第12章船舶电力系统的组成.ppt

第十二章船舶电力系统的组成,第一节船舶电力系统第二节船舶电站容量和发电机组台数的选择第三节船舶配电装置第四节船舶电力网第五节船舶电力系统的继电保护第六节船舶轴带发电机系统第七节船舶中压电力系统,内容简介,本章主要介绍了船舶电力系统的组成、特点和基本功能，对配电装置中的重要设备和部件（包括配电板，应急配电板，蓄电池，充放电板，岸电箱和万能式自动空气断路器）作了详情的叙述，此外，对船舶轴带发电机主要类型及工作原理作了简单介绍。,第一节船舶电力系统,一、船舶电力系统的组成,船舶电源装置船舶配电装置船舶电力网负载控制电器电工测量用仪器、仪表,返回,图12-1典型船舶电力系统简图,图12-1典型船舶电力系统简图,返回,将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。船舶电源主要是指发电机和蓄电池。,1.船舶电源装置,2.配电装置,对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护，分配，转换，控制和检测的装置。,根据供电范围和对象的不同可分为主配电板、应急配电板、动力分配电板、照明分配电板和蓄电池充放电板等。,3.船舶电力网,是全船电缆电线的总称，作用是将各种电源与负载按一定关系连接起来。根据其所接负载的性质，可分为动力电网、低压电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。,车床、钻床、电焊机和盘车机等。,①动力装置用辅机,滑油泵、海水冷却泵、淡水泵、鼓风机等。,②甲板机械,锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。,③舱室辅机,生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。,④机修机械,4.负载用电设备，按系统可分为以下几类,⑤冷藏通风,空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。,⑥厨房设备,电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。,⑦照明设备,机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备，还包括航行灯、信号灯以及电风扇等。,⑧弱电设备,无线电通信、导航和船内通信设备等。,⑨自动化设备及其他,自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。,主要有各种类型的控制箱、接触器、继电器、各种控制器和主令电器等。,5.控制电器,6.电工测量用仪器、仪表,船舶上常用的电工测量仪表有万用表、兆欧表、钳形电流表、交（直）流电压表、电流表、功率表、功率因数表、频率表、交流并车屏上的整步表、平时用于检修的直流稳压电源和自耦变压器、示波器等。,几乎所有大中型船舶均采用交流电力系统。,2.额定电压等级,世界各国对电压等级的选用与本国陆上电制参数一致，使船舶电气设备具有通用性。,二、船舶电力系统的基本参数,1.电流种类电制,我国钢质海船入级规范规定非电力推进船舶的限制电压为500V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380V，照明、生活居室的电热器限制电压为250V，额定电压为220V。,3.额定频率等级,我国采用50Hz，西欧各国、美国采用60Hz的频率标准。,三、船舶电力系统的特点（与陆电相比）,（1）工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣,（2）与用电设备之间的距离很短，相互影响大,（3）船舶电站容量相对较小。,第二节船舶电站容量和发电机组台数的选择,一、确定电站容量和发电机台数的基本原则,（5）应急工况,货轮和油轮的典型运行工况大致划分如下,（1）航行工况,（2）进出港工况,（3）装卸货工况,（4）停泊工况,1.船舶的运行工况,返回,2.确定电站容量的基本原则,电站容量应能满足船舶在各种运行况下的用电量，并有适当的裕量，确保连续可靠的供电。但从经济性考虑，冗余功率又不能太大。,3.