船舶电站 第一章 舰船供电系统特征.doc

船舶电站                       第一章 舰船供电系统特征

                                        第一节 舰船电力系统

一、船舶电力系统的组成
    由发电、变配电、输电和用电四部分设备构成的统一整体称为电力系统.船舶电力系统也可分为船舶电站、船舶电网和用电设备。船舶电力系统的示意图如图1-1所示。

    船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成。
    船舶电网是全船电缆电线和配电装置以一定方式连接起来的组合体，是联系电能的生产者(各种电源)和电能的消费者(各种用电设备)的中间环节，担负分配和输送电能的任务。船舶电网按其所联系的负载性质分为动力电网、照明电网、应急电网、弱电电网等。
    配电装置是用来接收和分配电能，并对电力系统进行保护、监视、测量、指示、调整、变换和控制等工作的设备。配电装置可以分为属于船舶电站的主配电板(Main Switch Board,简写为MSB )，船舶电网中间的分配电板(Section Switch Board，简写为SSB)；属于应急电力系统的应急配电板(Emergency Switch Board,简写为ESB)，蓄电池充放电板(Charging and Discharging Panel，简写为CDP )。分配电板又可分为动力配电板和照明配电板。
    船舶用电设备即负载，分为四类：
  (1)船舶各种机械的电力拖动，包括甲板机械(舵机、锚机、绞缆机、起货机等)、舱室机械(各类油泵、水泵、空压机、通风机、空调设备等)、电力推进和工作船舶用的生产机械.
  (2)船舶照明设备，包括工作场所、生活舱室的各种照明灯具和航行、信号灯具等。
  (3)船舶通讯和导航设备
  (4)舰船上生活所需的其它用电设备，如电热器、冰箱、电视机等。
    总之，船舶电站是船舶电力系统的核心，它在船舶整体设计中占有很重要的位置，特别是在现代自动化船舶上万显得尤为突出。
二、船舶电力系统特点
    和陆上电力系统一样，船舶电力系统由发电设备、变配电装置、输电网络、用电设备等，按一定的联接方式组成。但由于负荷特点和具体工作条件不同，船舶电力系统和路上电力系统相身比，有明显的不同特点。
    第一，船舶电站和电力系统容量较小，为了保证供电可靠性、经济性，陆上电力系统一般都由十几个甚至数十个不同类型的发电厂联合供电，电力系统容量高达上亿千瓦.我国单机容量，火力发电已达60万千瓦,水力券电已达70万千瓦。美国等国已生产100万千瓦汽轮发电机组，电力系统输送距离已达上千公里。由于船舶电站只供给一条舰船负载需要，因此单机容量和系统容量要小得多，一般万吨船装机容量为1000kW左右。寻前世界上最大的船舶电站容量达到数万千瓦，单机容量已达5000kW，但总的说来，船舶电力系统与陆上电力系统的容量是无法比拟的。
    由于船舶电站容量小，单机容量可与某些大的宜台用负荷相比拟、当大的电动机起动时，对电网造成较大冲击，因而对船舶电力系统的稳定性提出了较高要求，如要求船用发电机调压器动作时间要快，有强行励磁能力。发电机有较大的承受过载的能力。此外，由于船舶工况变动频繁，要求船用并车装置简单、可靠。
    第二，船舶电气设备比较集中，电网较小。陆上电力系统由于容量大，输电距离远，为了减少电压和功率损失，必须采用高压输电，这就需要配备有各种电压等级的配电装置和输电线路，以满足输变压的要求，输电线路可采用电缆，但天多数采用架空线路.因为像500kV这样高电压、大容量、远距离的高压输电采用电缆，无论在经济上还是技术上都是难于实现的。而一条船充其量200-300m长，整个系统范围不大，船舶电站与用电设备之问距离很短，因此船上主要采用400V电压等级的发配电设备及电缆供配电，在计算线路电压降时，往往可以忽略电缆的电抗。船舶发电机和船舶电网的保护也比陆地上的简单得多，但由于线路短，电网发生短路时对发电机和系统的影响大。
    第三，舰船电气设备工作条件恶劣。舰船被水包围，自成体系，独立性强一，在航行中倘遇意外，主要依靠自救。舰船电气设备工作条件比陆地恶劣得多，环境条件对电气设备的运行性能和工作寿命有严重影响，如环境温度较高(在赤道附近，机舱温度高达50度以上)，相对湿度较大(有时高达95%-100%);存在盐雾、霉菌、油雾、凝露，使导电金属受到腐蚀，绝缘材料的性能降低，加速老化，电气设备工作性能受到影响;船舶的摇摆(横摇22.5度)、倾斜(长期横倾15度 -22度,纵倾l0度)、振动(由波浪冲击、往复式机器运转、火炮射击等引起)，影响了电气设备工作的可靠性和正确性。由此可见，船用电气设备必须满足船用条件下，可靠、稳定地工作的要求，如表1-1所示。

