1、第十二章 船舶電力系統的組成第一節 船舶電力系統 第二節 船舶電站容量和發電機組臺數的選擇 第三節 船舶配電裝置 第四節 船舶電力網 第五節 船舶電力系統的繼電保護 第六節 船舶軸帶發電機系統 第七節 船舶中壓電力系統 內 容 簡 介本章主要介紹了船舶電力系統的組成、特點和基本功能，對配電裝置中的重要設備和部件（包括配電板，應急配電板，蓄電池，充放電板，岸電箱和萬能式自動空氣斷路器）作了詳情的敘述，此外，對船舶軸帶發電機主要類型及工作原理作了簡單介紹。 第一節 船舶電力系統一、船舶電力系統的組成船舶電源裝置船舶配電裝置船舶電力網負載控制電器電工測量用儀器、儀表返回圖12-1 典型船舶電力系統簡

2、圖圖12-1 典型船舶電力系統簡圖返回將機械能、化學能等能源轉變為電能的裝置。船舶電源主要是指發電機和蓄電池。 1. 船舶電源裝置柴油機發電機2. 配電裝置 對電源即發電機發出的電能、電力網和電力負載進行保護，分配，轉換，控制和檢測的裝置。根據供電范圍和對象的不同可分為主配電板、應急配電板、動力分配電板、照明分配電板和蓄電池充放電板等。3. 船舶電力網 是全船電纜電線的總稱 ，作用是將各種電源與負載按一定關系連接起來。根據其所接負載的性質，可分為動力電網、低壓電網、照明電網、應急電網和小應急電網等。車床、鉆床、電焊機和盤車機等。 動力裝置用輔機滑油泵、海水冷卻泵、淡水泵、鼓風機等。 甲板機械錨

3、機、絞纜機、舵機、起貨機、舷梯機和起艇機等。 艙室輔機生活用水泵、消防泵、艙底泵以及為輔鍋爐服務的輔機等。 機修機械4. 負載 :用電設備， 按系統可分為以下幾類： 冷藏通風空調裝置、伙食冷庫等用的輔機和通風機等。 廚房設備電灶、電烤爐等廚房機械用輔機和電茶爐等。 照明設備機艙照明、住艙照明、甲板照明等照明設備，還包括航行燈、信號燈以及電風扇等。 弱電設備無線電通信、導航和船內通信設備等。 自動化設備及其他自動化裝置、蓄電池充放電設備、冷藏集裝箱和艏側推裝置、電力推進船舶或特種工程船舶使用的推進電動機、生產機械和專用設備等。主要有各種類型的控制箱、接觸器、繼電器、各種控制器和主令電器等。5.

4、控制電器6. 電工測量用儀器、儀表船舶上常用的電工測量儀表有萬用表、兆歐表、鉗形電流表、交（直）流電壓表、電流表、功率表、功率因數表、頻率表、交流并車屏上的整步表、平時用于檢修的直流穩壓電源和自耦變壓器、示波器等。 幾乎所有大中型船舶均采用交流電力系統。2. 額定電壓等級 世界各國對電壓等級的選用與本國陸上電制參數一致，使船舶電氣設備具有通用性。二、船舶電力系統的基本參數1. 電流種類(電制) 我國鋼質海船入級規范規定：非電力推進船舶的限制電壓為500 V，動力負載、具有固定敷設電纜的電熱裝置等的額定電壓為380 V，照明、生活居室的電熱器限制電壓為250 V，額定電壓為220 V。3. 額定

5、頻率等級我國采用50Hz/400V，西歐各國、美國采用60Hz/440V的頻率標準。用電：24V、110V、220V、380V、1KV、3KV、6KV、10KV發電115V、230V、400V、1.05KV、3.15KV、6.3KV、10.05KV三、船舶電力系統的特點（與陸電相比）（1）工作條件比較復雜，工作環境比較惡劣 高溫、潮濕、霉菌、振動、傾斜。 要求電氣設備進行（防潮、防霉菌、防鹽霧）三防處理（2）與用電設備之間的距離很短，相互影響大 要求短路保護環節全面、可靠、選擇性強。（3）船舶電站容量相對較小。 要求發電機有強行勵磁能力，穩壓性能好。第二節 船舶電站容量和發電機組臺數的選擇一、

