船舶電力系統(tǒng)概述ppt課件

1、船舶電站及其自動(dòng)安裝 主講人 吳志良 船舶電站及其自動(dòng)安裝緒言船舶電站：在艦船上將非電形狀的能量轉(zhuǎn)換成為符合要求的電能并向船舶電網(wǎng)供電的設(shè)備的總稱(chēng)。船舶電站的開(kāi)展史：四、五十年代前直流電制調(diào)壓、并車(chē)簡(jiǎn)單，調(diào)速平滑、廣四、五十年代后伴隨自激恒壓發(fā)電機(jī)的開(kāi)展，交流，電制成為主流維修、保養(yǎng)簡(jiǎn)單，動(dòng)力與照明隔離六十年代船舶電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化僅單元方面七十年代真正意義上實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)化集成電路西門(mén)子EEA-22船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)、軸帶發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。八十年代微機(jī)運(yùn)用實(shí)現(xiàn)船舶電站自動(dòng)化。西門(mén)子PMA53船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)SIMATIC-S5-95U，可實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)化、智能化。 第一章 船舶電力系統(tǒng)概述 船舶

2、電力系統(tǒng)的組成： 船舶電力系統(tǒng)主要由電源、配電安裝、電力網(wǎng)和 電力負(fù)載四部分組成。 電源：將機(jī)械能、化學(xué)能等能源轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌惭b。 船舶電源主要為主發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組、 暫時(shí)應(yīng)急電源蓄電池、岸電2 配電安裝：配電板配電盤(pán)、分電箱 集中分配電能，對(duì)發(fā)配電進(jìn)展集中控制、監(jiān)測(cè)、維護(hù)3 電力網(wǎng)： 船舶電力網(wǎng)由電纜組成銜接電源-負(fù)載4 負(fù)載：電力拖動(dòng)、船舶電氣照明等。 二 船舶電力系統(tǒng)的特點(diǎn)： 與陸上大電力系統(tǒng)相比，船舶電力系統(tǒng)有如下特點(diǎn)1 容量小 主電站單機(jī)容量普通：n 100KW-n 1000KW， 電站總裝機(jī)容量3-4倍單機(jī)容量。 單個(gè)大負(fù)荷可以與單機(jī)容量相比較，啟動(dòng)沖擊大。 2 負(fù)載變化頻繁

3、 電源-負(fù)載間隔 近線路壓降小，但短路電流大 任務(wù)環(huán)境惡劣三防 三 船舶電力系統(tǒng)的根本參數(shù) 1 電源種類(lèi)：交/直流2 電壓：我國(guó)規(guī)定：400V，國(guó)外日、美船舶采用450V電 壓等級(jí)。到目前為止，我國(guó)商船上尚未有中壓電力系統(tǒng)，但在某些特殊工程船舶鉆井平臺(tái)及為外國(guó)建造的大型油船上，已開(kāi)場(chǎng)采用33kV或66kV系統(tǒng)，隨著造船工業(yè)的開(kāi)展，今后中壓系統(tǒng)必會(huì)增多。各國(guó)的船級(jí)社幾乎都有關(guān)于采用中壓的規(guī)定，如英國(guó)勞氏船級(jí)社,CCS 沒(méi)有關(guān)于中壓的規(guī)定。中壓電力系統(tǒng)特點(diǎn)：設(shè)備尺寸減少、分量、電纜截面減小，但絕緣要求高。 3 頻率：交流配電系統(tǒng)的規(guī)范頻率為50Hz或60Hz。 四 船舶主電站容量確定和 發(fā)電機(jī)組臺(tái)

4、數(shù)的選擇 計(jì)算方法有：三類(lèi)負(fù)荷法、需求系數(shù)法、概率論法 1 三類(lèi)負(fù)荷法 將全船一切的電器設(shè)備按船舶不同工況下的運(yùn)用情況分為三類(lèi)，分別統(tǒng)計(jì)計(jì)算，找出其用電規(guī)律，最終確定電站容量及發(fā)電機(jī)組臺(tái)數(shù)。 船舶主要運(yùn)轉(zhuǎn)工況有： 1航行：船舶全速、滿載航行形狀； 2進(jìn)出港：港內(nèi)低速航行或靠離碼頭等機(jī)動(dòng)形狀； 3裝卸貨：貨船的裝卸貨或油船的裝卸油形狀： 4?？浚和？看a頭、無(wú)裝卸作業(yè)形狀： 5應(yīng)急： 用電設(shè)備按功能分類(lèi)： 1動(dòng)力安裝用輔機(jī)：主海水冷卻泵、淡水冷卻泵等， 2甲板機(jī)械：包括錨機(jī)、絞盤(pán)、舵機(jī)、起貨機(jī)、 舷梯絞車(chē)； 3艙室輔機(jī)：包括生活用水泵、消防泵，艙底泵、 為輔鍋爐效力的輔機(jī)等； 4機(jī)修機(jī)械：包括機(jī)艙