                                        表1-1船用条件

序号
工作条件
要 求
序号
工作条件
要 求
1
周围温度
-25°~ +45°
7
倾斜
周期横倾
22.5°
2
相对湿度
95%
长期横倾
15°（应急设备22.5°）
3
凝 露
有
长期纵倾
10°
4
盐 雾
有
8
振 动
有
5
油 雾
有
9
冲 击
有
6
霉 菌
有

    选用船舶电气设备需要用符合船用条件的产品，无船用产品时，可考虑采用陆用产品加三防(防湿热、防盐雾、防霉菌)来代替。
三、船舶电力系统的发展概况
    船舶电力系统的设计通常以舰船总体设想和对各系统的要求为依据，故舰船总体的发展必然会对舰船电力系统提出更高的希望和要随着舰舰吨位的增大、电气化程度的提高和科学技术的发展，舰船电力系统亦有显著的进步和变化。
    (1)舰船电力系统的发电功率逐年增大。解放初，我国只能建造简单的小型钢质船舶。总吨位不到1万吨。40多年来，中国造船业不断发展，尤其是改革开放以来，发展十分迅速。建立了具有一定规模的现代造船工业，并且从完全封闭的国内市场走向世界造船市场。现在除少数几种技术特别复杂的船舶外，中国能建造15万吨级(载重吨)以下的各利健输船舶，自70年代迄今，中国造船业共承接出口船订单近500万吨，已出口20个国家和地区。近十年来，我国已建造一批技术复杂、要求高、难度大的现代船舶，如118000t穿梭油轮 69000t成品油/化学品船、4000辆汽车滚装船、2700箱冷藏集装箱船、冷藏船和LPG船等。目前，与船舶吨位增加相适应的船舶电力系统发电功率，已达数万千瓦，单机容量5O00kw。
    (2)电力系统的设备性能和供电指标有了很大的提高。现代船舶电力系统的设计以最大限度地维持不间断供电为目标。由于船电技术的发展，船舶电力设备日趋完善。工业部门不仅能为舰船提供完整的发电机组系列，性能优良的各种容量自动开关和监视保护设备。而且船电设备的功能也有显著的提高。发电机的快速调压调频设备提高了电力系统的静态和动态性能指标，同时也加强了系统承受各种突然负荷的能力。近年来，在某些舰船上又出现了大功率、高电压的高参数电力系统，电网电压达3-6kV。虽这种系统仅限于大型船、工程船等特种船舶。但电力系统高参数在舰船上的应用是技术上的一种突破，它为舰船电力系统的进一步发展提供了空间。
    (3)电力系统实现集中控制和自动化。电力系纷自动化是舰船自动化的一个组成部分。也是舰船现代化的一个重要标志。船舶电站自动化有以下优点:
    第一，维持船舶电力系统供电的连续性和可靠性，增强船舶运行的生命力。
    第二，提高胎舶电站供电质量，使各用电负载处于良好的工作状态。
    第三，改善船员的劳动条件---自动化技术的广泛应用充分发拌了电力设备的潜在功能。并使船员的操作量大大下降，劳动强度减轻，使船员有更多的时间从事设备的维修工作。
    第四，减少船员，提高劳动生产率和船舶运行的经济指标。
此外，自动化可以实现系统的最佳运行方式滚高设备运行的效率、经济性和安全性。随着船舶容量的不断增加，为了提高电气的可靠性，减小电气设备的尺寸和重量。50年代普遍开展了船电交流化工作；60年代开始进行电站局部自动化，提出了提高船舶电站的电压和频率并进行试验。各国采用船舶电站单元自动化装置，如自动并车、自动调频调载、自动卸载和自动起动等。
    1964年出现无人机舱。1970年日本建成第一艘超自动化油轮“星光丸”。其柴油主机功率为21 000kW。载重量为138 000t。全船由一台电子计算机自动控制导航系统、轮机系统和装系统，实现全面的自动控制。稍后，荷兰建造了“Nedllayol Houtman”号。它是世界上第一艘应用大规模集成电路和微处理机技术进行报警和监控的集装箱船。采用图象显示和微处理机控制巡回检测装置系统，系统安装有3套装置;
    第一套装置是机舱监视系统，对两台主机和有关辅机进行监视。该系统在集中控制室和船员居住区各有两台大小不同的彩色电视机，从传感器来的模拟和数字信号通过微处理机。用图象或文字在电视机上显示各种工作的正常或事故状态.
    第二套装置是冷却装置监视系统。它是和机舱系统相似的一个独立系统。
    第三套装置是冷藏集装箱记录和监控系统。这个系统周期地监测和记录2 450只冷藏集装箱的温度和动力装置的参数。
    这种以多台微处理机的分散控制方式显示了极大的优越性：它比一台较大型的电子计算机集中控制的自动化系统体积小，重量轻、可靠性好、成本低，维修使用方便，并避免了系统之间的相互干扰。
    航海事业处于国际竞争之中，因此要求有价廉、高效率、可靠性高的船舶.在船舶有关费用中，主要是船员的费用和修理费用，这就不得不谋求船舶设备自动终以精简船员。自动化电站为船舶减少人员提供了可能与条件。第二次世界大战后，一万吨级远洋轮有60名船员，到了20世纪50年代，由于自动化程度的提高，船员减少到50名；60年代，由于无人机舱的实现;船员减少到26名；70年代后，自动化程度较高的船仅需14-15名船员。目前，德国、挪威、日本等国正在研究“未来型”、“2000年型”大型船，每船只配备6-10名船员。
    (4)在舰船电力系统中广泛采用各种新技术。科学技术的发展逐步改变了舰船电力系统的面貌。近年来，电力系统控制线路的电子化程度有了很大的提高半导体和集成电路普遍代替了电磁、机械、液压等控制部件;出现了电子固态保护装置、电子调速器等性能更优越的新型部件。电力电子技术促使电能变换设备趋向静止型化，从而提高了系统运行的性能.减少了电力设备的体积和重量。电子计算技术的推广应用，出现了用微机控制和管理的电站.对于发挥舰船电站的功能，应付舰船多工况的变化，有很大的促进作用。设备电子化的结果.推行了便于生产装配和维护保养的标准部件和插件方式，提高了生产效率，缩短了设备维修时间。

