淺談船舶電站容量及負荷計算的幾點經(jīng)驗

摘要：船舶電站的工作條件復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣，影響船舶電站的可靠性運行及工作壽命的因素多發(fā)多見，不僅對船舶電站的發(fā)電機、電器元件有特殊的要求，同時還對船舶電站供電的可靠性和連續(xù)性有很高要求。文章就實際工作中關(guān)于電站容量及負荷計算過程中的幾點經(jīng)驗進行了分析。

關(guān)鍵詞：船舶電站；容量計算；負荷計算；發(fā)電機；電器元件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）04-0076-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0320

船舶電站分為主電站、停泊電站、應(yīng)急電站和特殊電站。主電站在正常情況下，向全船供電的電站；停泊電站主要在停泊狀態(tài)下，又無岸電供應(yīng)時，向停泊船舶的用電負載供電；應(yīng)急電站負責在緊急情況下，向保證船舶安全所必需的負載供電；特殊電站是向全船無線電通訊設(shè)備、各種助航設(shè)備、船內(nèi)通訊設(shè)備以及信號報警系統(tǒng)供電的電站。

與陸地電站相比，船舶電站的工作條件復(fù)雜，工作環(huán)境比較惡劣，高溫、潮濕、鹽霧、油霧、霉菌、傾斜、振動、沖擊雷電等不良因素都會直接影響船舶電站的可靠性運行及工作壽命。船舶電站的發(fā)電機、電器元件等都需滿足特殊要求，以滿足“船用條件”，同時保證電站供電的可靠性和連續(xù)性。因此，船舶電站的發(fā)電機等電器元件都必須采用船舶專用電器產(chǎn)品，而且船用電器的生產(chǎn)要滿足中華人民共和國國家標準《GB/T3783-2008船用低壓電器基本要求》，船舶電器生產(chǎn)企業(yè)要有船檢部門頒發(fā)的生產(chǎn)許可證和產(chǎn)品檢驗合

格證。

船舶主電站是船舶整體的重要組成部分，主要結(jié)構(gòu)由原動機、發(fā)電機和主配電板構(gòu)成，主要用于船舶輔助動力供給，以驅(qū)動輔助機械以及整船所需的電力。原動機多為船用柴油發(fā)電機組，原動機與發(fā)電機通過液力耦合裝置連接，將原動機機械能轉(zhuǎn)化為電能。該種柴油發(fā)電機組多為直列機組，功率較大，能夠滿足船用電力的需求，也是船舶電站中的核心裝置。船用柴油發(fā)電機組的可靠性與安全性也對船舶主電站有直接影響，其功率決定了發(fā)電機組的容量大小。

1 船舶電站容量的選擇

1.1 發(fā)電機組容量的選擇原則

船舶主電站容量對船舶運行可靠性和穩(wěn)定性以及船舶運行的經(jīng)濟指標有著直接的影響，如何在保證船舶主電站安全、可靠、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、低碳的要求上，合理選用發(fā)電機組容量，關(guān)系著船舶主電站能否充分發(fā)揮其功能，做到物盡其用。

不合理不恰當?shù)陌l(fā)電機組容量選擇將無法保證全船電氣設(shè)備的用電需求，對于船舶的運行安全起到負面作用。過大的發(fā)電機組容量選擇，會導(dǎo)致船舶主電站帶負荷率低，從而導(dǎo)致其運行效率降低，發(fā)電機組無法得到充分發(fā)揮，浪費大量資源，同時也會造成柴油發(fā)電機組燃燒不夠充分，產(chǎn)生大量廢氣，占用機艙有限空間。同時，相應(yīng)的發(fā)電機組配套設(shè)施（如主配電板、電纜等）容量也相應(yīng)增大，導(dǎo)致船舶造價增高。

發(fā)電機組容量選擇過小，將無法滿足船舶電氣設(shè)備用電要求，造成船舶本身應(yīng)當具有的功能失效，發(fā)揮不了船舶本身所應(yīng)具備的作用，給船舶造成供電不足的隱患。而電站超負荷運行勢必導(dǎo)致電站發(fā)電機組老化加快，降低其正常使用壽命。由以上分析可見，主發(fā)電機組容量大小的選擇至關(guān)重要。

1.2 發(fā)電機組容量的確定方法

船舶主電站發(fā)電機組容量的確定需遵循一定的原則，我國在船機容量設(shè)計上已有較為全面的設(shè)計手冊，在利用手冊進行設(shè)計時，要遵循以下原則：

第一，遵循滿足船用電量的要求。在設(shè)計主站機組容量時，基本的計算方法是計算全船用電設(shè)備的實際用電量，以實際耗電量為確定依據(jù)。船舶實際耗電量的計算是設(shè)計過程中的一大難題，不同船舶運行工況均有所不同，沒有成熟的方法指導(dǎo)設(shè)計，只能根據(jù)設(shè)計者的設(shè)計經(jīng)驗，依據(jù)實際情況，對用電規(guī)律進行分析，采用近似方法進行估算。

第二，從實際情況出發(fā)，利用基本原理進行計算。船舶主發(fā)電機組容量的計算方法有很多種類，設(shè)計人員根據(jù)不同類型的船舶選用不同的計算方法。但是無論采用何種方法進行計算，都要利用基本的容量計算方法，都需從船舶的實際工況出發(fā)，進行用電量的分析、研究和統(tǒng)計，編制電力負荷計算書，從而依據(jù)計算書，確定船舶運行周期特性，找出電氣設(shè)備用電負荷峰值以及隨時間和工況變化下設(shè)備用電量的變化情況。