发电机组容量和数量的选择原则,发电机组的总容量决定于电站的总容量，发电机组的单机容量和机组数量由以下几个基本原则确定单机组容量船舶电站必须有备用机组各机组的使用寿命应与主机寿命相当维修管理方便,二、应急发电机容量的确定,一般规范都规定客船和500总吨以上的货船应设有独立的应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。,1．目的和原则,一般应急发电机需对舵机之类较大的电动机负载供电,确定应急发电机的容量通常基于下述设备所需的电功率，即航行灯、信号灯、应急照明设备、应急报警和信号装置、火灾探测和报警装置及防火门的固定和释放系统；在紧急状态下所需要的船内通信设备、应急消防泵、自动喷水泵、应急舱底泵及其电动遥控设备、应急时使用的舵机、动力操作水密门及其指示器、报警器以及其他需要应急发电机供电的用电设备。,2．容量确定,三、电站容量的计算,电站容量的计算方法有许多种，海上运输船舶一般都采用三类负荷法。三类负荷法是一种在电力设备具有较充分的数据前提下进行全船电力负荷计算的方法。,1．负荷分类,在计算全船电力负荷时，可将负荷按使用情况分为以下三类,（1）第Ⅰ类负荷连续使用的负荷；,（2）第Ⅱ类负荷短时或重复短时使用的负荷；,（3）第Ⅲ类负荷偶尔短时使用的负荷以及按操作规程可以在电站尖峰负荷时间以外使用的负荷。,三类负荷的分法与船舶运行工况有关，如在航行工况中连续使用的负荷属于第Ⅰ类负荷；使用若干小时，停止使用若干小时的负荷属于第Ⅱ类负荷。在靠离码头工况中，虽然起锚机的工作时间较短，但在此工况中，它一直使用，因此也算做第Ⅰ类负荷。,表12-1万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类,表12-1万吨级柴油机远洋船舶的电气设备负荷分类,返回,2．电动机负荷系数的计算,（1）电动机利用系数Ｋ1,,,,,,,,P1电动机额定功率；P2电动机轴上拖动的机械设备的额定功率。,通常电动机的额定功率应略大于机械设备的额定功率,（2）机械负荷系数K2,P3电机拖动的机械设备的实际使用功率,（3）电动机负荷系数K3,,（4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率P4,,,ηe电动机在额定功率时的效率,,,（5）电动机实际消耗的功率P5,,,η为电动机相当于功率P2时的效率,,（6）无功功率Q5,,,为电动机的功率因数角。,3．系数的确定,（1）负荷系数的确定,一般机械的轴功率可由产品样本查得，机械负荷系数可根据轮机专业或舾装专业提供的设备实际使用数据来确定。,（2）同时系数的确定,对第Ⅰ类负荷来说，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时系数选0.8～0.9,对第Ⅱ类负荷来说，可按该负荷平均使用时间与工作周期之比来估算,,4．负荷表的编制,（1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率；,（2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类；,（3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率；,（4）计算每一工况下各类负荷的总功率，按其同时系数计算总负荷。在交流电制中，还需要计算无功功率和平均功率因数；,（5）考虑5的网络损耗，得出发电站的功率；,（6）根据上述计算，选择发电机组，并核算各工况下发电机的负荷百分率，一般来说发电机应有10～20的储备功率。,第三节船舶配电装置,主要功能,（1）正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的供电网络，对电网供电或停止供电。,（2）测量和监视电力系统的各种电气参数（电压、频率、电流、功率、功率因数、绝缘电阻等）。,（3）调整电力系统的各电气参数值（例如电压、频率的调整）。,返回,（4）当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将自动地切断故障电路或发出报警信号。,（5）对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行信号显示。