      第二节 舰船电力系统基本参数

    船舶电力系统的基本参数有电流种类、电压等级和频率标准。它们决定了船舶电站工作的可靠性和电气设备的重量、尺寸、价格等。

一、电流种类的选择
    电流有直流和交流两种。早期船舶多采用直流电力系统。30年代开始在军用舰船上采用交流电制，以后逐渐推广到各种船舶，50年代形成电制更替高潮。我国舰船在60-70年代完成了向交流电制过渡。然而舰船电力系统的电流种类，仍然会受到舰船能源类型或某种条件的限制，例如，采用蓄电池组为能源的常规潜艇，就很难推行交流电制；有较高调速要求的推进电力系统也往往采用直流电制。
    交流电站与直流电站相比，前者设备成本和维护保养方面的费用及工作量比后者少得多；因为交流电动机没有整流子，结构简单、体积小、重量轻、运行可靠.鼠笼式电动机可以直接起动，控制设备少。此外，交流动力网络与照明网络之间可通过变压器实现电气隔离。使绝缘电阻低的照明电网基本上不影响动力电网。交流电制也有利于船舶电气化程度的提高和系统容量的增长。直流电站的优点是调压并车简单，电动机起动时冲击小。可实现大范圈平滑调速(这对电动起货机尤为有利)，蓄电池组充电毋须整流器等。然而，由于电力电子技术的发展，直流电制的优点越来越不明显，交流电制在国内外各种船舶中占了主要地位。

