覃 漢

(梧州船舶檢驗局，廣西 梧州 543000)

0 引言

船舶是一個在水上活動的獨立體，船舶電力系統(tǒng)雖然沒有陸地上的那么大型，但也是一個獨立的電網(wǎng)，也是由電源、電網(wǎng)、配電等裝置組成，但發(fā)電、供電和用電都是在船上完成，是船舶航行安全和船員正常工作生活的保證。由于船舶存在空間小、溫度高、濕度大、振動多、傾斜大、易受沖擊等特點，導(dǎo)致船舶電力系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，電氣設(shè)備容易出現(xiàn)相互干擾、出力不足、接觸不良、損壞及老化等問題，因此，船上的電氣設(shè)備需要比陸地上的更加優(yōu)良。隨著船舶不斷大型化、電氣化和智能化，對船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求。73.8 m多用途貨船是西江流域在建船舶中最新最大的其中一種船型，現(xiàn)以該船的電力系統(tǒng)設(shè)計為例，簡述船舶電力系統(tǒng)設(shè)計的原則和方法。

1 電源裝置的設(shè)計

船舶電源有發(fā)電機或蓄電池兩種。按照《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》(以下簡稱《內(nèi)規(guī)》)規(guī)定，主電源可采用由獨立的原動機驅(qū)動的發(fā)電機組，或者由推進主機驅(qū)動的發(fā)電機，或者蓄電池組。對于動力操舵裝置，為主機服務(wù)的各種輔機、消防泵、艙底泵等船舶正常運行所必需的設(shè)備均為電力供電時，應(yīng)至少設(shè)置2臺與主機獨立的發(fā)電機組。這些發(fā)電機組的臺數(shù)和容量，應(yīng)能在任何一臺發(fā)電機組停止工作時，仍能對船舶正常航行、安全和冷藏貨物的設(shè)備供電，并保證最低舒適的居住條件。該船應(yīng)最少設(shè)置2臺與主機獨立的發(fā)電機組，其中的一臺作為備用。另外還需設(shè)置一定的蓄電池組，供航行信號燈等DC24V設(shè)備用，并供主輔機啟動用。

1.1 交流發(fā)電機的選取

1.1.1 電力負荷的計算

根據(jù)船體和輪機專業(yè)設(shè)計提供的舾裝和輪機設(shè)備情況，統(tǒng)計船舶用電設(shè)備的額定功率、效率、同時使用系數(shù)等數(shù)據(jù)，利用三類負荷法來計算電力負荷，把負載分為三類，第Ⅰ類為連續(xù)使用的負載，如舵機電動機、風機電動機、照明燈、無線電和助航設(shè)備；第Ⅱ類為間歇使用的負載，如消防泵電動機、艙底泵電動機、錨機電動機、油水分離器電動機等；第Ⅲ類為偶爾使用的負載。按照航行狀態(tài)、進出港狀態(tài)、停泊狀態(tài)、應(yīng)急狀態(tài)、裝卸貨狀態(tài)進行電力負荷計算。得出結(jié)果見表1：

表1 電力負荷計算匯總表

1.1.2 確定發(fā)電機

根據(jù)電力負荷計算書，該船在機艙設(shè)置三相交流發(fā)電機組兩套，發(fā)電機型號為SGTH-30，功率為30 KW，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，由41.5 KW的柴油機帶動。發(fā)電機單機運行，兩套發(fā)電機組互為備用。這樣設(shè)置滿足了船舶各種狀態(tài)下的電源需求；有一臺備用發(fā)電機，而且還有≥80%的貯備，滿足規(guī)范要求；不用發(fā)電機并車運行，操作維護方便。發(fā)電機的選取設(shè)置合理適用。

