第2讲 电站容量及负荷计算

第2讲电站容量及负荷计算•主要内容：•三类负荷法•需要系数法•发电机组功率和数量的确定•船舶柴油发电机组设备的选型一、确定船舶电站容量的目的船舶电站容量和发电机组台量是以满足船舶用电的需求，并保证船舶的安全性和经济性而确定的。正确合理地计算船舶电站的容量和选择发电机组的台数，将直接影响船舶运行的可靠性和经济性，具有很重要的意义。根据不同的运行工况，给出最佳运行方式，使电站的功能充分发挥，保证船舶电力系统始终处在安全、可靠、经济、优质的状态下运行。二、船舶电站负荷计算方法电力负荷计算在船舶电气中是一项重要的工作，如果计算不正确，选择发电机组不恰当，将直接影响全船用电设备的正常运行和电站运行的经济性、可靠性。为了确定船舶电站的总功率和发电机组的台数，首先要知道全船电力负载所需的总功率。这个总功率中不是简单地将各用电设备的额定功率相加，而是要通过负荷计算才能得到，当然船舶在不同工况下，其计算负荷也不会相等。根据各工况下计算所得的总功率，还需考虑诸如电网损耗、同时系数等因素的影响，最后才能确定发电机组的功率和数量。电站容量的负荷计算方法很多，主要有下列几种：⑴三类负荷法（中国、俄罗斯）⑵需要系数法（日本、欧洲等国）⑶概率论法（适用于同类型船舶，根据统计规律，找到发电机功率与主机功率之间的关系）⑷昼夜航行图表法（适用于小船和辅机不多的船）⑸统计表格法⑹计算机仿真法⑺算式计算法⑻以某项特大负荷为基数的负荷计算法前四种方法应用较多，无论哪一种方法，计算的准确性都与设计人员的经验有直接关系，船舶电站的容量的计算结果用表格的形式表示，称作船舶电力负荷计算书。表2-1船舶电力负荷计算书（部分）序号用电设备名称数量(台)额定轴功率kW电动机额定数据利用系数额定所需功率kW额定所需总功率kW航行靠离码头装卸货功率kW转速r/min效率%需要系数K实际消耗功率kW需要系数K实际消耗功率kW需要系数K实际消耗功率kW一甲板机械——————————————1舵机11.53.01400850.53.533.530.20.710.20.71——2锚机15.66.41875830.887.717.71——0.43.08——3起货机41418630790.7822.7891.12————0.5550.12总功率—3.7950.12一、负荷计算分类•采用三类负荷法计算全船电力负荷时，需将设备负荷在某一运行工况下按使用时间的长短分成如下三类：•(1)第Ⅰ类负荷——连续使用类负荷•(2)第Ⅱ类负荷——短时或重复短时使用类负荷•(3)第Ⅲ类负荷——偶然短时使用类负荷第Ⅰ类负荷第Ⅱ类负荷第Ⅲ类负荷舵机锚机纹盘机起货机锅炉鼓风机锅炉给水泵排气涡轮滑油泵主机淡水泵主机海水泵主机滑油使用泵主机喷油嘴冷却泵主机燃料油循环泵透平发电机凝水泵锅炉燃油泵盐水接力泵救火泵救火总用泵货油泵冷藏货舱压缩机冷却泵货舱、机舱通风机冷藏、机舱送风机冷藏抽风机机舱抽风机厨房送风、抽风机浴室、厕所抽风机CO2室抽风机照明设备助航通讯用变流机燃油离心分油器轻柴袖离心分油器滑油离心分油器燃料油驳运泵轻柴油输送泵滑油输送泵舱底泵压载泵日用淡水泵卫生水泵饮水泵热水循环泵蒸发器凝水泵蒸发器给水泵主空气压缩机油灶鼓风机空调压缩机空调淡水泵空调送风机伙食冷库压缩机电动锅炉给水泵电动锅炉强制循环泵充电机组无线电雷达主机盘车机机舱起吊机车床砂轮钻床电焊机救生艇吊艇机舷梯起吊机探照灯•电力负荷按船舶运行工况可分为以下几类：1、航行工况：船舶全速、满载航行状态；2、进出港工况：港内低速航行或靠离码头等机动状态；3、装卸货工况:货船或油船的装卸状态；4、海上作业工况：调查船、工程船的海上作业；5、停泊工况：船舶停靠码头或锚地上，无装卸作业；6、应急工况：指船舶在火灾或海损的状态。应注意不同的船舶其运行工况不完全相同，应视具体情况确定。二、计算系数•1．