二、电压等级
    确定电力系统及其负载的电压等级，是电力系统设计的一项重要内容。从减少导体电流的角度来看。提高电压是有利的，可以减小电器元件的导电截面，节约有色金属。如以电器在电压为127V时的重量为1，则当电压为220V、380V和500V时，电器的重量分别近似地等于0.58、0.33和0.25。
    另一方面，电压的提高增加了电器灭弧的困难，为此对电气设备的绝缘和安全方面提出了更高的要求，需要加大灭弧间隙，这样又使电器的重量、尺寸增大，故在电压高于600V时，其重量、尺寸减小很少。
    目前世界各国对电压等级的考虑，主要与本国陆上电制的参数能统一。我国发电设备具有230V(单相)、400V (三相)的额定电压。欧盟从1992年起规定低压发电没备的额定电压只允许使用230V/400V。由于船舶容量的增加，提高电压是必然趋势。在一些大型船舶、工锉船舶及舰船上，电站容量已达20 000-40 000kW以上，单机功率达3 000-5 000kW,这时仍采用400V电压等级已成为不可能。因为当三相400V和Cos=0.8，发电机额定相电流为5 700A时，就需要截面为电缆18根并联运行，这是不合理的。此外，这样大的电流使开关保护电器复杂化。
    船舶电站额定电压有向中压发展的趋势。国际电工委员会建议采用3. 3kV电压；英美等国因为陆上有3.3，6. 6kV电压等级，所以这些国家在巨型船舶上采用3.3，6.6kV；德国允许最高工作电源电压为11 000V。这是充分估计了船舶电压发展趋势的最高电压。我国电力推进系统最高允许电压规定直流为1 000V ，交流为6 300V。英国“伊丽莎白皇后二世”号客轮(3台5 500kW主发电机)和我国500t浮吊船上已采用了3. 3kV电压。
三、额定频率
    船舶交流电力系统现行额定频率有工频和中频两种。工频是船舶动力电气设备使用的频率，按各国传统习惯，有50Hz和60Hz两种.我国船舶与陆用电源一致。用50Hz的标准频率。美国、韩国等采用60Hz。有些国家和地区如巴西、日本等采用50Hz和60Hz两种频率。在一定范围内提高频率。可提高自动化系统动作的快速性。降低电气设备自动化元件的重量和尺寸。因此，船舶电力系统有采用中频或局部设备由中频发电机供电的可能。近年来，国外有些军舰已开始采用400Hz频率供电，我国舰船规范也推荐优先采用400Hz频率。
电源采用中频400Hz的优点是:
   (1)减少电气设备重量。因为转速n=60f/a(a为磁极对数)。使发电机和拖动机械转速提高，如a=2,n=12 000r/min.而电机的电磁转矩M=975P/n(P为电磁功率)。当功率恒定时.M随着n的升高而减小，电机绕组的导线因电流减小而其截面可以缩小。因而电动机的重量和体积可以减小。对于高速机械，因转矩小，其相应重量、体积也小.变压器、电抗器和电容器也因此而减小重量和尺寸。但由于集肤效应的影响，频率提高到400Hz.电缆、配电装置和电器元件的重量和尺寸指标有些增加.总的来说，频率提高到4001Hz，则电气设备和电动机拖动机械的重量将减小到60%。
   (2)用静止整流器对直流用电设备供电时，滤波要求低。
   (3)因短路电流近似与短路电路电抗成反比，电抗随着频率而增大。因此可限制短路电流，并改善装置安全工作条件。
   (4)动态性能好。因为负载控制线路的时间常数，T随f的提高而减小。使系统快速性增加，起动与发电机功率可比拟的异步电动机也快。电机的惯性常数(C为常数,GD2为转子的飞轮惯量，n为转速)，当功率不变时，由50Hz的转速1 500r/min提高到400Hz的12 000r/min，将使发电机惯性常数增大至9倍以上。
   (5)电动机在高频轻载时, 高。
提高频率也会带来一些不利因素，如要求制造高速电机、电器、仪表和高速机械，交流阻抗增大，损耗增大。为了实现准同步并车，必须采用新型调速器和高速开关.中频电器、高速机械工作噪声较大，这是现代舰船所不希望的
。

