船舶电力系统的分析与设计

摘 要：船舶电力系统作为船舶重要的组成部分，是船舶技术发展水平的重要标志。随着船舶的不断发展，对船舶电力系统的要求越来越高。文章以500吨运输船为例简述了船舶电力系统的设计任务、步骤等。

关键词：船舶电力系统；系统设计；保护

引言

随着船舶自动化水平的提高，现代船舶电力系统日趋复杂，并且要求设计质量高、时间短，既要优化资源，又要保证电力系统运行的安全。因此，在船舶设计和建造的过程应该充分考虑船舶电力系统的特殊性和重要性，构建可靠性高的电网类型，保证船舶能够安全、可靠、经济的航行。

1 船舶电力系统的组成及主要特征

1.1 船舶电力系统的组成

船舶电力系统由电源、配电装置、电力网和负荷组成。电源为船舶电力系统提供电能，船舶上一般采用发电机或蓄电池作为电源装置。配电装置的主要作用是分配电能，同时也对电源、电网及负载进行控制、调节、监视和保护等。电力网作为电源和用电设备的联系桥梁，将电源产生的电能输送给用电设备。负荷主要指动力负荷、照明负荷、通信和导航设备等。

1.2 船舶电力系统的特征

船舶电力系统与陆地电力系统相比有很大差别，主要体现在以下三方面：

（1）船舶电站容量较小，因此船舶电网电压和频率容易发生波动，另外电网中局部发生故障或误操作都容易造成全船失电，给船舶的安全航行带来威胁。（2）船舶空间有限，电气设备集中，因此船舶电网线路短，电能损失小。（3）船舶电气设备工作环境恶劣，船舶常年航行在江河、海洋中，潮湿的环境会使电气设备的绝缘下降、变形等；船舶航行过程中会经常受到冲击、振动等的影响，会使电气设备接触不良、误动作或损坏。

2 船舶电力系统的设计任务

不同类型、不同用途的船舶，电力系统设计的内容会略有不同。总的来说，有以下几点。

（1）确定船舶电力系统供电的电压、频率和配电方式等。（2）选取电源装置，主要有发电机、变压器和蓄电池的选取。（3）设计配电装置，主要指配电装置的结构设计和电气设计。（4）设计船舶电力网，如电站配电方式设计、用电设备的布置、主干电缆的走向等。

3 船舶电力系统的设计

3.1 电源装置的设计

电源是船舶电力系统的重要组成部分。在电源装置设计过程中，首先要通过电力负荷的计算确定船舶在各个工况下电力负载所需总功率，然后根据计算结果确定电站的总功率以及发电机组的台数和单机功率。

3.1.1 电力负荷的计算。电力负荷的计算方法有很多种，三类负荷法是应用最普遍的一种。三类负荷法将用电设备分为连续、短时或重复短时及偶然短时使用类负荷三类。因为充分的数据，可以准确地计算出电气设备的负荷系数，因此，三类负荷法可以得到更准确的结果。

3.1.2 负荷表的编制

负荷表的编制，通常按以下步骤进行：（1）收集船舶所有用电负荷的数据，确定额定输入功率，并按使用时间长短分成三类。（2）确定电动机计算系数和同时使用系数。（3）考虑5%的电网损耗，确定每个工况需要发电机提供的总功率。

3.1.3 发电机组容量和台数的选择。发电机组的单机容量和机组数量应根据负荷计算结果来确定。依据发电机组台数和容量的确定原则，500吨运输船电站发电机组的选择结果为3×90（台数×KW）同型号同容量的发电机组，其中2台为运行机组，1台为备用机组。

3.2 配电装置的设计

船舶配电装置是由主开关、变压器、指示仪表、保护电器等组成的装置，主要用来接受、分配和控制电能。图1为500吨运输船主配电板布置图，主配电板共设5块屏，其中设2块发电机控制屏，用于对发电机的控制；设1块同步屏，用于主发电机的并车控制；设有1块380V交流负载屏/组合起动屏，用于大负载或重要负载和接岸电箱的控制；1块220V交流负载屏/380V交流负载屏用于给负载的供电控制。

3.3 电力网的设计

电站的电能需要通过船舶电力网输送到船上各处的负载。对于大中型船舶，船上用电负载很多，重要负载或者大功率负载一般由主配电板直接供电，多数负载由区配电板或分配电板直接供电。

船舶电力网的供电线路有多种连接形式，常用的结构形式主要有五种：放射式、干线式、环式、混合式、网状式。目前，各国多采用环式和混合式的电网类型。作者设计的500吨运输船电力系统选用混合式接线方式即功率较大或较重要的负载采用放射式，由主配电板直接供电；较次要或功率较小的负载采用干线式或多级放射式，由区配电板或分配电板统一供电。

4 结束语

文章结合船级社规范、国际公约和相关标准，以500吨运输船为例分析了船舶电力系统的构成、基本特征，论述了船舶电力系统的设计任务、步骤等。文章的研究为船舶电力系统的设计提供了新思路，对于普通小型船舶电力系统的设计具有一定的参考价值。

参考文献

[1]中国船级社.内河钢质船舶建造规范[M].人民交通出版社，2009.

[2]朱丽娟.船舶电力系统设计简介[J].科技创新与应用，2014（18）.

[3]孙武.船舶电气设计中常见问题的处理[J].机电设备，2002（6）.

[4]陈可越.船舶设计手册（电气分册）[M].中船总编，1997.

作者简介：牛海春，女，硕士，青岛黄海学院，助教，主要研究方向为船舶电气控制方向。