電子技工業(yè)務(wù)第4章 船舶電力系統(tǒng)

第四章船舶電站一、船舶電力系統(tǒng)的組成與特點第一節(jié)

船舶電力系統(tǒng)電源∶

電源是將其他形式的能量（如機械能、化學(xué)能、核能）轉(zhuǎn)換成電能的裝置。配電裝置∶

配電裝置是對電源和負(fù)荷進行分配、監(jiān)視、測量、保護、轉(zhuǎn)換、控制的裝置，并對船舶正常航行或應(yīng)急狀況下使用的電力和照明負(fù)載進行配電的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的組合裝置。（一）船舶電力系統(tǒng)的組成一、船舶電力系統(tǒng)的組成4.1船舶電力系統(tǒng)船舶電力網(wǎng)∶

船舶電力網(wǎng)是指向全船供電的電纜與電線組成的饋電系統(tǒng)的總稱,其作用是把電源的電能傳輸給全船所有的用電設(shè)備。電力負(fù)載∶

電力負(fù)載又稱船舶用電設(shè)備,將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能、光能、熱能和其他形式能。船舶電力系統(tǒng)簡圖（二）船舶電力系統(tǒng)的特點1.船舶電站容量較小(特殊的電力推進船除外）2.船舶電站與用電設(shè)備之間的距離短3.船舶電氣設(shè)備工作條件惡劣二、船舶電力系統(tǒng)的基本參數(shù)1.電流種類2.額定電壓等級用電設(shè)備的額定電壓發(fā)電機的額定電壓電力變壓器的額定電壓3.額定頻率等級直流、交流、混合電制50Hz或60Hz一、三相交流同步發(fā)電機的基本構(gòu)造同步電機也是一種交流電機,與三相異步電動機對應(yīng),三相同步電機的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速保持同步,所以稱為同步電機。同步電機分為同步發(fā)電機和同步電動機,船舶電力系統(tǒng)都采用同步發(fā)電機發(fā)電,向外輸出電能。與異步電機不同,同步電機有可逆性,即接通三相電源、同步電機便成為電動機,這時是電動機運行狀態(tài);若通過原動機(柴油機、汽輪機、燃?xì)廨啓C)拖動轉(zhuǎn)子時,同步電機可發(fā)出三相交流電,這時是發(fā)電機運行狀態(tài)。第二節(jié)

船用同步發(fā)電機一、三相交流同步發(fā)電機的基本構(gòu)造1.定子(電樞)定子由定子鐵芯、定子繞組、機座、端蓋、擋風(fēng)裝置等部件組成。鐵芯由厚0.5mm彼此絕緣的硅鋼片疊成,整個鐵芯固定在機座內(nèi),鐵芯的內(nèi)圓槽內(nèi)放置三相對稱的繞組,即電樞繞組。一、三相交流同步發(fā)電機的基本構(gòu)造2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子有凸極和隱極兩種,圖所示為勵磁式同步電動機結(jié)構(gòu)示意圖。二、同步電機的基本類型1.轉(zhuǎn)磁式與轉(zhuǎn)樞式按同步發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及作用不同有兩種類型,即旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式。船用同步電機主要是轉(zhuǎn)磁式。而轉(zhuǎn)樞式的定子是磁極,磁極固定在鐵芯機殼(磁軛)上,轉(zhuǎn)子是電樞,轉(zhuǎn)子鐵芯圓周槽內(nèi)嵌放對稱的三相電樞繞組,三相繞組的三個出線端和中線分別接到固定在軸上的彼此絕緣的四個滑環(huán)上,通過電刷機構(gòu)對外引出三相四線。有些小容量的同步電機和特殊用途的發(fā)電機(如勵磁機)采用轉(zhuǎn)樞式結(jié)構(gòu)。二、同步電機的基本類型2.自勵式和他勵式按同步發(fā)電機的勵磁電源的不同有兩種基本類型,即自勵式和他勵式。三、三相交流同步發(fā)電機的工作原理1.同步發(fā)電機基本原理同步發(fā)電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。按三相對稱分布,在定子鐵芯上繞有三相對稱繞組;轉(zhuǎn)子上也有鐵芯,在鐵芯上繞有一對或數(shù)對繞組,一般借助兩個滑環(huán)引入直流電流,以獲得固定磁極極性的磁場。同步發(fā)電機與直流發(fā)電機一樣,也是根據(jù)電磁感應(yīng)原理,將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。不過它所輸出的電能是一種交流電能,故又稱交流發(fā)電機。三、三相交流同步發(fā)電機的工作原理2.同步發(fā)電機的起壓與勵磁轉(zhuǎn)子由原動機帶動而旋轉(zhuǎn),這樣轉(zhuǎn)子的磁場就變成旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)它切割定子上的三相繞組以后,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,則感應(yīng)出三相交流電。對同步發(fā)電機勵磁,必須具備供給勵磁電流的直流電源。這個電源可以是直流發(fā)電機,或是帶整流器的交流發(fā)電機;也可以在同步發(fā)電機定子輸出的交流電壓上加裝整流裝置作為直流電源。三、三相交流同步發(fā)電機的工作原理2.