第三节 舰船电站

    船舶电站由原动机、发电机和主配电装置组成，它是船舶电力系统的主要组成部分。

    一 船舶电站的分类
    船舶电站按原动机类型分为柴油发电机组、汽轮发电机组、燃气轮机发电机组、蒸汽发电机组、轴带发电机组、核能发电机组。蒸汽机由于其热效率低，已基本淘汰。在用蒸汽动力装置的舰船上，除了安装汽轮发电机外，为了快速备航和提高生命力.也安装柴油发电机组。迄今为止，柴油发电机组用得最为普遍，这是因为其具有效率高、机动性强、起动快等优点。近年来，船舶在减员、自动化、节能等方面有较大发展。在船舶航行工况下。所需电能不超过主机功率的10%，而主机有10%—15%的功率储备，因此用轴带发电机(尤其是渔轮、小轮)可节约大量燃油.提高经济性，但需另外配置抽助柴油机组以供停港和装卸货时使用。核能发电机组是用原子反应堆作为能源使锅炉产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机从而驱动发电机。这种发电机机组可节约日趋短缺的石油等能源，并使燃料在船舶所占容积和重量大为降低，相对增加了船舶的吨位。目前，美国、日本、德国等国已有此类船舶在运行。

    二 主配电装置
    主配电装置是船舶电力系统的中枢，其作用是用来控制和监视生发电机的工作，并将主发电机迭出的电能向全船电网进行分配。主配电装置一般由四部分组成:发电机控制屏、并车屏、负载屏和连接母线。
    船舶交流主配电板单线图如图l-2所示。军用船舶主配电板应布置在船舶防护较好的地方，以减少受敌人炮火损坏的可能性。大型舰艇的主配电板放在装甲区域轻型舰艇应尽量布置于中心，因为两舷受攻击机会较多。具有两个主配电板的船舶.最好能相互远离并超过弹片的爆破半径。民用船一般安装于机舱控制室内。

                        图1-2 船舶交流主配电板单线图
1.发电机控制屏
    发电机控制屏包括发电机主开关(即万能式空气断路器)及其指示操作部分(指示发电机与母线接通状态或断开状态或功能状态的绿、红、黄指示灯和操作按钮等)，发电机的保护(发电机的短路、过载保护、逆功保护，分级卸载、欠压保护等)，发电机的励磁控制与调节、发电机频率乎动调节及测量部分(包括转换开关、仪用互感器和测量仪表）。
2.发电机并车屏
    发电机并车屏包括分段母线的隔离开关、手动及白动并车时的检查和测量仪表、转换开关等。简单的并车屏常与发电机控制屏合二为一。
3.发电机负载屏
    发电机负载屏包括控制负载供电的自动开关(即万能式或装式自动开关)及测量、报警装置，可分为动力负载屏和照明负载屏。
4.连接母线
    从连接母线(汇流排)的连接上能直接反映出全船的功、配电情况。公共母线可为一整体，也可分两段，中间用隔离开关连按。采用分段母线的方式，发电机组可以并联供电，也可单独分区供电。
发电机控制屏(兼并车屏)原理图及一些主配电板典型坏节原理图见本书附录六。

         第四节 舰船电网
     一 概 述
     船舶电缆、导线和配电装置，以一定的联接方式组成的整体称船舶电力网络，简称船舶电网。发电机所产生的电能通过船舶电网输送到船舶各部分的用电设备，因此船舶电网是联接电源和负载之间的桥梁。
    对船舶电网的基本要求是生命力强，即要求电网在发生故障或局部破损时，仍能保证对负载的连续供电，并限制故障的影响在最小范围之内；此外，要求经济性好，安装、使用和维护方便、灵活。

     二、船舶电网的线制
    对直流电的船舶，常用配电方式主要有双线绝缘系统、负极接地双线系统和以船体作为负极回路的单线系统等3种，如图1-3所示。对交流单相的船舶可采用双线绝缘系统或一线接地的双线系统。

                        （a）直流双线绝缘系统

                        （b）负极接地的双线系统

                        （c）以船体作负极回路的单线系统

                            图1-3 直流配电系统

    在单线制中，由于利用船体作为回路的回线而节约了大量电缆。简化了配电装置，从而降低了建造费用.但易造成漏电发生短路，甚至引起火灾，对人身危险性大。目前仅用于少数小船、渔船上。
    对三相交流电的船舶，常用的配电方式有三线绝缘系统(三相三线系统)、中点接地的四线系统(三相四线系统)和利用船体作为中性线回路的三线系统(中点接地的三线系统)。如图1-4所示。