第三，遵循嚴謹、細致的原則。發(fā)電機組容量的計算是一項較為繁瑣又很重要的工作，設(shè)計人員必須考慮周密、細致、慎重，否則主電站容量選擇就不準確，會給船舶帶來安全隱患。

2 電力負荷計算書的編制

筆者從事船舶電氣設(shè)計三十多年來，在工作中應(yīng)用最多的需要系數(shù)法，以下結(jié)合同時使用系數(shù)的計算方法，供大家參考和討論。

2.1 需要系數(shù)、同時使用系數(shù)和取值技巧

需要系數(shù)是指用電設(shè)備實際所需的功率與用電設(shè)備所標稱的額定功率的比值，用公式表示為，從該公式得出：實際所需功率，也就是將某用電設(shè)備上所標稱的額定功率，與該用電設(shè)備從電網(wǎng)上吸收電能的需要系數(shù)相乘，就可以算出該用電設(shè)備的實際所需功率。需要系數(shù)的取值問題是經(jīng)驗性問題，雖然在設(shè)計手冊中，該值的取用也有一定的參考范圍，但是多是統(tǒng)計學(xué)數(shù)字，針對實際船舶工況下的值的選取，參考價值不高，對于具體的某一條船來說是不實用的，也是很不準確的，甚至誤差很大。以下介紹五點筆者在多年工作中總結(jié)出來的關(guān)于需要系數(shù)取值的經(jīng)驗，供大家參考：

第一，對于生活用電的線性用電器（實際耗電量與標稱額定功率相等，如白熾燈、電熱器、船行燈、充電機等），電器用電量的需要系數(shù)取值為1。

第二，對于標準化的船用合格水泵成套設(shè)備，廠家在生產(chǎn)的過程中已經(jīng)過多次實驗、多次測試，掌握了該用電設(shè)備在滿負載運行時，實際從電網(wǎng)上吸收的電能（電功率），且廠家為了保證設(shè)備的穩(wěn)定、可靠、安全、長時間連續(xù)運行，不會將實際用電功率定為額定功率（實際功率不等于額定功率，也不等于最大額定功率）。在標稱設(shè)備的額定功率時，都把實際從電網(wǎng)上吸收的電功率乘上一定的安全系數(shù)（行業(yè)內(nèi)叫保守系數(shù)），作為設(shè)備的標稱額定功率。此舉主要意在讓設(shè)備在滿負荷時，能保證在標稱額定功率的85%下長時間連續(xù)運行，所以這類用電設(shè)備，再結(jié)合安裝使用時實際的揚程來決定取值，如實際揚程與設(shè)備上標稱的額定揚程等，那么取值為0.85。當實際揚程偏高或偏低時，取值需要作相應(yīng)調(diào)整。

第三，風(fēng)機類（如電風(fēng)扇、通風(fēng)扇、送風(fēng)機、鼓風(fēng)機等）用電設(shè)備的用電需要系數(shù)也比較好取值，因為這類用電設(shè)備都在滿負荷運行，而且?guī)缀跏呛愣ǖ模谌⌒枰禂?shù)時，直接取其標稱額定功率的0.85就可以。

第四，起貨機（含艇機、舷梯機等）和鉆機，該類設(shè)備出廠時，均設(shè)計讓它們在長時間連續(xù)運行，所以這些設(shè)備，實際從電網(wǎng)上吸收的電能（電功率）是標稱額客功率的85%，可以取值0.85。

第五，舵機、錨機、絞車、消防泵等設(shè)備室關(guān)系到船舶和人身安全的重要成套設(shè)備，出廠時，所標稱額定功率的安全系數(shù)較大。主要目的也是只允許這些重要設(shè)備滿負荷時，實際上是在標稱額定功率的40%～60%下長時間連續(xù)運行。因此，針對此類重要成套設(shè)備，在取需要系數(shù)時，應(yīng)取0.4～0.6。

2.2 用電量的計算

在利用上述方法，確定需要系數(shù)之后，就可以算出某用電設(shè)備的瞬時用電量了。但是船舶用電設(shè)備的總用電量并非各用電設(shè)備瞬時用電量的簡單疊加，主要考慮到這些設(shè)備啟用的時間并不同步，因此需要再考慮同時使用系數(shù)問題。以照明用電器為例，每盞燈的需要系數(shù)都取1（標稱功率與實際用電功率相等），考慮到這些照明燈并不是同時使用，而是晚上用多些，白天用少些，所以這類用電器的同時系數(shù)取值的范圍就廣一些（1%～90%）。工程船舶的左右鉸纜車，在實際使用過程中，要么使用左邊，要么使用右邊，不允許兩邊同時使用，所以，這類船舶的左右鉸纜車的同時系數(shù)取為50%。

3 結(jié)語

船舶主電站在進行裝機容量及電力負荷計算前，應(yīng)充分了解船舶的用途以及船舶總布置，熟悉掌握船體基本結(jié)構(gòu)以及用電設(shè)備的位置、型號、規(guī)格、數(shù)量，明確各用電設(shè)備的使用工況、使用時段和使用數(shù)量，認真反復(fù)研究各用電設(shè)備需要系數(shù)的取值問題，為電力負荷計算的準確性收集好可靠材料。

參考文獻

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作者簡介：溫光英（1960-），男，廣西南寧人，廣西南寧航道管理局船舶電氣工程師，研究方向：機電。

（責任編輯：黃銀芳）