电动机利用系数K1•电动机的利用系数K1定义为：机械的轴上最大功率PM与电动机的额定轴功率PN之比，即•式中PM——机械轴上最大功率；•PN——电动机的额定功率。1MNPKP•2．机械负荷系数K2•机械负荷系数K2定义为：每一机械实际使用轴功率P2与机械最大轴功率PM之比，即：•式中P2——某状态下机械轴上实际需要功率；PM——机械的最大轴功率。22MPKP•3．电动机负荷系数K3•在通常负荷条件下，实际机械负荷所需要电动机输出的功率，可用电动机负荷系数来描述，即用K1与K2的乘积反映电动机的负荷情况。•电动机负荷系数定义为：•从上式可以看出，电动机负荷系数K3反映的是实际机械负荷与电动机额定功率之比。2312NPKKKP•4．同时使用系数K0•在某一运行状态时，同类机械不一定都同时使用，因此我们用一组同功率的用电设备的同时使用系数K0来计及它的影响。即同时使用系数为•式中n——该组同时工作的用电设备数目；•m——该组用电设备的总数。0nKm•5．总同时系数K0Ⅰ和K0Ⅱ•一般情况下，第I、Ⅱ类负荷总同时使用系数的取值范围为K0Ⅰ＝0.8～1.0K0Ⅱ＝0.3～1.0•具体选定时可参考下述原则：•(1)在大的船舶上，由于负荷的数量较多，同时工作的可能性要小些，因此同时工作系数比负荷少的船舶可取小些。•(2)船舶的活动愈紧张，同时工作系数就取得愈大，因为设备的同时工作可能性愈大。例如：舰艇在战斗状态时K0Ⅰ取0.8，而在停泊时，可取0.65。三、所需功率的计算•1．额定所需有功功率•在确定一台电动机需要电网供给的所需有功功率时，需要考虑到电动机的效率。在额定工作状态下，一台电动机需要电网供给的额定功率为•（kW）•式中η——电动机额定效率η可从电动机特性曲线上查得。4NPP•一组同类电动机额定所需总功率应为•（kW）•式中m——该组同类电动机数目。•对于照明及弱电设备来说，P5就是其装置功率。•2．实际所需有功功率•由于在某一运行状态时，机械并不一定满负荷，一组同类辅机不一定都同时使用，考虑它们的影响，一组同类电动机实际所需有功功率为•(kW)1204304305PmKKKPmKKPKKP54PmP•3．实际所需无功功率•对于交流用电设备，需要考虑到功率因素cosφ尚需计算所需无功功率•(kvar)•式中φ——用电设备的实际功率因数角，由实际负荷的cosφ求得。cosφ可根据电动机的额定功率PN、额定转速nN和负荷程度由下表中查得。tanQP负载程度（负载率）转速/（r/min）功率/kW0.30.40.50.60.70.80.91.01.11.50.730.760.790.810.850.860.870.870.872.2340.670.720.780.820.840.860.880.890.905.57.5100.760.800.820.840.850.860.870.880.88130.770.820.850.860.870.870.890.890.8915170.770.790.810.810.870.890.900.910.91220.790.820.840.870.890.900.910.910.913040550.880.910.930.930.940.940.940.940.94751000.800.840.880.900.910.930.930.930.9330001251.50.480.550.610.670.720.740.770.730.802.20.530.610.660.720.770.810.830.840.8430.550.620.690.750.780.810.840.860.8745.50.650.720.760.780.820.840.850.870.877.50.680.750.800.830.840.850.850.850.85101317223040550.850.870.890.900.900.900.900.900.907515001000.820.850.880.890