船舶電站實訓系統的電力網設計與實施

李琳（福建船政交通職業學院，福建福州　350007）

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船舶電站實訓系統的電力網設計與實施

李琳
（福建船政交通職業學院，福建福州350007）

摘要：船舶電力網的設計任務是完成全船電能合理分配，結合我院船舶電站實訓系統介紹了電力網配電方式的選擇、一次電力系統、二次電力系統的設計、電站電力布置圖的設計、船用電纜的選型和敷設等內容。該系統具有較完備的功能，滿足世界海事組織的STCW公約對海船員的教學、培訓、評估要求。

關鍵詞：船舶電力網；配電方式；電力布置圖

現代化船舶的發展趨勢正朝著高端化、智能化、網絡化和綠色船舶的方向發展，對船舶電力系統的要求也隨之大大提高。船舶電力系統的供電品質直接關系到電站供電的可靠性、連續性和船舶電氣設備正常有效地工作，進而影響船舶的技術性、經濟性和生命力。

我院輪機工程系的船舶電站實訓系統具有較完備的功能，滿足世界海事組織STCW公約對海船員的教學、培訓、評估要求，是目前國內較為先進實用的船舶電站培訓系統。本文對該系統的電力網設計過程進行研究分析，參照中國船級社《鋼質海船入級規范》的標準，介紹了配電方式的選擇、一次電力系統、二次電力系統的設計、電站電力布置圖的設計、船用電纜的選型和敷設等內容。

1　船舶電力網的設計

船舶電力網是船舶電力系統的重要組成部分。船舶電源通過電力網從主配電板及應急配電板，經過中間的區配電板、分配電板等，送往船舶上各種用電設備。船舶電力網起到了傳輸、分配電能的作用。船舶電力網按照功能和性質可分為：船舶動力網絡、應急網絡、弱電網絡、照明網絡、其他裝置電網[1]。動力網絡用于船舶電源向動力設備供電；應急網絡用于向應急動力、應急照明、助航設備等供電；弱電網絡用于向船內通訊設備、機艙自動化控制系統、導航儀器、無線電通訊設備及報警系統等供電；照明網絡用于向照明設備、小容量電熱設備和電風扇等供電。

船舶電力網的設計是進行全船電能的合理分配，即所謂配電。在船舶電力系統分析的基礎上，首先確定供電系統的種類和標準電壓，根據輪機、舾裝、電氣等專業的各用電負荷選用功率并設計各用電負荷的控制線路，接著進行船舶電力網的設計，其主要內容包括：配電方式的設計；各供電網絡用電負載的劃分，電力布置圖的設計和繪制；船用電纜的選型及敷設方式的選擇等。

2　配電方式的設計

配電方式指對電源發出的電能集中控制，并分配給各用電設備的方式，即電網在主配電板與區配電板、分配電板與船用設備之間的連接和布設方式。在保證整個電力系統的可靠性、安全性、經濟性和靈活性及操作管理切實可行的基礎上，根據各用電設備的具體要求，選擇合理的連接方式。按連接方式不同配電方式可分為三種方式：饋線式、干線式和混合式，目前饋線式配電系統較多地用于國內遠洋貨船。

本電站采用的是饋線式，即主配電板通過各饋電電路直接向各區配電板、分配電板和重要負載供電的輸配電方式，如圖1所示。

圖1　船舶電站實訓系統饋線式配電方式

3　一次電力系統、二次電力系統的設計

船舶發電機發出的電能通過配電裝置的分配和電纜線路的輸送到各用電設備。發電機要向各種用電設備提供電能，并根據用電設備的具體要求進行分配。因此船舶電網的設計需根據船舶用電設備的功能和要求進行劃分，船舶用電設備有電力推進設備、舵機、甲板機械、機修機械、動力裝置用輔機、艙室輔機、船舶通訊導航、通風機、空調、冷藏、照明和其他生活用電設備等。

