淺析小型船舶電力系統設計

郭家建

（福建船政交通職業學院 福建福州 350007）

船舶在水上活動可以看作是一個孤島，相對獨立。船舶電力系統是船舶動力和控制的核心部分，電力系統擔負著給船舶推力、控制和通訊導航等設備提供電源的任務。船舶電力系統的性能直接關系到船舶的航行性能，同時為船員的生活和工作提供必要的保障。船舶電力系統的設計是船舶電氣詳細設計的主要部分。[1]本文以沿海航區營運限制小型客渡船的電力系統設計為例，介紹小型船舶電力系統設計方法。

一、船舶電力系統概述

船舶電力系統主要由電源、配電裝置、船舶電力網和船舶電力負載組成，如圖1所示。與陸地電力系統相比較，船舶電力系統有如下特點：船舶電氣設備工作環境惡劣；船舶電氣設備多且空間小，相互影響大；船舶電站容量相對較小。因此，船上的電氣設備需要比陸地上的更加優良。[2]

圖1 船舶電力系統組成

二、主要電氣設備選型

沿海航區營運限制小型客渡船的設計及建造按中華人民共和國船舶檢驗局頒布的有關規范，主要依據為中國海事局《國內航行海船法定檢驗技術規則》[沿海小型船舶檢驗技術規則（2016）]。船舶主要電氣設備包含：電源、配電設備、電力設備、照明設備、航行信號燈、船內通訊設備、無線電通信設備、航行設備和電纜等。

（一）電源

船舶電源有發電機或蓄電池兩種，主電源可采用由獨立的原動機驅動的發電機組，或者由推進主機驅動的發電機，或者蓄電池組。對于大型船舶而言，主要采用柴油發電機組作為主電源。沿海航區營運限制小型客渡船，由于電氣設備較少，功率較小，故用主機自帶直流發電機及蓄電池組作為本船主電源。

本船在機艙設置2組24V容量為195Ah的蓄電池組作為本船的兩套電源，每組電源由2節12V，195Ah鉛酸蓄電池串聯而成，任意一組蓄電池組容量均可滿足法規規定時間內全船用電需要。蓄電池組由主機自帶直流發電機進行充電，主機自帶發電機容量1.5kW，輸出電壓28V。主機正常運轉的情況下，該發電機可同時或分別對兩組蓄電池組進行充電，同時為全船所有用電設備進行供電。當主機不運轉的時候，蓄電池組為船上全船所有用電設備進行供電。蓄電池組采用浮充的方式進行充電，需要蓄電池充當船舶主電源之時，蓄電池剛開始時處于滿電量狀態。

（二）配電設備及電纜

本船的配電設備主要為充放電板，蓄電池充電方式采用浮充方式進行，當船舶航行過程中，主機自帶發電機正常工作，為充放電板供電，充放電板為全船用電設備供電以及對蓄電池組進行充電。當主機自帶發電機不工作時，充放電板的負載自動由蓄電池組供電，無瞬時斷電。配電板與用電器之間的電能輸送依靠船舶電纜來實現。船舶工作環境惡劣，潮濕、機艙溫度高、振動頻繁，故對船舶電纜的性能要求較高。對于船舶電纜型號的選擇應考慮以下因素：

1.電纜的用途：用于動力、照明和通信等；

2.電纜的敷設位置：溫度、濕度和屏蔽需求等；

3.工作條件：固定敷設、穿管敷設和可移動等。

根據規范要求，結合實際情況，本船電力電纜選用CJ86/SC船用電力電纜；通信電纜選用CHJP86/SC型；耐火電纜選用CJ86/NC和CHJP86/NC型。

（三）照明與航行信號燈

船舶照明直接關系到船員的工作和生活，同時影響船舶的航行安全。根據規范要求，本船照明設備由充放電板直接供電，駕駛室、客艙、機艙和舵機艙采用白熾艙頂燈。航行信號燈用于船舶夜航和指示船舶的狀態和相應的位置。設置如下：桅燈1盞；左右舷燈各1盞；艉燈1盞；錨燈1盞；失控燈2盞。

（四）航行、通訊和報警設備

航行、通訊和報警設備直接關系到船舶的航行安全。嚴格按照規范的要求，配備相應的設備。例如：

1.航行設備：操舵磁羅經1套；船舶自動識別系統（AIS，A級）1套；舵角指示器1套；雷達1套。

2.報警設備：通用報警系統1套，控制器裝于駕控臺，各艙室設有警鈴，舵機艙和機艙還設有警燈。電笛1套，控制器裝在駕控臺上，電笛裝在桅上。設艙底水報警系統1套，報警控制板裝于駕控臺，機艙、舵機艙設艙底水高位傳感器。

3.無線電通信設備：甚高頻無線電裝置1臺；便攜式雙向甚高頻無線電話1套；雷達應答器1套。

三、船舶電力負載種類和功率估算

沿海航區營運限制小型客渡船電力設備較少，總功率較小，但也需要對船舶電力負載的功率進行估算，完成電力負荷計算書。船舶電站的容量確定方法主要有負荷系數表格法、概率分析計算法和日夜負載法等。其中負荷系數表格法使用最為廣泛，而三類負載法是負荷系數表格法中的一種。三類負載法是將船舶用電設備根據其在船上的地位和作用，分為三類負載，并考慮同時使用情況，所得的結果較為準確。

沿海航區營運限制小型客渡船電力負載主要包含：照明設備通導設備、電笛、蓄電池充電、航行信號燈、船內通訊及報警設備。通過三類負載法進行計算，所需總功率為1.31kw，使用發電機容量1.5kw，發電機負荷率 87.20%。本船停泊狀態全船用電設備由蓄電池組供電。

四、電力系統圖與主要電力設備布置圖的設計

在估算船舶的電力負荷，確定船舶主要電氣設備（如：配電裝置、通信設備、電纜型號和無線電設備等）之后，船舶電力系統圖設計主要任務就是繪制船舶電力系統整體單線圖。單線圖包含主機自帶直流發電機、蓄電池組、各種電氣設備及電纜。圖中標明各種電氣設備規格或型號，標明電纜的型號（不同設備所需的電纜型號不同）。確定不同設備之間的電路聯系方式，確保所有設備安全可靠的供電。同時留有備用的接口，以便在設備維護、系統升級時使用。

主要電力設備布置圖的設計，即將船舶主要電力設備布置在船舶合適的位置，方便設備的運行維護及使用。沿海航區營運限制小型客渡船的主要電力設備包含：主機自帶直流發電機、蓄電池組、充放電板、航行設備分電箱、航行燈控制板。其中主機自帶直流發電機、蓄電池組布置在船舶機艙，充放電板、航行設備分電箱和航行燈控制板布置在駕駛室。

五、結束語

船舶電力系統作為船舶的核心組成部分，其設計的合理與否直接關系著整個電力系統乃至船舶整體安全可靠與穩定性。[3]因此船舶必須確保船舶電力系統設計的質量，嚴格按照船舶設計的相關規范，確定好船舶電氣設備、計算好負載、設計好電力系統圖等，同時還應兼顧造船的經濟性。