船舶电站

第七章船舶电站第一节船舶电力系统一、船舶电力系统的组成及其基本参数1.船舶电力系统的组成船舶电力系统是由电源、配电装置、电力网及用电负载组成，如图7-1-1所示。图7-1-1船舶电力系统单线图（1）电源：包括发电机组和蓄电池组。主发电机组是船舶的主电源，主发电机不能供电时由应急发电机组或蓄电池组向船舶重要航行设备和应急照明系统供电。直流船舶电力系统用直流发电机组，交流船舶电力系统用交流发电机组。发电机组的原动机用得最多的是柴油机，其次是汽轮机，应急发电机均采用柴油发电机。近年来又有节能型主机轴带发电机、主机废气透平发电机等作为航行期间的电源。（2）配电装置：分为总配电盘、分配电盘（动力、照明分配电盘）、应急配电盘、蓄电池充放电盘及岸电箱。（3）电力网：是全船电缆电线的总称。其作用是联接电源和负载以传送电能。（4）负载：照明设备，甲板电力拖动机械（如锚机、舵机、起货机等），舱室电力拖动机械（如各类泵、空压机、空调、通风机，冷藏装置等），通信导航设备（如无线电收发报机、电罗经、雷达、无线电测向仪等）以及船内通信、广播和生活用电等设备。2.系统基本参数（1）电流种类（即电制）：直流或交流。（2）额定电压等级：我国交流船舶主电网额定电压为380V；照明电压220V；直流船舶额定电压有220V或110V。电源额定电压约比电网电压高5%，如发电机为400V，照明变压器为230V。国外建造的交流船舶电网电压有440V的。（3）额定频率等级：我国为50Hz。电网电压为440V的额定频率为60Hz船舶电力系统参数与陆上一致，便于接用岸电和采用陆用派生电器设备系列。二、船舶电网的组成、制式及分类1.船舶电网的组成由船舶电缆、导线和配电装置并以—定的联接方式组成的整体，称为船舶电网。发电机产生的电能通过船舶电网分配给各处的用电设备，通常把主配电盘与分配电盘之叫的网络称为一次配电网络，而分配电盘到各用电设备之间的网络称为：二次配电网络。2.电网的制式船舶交流电网有三种线制，即三相绝缘的三相三线制系统、中性点接地的三相四线制系统和以船体为中线回路的中性点接地的三相三线系统，如图7-1-2所示。大多数船舶采用中性点不接地的三相三线制系统。这种系统供电安全可靠，因为动力与照明系统经变压器隔离，两者之间没有直接电的联接，相互影响小。特别是易出绝缘故障的照明系统对动力系统的影响大为减小。同时，发生单相接地时不会产生短路电流而跳闸，也不影响三个线电压的对称关系，能最大限度地保持连续供电。3.船舶电网的分类（1）动力电网：供电给电动机负载和大的电热负载的供电网络。负载可由主配电盘、分配电盘或分电箱供电。图7-1-2船舶交流电网线制（2）正常照明电网：由主变压器供电的照明网络；可通过主配电盘的照明负载屏供电给照明分配电盘、分电箱到照明灯具。（3）应急电网：主电网失电时的应急供电网络。它向特别重要的辅机、应急照明、各种信号灯以及通信和导航设备供电。在正常情况下，应急电网可通过联络开关由主配电盘供电。（4）小应急电网：由24V蓄电池组供电的网络。向小应急照明、主机操纵台、主配电盘前后、锅炉仪表及助航仪设备等供电。（5）弱电网：向全船无线电设备、各种助航设备、船内通信设备以及信号报警系统供电的网络。第二节主配电板的组成与功能主配电盘一般是由发电机控制屏、并车屏和负载屏及联接母线组成。1.发电机控制屏：用来控制、调节、监视和保护发电机组。每台发电机都有自己的控制屏。控制屏面板上部装有发电机的电流表、电压表、频率表、三相功率表及功率因数表（或千乏表），用于监视发电机的运行参数和负荷状态。电压表和电流表下面各设有三相测量转换开关，用于检查三相电流和电压的对称性。面板中部有发电机主开关的合闸和脱扣按钮及手动合闸手柄（有的装在面板里面）、原动机的调速操作开关（用于调节发电机的频率）。发电机的主开关是框架式万能空气断路器，装在屏的里面，既是开关又是发电机的保护装置。屏里面设有仪用电流互感器、电压互感器及逆功率继电器等。