船-舶-电-力-系-统-设-计

1、船 舶 电 力 系 统 设 计,江苏科技大学电信学院,进 入,船舶电力系统设计教程,前 言,第一章 概 述,第二章船舶电源设计,第三章 船舶电网,第四章船舶电力系统保护,第五章 短路计算,退出系统,前 言,随着现代船舶电气自动化程度的日益提高，使得船舶对电力供应的依赖性也越来越强。因此电力系统已成为现代船舶不可缺少的重要系统之一。,船舶电力系统不仅要在最恶劣的情况下保证不中断对船舶重要设备的供电，又要在工况变化复杂的条件下，维持较高的供电品质，这样就给船舶电力系统的设计带来很大的挑战。为了满足供电要求，船舶不但要配备性能优良、工作可靠的发电设备，而且更应该注重整个船舶电力系统的总体的研究和设计。只有把整个电力系统看作一个整体，综合分析系统中各个环节相互作用和相互依赖的关系，从船舶总体要求的角度出发，合理选择电力系统的配套方案，周密加以协调，并对可能存在的问题采取具有针对性的措施，才能使船舶可靠运行。这就是船舶电力系统设计最主要的任务。,船舶电力系统是船舶电气系统的之一，其电气系统主要包括以下几大部分： 1、船舶电力系统电源装置、配电和电力保护； 2、电力拖动系统船舶辅助机械电力拖动、起

2、锚缆机电力拖动和起重机等； 3、舵机电力拖动系统； 4、照明系统照明系统和航引信号灯系统等； 5、电力推进系统电力推进系统主电路、励磁系统单元及控制和保护； 6、船内通信系统电话操纵信号设备、广播和收音系统等；,7、无线电通信和导航系统如无线电通信及雷达，计程器，测探仪和自动驾驶仪等船舶导航设备； 8、机舱自动化如机舱监视报警，主机遥控和自动电站等； 9、特种船舶专用设备电气系统如渔业加工船、海洋调查船、汽车渡船和控泥船等所用设备的电气系统。,第一章 概述,第一节 船舶电力系统的组成,第二节 设计内容,第二节 设计步骤,第二节 设计遵循的规范和标准,返 回,第一章 概 述,在这一章中，主要介绍船舶电力系统的组成、设计内容、设计程序以及设计应遵巡的规范和标准。 第一节 系统组成 船舶电力系统，是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与电源相连接的船舶电网组成的、以向负载供电的整体。换言之，船舶电力系统是由电源装置，配电装置和负载三部分组成。是船上电能产生、传输、分配和消耗的整体。如图1所示。,电源装置 主要是主发电机（支流或交流）和主配电板。为便于管理。发电机通常集中布置在一个或几

3、个舱室中。住发发电机的控制和监测等功能均由主配电板完成，具有船舶电站的特性。（发电机组的控制，配电板及辅助装置称之为电站）。,配电装置（网） 与电网密切相联的。其主要任务是依据各用电设备（负载）的性质和容量，选择合理的供电方式、合适的配电开关和供电电缆。即配电装置中一般包括供电电缆、配电开关和相关的电气器械等。另外，配电装置中通常还包括一些电力变换器，如变压器、变频器和整流器等，作为电网的二次电源供特殊负载使用。 保护装置。 对用电设备（负载）加以保护，同时对系统进行协调保护，以提高供电电网的连续性和电力系统的生命力。,第二节 设计内容 1设计过程 一般船舶电力系统的设计是采用分阶段的方法来完成。主要分为以下三个阶段。如图2所示。 (1) 初步设计 初步设计主要确定总体概貌，解决方案中存在的各种技术关键问题。由于初步设计从根本上确定了以后各阶段的设计方向和轮廓，因此又对总体设计的成败起关键的作用。这一阶段的主要内容是初步估算全船的电力负荷，确定电力系统的主要组成、运行功能以及重要设备的选型意见，并落实主要电力设备的总体布置等。,（2）技术设计 技术设计是初步设计和施工设计两个阶段之间必