5、起重行車(chē)、車(chē)床、鉆床和電焊機(jī)等； 5冷藏通風(fēng)：包括冷藏貨艙、伙食冷庫(kù)、空調(diào)裝 置、運(yùn)用的輔機(jī)及通風(fēng)機(jī)等； 6弱電設(shè)備：包括導(dǎo)航通訊設(shè)備、無(wú)線電設(shè)備、 自動(dòng)控制設(shè)備及充電安裝等； 7照明設(shè)備：包括艙室照明、航行燈、探照燈 及電風(fēng)扇等運(yùn)用照明電源的設(shè)備。 按運(yùn)用情況分為三類(lèi)： 類(lèi)負(fù)荷：延續(xù)運(yùn)用的負(fù)荷； 類(lèi)負(fù)荷：短時(shí)或反復(fù)短時(shí)運(yùn)用的負(fù)荷； 類(lèi)負(fù)荷：偶爾短時(shí)運(yùn)用的負(fù)荷以及按操作規(guī)程可以在 電站尖峰負(fù)荷時(shí)間以外運(yùn)用的負(fù)荷。 每個(gè)用電設(shè)備從電網(wǎng)獲得功率的計(jì)算： A P1-P5含義 P1 電動(dòng)機(jī)用電設(shè)備的額定功率輸出 P2 被拖動(dòng)機(jī)械的最大軸功率輪機(jī)設(shè)計(jì)提供 P3 被拖動(dòng)機(jī)械的實(shí)踐運(yùn)用功率輪機(jī)設(shè)計(jì)提供 P4

6、 電動(dòng)機(jī)用電設(shè)備額定任務(wù)時(shí)所需功率輸入 從電網(wǎng)獲得 P5 電動(dòng)機(jī)實(shí)踐從電網(wǎng)獲得的功率-負(fù)荷計(jì)算目的值。B 三個(gè)系數(shù)電動(dòng)機(jī)利用系數(shù)： K1=P2/P1機(jī)械負(fù)荷系數(shù)： K2=P3/P2電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷系數(shù)：K3=P3/P1=P3/P2 P2/P1=K1 K2 C 功率估計(jì)電動(dòng)機(jī)用電設(shè)備額定任務(wù)時(shí)所需功率P4=P1/ee-電動(dòng)機(jī)用電設(shè)備額定任務(wù)時(shí)效率電動(dòng)機(jī)實(shí)踐從電網(wǎng)獲得的功率P5= P3/ - K3負(fù)荷系數(shù)下的效率 普通取e=P5=P3/e=K3P4 無(wú)功功率的計(jì)算：Q5P5 tg 作表格計(jì)算負(fù)荷計(jì)算書(shū)根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇機(jī)組的功率和臺(tái)數(shù)。 選擇發(fā)電機(jī)功率和數(shù)量，應(yīng)遵照的普通原那么： 1長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)如航行工況下

7、，盡能夠采用單機(jī)供電， 其負(fù)荷率=負(fù)荷功率/ 額定功率最好在80左右；2主發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)普通3臺(tái)至少2臺(tái)；盡能夠采用同容量。 同型號(hào)機(jī)組，有利于并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和減少備件；3必需設(shè)置備用發(fā)電機(jī)組，其功率應(yīng)等于電站中最大一臺(tái)機(jī) 組的功率，保證當(dāng)最大一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)組損壞時(shí)，仍能滿 足各種工況下船舶電能用戶的需求。2 按需求系數(shù)法確定電站容量 需求系數(shù)是用電設(shè)備實(shí)踐所需求的功率與額定負(fù)載所需 功率的比值,用公式表示為： KC = PshPsePse用電設(shè)備實(shí)踐所需求的功率= Ps/Psh額定負(fù)載所需功率=Kc Pse= KC Pe/ 需求系數(shù)應(yīng)綜合思索：負(fù)荷形狀、任務(wù)制、同時(shí)任務(wù)的概率。 全船用電設(shè)備所

