夏义江　欧卓琳

摘 要：本文以一艘沿海用多用途的水警船的船舶电源系统设计等的问题作为研究对象，主要阐述公务船舶电源系统的一般设计过程和原则，详细地介绍了设计中的方法和重点计算要求，本论文对目前造船中经常碰到并存在船舶电源系统中的相关问题进行了详细的分析和论述，对船用主、应急电源及其保护装置等较为系统的计算、探讨和技术总结，并应用于今后的船舶电气技术工作中去，期望对设计、安装及检验工作有一定的指导意义，使本文可以成为船体相对较小、电气设备多的公务船设计的重要实用参考资料。

关键词：船舶；负荷计算；电源；性能

中图分类号：U661.44 文獻标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）02-0048-03

进入新世纪以来，中国由于经济快速增长和劳动力资源丰富，沿海、沿江省份船厂接获了大量国内外船舶建造订单，但我国船舶设备配套和计算、设计水平与日韩等国还是有差距，尤其是现代船舶向电气化、智能化方向迅速发展。目前在我国船舶电源系统设计中，与国外设计的同类型、同吨位的船舶相比，我们的估算比较保守，取的安全系数过大，选取的发电机容量普遍偏大。特别是对船体空间小，要求速度快和功能齐全多样的公务船，在有限的空间里合理设计、布置电气系统就显得更为重要，本文主要介绍了设计的一般过程和船舶电源系统的工作原理，详细的介绍了在船舶设计中的电源系统的分析、计算、设计方法，使本文可以成为普通公务船设计的实用参考资料。

1 船舶电力负载种类和功率估算，计算和编制电力负载表

发电机的容量是根据船上电力负荷计算的结果来选择的，因此，电力负荷的计算是非常重要的工作，如果计算不准确导致选择不适当的发电机，将可能直接影响船舶电气的正常工作，甚至危及航行安全和生命安全；若计算确定的船舶用电负荷值偏大，选择的电缆和设备可能偏大，使有色金属和投资消耗过多，造成浪费；如果因计算量太小，导致电线的负荷和设备运行时发热，提高功率和电压损失，甚至使设备或电线电缆损坏，造成事故。负荷的计算与电气设备的性能、生产的组织以及船舶运行工况等相关，所以我们应综合多方面考虑，选用合适的计算方法，现在使用的比较多的是需要系数法，这种计算方法是比较简单常用的一种方法，经常在设备的参数估算的不是充分的时候应用的比较多，很多时候是靠经验的估计和推测，如果负载系数需要系数等选择适当，就可以算出比较准确的结果，需要系数是用电设备使用时的最大需要功率与设备的额定输入功率之比值。计算公式如下：

K，需要系数；

Px，设备使用时的最大需要功率；

Pn，设备的额定输入功率。

同时系数的选取。在计算负荷时，一方面考虑到电气设备的最大功率，另一方面考虑到每个用电设备的最大功率不会同时出现，所以在基本明确的情况下，间断负载运行的最大的需要的功率总和，与所有间断负荷最大的需要功率总和之比，我们叫做同时系数。计算公式如下：

K，同时系数；

P1，所有的间断负载最大需要功率之和；

P2，运行的间断负载最大需要功率之和。

在船舶的不同工况下，其计算方法和所得的值可能会不同，它同时也受航区、气候等的影响，一般地可以根据实验测试或者经验来获得，一般不是一个精确的计算值，这个系数一般取值在0.3至0.5的范围内较妥当。

2 负载计算及负载表的编制

在进行容量计算时，应合理地计算电机的功率，也就是是要确定各种系数，例如利用系数K1=P2/P1，机械负荷的系数K2=P3/P2，电机负载系数K3 = K2×K1 = P3/P1，电动机的最后从电网吸收到的功率P4 = P1/η，通过这些公式的计算可得出电动机实际吸收的功率。计算在某种工作状态下船舶的总负载，必须根据同时系数计算的总负荷；选好的电机的效率系数被选用做参考，是为了计算方便，结果虽然有偏差，但误差并不显著。异步电动机低负荷运转时，仔细观察其特性曲线，可以发现其负载在50%至100 %范围内运行时，效率变化很小，所以总体来看，选择一个固定的效率值是可以的。

上述计算可以用下式：

式中：PG—计算总功率；PCi—额定的输入的功率（持续运转的负荷）；PIi—额定的输人功率（各间断负载）；Ki—需要系数；K2—同时系数。

3 发电机组的主要性能指标及选取

从电力负荷的计算以及上述选型原则，得到了在各种情况下的船舶所需的总功率，以确定船舶最低功率需求，但实际需要的总功率还要考虑到以下因素：确保船舶的航行安全所需的后备发电量；储备容量-船舶以后有可能增加新设备而需要的容量；交替容量-柴油发电机组日常保养或者维护需要的容量；确保船舶的航行安全所需的后备发电量；发电机的维护或维修所需的备用容量；船舶可以添加新的设备需要储备能力；由于船在大多数的负载为感应电机。因此，总功率因数接近于0.8，根据总有功功率峰值负荷，考虑到10%至20%的备用容量，便可以确定船舶发电机组和电站的容量，因此可将电力负荷计算的P乘以1.1至1.5的放大系数，得出所需的船舶发电机组容量：

根据以上的分析和计算，本船选用AC400V电源，设置2台CCFJ100M发电机组，6CT8.3—GM115型柴油机，MP—H—100—4型发电机，额定功率为100千瓦，安装在机舱，正常情况时由一台100kW机组向全船负载供电。

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基金项目：1. 广西自治区教育厅项目《广西标准化河船进行LNG动力改造的研究》项目编号KY2016LX0424

2.广西高等学校特色专业及课程一体化建设项目（桂教高教〔2011〕66号）