4、要的衔接和过渡。主要是充实初步设计方案，使之在技术细节上得以进一步肯定和落实，并协调电力电网中所有的技术问题，落实主要的电力设备。 （3）施工设计 施工设计是将技术设计付诸实实施而进行的面向建造的设计，因而偏重于生产细节设计。这个阶段需要绘制施工所需的全部图纸，提供电力设备型号和材料的订货明细等。,2具体设计任务 主要有以下五个： （1）决定船舶电力电网的电压，频率和配电系统； （2）选择电源装置。如发电机台数和容量的选择，应急发电机容量的选择，电力和照明变压器容量的选择和蓄电池容量的选择等。 （3） 设计配电装置。如主配电板、应急配电板和蓄电池充放电板的结构设计以及配电开关的选择等。 （4）设计船舶电力网。如供电系统和全船配电系统的设计，电力设备的布置和电缆的选择等。 （5）船舶电力系统的保护设计。如发电机的保护，电力照明变压器的保护，电动机的保护和系统保护的协调等。,第三节 船舶电力系统的设计步骤,电力系统的设计总体上较为复杂，但一般可归纳为以下几点： （1）根据所要设计的船种、船型和主机以及设计规范和船东设计任务书的要求，决定电力系统参数。 （2）根据轮机专业等业已确定的辅机装置

5、明细，进行全船电力负载计算，确定发电机的容量和台数。有应急发电机的还要进行应急负载计算，并确定应急发电机的容量。 （3）一般船舶，除发电机作为电源装置外，通常还要通过变压器供电给相应等级的用电设备（如照明，通讯等），所以还要进行变压器容量的计算，并确定台数。,第三节 船舶电力系统的设计步骤,（4）一般船舶设有蓄电池组，以供电给临时应急照明或船内通讯设备等，因此必须考虑蓄电池组的容量和充放电方式。 （5）电源装置确定后，根据船用电器的特点和性质，并根据各具体设备提出的安装位置和要求，进行全船供电系统和电力网络的设计，以及各辅机控制线路设计。 （6）为进行电力系统短路电流计算和大电动机起动和发电机瞬态电压降计算。 （7）电力网的电压降计算，校核所选用的电缆是否满足系统电压降的要求，以保证用电设备电源电压合乎要求。,第三节 船舶电力系统的设计步骤,（8）电力系统图设计后可进行电力设备布置图设计。对电气设备较多的舱室（驾驶室，机舱集控室）和有特殊要求的舱室（蓄电池室）应绘制其舱室布置图。 （9）编制技术文件。如设计说明书、设备明细表和备品备件明细表以及试车试航大纲等。 上面只是简略的说明了船舶

6、电力系统设计的工作内容和展开设计工作的先后顺序。对不同的船舶，在设计阶段内容会有所增减。 由于电力系统是整个船舶电气系统设计的组成部分，因此和其它相关专业有着密切联系，所以设计时应充分考虑与有关专业的联系，否则会影响设计质量，甚至造成返工，其结果将事倍功半。,第四节 设计应遵循的规范和标准,产品的标准化、通用化和系统化是现代化生产的一个重要标志，同样船舶电力系统采用标准化和规范化的设计，对提高船舶电气系统的设计质量，保障使用的安全性和可靠性都起着很重要的作用，因此电力系统的设计人员必须通晓有关船舶规范和标准的要求，关心其新的规定和发展动态。 我国在建国以来，在船舶研究、设计和建造方面也制定了一系列的规范和标准，逐步形成来了一个完整的标准体系，下面分别简单介绍国内外有关船舶的规范和标准。,第四节 设计应遵循的规范和标准,1国内规范和标准 我国现行的船舶规范和标准主要包括以下三个部分： 国防科工委（国防科学技术工业委员会）批准发布的中华人民共和国国家军 标准（GJB）。 与电力系统有关的如下： GJB1384 船舶电气规范； GJB14.184 轮机规范，水面舰船； GJB17486 舰用

