73.8 m多用途货船的电力系统设计探讨

覃 汉

(梧州船舶检验局，广西 梧州 543000)

0 引言

船舶是一个在水上活动的独立体，船舶电力系统虽然没有陆地上的那么大型，但也是一个独立的电网，也是由电源、电网、配电等装置组成，但发电、供电和用电都是在船上完成，是船舶航行安全和船员正常工作生活的保证。由于船舶存在空间小、温度高、湿度大、振动多、倾斜大、易受冲击等特点，导致船舶电力系统工作环境恶劣，电气设备容易出现相互干扰、出力不足、接触不良、损坏及老化等问题，因此，船上的电气设备需要比陆地上的更加优良。随着船舶不断大型化、电气化和智能化，对船舶电力系统的设计提出了更高的要求。73.8 m多用途货船是西江流域在建船舶中最新最大的其中一种船型，现以该船的电力系统设计为例，简述船舶电力系统设计的原则和方法。

1 电源装置的设计

船舶电源有发电机或蓄电池两种。按照《钢质内河船舶建造规范》(以下简称《内规》)规定，主电源可采用由独立的原动机驱动的发电机组，或者由推进主机驱动的发电机，或者蓄电池组。对于动力操舵装置，为主机服务的各种辅机、消防泵、舱底泵等船舶正常运行所必需的设备均为电力供电时，应至少设置2台与主机独立的发电机组。这些发电机组的台数和容量，应能在任何一台发电机组停止工作时，仍能对船舶正常航行、安全和冷藏货物的设备供电，并保证最低舒适的居住条件。该船应最少设置2台与主机独立的发电机组，其中的一台作为备用。另外还需设置一定的蓄电池组，供航行信号灯等DC24V设备用，并供主辅机启动用。

1.1 交流发电机的选取

1.1.1 电力负荷的计算

根据船体和轮机专业设计提供的舾装和轮机设备情况，统计船舶用电设备的额定功率、效率、同时使用系数等数据，利用三类负荷法来计算电力负荷，把负载分为三类，第Ⅰ类为连续使用的负载，如舵机电动机、风机电动机、照明灯、无线电和助航设备；第Ⅱ类为间歇使用的负载，如消防泵电动机、舱底泵电动机、锚机电动机、油水分离器电动机等；第Ⅲ类为偶尔使用的负载。按照航行状态、进出港状态、停泊状态、应急状态、装卸货状态进行电力负荷计算。得出结果见表1：

表1 电力负荷计算汇总表

1.1.2 确定发电机

根据电力负荷计算书，该船在机舱设置三相交流发电机组两套，发电机型号为SGTH-30，功率为30 KW，转速为1 500 r/min，由41.5 KW的柴油机带动。发电机单机运行，两套发电机组互为备用。这样设置满足了船舶各种状态下的电源需求；有一台备用发电机，而且还有≥80%的贮备，满足规范要求；不用发电机并车运行，操作维护方便。发电机的选取设置合理适用。

1.2 蓄电池组的配置

按照《内规》规定，设置了2台发电机作为主电源的船舶，应至少设置一组蓄电池组，供应DC24V的航行信号灯、报警装置、通信系统、操舵控制系统等设备，以及兼作临时应急电源。蓄电池容量根据负荷表进行计算。

该船的DC24V负荷表见表2：

表2 DC24V负荷表

蓄电池容量计算按以下公式进行：

Q=P×T/(U×Ki)

式中，Q——所需蓄电池容量(Ah)；

P——负荷消耗功率；

T——设备供电时间；

U——蓄电池电压(V)取24 V；

Ki——放电系数。

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)

本船选用6-CQA-200 12 V 200 Ah蓄电池，在主甲板设置4块，每两块串联成24 V 200 Ah蓄电池组，分两组采用甲充乙放方式，供给DC24V电源设备。另外在机舱设置8块，每两块串联成24 V 200 Ah蓄电池组，供左右主机和1#、2#发电机组启动用。蓄电池容量满足计算要求，设置满足规范要求。