同步發(fā)電機的起壓與勵磁對于中小型同步發(fā)電機,額定勵磁容量僅是發(fā)電機額定容量的3%左右,發(fā)電機本身完全有能力供給這點功率,因此,船舶小功率同步發(fā)電機、移動式電站的同步發(fā)電機大多采用自勵式的勵磁方式。如果采用恰當(dāng)?shù)拇胧?采用自勵式不僅可以使同步發(fā)電機依靠剩磁自勵起壓,而且還可以使發(fā)電機具備有自動控制勵磁的能力,在一定范圍內(nèi)維持發(fā)電機的電壓基本不變,從而改善了發(fā)電機性能。這種具有自動控制勵磁能力的自勵式同步發(fā)電機,一般稱為自勵恒壓同步發(fā)電機。三、三相交流同步發(fā)電機的工作原理3.同步發(fā)電機的自勵起壓在發(fā)電機的磁極上存在剩磁的條件下,當(dāng)其轉(zhuǎn)子即磁極以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時,在定子繞組中感應(yīng)出具有額定頻率的交流剩磁電勢。這個剩磁電勢經(jīng)整流后加在勵磁繞組上,勵磁繞組內(nèi)將通過不大的勵磁電流,在發(fā)電機磁路中建立磁勢,這樣系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端,如果磁化方向與剩磁方向相同,就可使氣隙磁場得到加強,由感應(yīng)產(chǎn)生的電勢得以升高,從而增大整個系統(tǒng)的電樞電壓,由于整流裝置交流側(cè)勵磁電壓就是電樞電壓,因此,氣隙磁場更得到增強。如此反復(fù),發(fā)電機的端電壓便上升到一定值。四、船用同步發(fā)電機的銘牌數(shù)據(jù)銘牌上一般有以下各項:(1)額定功率PN(kW)或額定容量SN(KVA)。指該電機的輸出功率(或容量)的保證值。(2)額定電壓UN(V)。若無特別說明,銘牌上的數(shù)值是指定子繞組的額定線電壓,同步發(fā)電機一般采用Y接法,其額定相電壓為該值的1/3。(3)額定電流IN(A)。若無特別說明,銘牌上的數(shù)值是指線電流。Y接法時,額定相電流等于額定線電流。(4)額定轉(zhuǎn)速nN(r/min),為額定運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。(5)額定頻率fN(Hz)。我國的標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz。(6)額定功率因數(shù)cosφN

。同步電機在正常運行條件下,負(fù)載的功率因數(shù)cosφ=cosφN時,才能輸出額定功率。(7)溫升(度)或絕緣等級。銘牌上的溫升是指允許溫升,也可理解為溫升保證值,即按銘牌上數(shù)據(jù)正常運行時,可以保證電機溫度升高不會超過該數(shù)值。除上述各項外,銘牌上還常有一些其他運行數(shù)據(jù),如激磁電壓、激磁電流或激磁容量等,還有重量、尺寸等別的參數(shù)。一、船舶配電裝置分類(1)主配電板：用來控制和監(jiān)視主發(fā)電機的工作,并對全船電網(wǎng)進行配電。(2)應(yīng)急配電板：用來控制和監(jiān)視應(yīng)急發(fā)電機的工作,并對應(yīng)急電網(wǎng)進行配電。(3)充放電板：用來控制和監(jiān)視充電設(shè)備,對蓄電池進行充放電以及對低壓電網(wǎng)進行配電。(4)岸電箱：船舶?？看a頭或廠修時接岸電用。(5)分配電箱：向成組的用電設(shè)備進行配電。按用電性質(zhì)可分為電力、照明、無線電、通信導(dǎo)航等多種不同的類型。第三節(jié)船舶配電裝置所謂配電裝置,就是用來接受和分配電能的電氣裝置,其中包含開關(guān)電器、保護電器、自動化設(shè)備、測量儀表、連接母線和其他輔助設(shè)備,具有對電力系統(tǒng)進行控制、測量、保護和調(diào)整等作用。二、船舶主配電板的組成與功能主配電板是船舶電力系統(tǒng)中最主要的配電裝置。它由多個金屬結(jié)構(gòu)的落地式箱、盤或柜組裝而成,每一箱柜稱為一個屏,屏與屏之間以螺釘固緊,每一屏的面板上裝有各種必需的配電電器和測量儀表。主配電板主要由發(fā)電機控制屏、負(fù)載屏、并車屏和匯流排組成。(一)主配電板的功能(1)根據(jù)需要接通或斷開電路(手動或自動);(2)當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,保護裝置能按要求動作,切除故障設(shè)備或網(wǎng)絡(luò),或發(fā)出報警信號;(3)測量和顯示運行中各個電氣參數(shù),如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等;(4)能對電站的電壓、頻率,以及并聯(lián)運行的各發(fā)電機組的有功、無功功率進行調(diào)整;(5)能對電路狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)以及偏離正常工作狀態(tài)進行信號顯示。(一)主配電板的功能(二)發(fā)電機控制屏發(fā)電機控制屏主要是由測量儀表及其轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈、發(fā)電機主開關(guān)、發(fā)電機繼電保護及并車控制裝置、調(diào)速開關(guān)、發(fā)電機勵磁裝置及其他轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組成。其主要功能有發(fā)電柴油機的起動與停車(含應(yīng)急停車)、發(fā)電機同步、發(fā)電機運行參數(shù)監(jiān)測、發(fā)電機并車保護控制等。