8、需功率P =Kci Psei1.05 1.05-計(jì)及網(wǎng)絡(luò)損失的系數(shù)。 3 按慨率論法計(jì)算電站容量它是根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，找到發(fā)電機(jī)功率與主機(jī)功率之間的關(guān)系，利用回歸分析方法，推導(dǎo)出一些公式，就可以在用電設(shè)備未確定前，預(yù)先確定發(fā)電機(jī)的容量。 五 配電安裝 1 配電安裝的功能： 集中、分配和控制電能。 2 配電安裝按用途分類(lèi)： 1 主配電盤(pán)總配電盤(pán)：用于控制船舶主電站 2 應(yīng)急配電盤(pán)：用于控制應(yīng)急發(fā)電機(jī) 3 充放電板：用來(lái)控制和監(jiān)視充電電源的任務(wù)情況 和蓄電池組的充電與放電，并將蓄電池組的電能 分配給船上的低壓用電設(shè)備。 4 岸電箱：船舶停靠碼頭或廠修時(shí)，船上發(fā)電機(jī)停 止供電，將岸上電源線接到船上岸電箱

9、，再由岸 電箱送到應(yīng)急配電板和主配電板進(jìn)展分配。 3 主配電盤(pán)：由許多屏組成：匯流排：A、B、C 綠、黃、褐/紫接地：黃綠相間或黑色 交流中線：淺蘭色直流：正極-紅色 負(fù)極-蘭色 1發(fā)電機(jī)控制屏功能：監(jiān)控發(fā)電機(jī)組 1屏/機(jī)組成：四部分A：調(diào)理安裝發(fā)電機(jī)控制屏普通包含有勵(lì)磁調(diào)理AVR及無(wú)功分配安裝、發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車(chē)安裝、發(fā)電機(jī)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載安裝等。B： 控制安裝發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)ACB、調(diào)速馬達(dá)開(kāi)關(guān)等C：檢測(cè)安裝主要由各種儀表、互感器組成。D：維護(hù)安裝 短路、過(guò)載、欠壓維護(hù)、逆功率維護(hù)、自動(dòng)分級(jí)卸載 2并車(chē)屏 功能：操作并車(chē)組成：同步表、同步指示燈、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、粗同步電抗器3負(fù)載屏負(fù)載屏上裝有安裝式自動(dòng)開(kāi)關(guān)

10、，電流表、電壓表及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等設(shè)備從母線上饋電給負(fù)載。負(fù)載屏分動(dòng)力負(fù)載和照明負(fù)載 4 應(yīng)急配電板功能：控制應(yīng)急機(jī)，向應(yīng)急電網(wǎng)供電，應(yīng)急配電板包括應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制屏和應(yīng)急負(fù)載屏。 留意：船舶主電站、應(yīng)急電站、岸電三者之間恣意兩者普通不能并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)。 5 充放電板充放電板的作用：對(duì)蓄電池進(jìn)展充電、放電和定期保養(yǎng)，以便向用戶正常供電。 6 有關(guān)檢測(cè)安裝 互感器分類(lèi)： 電壓互感器、電流互感器。 互感器的作用 1將大電壓、大電流按比例變換成小電壓、小電流 2使儀表、繼電維護(hù)安裝消費(fèi)規(guī)范化，且擴(kuò)展了儀表 的運(yùn)用范圍。 3使儀表、繼電維護(hù)和自動(dòng)安裝經(jīng)過(guò)互感器與原邊的高電壓和大電流隔離，從而保證人身與儀表等電器設(shè)備

11、的平安，能可靠任務(wù)。 電壓互感器： 副邊規(guī)范電壓100V電壓互感器運(yùn)用中的本卷須知：1用時(shí)要按照接線標(biāo)志正確接線，留意同名端2電壓互感器原、副邊線圈都不允許短路，否那么互感器將經(jīng)過(guò)很大短烙電流而燒毀， 因此在電壓互感器原、副邊都裝設(shè)熔斷器作短路維護(hù)3 電壓互感器副邊線圈一定要接地。電流互感器： 副邊額定電流5A 電流互感器運(yùn)用中的本卷須知：1用時(shí)要按照接線標(biāo)志正確接線，留意同名端2電流互感器副邊線圈不允許開(kāi)路3電流互感器副邊線圈一定要接地。 六 船舶電網(wǎng)及電纜 1 船舶電網(wǎng)的線制配電系統(tǒng) 1直流 雙線絕緣系統(tǒng) 負(fù)極接地的雙線系統(tǒng) 船體做回路的單線系統(tǒng) 2 單相交流 同上 3三相交流 A 三相絕