不同的用電設備根據其在船舶各工況下所處的重要程度不同分為：重要負載和次要負載，重要負載指對人身安全和船舶的航行、駕駛、操縱、貨物存放所必需的設備如電力推進設備、舵機等[2]。次要負載指與船員生活相關的輔助設備，如艙室風機、空調、廚房用電設備等。

為設計和施工方便，船舶電力網按配電方式不同可分為一次電力系統和二次電力系統。按照一次電力系統和二次電力系統的定義，一次電力系統是指與發電機直接有電聯系的網絡；二次電力系統是指與發電機無直接電聯系而只有磁聯系的網絡[3]，如控制線路。

3.1一次電力系統圖的設計

一次電力系統：發電機提供電源給主配電板，由主配電板直接向區配電板、分配電板和負載供電的網絡。一般把由應急配電板直接供電的網絡，重要設備、大功率設備等由主配電板直接供電構成的網絡，納入一次電力系統。下面以我院輪機自動化機艙實訓中心的船舶電站的一次電力系統圖為例進行分析。

圖2為船舶電站的2號發電機屏主匯流排的一次電力系統圖。2號主發電機2G通過主開關2MC?CB向主匯流排供電，其中2號發電機和主開關之間用2根(3×25)的動力電纜連接；電位器AVR2通過1根(3×2.5)的動力電纜與發電機屏連接；JB/2G 為2號發電機控制箱，通過1根(10×2×0.75)的控制電纜與發電機屏連接；ECC為機艙集控臺，通過1根(2×1)的動力電纜與發電機屏連接。

一次電力系統圖的設計應注意以下事項。

（1）應協調好主配電板、應急配電板等配電裝置與用電設備的關系，確保重要設備由主配電板或應急配電板直接供電，且配電合理，容量和路數符合要求，并留有恰當的余量。

（2）為保證船舶電力網的安全可靠，應急配電板應由主配電板通過饋電線直接供電。

（3）對船舶航行操縱有重要影響的重要負載，如操舵裝置應由兩路電源供電，一路由主配電板直接供電，另一路由應急配電板供電，該兩路供電電纜必須保證在全長距離盡量遠離敷設。

（4）重要設備設置雙套，互為備用，由主配電板左右配電屏供電，并具有自動轉換功能。

（5）當發電機提供的主電源作為船舶推進的主動力時，主匯流排應至少分為兩個獨立的分段，發電機和其他雙套設備均分地連接至兩段主匯流排上[4]。

圖2　船舶電站的2號發電機屏主匯流排的一次電力系統圖

3.2二次電力系統的設計

二次電力系統：由區配電板或分配電板向負載供電的網絡，如經變壓器或變流機組隔離的系統。這類負載種類繁多，功能各異，為便于操作管理和維護使用，必須將這類用電設備進行分組。分組的基本原則為：（1）按系統分組，如動力、照明、信號燈和航行燈等；（2）按設備用途分組，如通風機、空調、電熱器和廚房設備等；（3）按控制要求分組，如集中遙控的燃油系統、分油機系統等；（4）按電壓等級分組，如380 V和220 V等；（5）按位置分組，如首部、尾部、左舷、右舷以及甲板等。二次電力網絡需根據系統圖和分組情況進行設計。

