船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的電力網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

李琳（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建福州　350007）

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船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的電力網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

李琳
（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建福州350007）

摘要：船舶電力網(wǎng)的設(shè)計(jì)任務(wù)是完成全船電能合理分配，結(jié)合我院船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)介紹了電力網(wǎng)配電方式的選擇、一次電力系統(tǒng)、二次電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電站電力布置圖的設(shè)計(jì)、船用電纜的選型和敷設(shè)等內(nèi)容。該系統(tǒng)具有較完備的功能，滿足世界海事組織的STCW公約對海船員的教學(xué)、培訓(xùn)、評估要求。

關(guān)鍵詞：船舶電力網(wǎng)；配電方式；電力布置圖

現(xiàn)代化船舶的發(fā)展趨勢正朝著高端化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和綠色船舶的方向發(fā)展，對船舶電力系統(tǒng)的要求也隨之大大提高。船舶電力系統(tǒng)的供電品質(zhì)直接關(guān)系到電站供電的可靠性、連續(xù)性和船舶電氣設(shè)備正常有效地工作，進(jìn)而影響船舶的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和生命力。

我院輪機(jī)工程系的船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有較完備的功能，滿足世界海事組織STCW公約對海船員的教學(xué)、培訓(xùn)、評估要求，是目前國內(nèi)較為先進(jìn)實(shí)用的船舶電站培訓(xùn)系統(tǒng)。本文對該系統(tǒng)的電力網(wǎng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行研究分析，參照中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)，介紹了配電方式的選擇、一次電力系統(tǒng)、二次電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電站電力布置圖的設(shè)計(jì)、船用電纜的選型和敷設(shè)等內(nèi)容。

1　船舶電力網(wǎng)的設(shè)計(jì)

船舶電力網(wǎng)是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分。船舶電源通過電力網(wǎng)從主配電板及應(yīng)急配電板，經(jīng)過中間的區(qū)配電板、分配電板等，送往船舶上各種用電設(shè)備。船舶電力網(wǎng)起到了傳輸、分配電能的作用。船舶電力網(wǎng)按照功能和性質(zhì)可分為：船舶動力網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)、弱電網(wǎng)絡(luò)、照明網(wǎng)絡(luò)、其他裝置電網(wǎng)[1]。動力網(wǎng)絡(luò)用于船舶電源向動力設(shè)備供電；應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)用于向應(yīng)急動力、應(yīng)急照明、助航設(shè)備等供電；弱電網(wǎng)絡(luò)用于向船內(nèi)通訊設(shè)備、機(jī)艙自動化控制系統(tǒng)、導(dǎo)航儀器、無線電通訊設(shè)備及報(bào)警系統(tǒng)等供電；照明網(wǎng)絡(luò)用于向照明設(shè)備、小容量電熱設(shè)備和電風(fēng)扇等供電。

船舶電力網(wǎng)的設(shè)計(jì)是進(jìn)行全船電能的合理分配，即所謂配電。在船舶電力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，首先確定供電系統(tǒng)的種類和標(biāo)準(zhǔn)電壓，根據(jù)輪機(jī)、舾裝、電氣等專業(yè)的各用電負(fù)荷選用功率并設(shè)計(jì)各用電負(fù)荷的控制線路，接著進(jìn)行船舶電力網(wǎng)的設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：配電方式的設(shè)計(jì)；各供電網(wǎng)絡(luò)用電負(fù)載的劃分，電力布置圖的設(shè)計(jì)和繪制；船用電纜的選型及敷設(shè)方式的選擇等。

2　配電方式的設(shè)計(jì)

配電方式指對電源發(fā)出的電能集中控制，并分配給各用電設(shè)備的方式，即電網(wǎng)在主配電板與區(qū)配電板、分配電板與船用設(shè)備之間的連接和布設(shè)方式。在保證整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性及操作管理切實(shí)可行的基礎(chǔ)上，根據(jù)各用電設(shè)備的具體要求，選擇合理的連接方式。按連接方式不同配電方式可分為三種方式：饋線式、干線式和混合式，目前饋線式配電系統(tǒng)較多地用于國內(nèi)遠(yuǎn)洋貨船。

本電站采用的是饋線式，即主配電板通過各饋電電路直接向各區(qū)配電板、分配電板和重要負(fù)載供電的輸配電方式，如圖1所示。

圖1　船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)饋線式配電方式

3　一次電力系統(tǒng)、二次電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

船舶發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過配電裝置的分配和電纜線路的輸送到各用電設(shè)備。發(fā)電機(jī)要向各種用電設(shè)備提供電能，并根據(jù)用電設(shè)備的具體要求進(jìn)行分配。因此船舶電網(wǎng)的設(shè)計(jì)需根據(jù)船舶用電設(shè)備的功能和要求進(jìn)行劃分，船舶用電設(shè)備有電力推進(jìn)設(shè)備、舵機(jī)、甲板機(jī)械、機(jī)修機(jī)械、動力裝置用輔機(jī)、艙室輔機(jī)、船舶通訊導(dǎo)航、通風(fēng)機(jī)、空調(diào)、冷藏、照明和其他生活用電設(shè)備等。