1.2 蓄電池組的配置

按照《內(nèi)規(guī)》規(guī)定，設(shè)置了2臺發(fā)電機作為主電源的船舶，應(yīng)至少設(shè)置一組蓄電池組，供應(yīng)DC24V的航行信號燈、報警裝置、通信系統(tǒng)、操舵控制系統(tǒng)等設(shè)備，以及兼作臨時應(yīng)急電源。蓄電池容量根據(jù)負荷表進行計算。

該船的DC24V負荷表見表2：

表2 DC24V負荷表

蓄電池容量計算按以下公式進行：

Q=P×T/(U×Ki)

式中，Q——所需蓄電池容量(Ah)；

P——負荷消耗功率；

T——設(shè)備供電時間；

U——蓄電池電壓(V)取24 V；

Ki——放電系數(shù)。

Q1=775×0.5/(24×0.3)=53.8(Ah)

Q2=50×1/(24×4.2)=5.0(Ah)

Q3=450×4/(24×0.78)=96.2(Ah)

Q=Q1+Q2+Q3+154.9(Ah)

本船選用6-CQA-200 12 V 200 Ah蓄電池，在主甲板設(shè)置4塊，每兩塊串聯(lián)成24 V 200 Ah蓄電池組，分兩組采用甲充乙放方式，供給DC24V電源設(shè)備。另外在機艙設(shè)置8塊，每兩塊串聯(lián)成24 V 200 Ah蓄電池組，供左右主機和1#、2#發(fā)電機組啟動用。蓄電池容量滿足計算要求，設(shè)置滿足規(guī)范要求。

2 配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1 線制的選擇

根據(jù)《內(nèi)規(guī)》規(guī)定，供該船選擇的直流線制有雙線絕緣系統(tǒng)、負極接地的雙線系統(tǒng)以及利用船體負極回路的單線系統(tǒng)；供該船選擇的交流單相線制有雙線絕緣系統(tǒng)、一線接地的雙線系統(tǒng)以及一線利用船體作回路的單線系統(tǒng)；供該船選擇的交流三相線制有三線絕緣系統(tǒng)、中性點接地的四線系統(tǒng)以及利用船體作回路的三線系統(tǒng)。雙線絕緣系統(tǒng)在直流和交流單相制中是最安全的，三線絕緣系在交流三相線制中是最安全的，可以避免船上人員的觸電事故。該船的直流線制和交流單相220 V線制采用雙線絕緣系統(tǒng)，動力設(shè)備380 V采用三相三線絕緣系統(tǒng)；確保用電的安全性。中性點接地四線系統(tǒng)的優(yōu)點是中性電流通過導(dǎo)線通導(dǎo)，不會出現(xiàn)中性點偏移，供給用電設(shè)備的電源質(zhì)量好，故該船交流電源400 V采用中性點接地的三相四線系統(tǒng)。這樣設(shè)置保障了船舶供電的連續(xù)性，單相負荷也不需要變壓器，減少建造成本。

2.2 配電裝置的設(shè)置。

配電裝置是用來接收和分配電能的電氣裝置，設(shè)置時除了要能接通和斷開電路外，還要在系統(tǒng)發(fā)生故障時有切斷故障元件和發(fā)出報警信號等保護功能，還要有測量和顯示電壓、電流、頻率、功率等參數(shù)的測量功能，對電路狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)進行信號指示等功能。該船在機艙設(shè)交流主配電板1個，用來控制和監(jiān)視發(fā)電機運行、供電及船電岸電聯(lián)鎖轉(zhuǎn)換等工作，并對全船電網(wǎng)進行配電，主配電板裝有電壓表、電流表、頻率表、絕緣測試指示燈等測量儀表，設(shè)有轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈、按鈕、發(fā)電機主開關(guān)、負荷開關(guān)等。主甲板上的餐廳前壁設(shè)充放電板1個，監(jiān)測和控制蓄電池充放電及DC24V配電，并裝有臨時應(yīng)急照明裝置，與交流主配電板AC220V照明聯(lián)鎖，在AC220V照明電源失效時，自動接通臨時應(yīng)急照明。駕駛室設(shè)駕控臺1座，內(nèi)設(shè)有24 V分電箱、助航分電箱、24 V/220 V航行信號燈控制板、無線電通信及助航設(shè)備、主機操縱、儀表控制板等，進行船舶運行的各種操縱和監(jiān)控。