                            （a）三线绝缘系统

                            （b）中点接地的四线系统

                            （c）中点接地的三线系统

                                图1-4 交流电的配电系统

    三相绝缘系统中，照明系统与动力系统经过变压器相联系，两系统间只有磁的联系而没有电气的直接联系，因而相互间影响小。电力系统既具有较好的电气防火安全性，亦保证人体触及一相时的电气安全性。但带来两个主要问题：一是随着船舶向大型化、自动化发展，电缆线数、长度及其截面增加，以及防无线电干扰电容的广泛应用。使船舶电力系统的对地电容大大增加，从而使网相线和船体之间产生了电气联系，存在引起电火灾的电压并有可能危及人员安全，这就使防火及电气安全性大大降低(特别是对采用高电压和中频电源的船舶)。二是在中点绝缘系统中，在故障状态或合闸瞬间可产生2-5倍过电压的冲击，这是现代船舶上广泛使用半导体元件的计算机、集中控制台和测量仪表必须注意的问题。
    对于中点接地的三相四线系统的特点是，同一电源可供给电力和照明不同的电压，过电压倍数小，维护方便，不需要经常检查电网的绝缘电阻。但当单相接地时便形成短路。也有人认为，合理的选择分段保护后，在故障点附近就能切除短路，并根据切断点可方便地查出故障点，这反而成了这种系统的优点。在中点接地的四线系统中.具有较大中线电流和三次谐波环流。但这与三相负载的不对称度及两台并联机组的有功和无功负载分配的不均匀有关。因此要加接直流均压线并把不均匀度限制在10%以内。三相三线系统与中点接地的三根四线系统的比较如表1-2所示。
    目前大多数船舶使用三线绝缘系统，随着船舶大型化、自动化，将采用三相四线系统。

表1-2 中点接地的三相四线系统与三相三线系统的比较

序号
联系方式
比较项目
中点接地的三相四线系统
三相三线系统
1
接地电流
为三相短路电流或更大
要求合理选择合理保护，及时切除
状态
措施
2
暂时性接地故障的后果
转为短路
要求合理选择分段保护，及时切除
可能形成断续电弧

3
一相接地时，其它相的电压升高
为相电压

等于或略大于线电压

4
电弧接地过电压
可不考虑

可能很大
提高设备耐压
5
操作过电压
最低

很 高
提高设备耐压
6
单相接地延时时间
最短

长
要求迅速查出，排出故障
7
单相接地发展到多相短路的可能性
最小

最大
要求迅速查出，排出故障
8
接地故障的排除
方便

困难

9
绝缘电阻的检测
困难
要使设备接地回路开断
方便

10
负载不平衡时，中点位移及负载电压的不对称度
最小

最大

11
中线电流
有（无危险）

无

12
发电机并联时的三次谐波环流
有

无

13
三次谐波对通讯的干扰
有
报房电源需加装滤波器
无

     三 供电网络和配电网络
    供电网络是指主发电机与主配电板之间、应急发电机与应急配电板之问、主配电板之间，以及主配电板与应急配电板之间的电气联接网络。
    配电网络是指主配电板及应急配电板到用电设备的网络。当船上用电设备较多时、全部负载不可能由主配电板直接供电，而是将电能从主配电板经由分配电板或分配电箱再分到负载。为了分析方便，通常称主配电板与分配电板之间的网络为一次配电网络，而分配电板到各用电负载之间的网络为二次配网络。
1. 供电网络
    根据船舶种类的不同、负载的多寡及对船舶电站的不同供电要求，供电网络可分为单主电站供电网络及多主电站供电网络。前者多用于民用船舶，后者多用于军用舰艇及大型客船。
1）单主电站供电网络：图1-5所示为万吨级货轮单主电站的典型供电网络。船舶电站总容量1000-1200kw，发电机3-4台。每台机组通过电缆、自动空气开关与主配电板汇流排(母线)相连接。发电机可以并联运行，同时向汇流排供电。这种运行方式不但简化了供电网络，提高了电站备用容量的备用程度，并且可减小由于大的用电负荷的急剧变化(如起动大电动机时)所引起的电网电压波动。