,一、主配电板,图12-4某轮主配电板的板面布置图,控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。,1.发电机控制屏,用来控制、调节、监视和保护发电机组。每台发电机组均配有单独的控制屏。,其上部分装有测量仪表、转换开关、指示灯、主要电源开关、原动机的调速开关和按钮等；,下部一般安装有发电机主开关，有的船舶也装有发电机励磁控制装置。,负载屏上装有装置式空气开关、电压表、电流表、转换开关、绝缘指示灯、兆欧表以及与岸电箱相连的岸电开关（如图12-5）等。,2.并车屏,并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。主要由频率表（电网和待并机）、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开关、合（分）闸按钮、投切顺序选择和转换开关等组成。,3.负载屏,负载屏的主要功能是对各馈电线路进行控制、监视和保护，通过装在负载屏上的馈电开关将电能供给船上各用电设备或分配电板。它包括动力负载屏和照明负载屏。,图12-5岸电主开关连接图,返回,4.汇流排,交流汇流排按从上到下垂直排列，从左到右，从前到后水平布置的顺序依次为A相、B相、C相（或U相、V相、W相）。汇流排的颜色依次为绿色、黄色、褐色或紫色，中线为浅蓝色若有接地线则接地线为黄绿相间颜色。,直流汇流排按从上到下垂直排列，从左到右，从前到后水平布置的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。,二、分配电板,分配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控制设备的组合装置。对额定电流不超过16A的电气设备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电板和照明分配电板两种。,区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，是对耗电大于16A的电器设备进行供电的开关板。,三、应急配电板,应急配电板的功能是控制和监视应急发电机组的工作状况，并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一舱室内，一般位于艇甲板上。应急配电板由应急发电机控制屏和应急配电屏组成，其上面安装的仪器仪表与主配电板类似，只是应急发电机不需要并联运行而无需逆功率继电器和同步表。,应急发电机组均有自动起动装置，当主电网断电并延时确认后，应急发电机组一般在45s内可以自动起动成功并向应急电网供电，而主电源恢复供电后，应急发电机组便自动脱离并自动停车。,应急配电板的接线应该反映出主发电机、应急发电机和岸电开关之间的电气联锁。防止非同期合闸（在几个电源之间）。,图12-6船舶主电网与应急电网间单线原理简图,四、充放电板,船舶小应急照明，操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池，船舶设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常供电。常用充放电板的原理接线如图12-7，主要有以下两部分组成,1.电源部分,目前交流船舶大都采用可控整流装置把交流电变为直流电。图12-7中HZ1为整流电源开关，HZ2为整流后的总电源开关，电源回路中设置有熔断器、电压表和电流表。,2.充放电回路,在每一个充电回路应设有防止逆流的逆电流继电器或二极管，由图12-7可见，当主应急电网都失电时，接触器ZC1线圈失电，常闭触头闭合，直接向小应急用电设备供电，其余用电设备分别利用开关送电。,图12-7用整流器充电的充放电板原理图,返回,五、蓄电池,船上使用的应急蓄电池有酸性（铅）蓄电池和碱性（铁镍、铬镍）蓄电池两种。船上一般采用酸性蓄电池为多，主要是因为其具有体积小，价格便宜，维护方便等优点。,蓄电池主要有如下用途,⑴作为小应急电源（应急照明、航行灯）及内部通讯电源；⑵作为机舱巡回监视系统的备用控制电源；⑶作为应急柴油发电机的起动电源；⑷作为救生艇柴油机的起动电源；⑸作为无线电收发报机的电源。,图12-8酸性蓄电池结构图,1-电极桩头；2-透气塞；3-连接条；4-容器,1．