，可以保證重要設(shè)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(jī)組和負(fù)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(hù)設(shè)計(jì) </p><p>　　電力系統(tǒng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的目的在于防止或限制系統(tǒng)的故障，并把它們對(duì)系統(tǒng)其余部分的影響降低到最低程度。在設(shè)計(jì)中對(duì)保護(hù)裝置要考慮： </p><p>　　(1)確定系統(tǒng)電氣參數(shù)檢測(cè)、保護(hù)的內(nèi)容和范圍，并確定應(yīng)有哪幾種保護(hù)性能。(2)正確選用合適的保護(hù)裝置。 </p><p>　　(3)確定保護(hù)裝置的動(dòng)作整定值。

18、</p><p>　　(4)電力系統(tǒng)各個(gè)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(fù)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(hù)的要求，依次進(jìn)行電源裝置設(shè)計(jì)、配電裝置設(shè)計(jì)、電力網(wǎng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)過(guò)程圖紙化文件化(包括電力負(fù)荷計(jì)算書(shū)、配電板布置圖原理圖、短路電流計(jì)算等)，最后交

19、付相關(guān)廠家進(jìn)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(shè)計(jì)提供了一種思路，完成了以下工作： </p><p>　　1.電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì):進(jìn)行了電力負(fù)荷的研究，并根據(jù)研究結(jié)果進(jìn)行主發(fā)電機(jī)的選型。 </p><p>　　2.配電裝置的設(shè)計(jì):對(duì)元器件進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)了

20、主配電板和應(yīng)急配電板的布置圖和原理圖。 </p><p>　　3.電力網(wǎng)的設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)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(hù)的設(shè)計(jì)研究:對(duì)選擇性保護(hù)進(jìn)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(shí)踐上的指導(dǎo)，從而進(jìn)一步掌握船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。 </p><

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