12、緣系統(tǒng)普遍采用 特點(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)地絕緣，較平安、可靠，供電 延續(xù)性好，一線接地不構(gòu)成短路； 主電網(wǎng)絕緣電阻較高，便于丈量對(duì)地絕緣； 需用照明變壓器B 中性點(diǎn)接地的三相四線制特點(diǎn)：不需用照明變壓器中性點(diǎn)接地電位固定，系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓較小假設(shè)單線接地，構(gòu)成一相對(duì)地短路，可經(jīng)過(guò)維護(hù)安裝切除，但供電延續(xù)性較差；火線對(duì)地220V，欠平安 C 船體做中線的三相系統(tǒng)比B 省一根線 規(guī)范規(guī)定：油輪只能用絕緣系統(tǒng)大于等于1600T 的船舶，不運(yùn)用船體做回路的配電系統(tǒng) 2 配電網(wǎng)絡(luò) 主應(yīng)急電盤(pán)-用電設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò) 1 分類(lèi)： 主電網(wǎng)一次、二次網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急電網(wǎng)、暫時(shí)應(yīng)急電 網(wǎng)蓄電池、弱電電網(wǎng) 2 主電網(wǎng)的結(jié)線方式 主要有三

13、種結(jié)線方式：放射式、環(huán)式和樹(shù)干式。 1 放射式：一切饋電線均出自主配電板 優(yōu)點(diǎn)：便于集中控制 缺陷：主配電板出線頭多尺寸也需相應(yīng)地增 2 環(huán)式： 優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)負(fù)載雙路供電，可靠性高，生命力強(qiáng) 缺陷：維修保養(yǎng)復(fù)雜，造價(jià)高 因此只需求求高可靠性的軍艦和客船才運(yùn)用此種結(jié)線方式。 3 樹(shù)干式： 配電網(wǎng)絡(luò)像樹(shù)干似地分布。運(yùn)用較廣 3 船舶電纜 電纜構(gòu)造：芯線、絕緣層、防護(hù)套。 船舶電纜的選擇：電纜的選擇應(yīng)根據(jù)敷設(shè)場(chǎng)所的環(huán)境條件、敷設(shè)方法、電流定額、任務(wù)定額、需用系數(shù)和允許電壓降等要素來(lái)確定。 1根據(jù)用途及敷設(shè)環(huán)境條件選電纜牌號(hào) 2根據(jù)負(fù)載電流的大小選電纜芯線截面： 出發(fā)點(diǎn)：保證溫升不超越允許值 3經(jīng)同一電

14、纜供電給多路負(fù)載，該段電纜的電流定額可根據(jù) 總負(fù)荷乘以需用系數(shù)。 4電纜截面的修正 1周?chē)h(huán)境溫度的校正。思索環(huán)境溫度經(jīng)常低于45， 電纜電流定額可以添加 另外，當(dāng)估計(jì)到電纜周?chē)目諝鉁刈兏哂?5時(shí)，電纜電 流定額應(yīng)減小。2管子內(nèi)為電纜截面的修正： 六根以上成束敷設(shè)，取修正系數(shù)0.85 降低電纜電流定額 當(dāng)管長(zhǎng)超越13m，計(jì)算電流電纜經(jīng)過(guò)的負(fù) 載電流應(yīng)比實(shí)踐任務(wù)電流添加25左右。 3非延續(xù)任務(wù)制：假設(shè)電纜供電給短時(shí)和反復(fù) 短時(shí)任務(wù)制的負(fù)載，可加大電纜的電流定額 乘以大于1的修正系數(shù)5 船舶電網(wǎng)電壓降校核 在計(jì)算電網(wǎng)的電壓時(shí)，經(jīng)常運(yùn)用“電壓降落、“電壓損耗和“電壓偏移這樣三個(gè)概念來(lái)闡明沿線電壓變

