浅析小型船舶电力系统设计

郭家建

（福建船政交通职业学院 福建福州 350007）

船舶在水上活动可以看作是一个孤岛，相对独立。船舶电力系统是船舶动力和控制的核心部分，电力系统担负着给船舶推力、控制和通讯导航等设备提供电源的任务。船舶电力系统的性能直接关系到船舶的航行性能，同时为船员的生活和工作提供必要的保障。船舶电力系统的设计是船舶电气详细设计的主要部分。[1]本文以沿海航区营运限制小型客渡船的电力系统设计为例，介绍小型船舶电力系统设计方法。

一、船舶电力系统概述

船舶电力系统主要由电源、配电装置、船舶电力网和船舶电力负载组成，如图1所示。与陆地电力系统相比较，船舶电力系统有如下特点：船舶电气设备工作环境恶劣；船舶电气设备多且空间小，相互影响大；船舶电站容量相对较小。因此，船上的电气设备需要比陆地上的更加优良。[2]

图1 船舶电力系统组成

二、主要电气设备选型

沿海航区营运限制小型客渡船的设计及建造按中华人民共和国船舶检验局颁布的有关规范，主要依据为中国海事局《国内航行海船法定检验技术规则》[沿海小型船舶检验技术规则（2016）]。船舶主要电气设备包含：电源、配电设备、电力设备、照明设备、航行信号灯、船内通讯设备、无线电通信设备、航行设备和电缆等。

（一）电源

船舶电源有发电机或蓄电池两种，主电源可采用由独立的原动机驱动的发电机组，或者由推进主机驱动的发电机，或者蓄电池组。对于大型船舶而言，主要采用柴油发电机组作为主电源。沿海航区营运限制小型客渡船，由于电气设备较少，功率较小，故用主机自带直流发电机及蓄电池组作为本船主电源。

本船在机舱设置2组24V容量为195Ah的蓄电池组作为本船的两套电源，每组电源由2节12V，195Ah铅酸蓄电池串联而成，任意一组蓄电池组容量均可满足法规规定时间内全船用电需要。蓄电池组由主机自带直流发电机进行充电，主机自带发电机容量1.5kW，输出电压28V。主机正常运转的情况下，该发电机可同时或分别对两组蓄电池组进行充电，同时为全船所有用电设备进行供电。当主机不运转的时候，蓄电池组为船上全船所有用电设备进行供电。蓄电池组采用浮充的方式进行充电，需要蓄电池充当船舶主电源之时，蓄电池刚开始时处于满电量状态。

（二）配电设备及电缆

本船的配电设备主要为充放电板，蓄电池充电方式采用浮充方式进行，当船舶航行过程中，主机自带发电机正常工作，为充放电板供电，充放电板为全船用电设备供电以及对蓄电池组进行充电。当主机自带发电机不工作时，充放电板的负载自动由蓄电池组供电，无瞬时断电。配电板与用电器之间的电能输送依靠船舶电缆来实现。船舶工作环境恶劣，潮湿、机舱温度高、振动频繁，故对船舶电缆的性能要求较高。对于船舶电缆型号的选择应考虑以下因素：

1.电缆的用途：用于动力、照明和通信等；

2.电缆的敷设位置：温度、湿度和屏蔽需求等；

3.工作条件：固定敷设、穿管敷设和可移动等。

根据规范要求，结合实际情况，本船电力电缆选用CJ86/SC船用电力电缆；通信电缆选用CHJP86/SC型；耐火电缆选用CJ86/NC和CHJP86/NC型。

（三）照明与航行信号灯

船舶照明直接关系到船员的工作和生活，同时影响船舶的航行安全。根据规范要求，本船照明设备由充放电板直接供电，驾驶室、客舱、机舱和舵机舱采用白炽舱顶灯。航行信号灯用于船舶夜航和指示船舶的状态和相应的位置。设置如下：桅灯1盏；左右舷灯各1盏；艉灯1盏；锚灯1盏；失控灯2盏。

（四）航行、通讯和报警设备

航行、通讯和报警设备直接关系到船舶的航行安全。严格按照规范的要求，配备相应的设备。例如：

1.航行设备：操舵磁罗经1套；船舶自动识别系统（AIS，A级）1套；舵角指示器1套；雷达1套。

2.报警设备：通用报警系统1套，控制器装于驾控台，各舱室设有警铃，舵机舱和机舱还设有警灯。电笛1套，控制器装在驾控台上，电笛装在桅上。设舱底水报警系统1套，报警控制板装于驾控台，机舱、舵机舱设舱底水高位传感器。

3.无线电通信设备：甚高频无线电装置1台；便携式双向甚高频无线电话1套；雷达应答器1套。

三、船舶电力负载种类和功率估算

沿海航区营运限制小型客渡船电力设备较少，总功率较小，但也需要对船舶电力负载的功率进行估算，完成电力负荷计算书。船舶电站的容量确定方法主要有负荷系数表格法、概率分析计算法和日夜负载法等。其中负荷系数表格法使用最为广泛，而三类负载法是负荷系数表格法中的一种。三类负载法是将船舶用电设备根据其在船上的地位和作用，分为三类负载，并考虑同时使用情况，所得的结果较为准确。

沿海航区营运限制小型客渡船电力负载主要包含：照明设备通导设备、电笛、蓄电池充电、航行信号灯、船内通讯及报警设备。通过三类负载法进行计算，所需总功率为1.31kw，使用发电机容量1.5kw，发电机负荷率 87.20%。本船停泊状态全船用电设备由蓄电池组供电。

四、电力系统图与主要电力设备布置图的设计

在估算船舶的电力负荷，确定船舶主要电气设备（如：配电装置、通信设备、电缆型号和无线电设备等）之后，船舶电力系统图设计主要任务就是绘制船舶电力系统整体单线图。单线图包含主机自带直流发电机、蓄电池组、各种电气设备及电缆。图中标明各种电气设备规格或型号，标明电缆的型号（不同设备所需的电缆型号不同）。确定不同设备之间的电路联系方式，确保所有设备安全可靠的供电。同时留有备用的接口，以便在设备维护、系统升级时使用。

主要电力设备布置图的设计，即将船舶主要电力设备布置在船舶合适的位置，方便设备的运行维护及使用。沿海航区营运限制小型客渡船的主要电力设备包含：主机自带直流发电机、蓄电池组、充放电板、航行设备分电箱、航行灯控制板。其中主机自带直流发电机、蓄电池组布置在船舶机舱，充放电板、航行设备分电箱和航行灯控制板布置在驾驶室。

五、结束语

船舶电力系统作为船舶的核心组成部分，其设计的合理与否直接关系着整个电力系统乃至船舶整体安全可靠与稳定性。[3]因此船舶必须确保船舶电力系统设计的质量，严格按照船舶设计的相关规范，确定好船舶电气设备、计算好负载、设计好电力系统图等，同时还应兼顾造船的经济性。