酸性蓄电池的结构和工作原理,酸性蓄电池主要由容器、极板、隔板三部分构成，其外形结构如图12-8所示。,酸性蓄电池是利用铅、二氧化铅和硫酸的化学反应来储存和释放电能的装置。它的工作原理可用如下化学方程表示,（正极）（电解液）（负极）（正极）（电解液）（负极）,通过化学方程式可以看出蓄电池放电时会产生水，电解液比重降低；充电时生成硫酸，比重增加。根据这个原理，可以用比重计来测量电解液的比重，蓄电池的电动势与电解液比重（相对密度）有关，比重高，电动势也高，二者的关系可用经验公式表示如下,,E蓄电池的电动势，d电解液的比重。,2．蓄电池的充放电,蓄电池的充电分为初充电和经常充电两种。新的或长期库存的蓄电池，必须经过初充电后，才能投入使用。在使用过程中需经常充电。,1）经常充电,酸性蓄电池分两个阶段进行，第一阶段充电使蓄电池电压上升到每单元电池为2.4V，然后转入第二阶段充电，充电后调整电解液相对密度达到1.285左右，再以第二阶段充电电流继续充电1h，即告完毕。,碱性蓄电池第一阶段用1/4容量的电流充电6～7h，第二阶段用第一阶段充电电流的一半充电2～3h然后再校正电解液，整个充电过程即告完毕。,2）充电方法,⑴恒压充电法,⑵恒流充电法,⑶分段恒流充电法,⑷浮充法,3）过充电,蓄电池在使用过程中往往因长期充电不足，过放电或外部短路等原因使极板硫化，从而使充电电压和电解液相对密度都不容易上升。为了使蓄电池良好运行，对下列情况必须进行过充电,⑴蓄电池放电到极限电压以下；⑵蓄电池放电后，停放1～2昼夜没有及时充电；⑶蓄电池极板抽出过；⑷以最大电流放电超过限度；⑸电解液内混有杂质；⑹个别电池极板疏化，充电时相对密度不易上升。,酸性蓄电池的两种过充电方法,⑴充电终了，改用正常充电率的一半电流继续充电。在电压和电解液相对密度均为最大值时，每隔半小时观察一次电压和测量相对密度。连续四次，如无变化，而极板冒气激烈，即停止充电。⑵充电结束后，停止充电1h，再改用正常充电率的一半电流充电，至冒汽泡后停止1h，再充，如此重复2～3次，直至电压及相对密度均无变化并冒泡剧烈为止。,4）蓄电池充、放电终了的判断,（1）电解液的相对密度变化,（2）蓄电池电压的变化,（1）蓄电池维护的周期、内容与要求,①每十天要检查一次电压、电解液的相对密度及高度。②不经常使用的蓄电池，每月至少要检查一次，并进行补充电。③蓄电池表面，每三个月进行一次彻底清洁。,3．蓄电池的日常维护、保养,对于酸性蓄电池,①每十五天要检查一次电压、电解液相对密度及高度。②每两个月检查一次蓄电池螺丝塞和透气橡皮套管。③每六个月要彻底清洁一次蓄电池的外表面。,对于碱性蓄电池,（2）蓄电池维护保养注意事项,①注意保持蓄电池表面及整体清洁。②保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁。③平时注意盖好注液孔的上盖，以防止船舶航行时电解液溢出，或海水进入到蓄电池里，必须保持气孔畅通。④蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电。⑤蓄电池室内严禁烟火。⑥碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防进入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年或使用过50～100次充放电循环，应更换一次电解液，要注意保持排气胶管畅通，定期打开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电池膨胀。,岸电箱与主配电板之间，应设有足够容量的固定电缆。在主配电板上的岸电接线，应装有指示灯，以指示外来电源的电缆是否已经带电。,六、岸电箱,1检查岸电电力系统参数（电制、电压和频率）是否与本船电网参数一致。若电制、频率相同，仅电压不同，可通过调压器将岸电电压变换成与本船电压相等后，再接至船上电网。2检查岸电相序与船上电网相序是否一致，如果相序不一致将会使船上电机反转。一般船上的岸电箱内均有相序指示灯或逆序继电器，当显示相序正确时才能接岸电。3接通岸电后，不允许再起动船上主发电机或使应急发电机合闸向电网供电，因此主配电板均设有与岸电的互锁保护，使两者不可能同时合闸。4若岸电为三相四线制时，应将船体与岸上接地装置相连，然后接岸电。