15、化的情況，電壓降落的定義是：電網(wǎng)始端和未端的電壓向量差，電壓損耗：是輸電線始端和未端電壓絕對(duì)值的差，電壓偏移指：網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的實(shí)踐電壓與該網(wǎng)絡(luò)額定電壓的差，可以用伏表示，也可以用對(duì)額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。例如在額定電壓為400V的母線上其實(shí)踐電壓為380V時(shí)，那么該處電壓偏移為20V一5 規(guī)范規(guī)定：在正常最大任務(wù)電流時(shí)，從匯流排到用戶間的電壓損耗不應(yīng)超越6 %Ue1 單相交流： 電壓損耗 u = u1- u2 = 2 I Rl cos 1即u1在 u2 上的投影Rl = l / rsr-電導(dǎo)率l-線長(zhǎng)mms-截面積mmI cos = P / u2 代入1 u = 2 P l / r s u210

16、VP-功率負(fù)載KW電壓損耗百分值： u / u2e = 2 P l / r s u2e 10 u2e-負(fù)載端額定電壓 校核要求這個(gè)百分值 6% 2 三相 交流負(fù)荷：化單相計(jì)算：中線電流=0，只需一個(gè)線電阻Rl u相= Il Rl cos 又 P三相 = 3 Il ul cos Il cos = P/ 3 ul u相 / u相e = Il Rl cos / u相e = P三相 l / r s ul 10= 3 Il cos l / r s ul 校核要求這個(gè)百分值 6% 七 蓄電池 1 蓄電池在船上的用途： 1作為暫時(shí)應(yīng)急電源或備用電源30分鐘 2柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)電源。 3報(bào)警系統(tǒng)電源。

17、4船電通訊系統(tǒng)電源。 5主發(fā)電機(jī)充磁電源 2 分類(lèi)： 酸性蓄電池、堿性蓄電池 3 酸性蓄電池的構(gòu)造和任務(wù)原理 反響方程式表示如下： 放電 Pb02 2H2S04 十 Pb = PbS04 2H20 十 PbS04 +電解液- 充電 + 電解液 - 標(biāo)志： 硫酸的比重會(huì)降低到1.15為限，端壓降低到1.7V為限；充電后，硫酸的比重添加到1.28為限，端壓上升到2.4-2.6V為限。酸性蓄電池中每個(gè)小電池的電動(dòng)勢(shì)為21V。 酸性蓄電池的容量： 單位：安時(shí) 用10小時(shí)放電率的安時(shí)數(shù)表示其容量標(biāo)稱(chēng)容量 酸性蓄電池的充電： 新的或長(zhǎng)期庫(kù)存蓄電池，在運(yùn)用前需經(jīng)過(guò)初次充電，其步驟如下： 配制電解液，用=1.

18、84純硫酸1份容積參與2份容積蒸餾水配成=1.28的稀硫酸留意配制電解液時(shí)，應(yīng)把硫酸徐徐注入蒸餾水中，加至液面高于隔板以上1CM，電解液參與后，將電池靜置23小時(shí)，即可將電池的正負(fù)極與電源的正負(fù)極對(duì)應(yīng)接好，預(yù)備充電。 第一階段：用1/14容量值安培充電25-35小時(shí)； 第二階段：用1/28容量值安培充電20-30小時(shí)； 直到電壓和電解液比重在3h內(nèi)根本不變，電解液比重為1.酸28，單個(gè)電池電壓為242，6V，有大量氣泡溢出。通常充電方法： 1恒流充電法：在充電過(guò)程中充電電流堅(jiān)持不變。2恒壓充電法：在充電過(guò)程中充電電壓一直堅(jiān)持 不變。3 分段恒流充電法：在充電初期，蓄電池用較大 電流充電，當(dāng)蓄電池發(fā)出氣泡，電壓上升到2.4V 左右時(shí)，改用第二階段較小電流充電。此法既 不浪費(fèi)電力，時(shí)間又較省，對(duì)延伸電池壽命也 有利，是目前船舶上常用的充電方法。4浮充電法：蓄電池直接和直流電網(wǎng)并聯(lián)，電網(wǎng) 向其負(fù)載供電的同時(shí)也向蓄電池進(jìn)展充電。電 網(wǎng)一旦失電，蓄電池可以立刻向負(fù)載供電。 過(guò)充電法： 在正常情況下，再用10小時(shí)放電率電 流的1/2-1/4進(jìn)展充電1小時(shí)，停1 小時(shí)，反復(fù)充電直到合閘冒泡止 過(guò)充電法運(yùn)用條件： 1蓄電池已放電到極限電壓以下； 2以最大電流放電超越限制； 3蓄電池長(zhǎng)期充電缺乏；3 堿性蓄電池： 堿性蓄電池的構(gòu)造和