(二)發(fā)電機控制屏(三)負(fù)載屏普通負(fù)載屏有動力和照明屏兩類,其面板上設(shè)有配電開關(guān)、電流表等測量儀表及其轉(zhuǎn)換開關(guān)等,在動力和照明屏上一般還都設(shè)有各自的絕緣監(jiān)測裝置。大功率及部分重要的電動機控制箱組成的組合起動屏,主要功能是重要輔助設(shè)備的起動與停止、控制方式選擇以及運行參數(shù)監(jiān)測,這些設(shè)備包括:主海水泵、淡水泵、主機滑油泵、機艙風(fēng)機等。負(fù)載屏主要是由配電開關(guān)、負(fù)載起動繼電-接觸控制裝置、起動與停止按鈕、指示燈、熔斷器等部分組成,大負(fù)載裝有電流表。(三)負(fù)載屏(四)并車屏在并車屏上可以進行發(fā)電機調(diào)速、合閘與分閘,發(fā)電機并車與解列,負(fù)載功率的轉(zhuǎn)移與均勻分配,發(fā)電機備機順序選擇,電站管理模式選擇,電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)測以及發(fā)電機組故障的聲光報警顯示等操作。并車屏主要由電壓表(電網(wǎng)、待并機)、頻率表(電網(wǎng)、待并機)、同步表與同步指示燈及其轉(zhuǎn)換開關(guān)、調(diào)速開關(guān)(按鈕)、合(分)閘按鈕等部分組成,有些并車屏上還安裝了兆歐表。電站的監(jiān)測報警和自動化裝置也裝在并車屏的中上部,該屏中部有狀態(tài)及報警指示燈,報警蜂鳴器,消聲、消閃、試燈、警報復(fù)位等按鈕。(四)并車屏(五)匯流排匯流排是指配電板中用銅質(zhì)裸條排制成的發(fā)電機電源引出線和電網(wǎng)并聯(lián)線等。它具有外形美觀大方、通過電流大、散熱條件好、并聯(lián)接頭方便等優(yōu)點,因此在配電板中被廣泛使用。(1)對直流匯流排和裸線的極性顏色規(guī)定為:①正極-紅色;②負(fù)極-藍(lán)色;③接地線-綠色和黃色間隔。(2)對交流匯流排和裸線的相序顏色規(guī)定為:①第1相-綠色;②第2相-黃色;③第3相-褐色或紫色;④接地線-綠色和黃色間隔;⑤中性線-淺藍(lán)色。三、船舶重要負(fù)載的供電1.對兩路配電的要求為了確保船舶安全航行,在發(fā)生海損事故時可能損壞關(guān)鍵用電設(shè)備的電源線,因此要求這些設(shè)備由兩路獨立配電,輸電的電纜應(yīng)彼此遠(yuǎn)離,一般由船舶兩舷敷設(shè)此兩路電纜。當(dāng)一路電源損壞后,可用轉(zhuǎn)換開關(guān)很快換接另一路電源,以使這些設(shè)備連續(xù)工作。如:舵機、航行燈、信號燈、主機遙控等。三、船舶重要負(fù)載的供電2.重要負(fù)載由主配電板直接供電例如:舵機、錨機、消防泵、消防自動噴水系統(tǒng)、航行燈控制箱、電羅經(jīng)、蘇伊士運河探照燈、無線電臺及助航儀器電源等均須由主配電板負(fù)載屏直接供電,而不經(jīng)分配電箱供電,以保證對船舶航行最重要設(shè)備的供電。3.按用電設(shè)備的重要性實行分級供電這是區(qū)別對待的供電措施,其目的在于優(yōu)先保證重要負(fù)載的供電可靠性。當(dāng)負(fù)荷高峰引起發(fā)電機過載時,將次要用電設(shè)備(例如船舶空調(diào)裝置)從電網(wǎng)上自動切除,即自動卸載,以使發(fā)電機處于正常運行狀態(tài)。分級供電時,由于繼電保護的作用,低等級配電板上負(fù)荷發(fā)生故障時,一般不會影響它前級配電板的供電。一、應(yīng)急電源系統(tǒng)(一)應(yīng)急電源根據(jù)《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》要求,應(yīng)急電源可以是應(yīng)急發(fā)電機,也可以是蓄電池組。在主電源供電失效時,應(yīng)急電源應(yīng)能自動起動(若為應(yīng)急發(fā)電機)和自動連接于應(yīng)急配電板,給規(guī)定的應(yīng)急設(shè)備供電。當(dāng)應(yīng)急電源為應(yīng)急發(fā)電機組時,尚應(yīng)設(shè)置蓄電池組作為臨時應(yīng)急電源。第四節(jié)應(yīng)急電源系統(tǒng)及岸電一、應(yīng)急電源系統(tǒng)(二)應(yīng)急配電板的特點(1)應(yīng)急電網(wǎng)的電壓和頻率(對交流電制而言)應(yīng)與主電網(wǎng)相同。(2)應(yīng)急配電板供電應(yīng)與岸電供電有聯(lián)鎖,以避免應(yīng)急發(fā)電機與岸電并網(wǎng)。(3)一般來講,應(yīng)急發(fā)電機不能作為停泊發(fā)電機使用。(4)應(yīng)急配電板上應(yīng)裝設(shè)檢測發(fā)電機用的電壓表、電流表和頻率表(對交流電制而言),有時還裝設(shè)功率表。(5)應(yīng)急配電板上應(yīng)裝設(shè)連續(xù)檢測絕緣電阻并在絕緣電阻異常低時發(fā)出聲光報警的絕緣電阻監(jiān)測報警器。一、應(yīng)急電源系統(tǒng)(二)應(yīng)急配電板的特點(6)應(yīng)急配電板上應(yīng)裝設(shè)測量照明電網(wǎng)的電壓表。(7)除設(shè)有滿足要求的臨時應(yīng)急電源的貨船外,應(yīng)保證主電源失效時能自動起動應(yīng)急發(fā)電機,并自動連接至應(yīng)急配電板,保證在45s內(nèi)給應(yīng)急負(fù)載供電。