6、確定電站容量和發電機臺數的基本原則（5）應急工況：主發電機失效、應急發電機啟用。貨輪和油輪的典型運行工況大致劃分如下：（1）航行工況：占運營周期的41%，油船64%（2）進出港工況：占運營周期的1%。（3）裝卸貨工況：占運營周期的18%，油船7%。（4）停泊工況：占運營周期的40%，油船28%1. 船舶的運行工況返回2. 確定電站容量的基本原則 電站容量應能滿足船舶在各種運行況下的用電量，并有適當的裕量，確保連續可靠的供電。但從經濟性考慮，冗余功率又不能太大。 3. 發電機組容量和數量的選擇原則 發電機組的總容量決定于電站的總容量，發電機組的單機容量和機組數量由以下幾個基本原則確定：單機組容量

7、：最高負荷的80%。船舶電站必須有備用機組2-3臺，最多4臺。各機組的使用壽命應與主機壽命相當維修管理方便二、 應急發電機容量的確定 一般規范都規定客船和500總噸以上的貨船應設有獨立的應急電源。它可以是發電機，也可以是蓄電池組。作為應急電源使用的發電機稱為應急發電機。1目的和原則一般應急發電機需對舵機之類較大的電動機負載供電，確定其容量時應考慮最大電機啟動電流對電壓的影響 確定應急發電機的容量通常基于下述設備所需的電功率，即：航行燈、信號燈、應急照明設備、應急報警和信號裝置、火災探測和報警裝置及防火門的固定和釋放系統；在緊急狀態下所需要的船內通信設備、應急消防泵、自動噴水泵、應急艙底泵及其電

8、動遙控設備、應急時使用的舵機、動力操作水密門及其指示器、報警器以及其他需要應急發電機供電的用電設備 。2容量確定三、電站容量的計算電站容量的計算方法有許多種，海上運輸船舶一般都采用三類負荷法。三類負荷法是一種在電力設備具有較充分的數據前提下進行全船電力負荷計算的方法。1負荷分類在計算全船電力負荷時，可將負荷按使用情況分為以下三類：（1）第類負荷：連續使用的負荷；（2）第類負荷：短時或重復短時使用的負荷；（3）第類負荷：偶爾短時使用的負荷以及按操作規程 可以在電站尖峰負荷時間以外使用的負荷。三類負荷的分法與船舶運行工況有關，如在航行工況中連續使用的負荷屬于第類負荷；使用若干小時，停止使用若干小時

9、的負荷屬于第類負荷。在靠離碼頭工況中，雖然起錨機的工作時間較短，但在此工況中，它一直使用，因此也算做第類負荷。 表12-1 萬噸級柴油機遠洋船舶的電氣設備負荷分類表12-1 萬噸級柴油機遠洋船舶的電氣設備負荷分類 第類負荷第類負荷第類負荷第類負荷第類負荷第負荷舵機起貨機起錨機絞纜機主機淡水泵主機海水泵主機滑油泵主機噴油嘴冷卻泵排氣渦輪滑油泵主機燃油循環泵透平發電機凝水泵鍋爐燃油泵鍋爐鼓風機消防總用泵燃油分油機輕柴油分油機滑油分油機燃油駁運泵輕柴油輸送泵滑油輸送泵艙底泵壓載泵日用淡水泵衛生水泵飲水泵熱水循環泵蒸發器凝水泵蒸發器給水泵主機盤車機機艙起吊機車床砂輪鉆床電焊機救生艇吊艇機舷梯起吊機探造