,交流船舶接岸电时，还应注意如下各项,船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用电负载之间的电缆连线。因船舶负载的种类和数量颇多，不可能每个负载都直接由主配电板或应急配电板供电，有许多成组用电设备是由区、分配电板供电。,第四节船舶电力网,一次网络从主配电板到直接供电负载或分配电板之间的电网,二次网络由分配电板到负载之间的电网,返回,2正常照明配电网络该电网由照明变压器副边算起通过主配电板中的照明负载屏馈电给各照明分配电板，再由各分配电板供电给全船所有舱室及甲板的照明灯具。,3应急电网当主电源失电时，应急电源自动起动并通过应急电网供电给应急用户。,一、船舶电力网的分类,1动力配电网络主要指供电给三相异步电动机负载的电网，也包括供电给380V三相电热负载的电缆。该网络输送的电能占全船全部电能的70左右。,5弱电网络----是向全船无线电通讯设备、各种助航设备、信号报警系统等用户供电的低压直流电网或中频电网，因其对供电电压、频率等有特殊要求，因此需专门配置蓄电池及变流机组（逆变装置）。,4小应急电网由24V蓄电池提供的直流电通过小应急电网馈电给小应急照明以及主机操纵台、主配电板前后、锅炉仪表、应急通道出入口处、艇甲板等处的照明以及助航设备等。蓄电池的容量应满足小应急用户使用半小时。,二、船舶电网的配电方式（接线方式）,1.配电方式分类,1）500V以下电网的配电方式,大多船舶电压等级在500V以下，采用两种结线方式枝状和环状。,图12-9船舶电网配电方式,枝状环状,返回,图12-9船舶电网配电方式,2）500V以上船舶电网的配电方式,随着大型船舶及电力推进方式的船舶越来越多，船舶电网的电压等级在升高，采用3300V和6600V中压电网的为数也不少，,船舶中压电网配电方式有四种。采用较多的是枝状和树干状，结构简单、可靠性不高，对重要负载在故障工况时有失电的可能。为了提高供电的可靠性，可采用桥状配电或者采用互为备用的桥状综合配电方式，网络不太复杂，但供电的可靠性提高，只要有一台发电机正常工作，就可保证一些重要设备正常工作。目前采用这种方式的也不在少数。图12-10中压电网,图12-10中压电网a枝状；b）树干状；c）桥状；d综合状,返回,（3）采用自动分级卸载装置。在发电机高峰负载时，自动分级卸掉次要负载，以确保重要用电设备的安全和连续供电。,（2）两路独立馈电线供电。某些重要的负载如舵机、航行灯控制箱等。,（1）由主配电板直接供电。如舵机、锚机、消防泵、艏艉侧推器、消防自动喷淋系统、无线电电源板、电罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。,指那些与船舶航行、货物的保存、船舶与人身安全有关的电气设备。在配电方面通常采取如下措施,2.重要负载的馈电方式,（4）分段汇流排供电方式。,图12-11分段汇流供电方式,船上许多重要负载常是两台，将两组分别由配电板上两段独立的汇流排供电（两段汇流排之间用自动开关连接），则可提高供电的可靠性。,3.主电网与应急电网的连接方式,在正常条件下联络开关闭合，重要负载经应急配电板由主电源供电，当主电源出现故障、主汇流排失电时，联络开关自动断开，应急电源则自动投入应急电网向这些重要设备供电。,图12-12主电网与应急电网的连接,动力系统与照明系统采用变压器隔离,绝缘性能相对较好,安全可靠。,1.三相三线绝缘系统,三、船舶电网的线制,图12-13三相绝缘系统,2.中性点接地的三相四线系统,照明和动力系统由同一电源供电，无需采用变压器。相互影响大,可靠性降低,安全性差。,图12-14中性点接地的三相四线系统,3中性点接地的三相三线系统,利用船体作为中线形成回路，节省电缆,容易发生触电和短路故障。,图12-15中性点接地三相系统,四、船舶电缆,船舶电缆在结构上和用途上都区别于电线。,船用电缆主要由导电芯线，电气绝缘层和防护套三部分组成。,图12-16船用电缆构造,（2）电气绝缘将各导电部分隔离。,（1）导电芯线传输电能。,选择电缆的型号和截面须根据实际用途、额定电流、敷设场所的温度和环境条件、以及用电设备的工作制等决定。,表12-2绝缘材料最高允许工作温度,第五节船舶电力系统的继电保护,一、概述,1.继电保护的任务和作用,船舶电力系统中各种继电保护装置，主要就是为了实现安全可靠地供电。