(8)為了保證應(yīng)急電源的迅速獲用,必要時應(yīng)有在應(yīng)急配電板上自動將非應(yīng)急電路切斷的措施,以確保向應(yīng)急負(fù)載供電。(9)如果應(yīng)急電網(wǎng)是獨立的電網(wǎng)(即平時不是由主配電板供電),則應(yīng)急配電板配電回路最好不裝設(shè)開關(guān),而只用熔斷器作為保護裝置。(10)直流電制船舶借用交流岸電應(yīng)考慮應(yīng)急照明亦能使用交流岸電。一、應(yīng)急電源系統(tǒng)(三)應(yīng)急發(fā)電機組的特點應(yīng)急發(fā)電機組一般位于機艙外的艇甲板上專用的應(yīng)急發(fā)電機間內(nèi),其功率應(yīng)根據(jù)應(yīng)急供電設(shè)備的總裝置功率來確定。應(yīng)急發(fā)電機組通過應(yīng)急配電板把電能分配給各應(yīng)急負(fù)載。應(yīng)急發(fā)電機間還應(yīng)有應(yīng)急照明變壓器、應(yīng)急發(fā)電機起動用蓄電池。應(yīng)急發(fā)電機組在主電網(wǎng)正常是處于不運行狀態(tài),只有在主電站斷電時,才投入使用。因此,應(yīng)急發(fā)電機組一般都有自動起動控制裝置,以保證盡快起動到達(dá)額定轉(zhuǎn)速、建立電壓、投入使用。當(dāng)柴油機接到起動指令后,立即起動升速到額定轉(zhuǎn)速,發(fā)電機建立電壓后即可投入供電運行。如果柴油機三次起動失敗,則發(fā)出起動失敗故障報警。二、岸電船舶進廠及靠港檢修時,或某些船舶靠港停泊時,可以用陸地的電源來供電,稱為“岸電”。接岸電時,陸上電源通過電纜接到通常位于主甲板層的岸電箱,岸電箱一般都有岸電電源指示燈、斷路器或開關(guān)加熔斷器、岸電接線柱、相序指示燈(或負(fù)序繼電器)、船電電壓與頻率表。換接岸電的操作一般是在主配電板上進行的,在主配電板上除岸電開關(guān)外,還設(shè)有岸電指示燈,以指示岸電電纜已經(jīng)通電。二、岸電(一)換接岸電操作(1)進廠塢修時,將岸上電力電纜接在岸電箱的岸電接線柱上,合上岸上配電開關(guān),岸電電源指示燈亮(這一項工作,一般由船廠工人承擔(dān))。(2)由岸電箱上相序測定器指示岸電與船電間相序,當(dāng)兩個指示燈的亮暗關(guān)系與岸電箱上標(biāo)志相一致時,說明岸電相序與船電相序一致,否則即相序不一致。3)在主配電板前,當(dāng)岸電指示燈亮?xí)r,表明岸電已送到岸電開關(guān),這時分?jǐn)嗨写鞍l(fā)電機的主開關(guān),電網(wǎng)失電后立即將岸電開關(guān)合上;若岸電開關(guān)在應(yīng)急配電板上,則電網(wǎng)斷電后應(yīng)到應(yīng)急配電板前將岸電開關(guān)合上,這時船舶電網(wǎng)已換接成岸電供電。二、岸電(二)接岸電注意事項(1)接岸電時岸電與船電的電流種類應(yīng)一致。(2)接岸電時岸電的額定頻率、額定電壓應(yīng)與船電相一致。(3)當(dāng)岸電為三相四線制時,需將岸電的中性線接在岸電箱上接船體的接線柱上。只有船體與岸電中性線相連后,才可接通岸電。(4)合上岸電箱上開關(guān),只有當(dāng)岸電相序與船電相序一致時才可到主配電板前進行轉(zhuǎn)接岸電操作。(5)船舶接岸電時嚴(yán)禁船舶發(fā)電機合閘供電,只有在岸電切除后發(fā)電機才可合閘供電;同樣船電供電時嚴(yán)禁岸電開關(guān)合閘供電。(6)經(jīng)船級社認(rèn)可,某些船舶設(shè)有船電與陸上電源并聯(lián)設(shè)施,這僅僅是為了轉(zhuǎn)移負(fù)載,僅允許船上供電系統(tǒng)和岸上電網(wǎng)作短暫的并聯(lián)運行。二、岸電(三)船舶岸電無間斷接入船舶在港期間使用岸電代替自發(fā)電,是節(jié)能和環(huán)境保護(如減排、降噪等)的有效措施,越來越受到重視。船舶岸電系統(tǒng)主要由岸上電源部分、岸—船連接部分和船舶受電部分組成。岸上電源部分將變電站的電力根據(jù)受電船舶電力系統(tǒng)要求進行電壓等級和頻率變換,輸送到碼頭、泊位的連接點或接電箱。二、岸電目前岸電接入根據(jù)船載系統(tǒng)的不同包括下述三種方案:(1)低壓岸電系統(tǒng)向低壓船舶供電;(2)高壓岸電系統(tǒng)向低壓船舶供電;(3)高壓岸電系統(tǒng)向高壓船舶供電;二、岸電船舶與岸電的并、離網(wǎng)的全部操作過程如下:(1)停靠船舶進港之后,檢查確認(rèn)岸電相序、電壓、頻率等參數(shù)與船電一致,檢查保證船舶與岸電電源的電纜接地正常,確?？梢韵舸芭c岸電電源之間產(chǎn)生的靜電電勢差。(2)岸電和船舶將通過電力運送電纜和信號控制電纜相連接。(3)再次確認(rèn)岸電和船舶電網(wǎng)之間的連接插頭被準(zhǔn)確無誤地連接好,控制開關(guān)閉合開始向船舶電網(wǎng)配送電力。(4)當(dāng)岸電與船電電壓同步完成,并網(wǎng)控制柜控制斷路器合閘之后,船舶發(fā)電機斷開對船舶負(fù)載供電,并停止船舶柴油發(fā)電機。二、岸電(5)在整個船舶供岸電電源的過程里,船舶岸電系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)則負(fù)責(zé)時刻監(jiān)控整個電路中的任何故障,比如接地故障、逆功率問題、短路等。(6)當(dāng)船舶要開始離港時,起動船舶柴油發(fā)電機,調(diào)節(jié)船舶柴油發(fā)電機使其與岸電電源實現(xiàn)并網(wǎng)同步。