10、燈消防泵貨油泵冷藏貨艙壓縮機冷卻泵貨艙通風機機艙通風機CO2室抽風機冷藏機艙抽風機冷藏機艙送風機廚房送風機廚房抽風機浴室、廁所抽風機照明設備助航、通訊用變流機主空氣壓縮機油灶鼓風機空調壓縮機空調淡水泵空調送風機伙食冷庫壓縮機電動鍋爐給水泵充電機組無線電雷達返回2電動機負荷系數的計算（1）電動機利用系數1 P 1 ：電動機額定功率； P 2 ：電動機軸上拖動的機械設備的額定功率 。通常電動機的額定功率應略大于機械設備的額定功率 （2）機械負荷系數K2 P3: 電機拖動的機械設備的實際使用功率 （3）電動機負荷系數K3 （4）電動機以額定功率運行時從電網吸收的功率 P4e: 電動機在額定功率時的效

11、率 （5）電動機實際消耗的功率P5 為電動機相當于功率P2時的效率 （6）無功功率Q5為電動機的功率因數角。 3系數的確定 （1）負荷系數的確定 一般機械的軸功率可由產品樣本查得，機械負荷系數可根據輪機專業或舾裝專業提供的設備實際使用數據來確定。（2）同時系數的確定對第類負荷來說，考慮到各輔機和用電設備最大負荷的不同時性，同時系數選0.80.9對第類負荷來說，可按該負荷平均使用時間與工作周期之比來估算： 4負荷表的編制 （1）根據輪機、舾裝等專業提供的數據選擇電動機和電氣設備，并計算各電動機和電氣設備的額定所需功率；（2）根據船舶類型選擇所需計算工況，確定各工況下所需使 用的電動機、電氣設備和

12、使用情況，并進行分類；（3）確定負荷系數，并計算各用電設備的實際使用功率；（4）計算每一工況下各類負荷的總功率，按其同時系數計算 總負荷。在交流電制中，還需要計算無功功率和平均功 率因數；（5）考慮5%的網絡損耗，得出發電站的功率；（6）根據上述計算，選擇發電機組，并核算各工況下發電機 的負荷百分率，一般來說發電機應有1020%的儲備功 率。 第三節 船舶配電裝置主要功能： （1）正常運行時，手動或自動接通或切斷電源至用電設備間的 供電網絡，對電網供電或停止供電。（2）測量和監視電力系統的各種電氣參數（電壓、頻率、電流、 功率、功率因數、絕緣電阻等）。（3）調整電力系統的各電氣參數值（例如電壓

13、、頻率的調整）。返回（4）當電力系統發生故障或不能正常運行時，保護電路將 自動地切斷故障電路或發出報警信號。（5）對電路狀態、開關狀態以及偏離正常的工作狀態進行 信號顯示。 一、 主配電板并車屏負載屏發電機控制屏圖12-4 某輪主配電板的板面布置圖控制屏內還裝有逆功率繼電器和儀用互感器等。 1. 發電機控制屏用來控制、調節、監視和保護發電機組。每臺發電機組均配有單獨的控制屏。其上部分裝有測量儀表、轉換開關、指示燈、主要電源開關、原動機的調速開關和按鈕等 ；下部一般安裝有發電機主開關，有的船舶也裝有發電機勵磁控制裝置。 負載屏上裝有裝置式空氣開關、電壓表、電流表、轉換開關、絕緣指示燈、兆歐表以及

14、與岸電箱相連的岸電開關（如圖12-5 ）等。2. 并車屏并車屏用于交流發電機組的并聯運行、解列等操作。主要由頻率表（電網和待并機）、同步表與同步指示燈及其轉換開關、調速開關、合（分）閘按鈕、投切順序選擇和轉換開關等組成。3.負載屏負載屏的主要功能是對各饋電線路進行控制、監視和保護，通過裝在負載屏上的饋電開關將電能供給船上各用電設備或分配電板。它包括動力負載屏和照明負載屏。 圖12-5 岸電主開關連接圖返回4. 匯流排交流匯流排按從上到下(垂直排列)，從左到右，從前到后(水平布置)的順序依次為A相、B相、C相（或U相、V相、W相）。匯流排的顏色依次為綠色、黃色、褐色或紫色，中線為淺藍色 (若有接