.910.920.920.920.925.50.550.600.660.710.760.780.800.810.827.50.580.640.700.750.780.800.820.830.83100.720.770.820.850.870.890.900.91130.760.790.830.850.880.900.910.91170.700.800.840.870.880.890.900.900.902230401000550.830.870.890.900.910.910.920.920.925.50.500.540.600.640.680.720.750.760.767.50.560.670.710.750.790.880.840.850.86100.550.620.680.720.750.780.800.8013170.540.630.680.740.780.800.840.850.862230750400.700.760.810.840.860.870.870.870.87•4．运行工况下需要发电机供给的总功率•在计算完各组用电设备所需有功功率和无功功率之后，便可确定各运行工况下发电机应供给用电设备的总功率。此时需要发电机供给的总功率应考虑到各组用电设备之间的第I类负荷总同时使用系数K0Ⅰ和第Ⅱ类负荷总同时系数K0Ⅱ。在发电机供给的总功率中，尚需计入5％的电网损耗。因此，某运行状态需要发电机供给的总功率为•总有功功率(*)•总无功功率•式中PⅠ、PⅡ——该状态下第Ⅰ类、第Ⅱ类负荷的总有功功率；•QⅠ、QⅡ——该状态下第Ⅰ类、第Ⅱ类负荷的总无功功率。001.05IIIIIIPKPKP001.05IIIIIIQKQKQ•在某运行状态下负荷的平均功率因数cosφ可用下法求得，即••在某运行状态下可能短时需要的最大负荷为式中PⅢ——该状态第Ⅲ类负荷的总有功功率。•式(*)计算所得的结果就是船舶在某一运行状态需要发电机供给的总功率，这个总功率是该状态下选择发电机功率和台数的依据。根据最大负荷的总有功功率，再考虑10％～20％的储备容量，即可确定船舶电站的容量。一般说来，船舶在航行等主要运行工况下，总的功率因数不低于0.7，对电站发电机功率的选择影响不大，为简化起见，有时可不计算无功功率。1tantanQQPPmaxIIIPPP四、负荷表的编制•用三类负荷法计算全船电力负荷时，可按下列程序进行：•(1)向轮机和舾装等专业收集全船用电设备的原始数据。•(2)将全船负荷按使用情况分为三类(连续、短时、偶然短时)。•(3)根据船舶类型及用途选定计算工况，将全船用电设备按用途或系统分类并填入电力负荷计算书的表中。•(4)确定系数K1、K2、K3和K0。•(5)计算各电动机和用电设备的额定所需功率P4、设备组的额定所需功率P5、每一运行工况下实际所需有功功率P和无功功率Q。•(6)计算每一运行状态下各类负荷所需的总功率PI、PII、PIII、QI、QII和QIII。•(7)考虑总同时使用系数K0I和K0II，并计及电网损耗5％，计算各运行状态下负荷所需总功率PΣ。•(8)根据上述计算结果选择发电机组的单机功率和数量，并核算各工况下发电机负荷百分率。一般发电机应有10％～20％的储备功率。最后还要用可能出现的短时需要最大负荷Pmax校验发电机的过载能力是否满足。电动机额定数据航行离靠码头装卸货序号用电设备名称数量(台)额定轴功率kW功率kW型号转速r/min效率%利用系数额定所需功率kW额定所需总功率kW需要系数K实际消耗功率kW需要系数K实际消耗功率kW需要系数K实际消耗功率kW一甲板机械1舵机11.22.81400850.433.293.290.20.660.20.662锚机14.86.0ZZYH-211875830.87.237.230.42.893起货机41217.0ZZYH-41630790.721.5286.080.5546.34二机舱辅机1空压机