(7)當(dāng)船舶負(fù)載由岸電電源供電到船舶發(fā)電機供電后,斷開岸電電源。同時并確定岸電電源的接地系統(tǒng)正常接地,確保離網(wǎng)后的安全問題。(8)斷開岸電電源與船舶連接的電纜和信號控制電纜線,船舶開始離港。二、岸電船岸電源的同步并網(wǎng)根據(jù)選擇的基準(zhǔn)不同可以采用下述兩種方式實現(xiàn):一是以岸電電源作為基準(zhǔn),并網(wǎng)過程中調(diào)節(jié)船舶柴油發(fā)電機的參數(shù),使雙方滿足同步并網(wǎng)的條件以后,把船舶電網(wǎng)并到岸電電源上。二是以船舶電網(wǎng)參數(shù)信息為參考,同步過程中調(diào)節(jié)岸電電源的逆變器設(shè)備,當(dāng)達(dá)到同步并網(wǎng)條件以后,將岸電電源并網(wǎng)到船舶電網(wǎng)上。一、船舶電網(wǎng)的分類船舶電網(wǎng)可分為供電網(wǎng)絡(luò)與配電網(wǎng)絡(luò)兩種形式。第五節(jié)船舶電網(wǎng)1.船舶電網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)供電網(wǎng)絡(luò)是指主發(fā)電機與主配電板之間、應(yīng)急發(fā)電機與應(yīng)急配電板之間、主配電板與主配電板之間及主配電板與應(yīng)急配電板之間的電氣連接網(wǎng)絡(luò)。一、船舶電網(wǎng)的分類2.船舶電網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)絡(luò)是指主配電板及應(yīng)急配電板到用電設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)。通常稱主配電與分配電板之間、主配電板和其直接供電負(fù)載之間的網(wǎng)絡(luò)為一次配電網(wǎng)絡(luò),而分配電板到各用電負(fù)荷之間的網(wǎng)絡(luò)為二次配電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)供電電源的不同、負(fù)載的性質(zhì)和用途不同,船舶電網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)可分為:(1)主電網(wǎng)-由主發(fā)電機通過主配電板供電的網(wǎng)絡(luò)。(2)動力電網(wǎng)-指供電給電動機負(fù)載的電網(wǎng),也包括600W以上的電熱裝置及功率大于1kW的探照燈。(3)照明網(wǎng)絡(luò)-船舶電網(wǎng)中向照明設(shè)備、電風(fēng)扇及小容量電熱設(shè)備供電的網(wǎng)絡(luò)。(4)應(yīng)急電網(wǎng)-由應(yīng)急發(fā)電機通過應(yīng)急配電板供電或由蓄電池通過蓄電池充放電板供電的網(wǎng)絡(luò)。(5)臨時應(yīng)急電網(wǎng)-由蓄電池通過蓄電池充放電板用以傳輸、分配臨時應(yīng)急電能的網(wǎng)絡(luò)。(6)弱電電網(wǎng)-是向全船無線電通信設(shè)備、各種助航設(shè)備、信號報警系統(tǒng)等用戶供電的低壓直流電網(wǎng)或中頻電網(wǎng),因其對供電電壓、頻率等有特殊要求,因此要專門配置蓄電池組及變流機組。一、船舶電網(wǎng)的分類根據(jù)供電電源的不同、負(fù)載的性質(zhì)和用途不同,船舶電網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)可分為:(1)主電網(wǎng)-由主發(fā)電機通過主配電板供電的網(wǎng)絡(luò)。(2)動力電網(wǎng)-指供電給電動機負(fù)載的電網(wǎng),也包括600W以上的電熱裝置及功率大于1kW的探照燈。(3)照明網(wǎng)絡(luò)-船舶電網(wǎng)中向照明設(shè)備、電風(fēng)扇及小容量電熱設(shè)備供電的網(wǎng)絡(luò)。(4)應(yīng)急電網(wǎng)-由應(yīng)急發(fā)電機通過應(yīng)急配電板供電或由蓄電池通過蓄電池充放電板供電的網(wǎng)絡(luò)。(5)臨時應(yīng)急電網(wǎng)-由蓄電池通過蓄電池充放電板用以傳輸、分配臨時應(yīng)急電能的網(wǎng)絡(luò)。(6)弱電電網(wǎng)-是向全船無線電通信設(shè)備、各種助航設(shè)備、信號報警系統(tǒng)等用戶供電的低壓直流電網(wǎng)或中頻電網(wǎng),因其對供電電壓、頻率等有特殊要求,因此要專門配置蓄電池組及變流機組。二、船舶電網(wǎng)的線制三、船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式一般民用商船電壓等級均在500V以下,接線方式主要有放射式(也稱饋線式)、干線式、混合式和環(huán)式。1.放射式放射式接線的每一根電纜都是由主配電板直接引出,各自獨立且只向一個用電設(shè)備或一個分配電板供電。在具有兩個電站時常采用以棋盤形式的順序給各個用電設(shè)備供電。三、船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式2.干線式由主配電板引出幾根叫作干線的電纜對分配電箱供電,用電設(shè)備再從分配電板上取得電源。