15、地線則接地線為黃綠相間顏色)。 直流匯流排按從上到下(垂直排列)，從左到右，從前到后(水平布置)的順序依次為正極、中線、負極。其正極顏色為紅色，負極為藍色，中線為綠色和黃色相間色。二、 分配電板 分配電板是向成組用電設備進行供電的開關和控制設備的組合裝置。對額定電流不超過16A的電氣設備進行供電的開關板，也稱為分電箱，主要有動力分配電板和照明分配電板兩種。區域分配電板由主配電板或應急配電板饋電，是對耗電大于16A的電器設備進行供電的開關板。 三、 應急配電板 應急配電板的功能是控制和監視應急發電機組的工作狀況，并向應急用電設備供電。它與應急發電機組安裝在同一艙室內，一般位于艇甲板上。應急配電板

16、由應急發電機控制屏和應急配電屏組成，其上面安裝的儀器儀表與主配電板類似，只是應急發電機不需要并聯運行而無需逆功率繼電器和同步表。應急發電機組均有自動起動裝置，當主電網斷電并延時確認后，應急發電機組一般在45s內可以自動起動成功并向應急電網供電，而主電源恢復供電后，應急發電機組便自動脫離并自動停車。應急配電板的接線應該反映出主發電機、應急發電機和岸電開關之間的電氣聯鎖。防止非同期合閘（在幾個電源之間）。 圖12-6 船舶主電網與應急電網間單 線原理簡圖 四、 充放電板 船舶小應急照明，操縱儀器和無線電設備的電源均采用蓄電池，船舶設置充放電板對蓄電池進行充電、放電，實現向用電設備正常供電。常用充放

17、電板的原理接線如圖12-7 ，主要有以下兩部分組成：1.電源部分目前交流船舶大都采用可控整流裝置把交流電變為直流電。圖12-7中HZ1為整流電源開關，HZ2為整流后的總電源開關，電源回路中設置有熔斷器、電壓表和電流表。2.充放電回路在每一個充電回路應設有防止逆流的逆電流繼電器或二極管，由圖12-7可見，當主應急電網都失電時，接觸器KM1線圈失電，常閉觸頭閉合，直接向小應急用電設備供電，其余用電設備分別利用開關送電。圖12-7 用整流器充電的充放電板原理圖返回五、蓄電池 船上使用的應急蓄電池有酸性（鉛）蓄電池和堿性（鐵鎳、鉻鎳）蓄電池兩種。船上一般采用酸性蓄電池為多，主要是因為其具有體積小，價格

18、便宜，維護方便等優點。 蓄電池主要有如下用途： 作為小應急電源（應急照明、航行燈）及內部通訊電源； 作為機艙巡回監視系統的備用控制電源； 作為應急柴油發電機的起動電源； 作為救生艇柴油機的起動電源； 作為無線電收發報機的電源。圖12-8 酸性蓄電池結構圖1-電極樁頭；2-透氣塞；3-連接條；4-容器1酸性蓄電池的結構和工作原理酸性蓄電池主要由容器、極板、隔板三部分構成，其外形結構如圖12-8所示。 酸性蓄電池是利用鉛、二氧化鉛和硫酸的化學反應來儲存和釋放電能的裝置。它的工作原理可用如下化學方程表示：通過化學方程式可以看出：蓄電池放電時會產生水，電解液比重降低；充電時生成硫酸，比重增加。根據這個