4　電力布置圖的設計和繪制

當確定了全船配電方式并完成一次電力系統和二次電力系統設計后，便可進行電力布置圖的設計和繪制。設計電力布置圖時，應注意以下各點。

（1）在繪制電力布置圖時電氣圖形符號和文字代號采用國家標準規定，用電設備所采用的圖形符號和代號應與電力系統圖保持統一。

（2）用電設備及其控制裝置應盡可能布置在同一區域，避免某一區域的故障影響到另一區域的電氣設備的工作，以保證正常供電的完整性。

（3）應根據安裝位置的環境條件選擇區配電板和分配電板、起動器和控制箱的位置和結構和防護等級，并確保選定位置可以有效縮短連接電纜長度，結構合理、防護安全可靠。

（4）需滿足船舶電力系統設計規范對關鍵設備的特殊要求，如：有關燃油駁運泵、鍋爐燃油泵等應急切斷裝置的要求；舵機兩路供電電纜必須保證在全長距離盡量遠離敷設等。

（5）機艙內相鄰輔機起動器盡可能組合在一起。

（6）控制按鈕和轉換開關等布置在易于操作的位置，指示儀表應布置在面板易見的位置，其上方和后方應盡量避開水、油或蒸汽管。

（7）根據系統圖和機艙布置圖，起動器及開關控制類電器裝置，應布置在各用電設備較集中，并靠近電動機的地方，盡可能縮短電纜連接長度。

圖3為我院船舶電站實訓系統的電力布置圖。

圖3　船舶電站實訓系統電力布置圖

5　船用電纜選型及敷設

船用電纜是船舶電力系統的重要組成部分，

船用電纜按功能和用途分為船用電力電纜、船用通信電纜和船用控制電纜三大類。電纜的選擇內容包括：電纜的規格型號，電纜的芯數及導體的選擇，電纜燃燒特性及絕緣材料、保護層的選擇，電纜的額定電壓、溫度、標稱截面積等的選擇[5]。按照《鋼制海船建造入級規范》的要求，電纜的選擇應根據工作定額、額定電流、允許電壓降、工作系數、敷設場所的環境條件、敷設方法等因素來確定，選擇時注意以下問題：

（1）根據電纜的用途、敷設位置和工作條件選擇合適的電纜型號；

（2）根據用電設備的工作制、電源種類、電纜線芯和負載電流選擇合適的電纜截面；

（3）校核線路電壓降，電纜所在線路的電壓降不得高于該電纜的額定電壓；

（4）電纜及其絕緣導體應能耐受最大短路電流所產生的熱效應和機械應力。

我院船舶電站選用的電纜型號主要有：CJV80/SA、CKJV80/SA以及CHJVP80/SA。根據實訓室場地的要求，電纜的敷設安裝滿足船級社的要求并參照造船廠工藝標準。

6　結語

我國是一個船員產出大國，每年不僅有大量的輪機工程專業的學生需進行海船員適任評估訓練、評估和崗前培訓，而且還有眾多的在職船員需進行職務晉升和技能提高培訓。我院船舶電站的設計與實施不僅滿足了教學需求，而且還為進行船舶電站的工作原理、操作管理和調試維修的學習和培訓提供了極大的方便。

參考文獻：

［1］王文義.船舶電站［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006.

［2］鄭華耀，趙殿禮.船舶電氣設備及系統［M］.大連：大連海事大學出版社，2005.

［3］鋼質海船入級規范，第4篇電氣裝置［S］.中國船級社，2014.

［4］畢雨佳，吳斐文. DP-2/ DP-3船舶電力系統設計要點［J］.上海造船，2008（4）：59.

［5］莊福余.船舶供電技術［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2006.

(編輯：向飛)

Electric Network Design and Implementation of Ship Power Station Training System

LI Lin
（Fujian Chuanzheng Communications College，Fuzhou350007，China）

Abstract:The design task of the ship power system is to complete ship power distribution. This thesis present power distribution mode selection，primary power network and secondary network designed，the power system layout drawing designed，marine cable selection and installation based on ship power station training system of Fujian Chuanzheng Communications College. The system has a fully functional，it meets teaching，training and assessment requirements for the crew of IMO(International Maritime Organization) STCW convention.

Key words:ship power system；power distribution mode；the power system layout drawing

作者簡介：李琳，女，1968年生，浙江鎮海人，碩士，副教授。研究領域：機電一體化技術，船舶工程技術。已發表論文14篇。

收稿日期：2015－05－03

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 034

中圖分類號：U665.12

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0135－03