,船舶电力系统的不正常运行情况主要有过载、欠压、过压、欠频、过频、逆功率以及三相三线制中性点绝缘系统发生单相接地等。舶电力系统中最常见最严重的故障就是各种形式的短路。,返回,图12-17短路故障示意图,图12-17短路故障示意图,返回,要限制不正常运行和短路的破坏作用，其中最有效的办法之一，就是在船舶电力系统的主要电气设备上，装设继电保护装置，以自动迅速地切除故障。继电保护的任务可归纳为,1当电气设备发生故障或足以造成故障的发生时，继电保护装置将自动地、迅速地并有选择性地切除发生故障的电气设备，以保护设备，并保证非故障部分正常安全运行。,2当电气设备发生不正常运行情况时，继电保护装置应自动发出报警信号，使值班人员及时进行处理，防止事故发生，或自动切除不正常运行的电气设备，防止事故的再扩大。,3配合自动控制装置，自动消除或减少事故及不正常运行情况。,船舶发电机的保护；船舶变压器的保护；船舶电网的保护；船舶电动机的保护等。,船舶电力系统的继电保护主要包括,2．对继电保护装置的基本要求,（1）具有选择性,继电保护的选择性是指当电力系统发生故障时，继电保护装置应仅把故障元件切除，使停电范围尽量缩小，从而保证电力系统中其他非故障部分仍然能够继续安全地运行。,图12-18保护性选择示意图,（2）具有速动性,继电保护的速动性就是保护装置的动作时限应力求短。迅速切除故障可减轻被保护设备的损坏程度；防止故障蔓延，缩小破坏范围；减少对非故障部分的影响，保证其正常安全运行。,（3）具有灵敏性,继电保护装置的灵敏性是指对于其保护范围内的故障或不正常工作状态的反应能力。灵敏性愈高，故障发觉和切除得就愈早，从而对系统的影响和设备的破坏就愈小。保护装置的灵敏性，用灵敏度来表示。,（4）具有可靠性,继电保护装置的可靠性是指装置本身要能可靠地工作，对它保护范围之内的故障，不应拒绝动作，在正常运行或不属于它保护的范围故障时，不应误动作。否则，它本身就可能成为产生和扩大事故的根源。,二、继电保护的基本工作原理,图12-19继电保护构成原理图,正如人工寻找故障时的道理一样，继电保护的基本工作原理，就是利用在发生各种故障或不正常运行情况时，必定要出现的、特有的现象，作为自动控制的信号，自动判断故障，而后进行必要的处理。,三、船舶同步发电机的保护及保护装置,根据我国钢质海船建造与入级规范规定，对500V以下同步发电机，针对其不正常运行情况和可能出现的故障，主要设置如下继电保护过载保护及优先脱扣、外部短路保护、欠压保护和逆功率保护。,1．发电机的外部短路保护,对于船舶发电机外部短路保护一般应设有短路短延时和短路瞬时动作保护。当短路电流达2～2.5倍的额定电流时，保护装置延时0.2～0.6s动作，使发电机主开关自动跳闸。当短路电流达5～10倍的额定电流时，保护装置应瞬时动作，使发电机主开关自动跳闸。因此，船舶发电机的外部短路保护装置中，一般设有两套电流保护装置，根据短路电流的大小，实行短延时或瞬时动作保护。船舶发电机的外部短路保护由万能式自动空气断路器中的过电流脱扣器承担。,2．发电机的过载保护,为了最大限度地保证供电的连续性，船用发电机广泛采用自动分级卸载保护装置。发电机一旦发生过载现象，自动保护装置将次要负载逐级卸去，同时发出报警信号，如到了允许的时限，仍不能消除过载现象，保护装置则应动作，发出发电机过载跳闸的指令。,3．发电机的欠压保护,船舶发电机的欠压保护是由万能式自动空气断路器中的失压脱扣器来实现的。,4．逆功率保护,同步发电机的逆功率保护由逆功率继电器承担。逆功率继电器有感应式、电子式等多种类型，我国船舶电站大多采用GG-21型感应式逆功率继电器。图12-20是GG-21型的结构原理图。,图12－20GG-21型逆功率继电器原理图,返回,四、船舶电网的保护及保护装置,船舶电气系统的保护包括船舶发电机外部短路保护，过载、欠压、逆功率保护；船舶电网的过载、短路保护，电网的绝缘监测；接用岸电时的相序保护等。船舶中采用继电器保护装置来实现。船舶在电力系统发生故障时，要求继电器保护装置的工作具有可靠性、选择性、准确性，既能适时切除故障以防止故障蔓延，又要尽量缩小停电区域，使非故障部分能继续正常运行，减轻损害程度。,1．电网的短路保护,船舶电网的短路保护要求良好的选择性，当发生短路故障时，仅允许切除有故障的线路部分。通常对各级保护装置的动作整定值按时间原则或电流原则予以整定。