3 電網(wǎng)設(shè)計

船舶電網(wǎng)負責輸送發(fā)電機發(fā)出的電能到船舶的各個用電設(shè)備。對船舶電網(wǎng)的基本要求是生命力強，要求出現(xiàn)故障或局部損壞時仍能連續(xù)供電，并限制故障的影響在最小范圍內(nèi)。

3.1 確定電網(wǎng)的結(jié)線方式

一般民用船舶的電網(wǎng)結(jié)線方式有放射式、干線式。放射式是從主配電板引出很多根電線，各自作為獨立的支路，只向一個用電設(shè)備或分配電箱供電，其優(yōu)點是可以集中控制，一個支路出現(xiàn)故障被隔斷后不影響其他支路的用電，供電可靠性高，缺點是需要電纜較多，成本高；干線式是從主配電板引出一根或幾根電線作為干線，所有用電設(shè)備通過串聯(lián)在干線上的方式進行供電，其優(yōu)點是需要電纜少、成本低，缺點是無法集中控制，某個用電設(shè)備發(fā)生故障時可能導(dǎo)致該干線上的全部設(shè)備無法工作，供電可靠性差。通過分析，該船的照明采用干線式，其他采用射線式供電。

3.2 電纜的選擇

根據(jù)規(guī)范要求，電纜絕緣材料的最高工作溫度應(yīng)至少比電纜安裝場所可能存在或產(chǎn)生的最高環(huán)境溫度高10 ℃以上；固定敷設(shè)在可能產(chǎn)生有凝結(jié)水或有害氣體等處所的電纜具有不透性護套；需在失火狀態(tài)下工作的設(shè)備電纜應(yīng)采用耐火電纜；確定電纜導(dǎo)體截面積時，當電纜在正常工作條件下承載電氣設(shè)備所需的最大電流時，從主配電板的匯流排到任何安裝點的電壓降應(yīng)不大于額定電壓的6%。由蓄電池供電，其電壓≤50 V者，線路的總電壓應(yīng)不大于標稱電壓的10%，但航行燈、信號燈及操舵電磁閥線路的電壓降應(yīng)不大于蓄電池標稱電壓的6%。根據(jù)要求，該船緊急報警裝置、擴音系統(tǒng)、臨時應(yīng)急照明等需在失火狀態(tài)下工作的設(shè)備用CEF/NA型船用耐火電纜，其余的

采用CEF/SA型船用電纜。電纜的導(dǎo)線截面積根據(jù)計算選取，交流發(fā)電機到主配電板用25 mm2的電纜；主配電板到艏錨機用10 mm2的電纜；到其他各動力設(shè)備用4 mm2的電纜；到各照明分電箱用2.5 mm2的電纜。蓄電池到充放電箱用4 mm2的電纜；充放箱到各照明、助航等設(shè)備用2.5 mm2的電纜。

4 結(jié)語

船舶電力系統(tǒng)設(shè)計是船舶整體設(shè)計的一個不可或缺的部分。其主要進行電源、電網(wǎng)、配電裝置的設(shè)計，應(yīng)充分考慮發(fā)電機的選取、蓄電池的配置、線制的選擇、配電裝置的設(shè)置、電網(wǎng)的結(jié)線方式、電纜的選擇等因素，確定電力系統(tǒng)設(shè)計方案，然后繪制成設(shè)計圖紙，制作成設(shè)計文件，作為送到船檢部門審核和船廠施工的技術(shù)資料。經(jīng)過船舶建造和運行實踐，該船的電力系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)、安全、實用，已被作為西江流域同類型船舶的示范進行推廣，取得較好的經(jīng)濟效益。