船舶电站供配电系统的研究

船舶电站供配电系统的研究

宋秀丽

（招商局重工（深圳）有限公司广东深圳518054）

摘要：在科学技术不断发展下，船舶技术随之得到极大的创新发展，船舶制造业作为我们工业体系的一个重要组成部分，其技术水平反映出一个国家的工业实力，是综合国力的体现。本文就船舶电站供配电系统进行分析，探究其内部构成部分，寻求合理技术手段为船舶电站供配电系统运行安全提供保障。

关键词：船舶电站；供配电系统；自动化；监控

船舶的正常行驶，需要动力辅助设备支持，而船舶电站主要是为船舶行驶和内部机械运行提供电力支持，是船舶电力系统的核心部分。船舶电站运行的可靠性、经济性对保证船舶安全、经济航行具有重要意义。我国船舶电站控制方式起步较晚，相较于国外品牌而言存在明显的差异，前期主要是从国外引进，慢慢的国内行业逐渐兴起，船舶电站的长足发展需要引进前沿工艺和技术，优化船舶电站供配电系统。由此，加强船舶电站供配电系统研究，寻求合理的保护手段，为后续的造船业发展提供支持。

一、船舶电站构成

船舶电站主要由电源、配电装置和自动化监控装置组成。

电源是将机械能、化学能转变为电能的装置。船舶电源主要为发电机组、蓄电池组等。

配电装置是用来接收和分配电能的装置。它由各种开关、保护电器、测量仪表、调节和信号装置等电器设备按一定要求组合而成。船舶电站配电装置一般指船舶配电板、组合起动屏、分电箱等。

船舶电站自动化监控装置，就是我们俗称的功率管理系统，是用来实现机组自动起动、投网、调频调载、自动并车、重载问询、负载转移、自动停机和运行参数的监控、显示及故障监视处理的装置。

各组成设备间的接口关系见图1。

图1船舶电站组成设备接口关系图

二、船舶电站的设计

1）基本原则

根据船舶负荷的供电需求来确定电站的组成方案，并进行发电、配电和自动化设备的选型，这是船舶电站设计的重要内容。船舶电站包含的设备和器件很多，船舶各系统对电站的功能和参数又各有不同，所以船舶电站一般都是专船独立设计、配套。为了满足全船各系统的供电要求，必须按照船舶的用电负载对电能品质、用电总量和供电连续性的需求，进行电站系统的总体设计，以确保船舶各系统设备在同一电站中协调、持续运行。

一个设计合理的船舶电站应满足以下要求：

a）具有充足的发电能力，以保证全船用电负载在各种工况下的可靠运行；

b）供电连续性，可以在船舶供电网络或相关舱室受损时，如火灾、浸水等，仍能保证船舶重要用电负载的供电；

c）具有较高的运行安全性，在任何情况下，可以保证操作者和设备的安全；

d）系统维护保养的方便性、经济性；

e）合理布置，便于安装、建造，有优良的操作使用性能，特别要注意配电装置的合理性布置。

2）电站的保护设计

船舶电站的保护设计是通过适当的方法和措施，提高船舶电站在非正常使用或故障情况下，船舶电站的运行安全性和自愈能力，保障船舶电站的供电连续性，一般要求如下：

a）船舶电站的保护设计应选用合适的保护装置来保护发电机组、电缆、汇流排以及有关电气设备免遭包括短路电流、过电压、超频等的系统故障的损坏；

b）船舶电站各保护装置应做到反应灵敏，动作迅速、准确、可靠并具有符合逻辑的选择性协调保护；

c）船舶电站各保护装置的选择、布置和性能应构成一个完整的、协调的自动保护系统；

d）船舶电站的保护设计对于各种类型的故障，在故障出现到相应保护装置动作的时间段内，故障电流所形成的电动应力和热效应应不会造成保护装置本身及所有有关的电气设备和电缆的损坏。

3）电站的安全、可靠性设计

船舶电站应符合如下的安全、可靠性要求：

a）船舶电站的电气设备不带电金属部位必须可靠接地，机上敷设的电缆应采取机械防护措施。带电部位表面则应有良好的绝缘防护层；

b）系统内部设备所选用电线电缆以及其他橡胶制品等必须为阻燃性；

c）系统内部设备对有可能危及人体和设备安全的因素必须有充分的预计，并采取有效的安全防护手段避免事故发生或防止事故扩大；

d）使用寿命。船舶电站的整体使用寿命应与全船的寿命相适应，电站内设备的小修和大修应与船舶的小修和大修相配合；

e）船舶电站可靠性要求应体现在耐用性、低故障方面，主要包括：系统保护和连锁；设备安装处所的环境因素影响，如温度、湿度、振动等；重要的控制回路应考虑硬件上的冗余；充分注意到控制软件的可靠性。

4）电站的自动化设计

现代化海工船舶的功能用途多样化，有起重、半潜、饱和潜水、空气潜水、水下机器人、拖带、修井、水下铺管/缆和水下勘测等功能，以及船舶的电力推进技术的普及，船舶对电力的需求加大，多台大功率发电机组的配备必不可少。在不同船舶运行工况下，要满足无人机舱的要求就必须对电站的自动化运行有一个总体的规划，按一定的控制逻辑，使船舶电站对外界环境变化，如负荷的随机变化等具有最佳应变能力，尽可能保证安全、可靠、经济、优质和连续的供电。

随着船舶高速化、自动化、多功能化和大型化发展，船舶电站自动化有如下优势：

a）维持电站供电的连续性和提高可靠性，增强船舶运行的生命力；

b）提高船舶电站供电质量，使所有用电设备处于良好工作状态；

c）便于及时发现和排除故障，改善船员劳动条件，减轻值班强度，使船员能有更多的时间和精力从事设备维修工作；

d）减少船员，实现船舶最佳运行模式，缩减船舶整体的运营成本。

现代船舶的电站自动化系统一般都由监测报警系统、安全系统和控制系统几部分组成，在电站自动化设计中应注意以下几点：

a）各系统间应互相独立运行，出现故障不能影响其它系统正常工作；

b）控制系统应保证能在电站系统运行的任意状态下，启动或停止控制系统，并能进行及时、有效控制；

c）监测报警系统能在出现故障时应及时、准确发出声光报警，并指定故障位置；

d）安全系统应能在出现严重故障时快速、有效地自动执行安全措施，保证电站运行的连续性和稳定性。

三、电站发展趋势

随着船舶吨位的增大、用途多样化、电气化程度的提高和科技发展，船舶电站亦有显著的进步和变化：

1）船舶电力系统总功率增大，发电机组数量增加；

2）电站的设备性能和供电指标有很大的提高。现代化船舶电站的设计以最大限度的维持连续供电为目标。现在的大型和工程船舶上普遍采用中、高压、直流、大功率的高参数电力系统。高参数电力系统应用是船舶发展趋势；

3）电站自动化程度提高。随着计算机网络技术不断发展，船舶电站将向着标准化、模块化、网络化、信息化、小型化和人性化等方向发展；

4）电站设备趋向于小体积、长寿命、无污染。伴随着电气元器件的集成化、原材料性能的提高和机械加工精度的上升，现在的设备都趋向更小的体积和更长的使用寿命。

结论：

为增强我国基础工业实力，推动我国造船业的全面发展，应加强船舶电站供配电系统的技术创新及加大船舶电站设施研发力度，在把握船舶电站构成的同时，营造良好的运行环境，提升船舶电站供配电系统的自动化水平，为船舶机械设备运行提供电力支持，促进我国造船业健康持续发展。

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