如图12-21，若按时间原则整定，则应有t1t2t3，即各级保护装置动作时间的整定值应从用电设备到发电机处逐级增大，如按电流原则整定，则应有I1I2I3。,图12-21船舶电网短路保护示意,返回,2．电网的过载保护,船舶电网大多为幅射型馈线式配电网络，馈线的截面积又都与发电机及用电设备的容量相配合的。由于发电机和用电设备的过载保护装置同时保护了电网，电网中不设专门的过载保护装置。须指出的是，舵机电动机和它的供电线路根据规范要求均不设过载保护，只设短路保护和过载报警装置。,3．单相接地及电网的绝缘监测,⑴单相接地监视,船舶配电板上大多装有绝缘指示灯（亦称地气灯）以监视电网的单相接地。图12-22是地气灯的电气工作原理图。,⑵电网绝缘监测,配电板兆欧表安装在主配电板上，它能在线随时监测船舶电网的绝缘电阻。兆欧表其工作原理如图12-23所示。,图12－22绝缘指示灯电路图,返回,图12-23兆欧表原理图,返回,4．岸电的相序和断相保护,相序及断相保护由负序继电器完成。,五、万能式自动空气断路器,国内外制造的船用发电机主开关的型式很多,结构不尽相同，但基本原理大同小异，一般都是由触头单片、灭弧装置、自动脱扣机构，操作机构和保护装置组成。其结构框图见图12-24。,1．触头和灭弧系统,自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧。,2.自由脱扣机构,自由脱扣机构的作用是使触头保持完好闭合或迅速断开。图12-25所示是一个四连杆机构，它是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。,3.操作机构,操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合或断开。,（1）手动操作,各种类型的自动空气断路器都有手动合闸操作手柄，通常有转动和上下扳动两种型式。,（2）电磁或电动合闸,DW-94型电动合闸主开关采用电动操作时，其合闸操作线路原理如图12-26所示。,DW-95、DW-98型电动合闸采用电磁操作，其合闸操作线路原理图如图12-27所示。,AH型采用电磁铁直推式合闸，线路原理图如图12-28所示。,万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失压脱扣器及分励脱扣器，通过它们对自由脱扣机构的作用来实现对主电路的短路、过载、失压、欠压等保护及遥控分励操作。其原理示意图如图12-29所示。,（3）保护元件,图12-24万能式自动空气断路器的框图,返回,a合闸位置b分闸位置c为准备合闸位置图12-25自由脱扣机构示意图,返回,图12-26电动合闸原理图,返回,图12-27DW98电磁合闸控制线路,图12-28AH型电磁合闸原理图,返回,图12-29脱扣器原理示意图,返回,第六节船舶轴带发电机系统,一、轴带发电机的特点,动力来源于船舶主机的发电机称为轴带发电机（ShaftGenerator简称SG），由轴带发电机向船上电网馈送电能的系统称为轴带发电系统。图12-30表示轴带发电机（SG）和船舶主机（ME）之间的关系。,图12-30轴带发电机和船舶主机之间的关系图,返回,1.轴带发电机的优点,（1）能有效利用主机能源（2）利于能量综合利用。（3）能减少润滑油消耗及副机维护保养费用。（4）节约费用，节省空间。,2.轴带发电装置的类型,根据螺旋桨型式不同，轴带发电机可分为定距桨（FPP）和变距桨（CPP）轴带发电两种装置。,3.轴带发电机的功率输出特性,变转速的轴带发电机允许输出的功率，因受电枢电流和励磁电流额定值的限制，在不同的转速范围内是有所不同的，其典型功率输出特性如图12-31所示。,图12-31轴带发电机的功率输出特性,返回,二、轴带发电机系统的组成原理,1.轴带发电机系统的组成图12-32是定距桨晶闸管变流器轴带发电机系统的结构框图。系统主要由三大部分组成①主回路有功通道②无功通道③控制器,2.系统基本工作原理,3.轴带发电机的运行操作,（1）轴带发电机系统起动程序图12-33表示的是轴带发电机自动起动程序框图。,（2）轴带发电机与辅助发电机并联和转换如果是手动并车，其整步合闸、负载转移和辅助柴油发电机的解列与一般的手动准同步并车操作相同。这一切操作通常是由自动并车装置完成。,（3）停机条件导致停机的条件如下①按停机按钮；②电源故障；③运行故障（短路、过载、欠压、转速过低、频率过高等）；④系统中任一电机绕组过热等。