郭家建

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院 福建福州 350007）

船舶在水上活動(dòng)可以看作是一個(gè)孤島，相對(duì)獨(dú)立。船舶電力系統(tǒng)是船舶動(dòng)力和控制的核心部分，電力系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著給船舶推力、控制和通訊導(dǎo)航等設(shè)備提供電源的任務(wù)。船舶電力系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到船舶的航行性能，同時(shí)為船員的生活和工作提供必要的保障。船舶電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是船舶電氣詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要部分。[1]本文以沿海航區(qū)營(yíng)運(yùn)限制小型客渡船的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹小型船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

一、船舶電力系統(tǒng)概述

船舶電力系統(tǒng)主要由電源、配電裝置、船舶電力網(wǎng)和船舶電力負(fù)載組成，如圖1所示。與陸地電力系統(tǒng)相比較，船舶電力系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：船舶電氣設(shè)備工作環(huán)境惡劣；船舶電氣設(shè)備多且空間小，相互影響大；船舶電站容量相對(duì)較小。因此，船上的電氣設(shè)備需要比陸地上的更加優(yōu)良。[2]

圖1 船舶電力系統(tǒng)組成

二、主要電氣設(shè)備選型

沿海航區(qū)營(yíng)運(yùn)限制小型客渡船的設(shè)計(jì)及建造按中華人民共和國(guó)船舶檢驗(yàn)局頒布的有關(guān)規(guī)范，主要依據(jù)為中國(guó)海事局《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》[沿海小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則（2016）]。船舶主要電氣設(shè)備包含：電源、配電設(shè)備、電力設(shè)備、照明設(shè)備、航行信號(hào)燈、船內(nèi)通訊設(shè)備、無(wú)線電通信設(shè)備、航行設(shè)備和電纜等。

（一）電源

船舶電源有發(fā)電機(jī)或蓄電池兩種，主電源可采用由獨(dú)立的原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，或者由推進(jìn)主機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)，或者蓄電池組。對(duì)于大型船舶而言，主要采用柴油發(fā)電機(jī)組作為主電源。沿海航區(qū)營(yíng)運(yùn)限制小型客渡船，由于電氣設(shè)備較少，功率較小，故用主機(jī)自帶直流發(fā)電機(jī)及蓄電池組作為本船主電源。

本船在機(jī)艙設(shè)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(jié)12V，195Ah鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，任意一組蓄電池組容量均可滿足法規(guī)規(guī)定時(shí)間內(nèi)全船用電需要。蓄電池組由主機(jī)自帶直流發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電，主機(jī)自帶發(fā)電機(jī)容量1.5kW，輸出電壓28V。主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，該發(fā)電機(jī)可同時(shí)或分別對(duì)兩組蓄電池組進(jìn)行充電，同時(shí)為全船所有用電設(shè)備進(jìn)行供電。當(dāng)主機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，蓄電池組為船上全船所有用電設(shè)備進(jìn)行供電。蓄電池組采用浮充的方式進(jìn)行充電，需要蓄電池充當(dāng)船舶主電源之時(shí)，蓄電池剛開(kāi)始時(shí)處于滿電量狀態(tài)。

（二）配電設(shè)備及電纜

本船的配電設(shè)備主要為充放電板，蓄電池充電方式采用浮充方式進(jìn)行，當(dāng)船舶航行過(guò)程中，主機(jī)自帶發(fā)電機(jī)正常工作，為充放電板供電，充放電板為全船用電設(shè)備供電以及對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)主機(jī)自帶發(fā)電機(jī)不工作時(shí)，充放電板的負(fù)載自動(dòng)由蓄電池組供電，無(wú)瞬時(shí)斷電。配電板與用電器之間的電能輸送依靠船舶電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。船舶工作環(huán)境惡劣，潮濕、機(jī)艙溫度高、振動(dòng)頻繁，故對(duì)船舶電纜的性能要求較高。對(duì)于船舶電纜型號(hào)的選擇應(yīng)考慮以下因素：

1.電纜的用途：用于動(dòng)力、照明和通信等；

2.電纜的敷設(shè)位置：溫度、濕度和屏蔽需求等；

3.工作條件：固定敷設(shè)、穿管敷設(shè)和可移動(dòng)等。

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合實(shí)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(hào)燈

船舶照明直接關(guān)系到船員的工作和生活，同時(shí)影響船舶的航行安全。根據(jù)規(guī)范要求，本船照明設(shè)備由充放電板直接供電，駕駛室、客艙、機(jī)艙和舵機(jī)艙采用白熾艙頂燈。航行信號(hào)燈用于船舶夜航和指示船舶的狀態(tài)和相應(yīng)的位置。設(shè)置如下：桅燈1盞；左右舷燈各1盞；艉燈1盞；錨燈1盞；失控?zé)?盞。