三、船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式3.混合式混合式接線是放射式和干線式混合的接線方式,即一部分分配電箱或負(fù)載采用放射式接線,另一部分則采用干線式接線或多級放射式接線。通常,前者是功率較大或較重要的負(fù)載,后者是較次要或功率較小的負(fù)載。三、船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式3.混合式三、船舶電網(wǎng)的結(jié)線方式4.環(huán)式這種接線方式是將主配電板和負(fù)載的分配電板串接在一起形成一個環(huán)形,向用電設(shè)備供電。根據(jù)連接線形成的電網(wǎng)閉環(huán)的情況,環(huán)式接線方式可以分為全閉環(huán)、電源環(huán)和負(fù)載環(huán)數(shù)種。一、發(fā)電機主開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)和功能發(fā)電機主開關(guān)型式很多,在結(jié)構(gòu)上也不盡相同,但基本組成及工作原理大同小異。一般由觸頭系統(tǒng)、滅弧室、操作機構(gòu)、自由脫扣機構(gòu)等組成。第六節(jié)發(fā)電機主開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用一、發(fā)電機主開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)和功能(一)觸頭系統(tǒng)觸頭系統(tǒng)一般由2~3組觸頭組成。在閉合時通過的額定電流是由主觸頭承擔(dān)的,為避免主觸頭在接通和斷開電路時被大電流產(chǎn)生的電弧灼傷,還設(shè)有弧觸頭。有些大容量開關(guān)還設(shè)有一組預(yù)接觸頭(副觸頭),它們的動作順序是:在合閘時,先接通弧觸頭,然后接通預(yù)接觸頭,最后才是主觸頭;在分閘時,先斷開主觸頭,然后是預(yù)接觸頭,最后才是弧觸頭,電弧均產(chǎn)生在弧觸頭上。一、發(fā)電機主開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)和功能(二)滅弧裝置滅弧裝置是由鐵質(zhì)柵片和絕緣材料構(gòu)成的滅弧罩組成的。其作用是使電弧迅速熄滅,以保護觸頭不被電弧灼傷或熔焊,提高開關(guān)的使用壽命和工作的可靠性。(三)操作機構(gòu)和自由脫扣機構(gòu)其作用是實現(xiàn)操作手柄及電動合閘或電磁合閘裝置和各種脫扣器對觸頭動作的控制,并且要能夠“自由脫扣”。所謂“自由脫扣”,是指在主電路中出現(xiàn)故障電流時,不論操作手柄在什么位置,觸頭均能迅速分?jǐn)嚯娐?。二、自動空氣開關(guān)的操作方式自動空氣開關(guān)的合閘操作方式有電磁操作合閘、電動操作合閘等方式。三、發(fā)電機主開關(guān)的日常維護保養(yǎng)船舶發(fā)電機自動空氣斷路器,包括開關(guān)部分及各種脫扣器和附屬裝置,具有接通和斷開電路以及過載、短路、欠壓等保護功能,一般采用框架式自動空氣斷路器?？蚣苁阶詣涌諝鈹嗦菲?或簡稱框架式斷路器)有固定型和抽出型兩種。為了維護保養(yǎng)方便,遠(yuǎn)洋船舶使用的框架式斷路器多為抽出型,即斷路器安裝在固定的框架內(nèi),并可以沿著抽出軌道從框架中抽出。三、發(fā)電機主開關(guān)的日常維護保養(yǎng)(一)框架式自動空氣斷路器的抽出斷路器有“連接”“試驗”“斷開”三個位置,面板上有斷路器抽出位置指示?！斑B接”位置,是斷路器正常工作位置,斷路器固定部分與可抽出部分之間的主電路、控制電路連接器均處于連接狀態(tài)?！霸囼灐蔽恢?斷路器固定部分與可抽出部分之間的控制電路連接器處于連接狀態(tài),主電路連接器處于斷開狀態(tài)?？刂齐娐方油?可試驗合閘、分閘和各種脫扣等控制功能,合閘試驗時,即使斷路器觸頭閉合,也不會接通斷開的主電路。“斷開”位置,斷路器固定部分與可抽出部分之間的主電路、控制電路等的連接器均處于斷開狀態(tài),整個斷路器完全無電,可安全地維護、保養(yǎng)、檢修斷路器。若把斷路器從“斷開”位繼續(xù)沿軌道拉出,可把斷路器從軌道移下,放置到比較方便的地方或車間維護、保養(yǎng)或檢修。三、發(fā)電機主開關(guān)的日常維護保養(yǎng)(二)抽出和裝復(fù)自動空氣斷路器注意事項1.聯(lián)鎖機構(gòu)(1)合閘狀態(tài)不能抽出斷路器或不能插入抽出手柄,只有分閘狀態(tài)才可抽出斷路器或插入抽出手柄。(2)需根據(jù)說明書要求壓下相應(yīng)聯(lián)鎖杠桿才能開始抽出操作,否則不能插入抽出手柄或不能抽出斷路器。(3)大部分?jǐn)嗦菲?一些早期產(chǎn)品除外),抽出或裝復(fù)到某一個位置時聯(lián)鎖杠桿會自動復(fù)位,表示已到位。若需繼續(xù)進行抽出或裝復(fù)操作,需再一次壓下相應(yīng)的聯(lián)鎖杠桿。(4)某些型號的斷路器,插入抽出手柄時,需按下面板上的“TRIP”按鈕。(5)某些型號的斷路器,在“連接”位有緊固螺絲固定。需先松開緊固螺絲才能開始抽出操作;檢修完畢要把緊固螺絲緊固到位。(6)裝復(fù)斷路器,若未安裝到“連接”位,機械聯(lián)鎖機構(gòu)將使主開關(guān)不能合閘。三、發(fā)電機主開關(guān)的日常維護保養(yǎng)(二)抽出和裝復(fù)自動空氣斷路器注意事項2.斷路器抽出檢查的次數(shù)斷路器的抽出檢查不宜過于頻繁。