船舶電力系統的分析與設計

摘 要：船舶電力系統作為船舶重要的組成部分，是船舶技術發展水平的重要標志。隨著船舶的不斷發展，對船舶電力系統的要求越來越高。文章以500噸運輸船為例簡述了船舶電力系統的設計任務、步驟等。

關鍵詞：船舶電力系統；系統設計；保護

引言

隨著船舶自動化水平的提高，現代船舶電力系統日趨復雜，并且要求設計質量高、時間短，既要優化資源，又要保證電力系統運行的安全。因此，在船舶設計和建造的過程應該充分考慮船舶電力系統的特殊性和重要性，構建可靠性高的電網類型，保證船舶能夠安全、可靠、經濟的航行。

1 船舶電力系統的組成及主要特征

1.1 船舶電力系統的組成

船舶電力系統由電源、配電裝置、電力網和負荷組成。電源為船舶電力系統提供電能，船舶上一般采用發電機或蓄電池作為電源裝置。配電裝置的主要作用是分配電能，同時也對電源、電網及負載進行控制、調節、監視和保護等。電力網作為電源和用電設備的聯系橋梁，將電源產生的電能輸送給用電設備。負荷主要指動力負荷、照明負荷、通信和導航設備等。

1.2 船舶電力系統的特征

船舶電力系統與陸地電力系統相比有很大差別，主要體現在以下三方面：

（1）船舶電站容量較小，因此船舶電網電壓和頻率容易發生波動，另外電網中局部發生故障或誤操作都容易造成全船失電，給船舶的安全航行帶來威脅。（2）船舶空間有限，電氣設備集中，因此船舶電網線路短，電能損失小。（3）船舶電氣設備工作環境惡劣，船舶常年航行在江河、海洋中，潮濕的環境會使電氣設備的絕緣下降、變形等；船舶航行過程中會經常受到沖擊、振動等的影響，會使電氣設備接觸不良、誤動作或損壞。

2 船舶電力系統的設計任務

不同類型、不同用途的船舶，電力系統設計的內容會略有不同。總的來說，有以下幾點。

（1）確定船舶電力系統供電的電壓、頻率和配電方式等。（2）選取電源裝置，主要有發電機、變壓器和蓄電池的選取。（3）設計配電裝置，主要指配電裝置的結構設計和電氣設計。（4）設計船舶電力網，如電站配電方式設計、用電設備的布置、主干電纜的走向等。

3 船舶電力系統的設計

3.1 電源裝置的設計

電源是船舶電力系統的重要組成部分。在電源裝置設計過程中，首先要通過電力負荷的計算確定船舶在各個工況下電力負載所需總功率，然后根據計算結果確定電站的總功率以及發電機組的臺數和單機功率。

3.1.1 電力負荷的計算。電力負荷的計算方法有很多種，三類負荷法是應用最普遍的一種。三類負荷法將用電設備分為連續、短時或重復短時及偶然短時使用類負荷三類。因為充分的數據，可以準確地計算出電氣設備的負荷系數，因此，三類負荷法可以得到更準確的結果。

3.1.2 負荷表的編制

負荷表的編制，通常按以下步驟進行：（1）收集船舶所有用電負荷的數據，確定額定輸入功率，并按使用時間長短分成三類。（2）確定電動機計算系數和同時使用系數。（3）考慮5%的電網損耗，確定每個工況需要發電機提供的總功率。

3.1.3 發電機組容量和臺數的選擇。發電機組的單機容量和機組數量應根據負荷計算結果來確定。依據發電機組臺數和容量的確定原則，500噸運輸船電站發電機組的選擇結果為3×90（臺數×KW）同型號同容量的發電機組，其中2臺為運行機組，1臺為備用機組。

3.2 配電裝置的設計

船舶配電裝置是由主開關、變壓器、指示儀表、保護電器等組成的裝置，主要用來接受、分配和控制電能。圖1為500噸運輸船主配電板布置圖，主配電板共設5塊屏，其中設2塊發電機控制屏，用于對發電機的控制；設1塊同步屏，用于主發電機的并車控制；設有1塊380V交流負載屏/組合起動屏，用于大負載或重要負載和接岸電箱的控制；1塊220V交流負載屏/380V交流負載屏用于給負載的供電控制。

3.3 電力網的設計

電站的電能需要通過船舶電力網輸送到船上各處的負載。對于大中型船舶，船上用電負載很多，重要負載或者大功率負載一般由主配電板直接供電，多數負載由區配電板或分配電板直接供電。

船舶電力網的供電線路有多種連接形式，常用的結構形式主要有五種：放射式、干線式、環式、混合式、網狀式。目前，各國多采用環式和混合式的電網類型。作者設計的500噸運輸船電力系統選用混合式接線方式即功率較大或較重要的負載采用放射式，由主配電板直接供電；較次要或功率較小的負載采用干線式或多級放射式，由區配電板或分配電板統一供電。

4 結束語

文章結合船級社規范、國際公約和相關標準，以500噸運輸船為例分析了船舶電力系統的構成、基本特征，論述了船舶電力系統的設計任務、步驟等。文章的研究為船舶電力系統的設計提供了新思路，對于普通小型船舶電力系統的設計具有一定的參考價值。

參考文獻

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[4]陳可越.船舶設計手冊（電氣分冊）[M].中船總編，1997.

作者簡介：牛海春，女，碩士，青島黃海學院，助教，主要研究方向為船舶電氣控制方向。