,（4）正常停机的操作程序当船舶需要转入机动工况（如进港等）时，因主机将进行减速、倒车、停车等操纵，轴带发电机应停止工作。起动柴油辅助发电机组，并切除次要负载。完成辅助发电机的手动或自动并车及转移负荷之后才能操纵主机减速或倒车。当主机转速降低到额定转速的40％以下时，轴带发电机励磁终止，主开关跳闸。逆变器停止触发，轴带发电机终止发电。,（5）轴带发电机运行中存在的问题船舶在整个运输过程中必然会遇到移泊、紧急停车和紧急倒车等情况。这些均涉及到轴带发电机和辅助柴油发电机带电转换和并联运行问题。,4.轴带发电机的布置形式,轴带发电机可以布置在柴油机自由端或是齿轮端，采用传动齿轮进行传动，轴带发电机除了作为发电机外，有的船舶紧急情况下还可作为电动机。,图12-32轴带发电机系统的结构框图,返回,图12-33轴带发电机自动起动程序框图,返回,三、轴带发电机的工作模式,1．工作模式,,（1）PTI模式PTI即POWERTAKEIN的缩写。此时轴带发电机作为电动机从另一台发电机的电盘中获取电能，它把电能转换成机械能，推动船舶前进。,（2）PTO模式PTO即POWERTAKEOFF的缩写。此时主机作为船舶的原动机，通过减速齿轮箱变速不仅起推进作用，同时通过轴带发电机把机械能转变为电能向船上供电。,（3）BOOSTER模式BOOSTER模式即增强制式，这时两台主机仅起推进作用，两台轴带发电机由两台主发电机通过电盘供电，由减速齿轮箱变速，与主机同步，一起推动船舶。在这种情况下，船舶可以获得高于设计的主机负荷，通过轴带发电机增加和提高船舶的推进能力。,后推进装置和系统控制如图12-34所示。该系统中轴带发电机可以用PTI、PTO和BOOSTER的控制模式对离合器进行控制。,图12-34后推进装置和系统控制,返回,2．控制模式的实现轴带发电机的控制模式是通过PLC对离合器的控制来完成的。海上多用途工作船采用VERC系统实现对可调浆的控制，同时通过I/O端口与主机控制系统、电站系统、集中监测系统、操纵杆、DP等连接。轴带发电机的PTI、PTO和BOOSTER控制模式的转换是由各系统相互作用完成的，主要由可调浆控制系统、电站控制系统和主机三大系统完成的。,第七节船舶中压电力系统,有关中压电力系统的定义，世界各处以及在不同领域的标准不是完全一致的。常用的IEEE标准100规定中压交流电力系统的定义是指额定电压大于1000V，小于10000V的电力系统；在此之上，还有高压和超高压。对于额定频率为60Hz的电力系统，中压的额定值有2.3kV、4.16kV、6.6kV等等级；而额定频率为50Hz的电力系统，中压的额定值有3.3kV、6.0kV、10kV等级。,返回,一、“泰安口”半潜式电力推进船中压电力系统的结构,图12-35是该船的电力系统单线原理图。图12-35中，电网由三个层次组成一是6.6KV的中压主系统，二是450V的辅助低压系统，三是450V的应急系统。,二、“泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模式,“泰安口”半潜式电力推进船电力系统可以提供如表格12-4中所示的几种运行模式（表中所涉及的设备的连接关系，请参见图12-36）。,图12-35“泰安口”半潜式电力推进船的电力系统单线原理图,返回,三、中压电力系统的隔离开关和接地开关,中压电气设备，例如变压器、电流互感器、电压互感器、断路器都安装在完全封闭的开关柜中。输电电缆采用的是绝缘性能极高的材料制成的。,中压电力系统为了保证在维修时操作人员的人身安全，系统在中压主发电机断路器与中压汇流排连接点之间、在中压汇流排连接断路器的两端、在旋转变流机组的断路器与中压汇流排连接点之间，都串联了隔离开关。隔离开关是具有可见断开点的开关，但是没有灭弧装置，因此不能带负荷分合闸。在使用时，和断路器的分合闸操作顺序有先后规定，有时也与断路器有机械或者电气的连锁。,为了确保维修人员正在接触的线路无电，中压供配电线路上还安装了多处接地开关。接地开关（三相）的一端与母线相连，另一端与接地点可靠相连，与隔离开关相同，接地开关也没有灭弧装置，不可以带负载分合闸。在停电维修某一段线路和设备时，合上相应的接地开关，能保证被维修线路和设备可靠的接地，防止线路上电荷积累，或者在断路器意外合闸时，由于线路三相接地，短路电流会使断路器立即跳闸。,