7、交流柴油发电机组通用技术条件； GJB7585 舰用三相同步发电机通用技术条件； GJB37.185 船舶自动控制规范，动力装置； GJB583 舰用低压电器基本标准。 上述标准和规范是对军用船舶研究、设计和建造技术的要求和规则。除主管部门批准外，军用船舶设计不应与其相抵触。,第四节 设计应遵循的规范和标准,（2）中华人民共和国船舶检验局制定和发布的规范和技术规则 主要是对民用船舶及其设备的基本要求。违反这些规范是船舶入级所不允许的。 电力系统有关的如： 钢质海船建造规范； 长江船舶电气设备规范； 除特殊和专门要求外，上述二部分规范和标准在原则上是一致的，可相互参考与借鉴。,第四节 设计应遵循的规范和标准,（3）船舶专业标准 此标准又分为国家标准、部标准和企业标准三级 a. 国家标准是由国家计量局发布的在全国范围内统一使用的标准（JB） 如：GJB75581 电机基本技术要求 GB149779 低压电器基本标准 b. 部标准是由主管部门制订，发布个专业范围内的全国性技术标准，如船舶专业部标准（CB），机械专业部标（JB）等。 c.企业标准 是由企业制订和实施的技术标准。 一般来讲，这些

8、规范和标准间隔一定时间就需修改或更新，设计时应参考最新版本。,第四节 设计应遵循的规范和标准,2国外较先进标准 国外先进标准是国际上有权威的区域性标准，一般是世界主要经济发达国家的标准和著名的社团标准。 在船舶电方面有参考价值的先进国家标准有： 美国国家标准 ANSI 英国国家标准 BS 德国国家标准 DIN 法国标准 NF 日本国家标准 JIS 其中美国国家标准基本上选自著名社团标准，如美国电气与电子工程师学会标准（IEEE）等，这些标准比较简捷，能及时的反映工业社会的要求和动向，内容更详细、具体，具有一定的先进性。,第四节 设计应遵循的规范和标准,另外为了船舶及其设备和系统的入级检验，还必须遵守各船级社的规范。 世界上主要的船级社有： 英国劳氏船级社 LR 美国船级社 ABS 法国船级社 BV 德国劳氏船级社 GL 挪威船级社 NV（DNV） 日本海事协会 NK 前苏联的船舶登记局 PC 中国船级社 CCS,第五节 船舶电力系统的发展概况,20世纪初 开始用电作照明 20世纪40年代 商船全用上直流电 50年代后，大量采用交流电制！部分采用中压降低成本 60年代后开始电站自动化,第

9、五节 船舶电力系统的发展概况,1、电站自动化的四点优势 （1）维持船舶电力网系统供电的连续性和提高可靠性，增强船舶运行的生命力； （2）提高船舶电站供电质量，使各用电负载处于良好的工作状态； （3）大大改善了船员劳条件，减轻值班强度，使船工能有更多的时间和精力从事设备的维护工作； 船员级别的分类：船长 大副 二副 轮机长（老鬼） 电机长 水手长。 （4）减少船员，提高劳动效率，提高船舶运行的经济指标。,第五节 船舶电力系统的发展概况,2、电站自动化发展过程 60年代：单元自动装置 70年代：电子计算机控制的超自动化,第五节 船舶电力系统的发展概况,3、船舶电站全自动化的功能有 （1）柴油辅机起动前的预润滑； （2）柴油辅机起动前的暖机； （3）柴油发电机的自动启动； （4）自动切换； （5）发电机自动并车； （6）发电机自动调频、调载和自动转移负载； （7）根据功率的要求，自动控制机组的起停； （8）重载询问； （9）自动分级卸载； （10）柴油辅机和电气故障的自动保护； （11）故障时自动停车； （12）自动监视。,第二章 电源设计,本章主要介绍船舶电力系统电制的选择、电力负荷的计算及电站发电机组的选择。,第一节 电制的选择,船舶电力系统的电制，即对系统电流的种类，限制，额定电压和额定频率进行选择。电制涉及到船舶电气设备的生产和供应，还会涉及到它与停靠港口码头及协同工作的其它船舶相互间的电气接口问题。因此规定电制也是船舶电力系统标准化的重要内容。,第一节 电制的选择,一般确定电制要坚持以下三个原则： 第一：必须保持船舶电力系统电制的统一。不宜采用两种或多种不同的电制。以免引起混乱。 第二：所采用的电制应与今后可能协同工作的其它船舶的电制保持一致。以保证相互间的配合和在紧急情况下实施救生，相互应急供电的需要 。 第三：船舶电力系统的电制，原则上应与陆用电制或经常停靠的地区的陆用电制相一致。,第一节 电制的选择,1电流种类的选择

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