没有专用并车屏的，将并车整步用的整步表、整步灯及其转换开关等装在各发电机控制屏中位于中间的控制屏上。2.并车屏：对于发电机机组较多主配电盘较大的，为并车操作方便设专用并车屏。将整步表整步指示灯及其转换开关都装在并车屏的面板上，还装有用于检测电网和待并机频率的频率表及其转换开关。同时在并车屏上也装有各发电机的调速开关、合闸和脱扣按钮等，可在控制屏和并车屏两处分别操作。有粗同步并车的船舶，将同步电抗器及其控制和操作器件也置于并车屏中。3.负载屏：负载屏用来分配电能，并对各馈电线路进行控制、监视和保护。将电能馈送至重要的或大容量负载、分配电盘和分电箱。每一馈电线路在负载屏上都设有一个自动开关进行控制和保护，这些自动开关大多为装置式（或称塑壳式）自动空气断路器。负载屏上常设有电流表，并通过转换开关可测各馈电线路的负载电流。照明负载集中于独立的屏上，称为照明负载屏，上装有照明变压器开关和电流表、电压表及其转换开关等。负载屏上通常设有用于连续监测电网绝缘的绝缘电阻表和绝缘指示灯等。负载屏上还装有主配电盘与应急配电盘之间的联络开关、与岸电箱相连的岸电开关及相序指示灯。由主配电盘直接供电的设备：有舵机、锚机、消防泵、航行灯、无线电电源板、电罗经、电航仪器电源箱、苏伊士运河灯等重要负载，还有空压机、锅炉鼓风机等大容量负载。特别重要的设备，如舵机、航行灯等采用两条互相独立的馈电线进行双路供电。从主配电盘左右舷引出或从主配电盘及应急配电盘分别引出。3.汇流排（或联接母线）：是主配电盘所有屏公用的联接导体。安装在主配电盘里面、并横贯主配电盘的三条扁铜排。它们分别为交流的A（绿色）、B（黄色）、C（褐色）三相。有的汇流排由隔离开关分为两段或几段，断开隔离开关可进行部分设备的停电检修而不中断重要设备的供电。第三节应急电源系统一、应急电源系统的组成及功用我国《钢质海船建造及人级规范）规定，客船及1000总吨以上的货船在一般情况下均府设有应急电源。应急电源必须独立于主电源。如果应急电源是发电机组，则必须有蓄电池作临时应急电源。1.应急电源系统的组成应急电源系统包括应急发电机组、应急配电盘和应急蓄电池组及其充放电板。组成应急电源系统的所有设备，还应包括作定期功能试验的一些设备。通常称应急发电机为大应急电源，称临时应急蓄电池组为小应急电源。2.应急电源的职能当船舶主电源失去供电能力时，应急电源应向应急用电设备供电，应急电源必须独立于主电源。应急电源可供使用的功率应能充分供应在应急情况下为安全所需的所有重要设备（如必要的照明、救生、通讯、消防等安全设施）的用电。3.对应急电源的连续供电时间和供电范围的要求（1）小应急蓄电池组容量应能保证指定的供电负载正常工作30min。（2）应急电源容量应能保证对应急用电设备连续供电的时间有如下规定：航区客船货船≥5000总吨1000~5000总吨无限航区36h6h3h国内沿海航行3~12h2h2h（3）根据《钢质海船建造及人级规范》规定，应急电源的供电范围：①航行灯及各种信号灯②应急照明：救生艇等救生设备存放处、登艇点及其舷外，梯道、出入口及脱险通道：超过16人的居住舱室和公共舱室，机器处所，集控室，主、应急电站，操舵间，驾驶室及海图室，无线电室，应急消防设备存储处。③通信联络：探照灯、号笛，无线电设备，通用报警器、二氧化碳施放告警器。④消防灭火：探火及火灾报警系统，尹动失火报警按钮，应急消防泵，消防自动喷水系统。⑤其他：固定式潜水泵，舵机，应急空压机。°（4）小应急电源主要是向上述需要应急照明处所的小应急电网的照明供电。二、应急发电机和应急配电盘应急发电机组和应急配电盘构成船舶应急电站，应急发电机和应急配电盘安装在艇甲板的同一舱室内。1.应急发电机组：由于柴油机有较好的独立性和机动性，应急时能迅速投入运行，因此应急发电机组均采用柴油发电机组。交流应急发电机一般为相复励自励恒压同步发电机。心急发电饥绀采用电动起动，均配有自动起动装置，既可手动起动也可自动起动，平时置于自动起动状态。