                                  图1-5 单主电站供电网络
    图1-5中主配电板汇流排采用分段联接方式，它比单汇流排式仅多一个或几个自动开关，但提高了供电的可靠性和灵活性;同时工作的发电机可以单独运行，也可以并联运行。当汇流排一段发生故障，可以断开分段开关，保证未发生故障的一段汇流排仍可正常供电；当某段馈线发生故障，由于迅速跳开分段开关而切断了另一段汇流排上供给的短路电流，从而相应减少了馈线上的短路电流。
    在单主电站供电网络中，正常情况由主发电机供电给主配电板汇流排和应急配电板汇流排;在主发电机故障停止供电时，应急发电机可手动或自动起动投入工作。并通过联锁装置将主配电板和应急配电板的联络开关断开，这样，既可防止应急发电机向主配电板供电而过载，也可避免当主发电机恢复供电时出现两者同时向应急配电板供电而发生事故。
    当船舶停靠码头时，还可将岸电接到船上的岸电箱，利用陆上电网洪电.然后再送到主配电板。图1-5中自动开关QA1,QA2,QA3和QA41 -QA44之间必须有电气联锁。例如，当QA1，合闸时，其它自动开关都必须断开，以防止两种独立的电源发生不允许的并联运行而造成故障。
    2）多主电站供电网络：图1-6所示为一某类型舰艇的多主电站供电网络。舰上有两个发电站，一组为汽轮机电站(艉电站)，另一组为柴油机电站(艏电站)。每个电站各装有两个发电机组，同一电站发电机可长期并联运行。为了提高供电可靠性，采用跨接线将艏艉两电站的主配电板联接起来，非战斗时，全船负载经跨接线的自动开关(联络开关)接通。这时可一个电站向全舰供电；在战斗时，跨接线上的开关断开，两电站独立工作，分区供电。对重要负载由两个电站供电：当一条供电线路断电时，可以在负载处由转换开关转接到另一电站的供电线路上去，提高了供电的可靠性。

                            图1-6 多主电站供电网络
    2.配电网络

    根据供电对象的不同，船舶配电网络可分为以下五种：
    第一种，动力电网。动力电网是指供电给电动机负载和600W以上的电热装置，以及1kW以上的探照灯的电网。其用电量占总负载的70%左右。它可由主配电板直接供电、也允许附近各种相同性质的辅机合并成组，由主配电板单独馈电的分配电箱或分配电板供电。
    第二种，正常照明电网.照明用电网通常联接到主配电板汇流排上的变压器副边，供电给各照明分配电箱，再由各照明分配电箱供电给照明灯具。机舱中的照明须交叉分布，并至少有两个独立供电线路，以保证在一路线路有故障时仍保持有50%的照明。外部照明线路应由驾驶室集中控制。
    第三种，应急电网。当正常电网失电时，能自动接通应急电网供电给船上必须工作部分用电设备，如舵机、消防泵等特别重要辅机，应急照明、各种信号灯及通讯助航设备。在正常工作情况下，应急电网可通过联络开关由主配电板供电。应急电网的供电范围如表1-3所示。

表1-3 应急电源供电的用电设备

序号
供电系统
客船
货船
1
航行灯及信号灯
国际
沿海
国内
沿海
≥5000总吨
500~5000总吨
2
通道、出入口、扶梯、轴隧、应急出口的照明
√
√
√
√
3
登船处的甲板和弦外放艇时所需的照明，救生筏、救生艇储放处的照明
√
√
√
√
4
机舱、炉舱、主机操纵台、锅炉水位表，总配电盘前后，应急发电机室、舵机舱等照明
√
√
√

5
驾驶室、海图室、无线电室、消防设备控制站的照明
√
√
√
√
6
航员和旅客公共舱室、旅客超过16人居住舱室的照明
√
√
√

7
白昼信号灯
√
建 议
√（大于150总吨的国际航行船舶）
8
无线电电测
√
建 议
√（国际航行船舶）
9
应急消防泵
√

10
紧急集合报警装置
√
√
√
建 议
    第四种，小应急电网。小应急电网的电源是24V的蓄电池，它主要供电给公共场所的小应急照明，如主机操作台、主配电板前后、锅炉仪表、应急出入口、艇甲板等处的最低限度照明及助航设备的用电。要求蓄电池的容量应足够两小时供电。
    第五种，弱电电网。弱电电网是指向全船无线电通讯设备(如收发报机)、各种助航设备(如雷达、测向仪、测深仪)、船内通讯设备(电话、广播)及信号报警系统供电的网络。这类用电设备的特点是耗电量不大，但对供电电源的电压、频率、稳压、稳频的性能有特殊的要求.因此.船上有时需要配置专门的发电机组或逆变装置向全船弱电设备供电。
    配电电网的结线方式分为馈线式(图1-7)，干线式(图1-8)和在这两种洁线方式基础上形成的混合式的结线方式等3种。功率较大较重要的负载和分配电板采用馈线式，较次要或功率较小的负载采用干线式。有两个电站时，常用环路干线式供电，如图1-8(b)所示，两边供电保证负载得到较为可靠供电.但对电气装置不易集中控制。