19、原理，可以用比重計來測量電解液的比重，蓄電池的電動勢與電解液比重（相對密度）有關，比重高，電動勢也高，二者的關系可用經驗公式表示如下： E蓄電池的電動勢， d電解液的比重。 放電充電正極電解液負極正極電解液負極如在蓄電池充電完畢將外電路斷開后，測得的比重為1.28時，則根據上式可估算出其電動勢為2.12V。 2蓄電池的充放電 蓄電池的充電分為初充電和經常充電兩種。新的或長期庫存的蓄電池，必須經過初充電后，才能投入使用。在使用過程中需經常充電。 1）經常充電酸性蓄電池：分兩個階段進行，第一階段充電使蓄電池電壓上升到每單元電池為2.4V，然后轉入第二階段充電，充電后調整電解液相對密度達到1.285

20、左右，再以第二階段充電電流繼續充電1h，即告完畢。堿性蓄電池：第一階段用1/4容量的電流充電67h，第二階段用第一階段充電電流的一半充電23h然后再校正電解液，整個充電過程即告完畢。2）充電方法 恒壓充電法： 恒流充電法：分段恒流充電法：浮充法：3）過充電蓄電池在使用過程中往往因長期充電不足，過放電或外部短路等原因使極板硫化，從而使充電電壓和電解液相對密度都不容易上升。為了使蓄電池良好運行，對下列情況必須進行過充電： 蓄電池放電到極限電壓以下； 蓄電池放電后，停放12晝夜沒有及時充電； 蓄電池極板抽出過； 以最大電流放電超過限度； 電解液內混有雜質； 個別電池極板疏化，充電時相對密度不易上升。

21、酸性蓄電池的兩種過充電方法： 充電終了，改用正常充電率的一半電流繼續充電。在電壓和電解液相對密度均為最大值時，每隔半小時觀察一次電壓和測量相對密度。連續四次，如無變化，而極板冒氣激烈，即停止充電。 充電結束后，停止充電1h，再改用正常充電率的一半電流充電，至冒汽泡后停止1h，再充，如此重復23次，直至電壓及相對密度均無變化并冒泡劇烈為止。4）蓄電池充、放電終了的判斷 （1）電解液的相對密度變化（2）蓄電池電壓的變化（1）蓄電池維護的周期、內容與要求 每十天要檢查一次電壓、電解液的相對密度及高度 。不經常使用的蓄電池，每月至少要檢查一次，并進行補 充電 。蓄電池表面，每三個月進行一次徹底清潔 。

22、3蓄電池的日常維護、保養 對于酸性蓄電池： 每十五天要檢查一次電壓、電解液相對密度及高度 。 每兩個月檢查一次蓄電池螺絲塞和透氣橡皮套管 。每六個月要徹底清潔一次蓄電池的外表面。 對于堿性蓄電池： （2）蓄電池維護保養注意事項 注意保持蓄電池表面及整體清潔 。 保持極柱、夾頭和鐵質提手等處的清潔 。平時注意蓋好注液孔的上蓋，以防止船舶航行時電解液溢出，或海水 進入到蓄電池里，必須保持氣孔暢通。 蓄電池放電終了，應及時按要求進行充電。 蓄電池室內嚴禁煙火。 堿性蓄電池充電時，不要取下氣塞，以防進入大量碳酸 氣，而使電解液失效。一般每年或使用過50100次充放 電循環，應更換一次電解液，要注意保持

23、排氣膠管暢通， 定期打開氣塞排氣，防止氣體聚集太多而造成蓄電池膨脹。岸電箱與主配電板之間，應設有足夠容量的固定電纜。在主配電板上的岸電接線，應裝有指示燈，以指示外來電源的電纜是否已經帶電。六、岸電箱 (1)檢查岸電電力系統參數（電制、電壓和頻率）是否與本船電網參數一致。若電制、頻率相同，僅電壓不同，可通過調壓器將岸電電壓變換成與本船電壓相等后，再接至船上電網。(2)檢查岸電相序與船上電網相序是否一致，如果相序不一致將會使船上電機反轉。一般船上的岸電箱內均有相序指示燈或逆序繼電器，當顯示相序正確時才能接岸電。(3)接通岸電后，不允許再起動船上主發電機或使應急發電機合閘向電網供電，因此主配電板均設