為了保證主電路導(dǎo)體、控制電路連接器等在整個船舶使用壽命內(nèi)連接的可靠性,有的廠家在說明書中規(guī)定斷路器抽出次數(shù)的上限值(約100次)。三、發(fā)電機主開關(guān)的日常維護保養(yǎng)(三)自動空氣斷路器的日常維護1.斷路器外表定期(例如每季度)清除斷路器表面及零件上的灰塵和黑煙,保持絕緣零件表面清潔,防止絕緣性降低。2.操作機構(gòu)定期(例如每季度)在傳動機構(gòu)摩擦部位涂油潤滑以減少磨損。3.螺釘、螺栓等連接件定期(例如每季度)檢查緊固,及時消除松動、異常磨損等,及時更換損壞的零件。三、發(fā)電機主開關(guān)的日常維護保養(yǎng)(三)自動空氣斷路器的日常維護4.滅弧室定期(例如每半年)清除滅弧室內(nèi)壁和柵片上的金屬顆粒和煙灰。若因短路而分?jǐn)?應(yīng)盡早清除。長期未使用的滅弧室(例如備件),使用前烘潮以確保其絕緣良好。5.主觸頭定期(例如每半年)檢查,發(fā)現(xiàn)觸頭表面有毛刺、金屬顆粒等情況,拆下主觸頭,用200#細(xì)砂紙研磨,以保證良好的接觸,研磨后,觸頭厚度小于原來的1/3,動靜觸頭成組同時更換。6.過載保護、欠壓保護等及其延時裝置定期(例如每半年)檢查,確保正?？煽?。有些新型斷路器,可用面板上的試驗按鈕比較方便地檢查和試驗各種脫扣器,有的斷路器需使用專用設(shè)備。整定值,每4~5年校驗一次,需由船級社認(rèn)可的具有資質(zhì)的單位校驗,并出具校驗數(shù)據(jù)報告。一、船舶電網(wǎng)絕緣檢測船舶電網(wǎng)通常都是采用中性點絕緣的三相三線制形式,因此電力網(wǎng)中任何一點單相接地均屬于不正常狀態(tài)。雖然這種狀態(tài)在短時間內(nèi)不致出現(xiàn)問題,但是未接地的兩線對地已是線電壓。接地故障發(fā)生后,一方面會影響人身安全,另一方面若再有一相接地,則形成線間短路,或短路保護裝置動作跳閘切除接地故障電路,或因另一相接地不良而造成打火,若周圍有易燃物品,則會引起船舶著火惡性事故。因此接地故障是一種潛伏性的事故狀態(tài),必須及時發(fā)現(xiàn)予以消除。為此,船舶在主配電板上裝設(shè)有電網(wǎng)絕緣檢測裝置,常見的絕緣檢測裝置有“接地?zé)簟?也稱為“地氣燈”)、配電板式兆歐表、電網(wǎng)絕緣監(jiān)測儀等幾種類型。第七節(jié)船舶電網(wǎng)絕緣檢測(一)船舶電網(wǎng)對地絕緣電阻的測量一、船舶電網(wǎng)絕緣檢測(一)船舶電網(wǎng)對地絕緣電阻的測量1.接地?zé)粢?、船舶電網(wǎng)絕緣檢測(一)船舶電網(wǎng)對地絕緣電阻的測量2.配電板式兆歐表一、船舶電網(wǎng)絕緣檢測(一)船舶電網(wǎng)對地絕緣電阻的測量3.船舶電網(wǎng)絕緣監(jiān)測儀船舶電網(wǎng)絕緣監(jiān)測儀是由半導(dǎo)體電子電路組成的監(jiān)測報警系統(tǒng),是一種連續(xù)監(jiān)測船舶電網(wǎng)對地的絕緣狀況,大多連接有兆歐表,這一配電板上兆歐表是連續(xù)測量電網(wǎng)對地的絕緣電阻,一旦當(dāng)電網(wǎng)的絕緣電阻低于設(shè)定值,即發(fā)出聲、光報警,同時配電板上的兆歐表指示當(dāng)前絕緣電阻值。一、船舶電網(wǎng)絕緣檢測(二)船舶電網(wǎng)對地絕緣電阻電網(wǎng)對地絕緣電阻正常值可以這樣來理解:由于電網(wǎng)電纜與船體是平行敷設(shè)的,因此電纜芯線與船體之間構(gòu)成了電容,電容的大小是與構(gòu)成電容的極板面積成正比,與兩個極板間的距離成反比,因此這一分布電容的大小取決于電纜的長度及電纜敷設(shè)時電纜與船體間的距離,即船舶電網(wǎng)電纜越長或電纜與船體越緊湊,其對地所構(gòu)成的電容就越大。通常電容越大其漏電阻就越小,這就說明了為什么船舶照明網(wǎng)絡(luò)對地絕緣電阻一般遠(yuǎn)低于動力電網(wǎng)對地絕緣的緣故。現(xiàn)代海上運輸船舶的動力電網(wǎng)對地絕緣電阻正常值大多在1MΩ左右,照明電網(wǎng)對地絕緣電阻正常值大多在0.4~0.8MΩ左右,某些船舶甚至更低,也有部分船舶正常值僅有0.1MΩ左右。二、船舶電網(wǎng)接地故障的查找船舶電網(wǎng)接地故障大多發(fā)生在照明網(wǎng)絡(luò)。一般在機艙值班巡視中,通過配電板式兆歐表檢查時發(fā)現(xiàn)(裝有連續(xù)監(jiān)測對地絕緣電阻報警裝置的聲、光報警時),機艙人員應(yīng)及時找到接地點,排除接地故障消除隱患。隨著船舶噸位的增加和電氣化、自動化程度的提高,船舶電站容量在不斷增加,因此主電站通常設(shè)有三臺甚至更多的發(fā)電機組。根據(jù)船舶不同運行工況所需用電量的不同,可以使用一臺、兩臺或三臺以上的發(fā)電機組通過主配電板匯流排(母線)共同向全船負(fù)荷供電,這就是通常所說的并聯(lián)運行。第八節(jié)發(fā)電機的并車和解列一、同步發(fā)電機并聯(lián)運行的條件為了使并聯(lián)運行的交流同步發(fā)電機保持穩(wěn)定地工作,每臺并聯(lián)運行的發(fā)電機必須滿足如下的電氣方面的條件:(1)各發(fā)電機電壓的相序應(yīng)該一致。(2)各發(fā)電機的電壓大小(有效值)應(yīng)該相等。(3)各發(fā)電機電壓的相位應(yīng)該一致。(4)各發(fā)電機電壓的頻率應(yīng)該一致。二、同步發(fā)電機并車的操作方法目前,船舶同步發(fā)電機組并聯(lián)運行的方法可分為三類:準(zhǔn)同步法、粗同步法和自同步法。