2 配电系统设计

2.1 线制的选择

根据《内规》规定，供该船选择的直流线制有双线绝缘系统、负极接地的双线系统以及利用船体负极回路的单线系统；供该船选择的交流单相线制有双线绝缘系统、一线接地的双线系统以及一线利用船体作回路的单线系统；供该船选择的交流三相线制有三线绝缘系统、中性点接地的四线系统以及利用船体作回路的三线系统。双线绝缘系统在直流和交流单相制中是最安全的，三线绝缘系在交流三相线制中是最安全的，可以避免船上人员的触电事故。该船的直流线制和交流单相220 V线制采用双线绝缘系统，动力设备380 V采用三相三线绝缘系统；确保用电的安全性。中性点接地四线系统的优点是中性电流通过导线通导，不会出现中性点偏移，供给用电设备的电源质量好，故该船交流电源400 V采用中性点接地的三相四线系统。这样设置保障了船舶供电的连续性，单相负荷也不需要变压器，减少建造成本。

2.2 配电装置的设置。

配电装置是用来接收和分配电能的电气装置，设置时除了要能接通和断开电路外，还要在系统发生故障时有切断故障元件和发出报警信号等保护功能，还要有测量和显示电压、电流、频率、功率等参数的测量功能，对电路状态和开关状态进行信号指示等功能。该船在机舱设交流主配电板1个，用来控制和监视发电机运行、供电及船电岸电联锁转换等工作，并对全船电网进行配电，主配电板装有电压表、电流表、频率表、绝缘测试指示灯等测量仪表，设有转换开关、指示灯、按钮、发电机主开关、负荷开关等。主甲板上的餐厅前壁设充放电板1个，监测和控制蓄电池充放电及DC24V配电，并装有临时应急照明装置，与交流主配电板AC220V照明联锁，在AC220V照明电源失效时，自动接通临时应急照明。驾驶室设驾控台1座，内设有24 V分电箱、助航分电箱、24 V/220 V航行信号灯控制板、无线电通信及助航设备、主机操纵、仪表控制板等，进行船舶运行的各种操纵和监控。

3 电网设计

船舶电网负责输送发电机发出的电能到船舶的各个用电设备。对船舶电网的基本要求是生命力强，要求出现故障或局部损坏时仍能连续供电，并限制故障的影响在最小范围内。

3.1 确定电网的结线方式

一般民用船舶的电网结线方式有放射式、干线式。放射式是从主配电板引出很多根电线，各自作为独立的支路，只向一个用电设备或分配电箱供电，其优点是可以集中控制，一个支路出现故障被隔断后不影响其他支路的用电，供电可靠性高，缺点是需要电缆较多，成本高；干线式是从主配电板引出一根或几根电线作为干线，所有用电设备通过串联在干线上的方式进行供电，其优点是需要电缆少、成本低，缺点是无法集中控制，某个用电设备发生故障时可能导致该干线上的全部设备无法工作，供电可靠性差。通过分析，该船的照明采用干线式，其他采用射线式供电。

3.2 电缆的选择

根据规范要求，电缆绝缘材料的最高工作温度应至少比电缆安装场所可能存在或产生的最高环境温度高10 ℃以上；固定敷设在可能产生有凝结水或有害气体等处所的电缆具有不透性护套；需在失火状态下工作的设备电缆应采用耐火电缆；确定电缆导体截面积时，当电缆在正常工作条件下承载电气设备所需的最大电流时，从主配电板的汇流排到任何安装点的电压降应不大于额定电压的6%。由蓄电池供电，其电压≤50 V者，线路的总电压应不大于标称电压的10%，但航行灯、信号灯及操舵电磁阀线路的电压降应不大于蓄电池标称电压的6%。根据要求，该船紧急报警装置、扩音系统、临时应急照明等需在失火状态下工作的设备用CEF/NA型船用耐火电缆，其余的

采用CEF/SA型船用电缆。电缆的导线截面积根据计算选取，交流发电机到主配电板用25 mm2的电缆；主配电板到艏锚机用10 mm2的电缆；到其他各动力设备用4 mm2的电缆；到各照明分电箱用2.5 mm2的电缆。蓄电池到充放电箱用4 mm2的电缆；充放箱到各照明、助航等设备用2.5 mm2的电缆。

4 结语

船舶电力系统设计是船舶整体设计的一个不可或缺的部分。其主要进行电源、电网、配电装置的设计，应充分考虑发电机的选取、蓄电池的配置、线制的选择、配电装置的设置、电网的结线方式、电缆的选择等因素，确定电力系统设计方案，然后绘制成设计图纸，制作成设计文件，作为送到船检部门审核和船厂施工的技术资料。经过船舶建造和运行实践，该船的电力系统设计科学、安全、实用，已被作为西江流域同类型船舶的示范进行推广，取得较好的经济效益。