船舶电站实训系统的电力网设计与实施

李琳（福建船政交通职业学院，福建福州　350007）



船舶电站实训系统的电力网设计与实施

李琳
（福建船政交通职业学院，福建福州350007）

摘要：船舶电力网的设计任务是完成全船电能合理分配，结合我院船舶电站实训系统介绍了电力网配电方式的选择、一次电力系统、二次电力系统的设计、电站电力布置图的设计、船用电缆的选型和敷设等内容。该系统具有较完备的功能，满足世界海事组织的STCW公约对海船员的教学、培训、评估要求。

关键词：船舶电力网；配电方式；电力布置图

现代化船舶的发展趋势正朝着高端化、智能化、网络化和绿色船舶的方向发展，对船舶电力系统的要求也随之大大提高。船舶电力系统的供电品质直接关系到电站供电的可靠性、连续性和船舶电气设备正常有效地工作，进而影响船舶的技术性、经济性和生命力。

我院轮机工程系的船舶电站实训系统具有较完备的功能，满足世界海事组织STCW公约对海船员的教学、培训、评估要求，是目前国内较为先进实用的船舶电站培训系统。本文对该系统的电力网设计过程进行研究分析，参照中国船级社《钢质海船入级规范》的标准，介绍了配电方式的选择、一次电力系统、二次电力系统的设计、电站电力布置图的设计、船用电缆的选型和敷设等内容。

1　船舶电力网的设计

船舶电力网是船舶电力系统的重要组成部分。船舶电源通过电力网从主配电板及应急配电板，经过中间的区配电板、分配电板等，送往船舶上各种用电设备。船舶电力网起到了传输、分配电能的作用。船舶电力网按照功能和性质可分为：船舶动力网络、应急网络、弱电网络、照明网络、其他装置电网[1]。动力网络用于船舶电源向动力设备供电；应急网络用于向应急动力、应急照明、助航设备等供电；弱电网络用于向船内通讯设备、机舱自动化控制系统、导航仪器、无线电通讯设备及报警系统等供电；照明网络用于向照明设备、小容量电热设备和电风扇等供电。

船舶电力网的设计是进行全船电能的合理分配，即所谓配电。在船舶电力系统分析的基础上，首先确定供电系统的种类和标准电压，根据轮机、舾装、电气等专业的各用电负荷选用功率并设计各用电负荷的控制线路，接着进行船舶电力网的设计，其主要内容包括：配电方式的设计；各供电网络用电负载的划分，电力布置图的设计和绘制；船用电缆的选型及敷设方式的选择等。

2　配电方式的设计

配电方式指对电源发出的电能集中控制，并分配给各用电设备的方式，即电网在主配电板与区配电板、分配电板与船用设备之间的连接和布设方式。在保证整个电力系统的可靠性、安全性、经济性和灵活性及操作管理切实可行的基础上，根据各用电设备的具体要求，选择合理的连接方式。按连接方式不同配电方式可分为三种方式：馈线式、干线式和混合式，目前馈线式配电系统较多地用于国内远洋货船。

本电站采用的是馈线式，即主配电板通过各馈电电路直接向各区配电板、分配电板和重要负载供电的输配电方式，如图1所示。

图1　船舶电站实训系统馈线式配电方式

3　一次电力系统、二次电力系统的设计

船舶发电机发出的电能通过配电装置的分配和电缆线路的输送到各用电设备。发电机要向各种用电设备提供电能，并根据用电设备的具体要求进行分配。因此船舶电网的设计需根据船舶用电设备的功能和要求进行划分，船舶用电设备有电力推进设备、舵机、甲板机械、机修机械、动力装置用辅机、舱室辅机、船舶通讯导航、通风机、空调、冷藏、照明和其他生活用电设备等。

不同的用电设备根据其在船舶各工况下所处的重要程度不同分为：重要负载和次要负载，重要负载指对人身安全和船舶的航行、驾驶、操纵、货物存放所必需的设备如电力推进设备、舵机等[2]。次要负载指与船员生活相关的辅助设备，如舱室风机、空调、厨房用电设备等。

为设计和施工方便，船舶电力网按配电方式不同可分为一次电力系统和二次电力系统。按照一次电力系统和二次电力系统的定义，一次电力系统是指与发电机直接有电联系的网络；二次电力系统是指与发电机无直接电联系而只有磁联系的网络[3]，如控制线路。

3.1一次电力系统图的设计

一次电力系统：发电机提供电源给主配电板，由主配电板直接向区配电板、分配电板和负载供电的网络。一般把由应急配电板直接供电的网络，重要设备、大功率设备等由主配电板直接供电构成的网络，纳入一次电力系统。下面以我院轮机自动化机舱实训中心的船舶电站的一次电力系统图为例进行分析。

图2为船舶电站的2号发电机屏主汇流排的一次电力系统图。2号主发电机2G通过主开关2MC⁃CB向主汇流排供电，其中2号发电机和主开关之间用2根(3×25)的动力电缆连接；电位器AVR2通过1根(3×2.5)的动力电缆与发电机屏连接；JB/2G 为2号发电机控制箱，通过1根(10×2×0.75)的控制电缆与发电机屏连接；ECC为机舱集控台，通过1根(2×1)的动力电缆与发电机屏连接。