準(zhǔn)同步法是將待并發(fā)電機組及運行發(fā)電機組的電壓、頻率及相位都調(diào)得十分接近,再合上待并發(fā)電機組的主開關(guān)。此法在并車時引起的沖擊電流、沖擊轉(zhuǎn)矩和母線電壓的下降都很小,對系統(tǒng)的影響較小,是目前船舶上普遍采用的并車方法,但采用此法并車時,對操作者的素質(zhì)要求較高,若因某種原因造成非同步并聯(lián)時,將造成很大的沖擊電流,最嚴(yán)重時其沖擊電流與機端三相短路電流相同。目前,船舶上通常采用的手動并車、半自動并車及自動并車均屬準(zhǔn)同步并車法。二、同步發(fā)電機并車的操作方法粗同步法是指待并機基本滿足電網(wǎng)所需的并聯(lián)條件后,即可先行串聯(lián)一個電抗器與電網(wǎng)并聯(lián)產(chǎn)生自同步后,然后再合主開關(guān)的方法。自同步法是將未經(jīng)勵磁的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速加速到接近同步轉(zhuǎn)速,再將主開關(guān)合閘,并立即給發(fā)電機加上勵磁,依靠機組間自整步作用而拉入同步,使發(fā)電機與電力系統(tǒng)并聯(lián)運行。二、同步發(fā)電機并車的操作方法(一)同步發(fā)電機組的手動并聯(lián)運行1.同步指示燈并車法二、同步發(fā)電機并車的操作方法(一)同步發(fā)電機組的手動并聯(lián)運行2.整步表并車法二、同步發(fā)電機并車的操作方法(二)手動準(zhǔn)同步并車操作并車操作就是要測量和調(diào)整待并發(fā)電機的電壓大小,相位與頻率,使其與電網(wǎng)上已運行的機組基本相同,合上主開關(guān),使發(fā)電機拉入同步。主配電板上的電壓表、頻率表、同步指示器就是檢測并車條件的工具,電壓表的數(shù)值可以指示待并發(fā)電機電壓是否與電網(wǎng)電壓一致。三、船舶同步發(fā)電機組的粗同步并聯(lián)運行粗同步并車又叫電抗并車,它放寬了對準(zhǔn)同步并車的條件,提高了并車的成功率,因而深受船員歡迎。一、并聯(lián)運行同步發(fā)電機組有功功率分配與調(diào)節(jié)的基本工作原理由于交流電路中的功率包含有功功率和無功功率兩個部分,因此同步發(fā)電機在并聯(lián)運行中功率的分配和調(diào)整也分為有功功率和無功功率兩部分。同步發(fā)電機并聯(lián)運行時,無功功率分配可以用調(diào)節(jié)勵磁電流的方法來解決。改變并聯(lián)運行同步發(fā)電機有功功率的分配,是通過改變各臺發(fā)電機原動機油門的大小,以改變單位時間內(nèi)進入氣缸的燃油量來實現(xiàn)的。第九節(jié)并聯(lián)運行發(fā)電機組的有功功率分配和調(diào)節(jié)二、柴油機調(diào)速器的基本工作原理及其特性船用發(fā)電機組的柴油機調(diào)速器均為離心式調(diào)速器。它是根據(jù)飛鐵的離心力與彈簧的壓力相平衡的原理去控制油門開度的自動控制裝置。它是一種“定速調(diào)速器”。(一)離心式調(diào)速器的結(jié)構(gòu)二、柴油機調(diào)速器的基本工作原理及其特性柴油機的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時,發(fā)電機的頻率為額定頻率,對外輸出一定的有功功率,此有功功率對應(yīng)一定的柴油機油門開度,此時整個電力系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。(二)離心式調(diào)速器的工作原理二、柴油機調(diào)速器的基本工作原理及其特性調(diào)速特性是指柴油機轉(zhuǎn)速n(或頻率f)與柴油機輸出功率的關(guān)系,如圖所示。如果轉(zhuǎn)速(或頻率)與輸出功率大小無關(guān),則稱為無差調(diào)速特性,如圖曲線1所示。具有離心式調(diào)速器的柴油機其轉(zhuǎn)速隨柴油機輸出功率增加而降低,故稱為有差調(diào)速特性,如圖

曲線2所示。(三)調(diào)速器的特性二、柴油機調(diào)速器的基本工作原理及其特性當(dāng)發(fā)電機需要并車時,只要按操作要求及步驟進行,一般都能順利并上車。但有時也會發(fā)生并車失敗,甚至引起電網(wǎng)跳閘,其原因可能有下列幾方面。1.電網(wǎng)參數(shù)波動太大2.操作不當(dāng),未滿足并聯(lián)運行條件3.空載并車4.并車裝置或均壓線不正常5.未能及時轉(zhuǎn)移負(fù)載(三)調(diào)速器的特性一、看圖的基本要求1.結(jié)合電工、電子技術(shù)基礎(chǔ)知識看圖2.結(jié)合電氣元件的結(jié)構(gòu)和工作原理看圖3.結(jié)合典型電路識圖4.結(jié)合有關(guān)圖紙說明看圖5.結(jié)合電氣圖的制圖要求看圖第十節(jié)船舶電站電力系統(tǒng)識圖二、看圖的基本步驟1.閱讀設(shè)備說明書2.看圖紙說明3.看主題欄4.看概略圖(系統(tǒng)圖或框圖)5.看電路圖6.看接線圖第十一節(jié)船舶高壓電力系統(tǒng)中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范2009》對船舶低壓和船舶高壓系統(tǒng)的定義是:低壓系統(tǒng)系指工作于額定頻率為50Hz或60Hz、最高不超過1000V