3种配电型式的不同特点和适用范围，如表1-4所示。
表1-4 几种配电型式的比较

馈线式
干线式
混合式
供电生命力

供电生命力强，本馈线受到破坏不影响其它馈线工作

供电生命力弱。干线中有一处损坏造成短路，使主配电板上的干线自动开关跳闸，整个干线失去电源
供电生命力。介于馈线式和干线式之间

使用维护
可在主配线板上控制供电和检测各负载
与馈线式相反
与馈线式相似
对水密隔舱
电缆多，穿过水密舱壁和甲板而降低了舱室的水密性
与馈线式相反
与馈线式相似
安装工作
敷设复杂，工作量大
方便，工作量小
与馈线式相似
适用范围

（1）近代舰船
（2）重要负荷、大功率负荷
（1）电气设备少的轻型舰船
（2）照明网络
（3）非重要负荷，小功率负荷
（1）轻型及辅助舰艇
（2）民用船舶

第五节 配电装置
1. 配电装置的功能
    船舶配电装置是用来接收和分配电能的电气装置，包括开关电器、保护及自动化设备、测量仪表、调节和信号装置、联接母线等。其功能是对电力系统进行控制、保护、测量、信号和调整等。具体功能是:
    (1)正常运行时接通和开断电路(手动或自动)、
    (2)电力系统发生不正常运行时，保护装置动作，进行报警或切断故障电路。
    (3)测量和显示运行中的各种参数，如电压、电流、功率、功率因数、绝缘电阻值等。
    (4)调整某些电气参数或有关的其他参数，如电压、频率(发电机转速)等。
    (5)信号指示正常和不正常工作状态。

  2.配电装置的分类

  1）按用途分类
    (1)总配电板(主配电板)。总配电板是用来控制和监视主发电机的玉作、并将主发电机送出的电能向全船电网分配。
    (2)应急配电板。应急配电板是用来控制和监视应急发电机的工作，并将应急发电机送出的电能向应急电网分配，
    (3)充放电板。充放电板是用来控制和监视充电电源工作情况和蓄电池组的充电与放电，并将蓄电池组的电能向低压直流电网分配。
    (4)岸电箱。船舶停靠码头或厂修时，船上发电机停止供电，将岸上电源线接到船上岸电箱，再由岸电箱送电到应急配电板或主配电板配电。
    (5)分配电板(分配电箱)。分配电板是将主配电板送来的电能向成组用电设备配电。分配电板按用户性质的不同，又可分成电力、照明、无，线电、助航通讯分RE电板和航行灯控制、电工试验板等。

  2)按结构型式分3类:
    (1)防护式，较大型配电板如总配电板、应急配电板等采用此种结构。
    (2)防滴式。机舱和舵机舱中的电力分配电板采用此种结构。
    (3)防水式。防水式适用于露夭或潮湿处所安装，如岸电箱。它能经受4一14m水柱的集中水流，从任意方向进行喷射15min而不致有水进入。

  3、配电装置结构设计和布置的要求

    第一，配电装置的骨架和箱体应有足够强度，使用在振动和冲击下不发生有害变形；
    第二，配电装置应在保证电气性能的前提下，具有最小的尺寸和垂量。
    第三，配电装置的电器布置应便于控制、观看、调整、检修和拆换。如应注意接触器、继电器触头的维护和熔断器的调换。
    第四，主配电板应布置在防护较好的地点。大型舰艇的总配电板要放在装甲区域，轻型舰艇应尽量布置于中心；对于具有两个主配电板的大型船舶，要求配电板之间相互远离。其距离应超过弹片的爆破半径；民用舰船的主配电板一般安装于机舱控制室内。
    第五，分配电板应安装在靠近其供电的负荷集中区域，以缩短线路，方便操作。要求尽可能安装于干燥、通风良好的舱室内，不应在有易爆、易燃气体或物体如弹药仓、蓄电池室中安装。

第六节 舰船电力系统的可靠性及生命力概念