一次电力系统图的设计应注意以下事项。

（1）应协调好主配电板、应急配电板等配电装置与用电设备的关系，确保重要设备由主配电板或应急配电板直接供电，且配电合理，容量和路数符合要求，并留有恰当的余量。

（2）为保证船舶电力网的安全可靠，应急配电板应由主配电板通过馈电线直接供电。

（3）对船舶航行操纵有重要影响的重要负载，如操舵装置应由两路电源供电，一路由主配电板直接供电，另一路由应急配电板供电，该两路供电电缆必须保证在全长距离尽量远离敷设。

（4）重要设备设置双套，互为备用，由主配电板左右配电屏供电，并具有自动转换功能。

（5）当发电机提供的主电源作为船舶推进的主动力时，主汇流排应至少分为两个独立的分段，发电机和其他双套设备均分地连接至两段主汇流排上[4]。

图2　船舶电站的2号发电机屏主汇流排的一次电力系统图

3.2二次电力系统的设计

二次电力系统：由区配电板或分配电板向负载供电的网络，如经变压器或变流机组隔离的系统。这类负载种类繁多，功能各异，为便于操作管理和维护使用，必须将这类用电设备进行分组。分组的基本原则为：（1）按系统分组，如动力、照明、信号灯和航行灯等；（2）按设备用途分组，如通风机、空调、电热器和厨房设备等；（3）按控制要求分组，如集中遥控的燃油系统、分油机系统等；（4）按电压等级分组，如380 V和220 V等；（5）按位置分组，如首部、尾部、左舷、右舷以及甲板等。二次电力网络需根据系统图和分组情况进行设计。

4　电力布置图的设计和绘制

当确定了全船配电方式并完成一次电力系统和二次电力系统设计后，便可进行电力布置图的设计和绘制。设计电力布置图时，应注意以下各点。

（1）在绘制电力布置图时电气图形符号和文字代号采用国家标准规定，用电设备所采用的图形符号和代号应与电力系统图保持统一。

（2）用电设备及其控制装置应尽可能布置在同一区域，避免某一区域的故障影响到另一区域的电气设备的工作，以保证正常供电的完整性。

（3）应根据安装位置的环境条件选择区配电板和分配电板、起动器和控制箱的位置和结构和防护等级，并确保选定位置可以有效缩短连接电缆长度，结构合理、防护安全可靠。

（4）需满足船舶电力系统设计规范对关键设备的特殊要求，如：有关燃油驳运泵、锅炉燃油泵等应急切断装置的要求；舵机两路供电电缆必须保证在全长距离尽量远离敷设等。

（5）机舱内相邻辅机起动器尽可能组合在一起。

（6）控制按钮和转换开关等布置在易于操作的位置，指示仪表应布置在面板易见的位置，其上方和后方应尽量避开水、油或蒸汽管。

（7）根据系统图和机舱布置图，起动器及开关控制类电器装置，应布置在各用电设备较集中，并靠近电动机的地方，尽可能缩短电缆连接长度。

图3为我院船舶电站实训系统的电力布置图。

图3　船舶电站实训系统电力布置图

5　船用电缆选型及敷设

船用电缆是船舶电力系统的重要组成部分，

船用电缆按功能和用途分为船用电力电缆、船用通信电缆和船用控制电缆三大类。电缆的选择内容包括：电缆的规格型号，电缆的芯数及导体的选择，电缆燃烧特性及绝缘材料、保护层的选择，电缆的额定电压、温度、标称截面积等的选择[5]。按照《钢制海船建造入级规范》的要求，电缆的选择应根据工作定额、额定电流、允许电压降、工作系数、敷设场所的环境条件、敷设方法等因素来确定，选择时注意以下问题：

（1）根据电缆的用途、敷设位置和工作条件选择合适的电缆型号；

（2）根据用电设备的工作制、电源种类、电缆线芯和负载电流选择合适的电缆截面；

（3）校核线路电压降，电缆所在线路的电压降不得高于该电缆的额定电压；

（4）电缆及其绝缘导体应能耐受最大短路电流所产生的热效应和机械应力。

我院船舶电站选用的电缆型号主要有：CJV80/SA、CKJV80/SA以及CHJVP80/SA。根据实训室场地的要求，电缆的敷设安装满足船级社的要求并参照造船厂工艺标准。

6　结语

我国是一个船员产出大国，每年不仅有大量的轮机工程专业的学生需进行海船员适任评估训练、评估和岗前培训，而且还有众多的在职船员需进行职务晋升和技能提高培训。我院船舶电站的设计与实施不仅满足了教学需求，而且还为进行船舶电站的工作原理、操作管理和调试维修的学习和培训提供了极大的方便。

参考文献：

［1］王文义.船舶电站［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006.

［2］郑华耀，赵殿礼.船舶电气设备及系统［M］.大连：大连海事大学出版社，2005.

［3］钢质海船入级规范，第4篇电气装置［S］.中国船级社，2014.

［4］毕雨佳，吴斐文. DP-2/ DP-3船舶电力系统设计要点［J］.上海造船，2008（4）：59.

［5］庄福余.船舶供电技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006.

(编辑：向飞)

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

作者简介：李琳，女，1968年生，浙江镇海人，硕士，副教授。研究领域：机电一体化技术，船舶工程技术。已发表论文14篇。

收稿日期：2015－05－03

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

中图分类号：U665.12

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 ( 2015 ) 11－0135－03