不同的用電設(shè)備根據(jù)其在船舶各工況下所處的重要程度不同分為：重要負(fù)載和次要負(fù)載，重要負(fù)載指對人身安全和船舶的航行、駕駛、操縱、貨物存放所必需的設(shè)備如電力推進(jìn)設(shè)備、舵機(jī)等[2]。次要負(fù)載指與船員生活相關(guān)的輔助設(shè)備，如艙室風(fēng)機(jī)、空調(diào)、廚房用電設(shè)備等。

為設(shè)計(jì)和施工方便，船舶電力網(wǎng)按配電方式不同可分為一次電力系統(tǒng)和二次電力系統(tǒng)。按照一次電力系統(tǒng)和二次電力系統(tǒng)的定義，一次電力系統(tǒng)是指與發(fā)電機(jī)直接有電聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)；二次電力系統(tǒng)是指與發(fā)電機(jī)無直接電聯(lián)系而只有磁聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)[3]，如控制線路。

3.1一次電力系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)

一次電力系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)提供電源給主配電板，由主配電板直接向區(qū)配電板、分配電板和負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)。一般把由應(yīng)急配電板直接供電的網(wǎng)絡(luò)，重要設(shè)備、大功率設(shè)備等由主配電板直接供電構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，納入一次電力系統(tǒng)。下面以我院輪機(jī)自動化機(jī)艙實(shí)訓(xùn)中心的船舶電站的一次電力系統(tǒng)圖為例進(jìn)行分析。

圖2為船舶電站的2號發(fā)電機(jī)屏主匯流排的一次電力系統(tǒng)圖。2號主發(fā)電機(jī)2G通過主開關(guān)2MC?CB向主匯流排供電，其中2號發(fā)電機(jī)和主開關(guān)之間用2根(3×25)的動力電纜連接；電位器AVR2通過1根(3×2.5)的動力電纜與發(fā)電機(jī)屏連接；JB/2G 為2號發(fā)電機(jī)控制箱，通過1根(10×2×0.75)的控制電纜與發(fā)電機(jī)屏連接；ECC為機(jī)艙集控臺，通過1根(2×1)的動力電纜與發(fā)電機(jī)屏連接。

一次電力系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

（1）應(yīng)協(xié)調(diào)好主配電板、應(yīng)急配電板等配電裝置與用電設(shè)備的關(guān)系，確保重要設(shè)備由主配電板或應(yīng)急配電板直接供電，且配電合理，容量和路數(shù)符合要求，并留有恰當(dāng)?shù)挠嗔俊?/p>

（2）為保證船舶電力網(wǎng)的安全可靠，應(yīng)急配電板應(yīng)由主配電板通過饋電線直接供電。

（3）對船舶航行操縱有重要影響的重要負(fù)載，如操舵裝置應(yīng)由兩路電源供電，一路由主配電板直接供電，另一路由應(yīng)急配電板供電，該兩路供電電纜必須保證在全長距離盡量遠(yuǎn)離敷設(shè)。

（4）重要設(shè)備設(shè)置雙套，互為備用，由主配電板左右配電屏供電，并具有自動轉(zhuǎn)換功能。

（5）當(dāng)發(fā)電機(jī)提供的主電源作為船舶推進(jìn)的主動力時(shí)，主匯流排應(yīng)至少分為兩個(gè)獨(dú)立的分段，發(fā)電機(jī)和其他雙套設(shè)備均分地連接至兩段主匯流排上[4]。

圖2　船舶電站的2號發(fā)電機(jī)屏主匯流排的一次電力系統(tǒng)圖

3.2二次電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

二次電力系統(tǒng)：由區(qū)配電板或分配電板向負(fù)載供電的網(wǎng)絡(luò)，如經(jīng)變壓器或變流機(jī)組隔離的系統(tǒng)。這類負(fù)載種類繁多，功能各異，為便于操作管理和維護(hù)使用，必須將這類用電設(shè)備進(jìn)行分組。分組的基本原則為：（1）按系統(tǒng)分組，如動力、照明、信號燈和航行燈等；（2）按設(shè)備用途分組，如通風(fēng)機(jī)、空調(diào)、電熱器和廚房設(shè)備等；（3）按控制要求分組，如集中遙控的燃油系統(tǒng)、分油機(jī)系統(tǒng)等；（4）按電壓等級分組，如380 V和220 V等；（5）按位置分組，如首部、尾部、左舷、右舷以及甲板等。二次電力網(wǎng)絡(luò)需根據(jù)系統(tǒng)圖和分組情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4　電力布置圖的設(shè)計(jì)和繪制