当主电网失电时，经延时确认即可自动起动、自动合闸向应急电网供电。通常冷车起动时，可能一次起动一定成功，所以自动起动装置一般都是在30s内控制起动三次，三次起动失败停车并发出报警，当主电网恢复供电，应急发电机主开关自动跳闸，起动控制装冒门动关油门停机：应急发电机的原动机设有冷却水温和滑油压力报警。应急发电机组及其白动起动装置应定期进行试验，以使其经常保持良好的备用状态。2.应急配电盘：是由发电机控制屏和负载屏组成。屏上各开关设备的控制和保护功能以及各仪表监测功能与主发电机的控制屏基本相同。因它是独立运行的，故不设并车设备和逆功率保护、负载屏仅向全船应急负载供电。负载屏也分动力屏和照明屏，应急照明负载通过照明变压器供电。3.充放电板：足蓄电池组充电、放电及其控制、监视和保护的装置。充电电源，在交流船上多为桥式二极管或晶闸管整流器装置，并有交流电源开关及熔断器和向24V蓄电池组充电的总开关，以及监视充放电的直流电压表和电流表。非整流充电电源必须设有逆电流继电器保护，防止蓄电池向充电的直流发电机放电。放电回路，有小应急照明放电回路、操纵仪器和无线电通信设备放电回路。小应急照明每一分路设有短路保护熔断器，但不设分路开关，所有回路均由一接触器进行总的控制，当主、应急电网均失电时，该接触器接通小应急电网。其他设备则分别用控制开关送电。4.应急电源与主电源的联锁关系应急配电盘由独立馈线经联络开关与主配电盘联接，可看作是主电网的一个组成部分。应急电网平时可由主配电盘供电，只有当主电源失电时，联络开关，才自动断开，由应急发电机组独立供电。（1）应急电源与主电源之间的电气联锁：为防止发生应急电源和主电源非同步并联投入供电，故要求在心急发电机和主发电机之间应有联锁控制环节，即当主发电机正常供电时，自动断开应急发电机的自动起动电路，使应急发电机不能自动起动运行。一旦主电网失电，应急发电机纽的自动起动装置经延时确认是持续断电，则在30s内应急发电机自动起动，并自动合闸投入供电。并禁止通过联络开关向主配电盘供电，因此只有联络开关处于断开状态应急发电机的自动开关才能合上闸。当主发电机恢复供电时，应急发电机自动跳闸，然后自动（或手动）停机。图7-3-1为其联锁电路，KA为联锁继电器。当主发电机供电时，其主开关QF的常开辅触头闭合，KA线圈有电，KA常闭触头断开，使应急发电机的自动起动装置不能工作，并断开应急发电机主开关的失压线圈电路，使其不能合闸。只有主电网完全失电后应急发电机才能自动起动及合闸。（2）小应急电源与主发电机、应急发电机之间的联锁关系：当主电源失电，小应急立即㈠动投入向小应急照明供电，直至应急发电机组投入供电或主发电机恢复供电时小应急自动退出：三、船用蓄电池1.蓄电池类型蓄电池（或二次电池）是一种可以充电并反复使用的电源。蓄电池是船上最可靠的电源，主要用作应急电源、应急柴油发电机组和救生艇柴油机的起动电源、无线电台应急电源，也是船内通信设备，如电话、广播、信号报警等系统的正常电源。图7-3-1主、应急发电机和岸电间的联锁环节船用蓄电池有两种类型：酸性蓄电池（或铅酸蓄电池）和碱性蓄电池。酸性蓄电池按用途可分为起动用、牵引车辆用、固定型及其他用途的等四种系列。酸性蓄电池历史悠久、用途广泛、价格低廉。船用蓄电池多为酸性蓄电池。碱性蓄电池有镉-镍、铁-镍、锌-银、镉-银等品种。碱性蓄电池工作电压平稳、可大电流放电、机械强度高和使用寿命长，但价格较高。2.蓄电池的工作原理蓄电池是利用电池极板上的活性物质的电-化学反应实现电能与化学能之间的相互转换。蓄电池放电时消耗活性物质，将化学能转换为电能；充电时活性物质得以恢复，将电能转换为化学能，是储能装置。（1）酸性蓄电池：负极为海绵状铅（Pb），电解液为密度1.20~1.29的稀硫酸溶液（H2SO4），正极的活性物质为二氧化铅（PbP2）。放电时两极活性物质逐渐变成硫酸铅，而电解液的硫酸减少、水增多，因此电解液比重下降；充电时则相反。电极反应可用下式表示Pb+2H