（四）航行、通訊和報(bào)警設(shè)備

航行、通訊和報(bào)警設(shè)備直接關(guān)系到船舶的航行安全。嚴(yán)格按照規(guī)范的要求，配備相應(yīng)的設(shè)備。例如：

1.航行設(shè)備：操舵磁羅經(jīng)1套；船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS，A級(jí)）1套；舵角指示器1套；雷達(dá)1套。

2.報(bào)警設(shè)備：通用報(bào)警系統(tǒng)1套，控制器裝于駕控臺(tái)，各艙室設(shè)有警鈴，舵機(jī)艙和機(jī)艙還設(shè)有警燈。電笛1套，控制器裝在駕控臺(tái)上，電笛裝在桅上。設(shè)艙底水報(bào)警系統(tǒng)1套，報(bào)警控制板裝于駕控臺(tái)，機(jī)艙、舵機(jī)艙設(shè)艙底水高位傳感器。

3.無(wú)線電通信設(shè)備：甚高頻無(wú)線電裝置1臺(tái)；便攜式雙向甚高頻無(wú)線電話1套；雷達(dá)應(yīng)答器1套。

三、船舶電力負(fù)載種類(lèi)和功率估算

沿海航區(qū)營(yíng)運(yùn)限制小型客渡船電力設(shè)備較少，總功率較小，但也需要對(duì)船舶電力負(fù)載的功率進(jìn)行估算，完成電力負(fù)荷計(jì)算書(shū)。船舶電站的容量確定方法主要有負(fù)荷系數(shù)表格法、概率分析計(jì)算法和日夜負(fù)載法等。其中負(fù)荷系數(shù)表格法使用最為廣泛，而三類(lèi)負(fù)載法是負(fù)荷系數(shù)表格法中的一種。三類(lèi)負(fù)載法是將船舶用電設(shè)備根據(jù)其在船上的地位和作用，分為三類(lèi)負(fù)載，并考慮同時(shí)使用情況，所得的結(jié)果較為準(zhǔn)確。

沿海航區(qū)營(yíng)運(yùn)限制小型客渡船電力負(fù)載主要包含：照明設(shè)備通導(dǎo)設(shè)備、電笛、蓄電池充電、航行信號(hào)燈、船內(nèi)通訊及報(bào)警設(shè)備。通過(guò)三類(lèi)負(fù)載法進(jìn)行計(jì)算，所需總功率為1.31kw，使用發(fā)電機(jī)容量1.5kw，發(fā)電機(jī)負(fù)荷率 87.20%。本船停泊狀態(tài)全船用電設(shè)備由蓄電池組供電。

四、電力系統(tǒng)圖與主要電力設(shè)備布置圖的設(shè)計(jì)

在估算船舶的電力負(fù)荷，確定船舶主要電氣設(shè)備（如：配電裝置、通信設(shè)備、電纜型號(hào)和無(wú)線電設(shè)備等）之后，船舶電力系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)主要任務(wù)就是繪制船舶電力系統(tǒng)整體單線圖。單線圖包含主機(jī)自帶直流發(fā)電機(jī)、蓄電池組、各種電氣設(shè)備及電纜。圖中標(biāo)明各種電氣設(shè)備規(guī)格或型號(hào)，標(biāo)明電纜的型號(hào)（不同設(shè)備所需的電纜型號(hào)不同）。確定不同設(shè)備之間的電路聯(lián)系方式，確保所有設(shè)備安全可靠的供電。同時(shí)留有備用的接口，以便在設(shè)備維護(hù)、系統(tǒng)升級(jí)時(shí)使用。

主要電力設(shè)備布置圖的設(shè)計(jì)，即將船舶主要電力設(shè)備布置在船舶合適的位置，方便設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)及使用。沿海航區(qū)營(yíng)運(yùn)限制小型客渡船的主要電力設(shè)備包含：主機(jī)自帶直流發(fā)電機(jī)、蓄電池組、充放電板、航行設(shè)備分電箱、航行燈控制板。其中主機(jī)自帶直流發(fā)電機(jī)、蓄電池組布置在船舶機(jī)艙，充放電板、航行設(shè)備分電箱和航行燈控制板布置在駕駛室。

五、結(jié)束語(yǔ)

船舶電力系統(tǒng)作為船舶的核心組成部分，其設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)乃至船舶整體安全可靠與穩(wěn)定性。[3]因此船舶必須確保船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，嚴(yán)格按照船舶設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，確定好船舶電氣設(shè)備、計(jì)算好負(fù)載、設(shè)計(jì)好電力系統(tǒng)圖等，同時(shí)還應(yīng)兼顧造船的經(jīng)濟(jì)性。