當(dāng)確定了全船配電方式并完成一次電力系統(tǒng)和二次電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，便可進(jìn)行電力布置圖的設(shè)計(jì)和繪制。設(shè)計(jì)電力布置圖時(shí)，應(yīng)注意以下各點(diǎn)。

（1）在繪制電力布置圖時(shí)電氣圖形符號和文字代號采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用電設(shè)備所采用的圖形符號和代號應(yīng)與電力系統(tǒng)圖保持統(tǒng)一。

（2）用電設(shè)備及其控制裝置應(yīng)盡可能布置在同一區(qū)域，避免某一區(qū)域的故障影響到另一區(qū)域的電氣設(shè)備的工作，以保證正常供電的完整性。

（3）應(yīng)根據(jù)安裝位置的環(huán)境條件選擇區(qū)配電板和分配電板、起動器和控制箱的位置和結(jié)構(gòu)和防護(hù)等級，并確保選定位置可以有效縮短連接電纜長度，結(jié)構(gòu)合理、防護(hù)安全可靠。

（4）需滿足船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范對關(guān)鍵設(shè)備的特殊要求，如：有關(guān)燃油駁運(yùn)泵、鍋爐燃油泵等應(yīng)急切斷裝置的要求；舵機(jī)兩路供電電纜必須保證在全長距離盡量遠(yuǎn)離敷設(shè)等。

（5）機(jī)艙內(nèi)相鄰輔機(jī)起動器盡可能組合在一起。

（6）控制按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)等布置在易于操作的位置，指示儀表應(yīng)布置在面板易見的位置，其上方和后方應(yīng)盡量避開水、油或蒸汽管。

（7）根據(jù)系統(tǒng)圖和機(jī)艙布置圖，起動器及開關(guān)控制類電器裝置，應(yīng)布置在各用電設(shè)備較集中，并靠近電動機(jī)的地方，盡可能縮短電纜連接長度。

圖3為我院船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的電力布置圖。

圖3　船舶電站實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)電力布置圖

5　船用電纜選型及敷設(shè)

船用電纜是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分，

船用電纜按功能和用途分為船用電力電纜、船用通信電纜和船用控制電纜三大類。電纜的選擇內(nèi)容包括：電纜的規(guī)格型號，電纜的芯數(shù)及導(dǎo)體的選擇，電纜燃燒特性及絕緣材料、保護(hù)層的選擇，電纜的額定電壓、溫度、標(biāo)稱截面積等的選擇[5]。按照《鋼制海船建造入級規(guī)范》的要求，電纜的選擇應(yīng)根據(jù)工作定額、額定電流、允許電壓降、工作系數(shù)、敷設(shè)場所的環(huán)境條件、敷設(shè)方法等因素來確定，選擇時(shí)注意以下問題：

（1）根據(jù)電纜的用途、敷設(shè)位置和工作條件選擇合適的電纜型號；

（2）根據(jù)用電設(shè)備的工作制、電源種類、電纜線芯和負(fù)載電流選擇合適的電纜截面；

（3）校核線路電壓降，電纜所在線路的電壓降不得高于該電纜的額定電壓；

（4）電纜及其絕緣導(dǎo)體應(yīng)能耐受最大短路電流所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械應(yīng)力。

我院船舶電站選用的電纜型號主要有：CJV80/SA、CKJV80/SA以及CHJVP80/SA。根據(jù)實(shí)訓(xùn)室場地的要求，電纜的敷設(shè)安裝滿足船級社的要求并參照造船廠工藝標(biāo)準(zhǔn)。

6　結(jié)語

我國是一個(gè)船員產(chǎn)出大國，每年不僅有大量的輪機(jī)工程專業(yè)的學(xué)生需進(jìn)行海船員適任評估訓(xùn)練、評估和崗前培訓(xùn)，而且還有眾多的在職船員需進(jìn)行職務(wù)晉升和技能提高培訓(xùn)。我院船舶電站的設(shè)計(jì)與實(shí)施不僅滿足了教學(xué)需求，而且還為進(jìn)行船舶電站的工作原理、操作管理和調(diào)試維修的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)提供了極大的方便。

參考文獻(xiàn)：

［1］王文義.船舶電站［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006.

［2］鄭華耀，趙殿禮.船舶電氣設(shè)備及系統(tǒng)［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2005.

［3］鋼質(zhì)海船入級規(guī)范，第4篇電氣裝置［S］.中國船級社，2014.

［4］畢雨佳，吳斐文. DP-2/ DP-3船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.上海造船，2008（4）：59.

［5］莊福余.船舶供電技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2006.

(編輯：向飛)

Electric Network Design and Implementation of Ship Power Station Training System

LI Lin
（Fujian Chuanzheng Communications College，F(xiàn)uzhou350007，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

作者簡介：李琳，女，1968年生，浙江鎮(zhèn)海人，碩士，副教授。研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)，船舶工程技術(shù)。已發(fā)表論文14篇。

收稿日期：2015－05－03

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

中圖分類號：U665.12

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0135－03