24、有與岸電的互鎖保護，使兩者不可能同時合閘。(4)若岸電為三相四線制時，應將船體與岸上接地裝置相連，然后接岸電。交流船舶接岸電時，還應注意如下各項：船舶電力網泛指主配電板和應急配電板到用電負載之間的電纜連線。因船舶負載的種類和數量頗多，不可能每個負載都直接由主配電板或應急配電板供電，有許多成組用電設備是由區、分配電板供電。 第四節 船舶電力網一次網絡：從主配電板到直接供電負載或分配電板之間的電網 二次網絡：由分配電板到負載之間的電網返回(2)正常照明配電網絡該電網由照明變壓器副邊算起通過主配電板中的照明負載屏饋電給各照明分配電板，再由各分配電板供電給全船所有艙室及甲板的照明燈具。(3)應急電網當

25、主電源失電時，應急電源自動起動并通過應急電網供電給應急用戶。一、船舶電力網的分類(1)動力配電網絡主要指供電給三相異步電動機負載的電網，也包括供電給380 V三相電熱負載的電纜。該網絡輸送的電能占全船全部電能的70%左右。(5)弱電網絡-是向全船無線電通訊設備、各種助航設備、信號報警系統等用戶供電的低壓直流電網或中頻電網，因其對供電電壓、頻率等有特殊要求，因此需專門配置蓄電池及變流機組（逆變裝置）。 (4)小應急電網由24 V蓄電池提供的直流電通過小應急電網饋電給小應急照明以及主機操縱臺、主配電板前后、鍋爐儀表、應急通道出入口處、艇甲板等處的照明以及助航設備等。蓄電池的容量應滿足小應急用戶使用

26、半小時。二、船舶電網的配電方式（接線方式） 1.配電方式分類1) 大多船舶電壓等級在500V以下，采用兩種結線方式: 放射式：便于集中控制；電纜量大、配電板尺寸大；易造 成區域停電。貨船多采用此法。環式：每個設備均可獲得兩路供電；電纜量少、配電板尺寸小； 不利于集中控制。 枝狀 環狀返回圖12-9 船舶電網配電方式 2）500V以上船舶電網的配電方式 隨著大型船舶及電力推進方式的船舶越來越多，船舶電網的電壓等級在升高，采用3300V和6600V中壓電網的為數也不少， 船舶中壓電網配電方式有四種。采用較多的是枝狀和樹干狀，結構簡單、可靠性不高，對重要負載在故障工況時有失電的可能。為了提高供電的可

27、靠性，可采用橋狀配電或者采用互為備用的橋狀綜合配電方式，網絡不太復雜，但供電的可靠性提高，只要有一臺發電機正常工作，就可保證一些重要設備正常工作。目前采用這種方式的也不在少數。圖12-10 中壓電網 圖12-10 中壓電網 a)枝狀；b）樹干狀；c）橋狀；d)綜合狀返回（3）采用自動分級卸載裝置。在發電機高峰負載時，自動分級卸掉次要負載，以確保重要用電設備的安全和連續供電。 （2）兩路獨立饋電線供電。某些重要的負載如舵機、航行燈控制箱等。 （1）由主配電板直接供電。如舵機、錨機、消防泵、艏艉側推器、消防自動噴淋系統、無線電電源板、電羅經、航行燈控制箱、蘇伊士運河燈等。 指那些與船舶航行、貨物的

28、保存、船舶與人身安全有關的電氣設備。在配電方面通常采取如下措施：2.重要負載的饋電方式 （4）分段匯流排供電方式。圖12-11 分段匯流供電方式 船上許多重要負載常是兩臺，將兩組分別由配電板上兩段獨立的匯流排供電（兩段匯流排之間用自動開關連接），則可提高供電的可靠性。3.主電網與應急電網的連接方式 在正常條件下聯絡開關閉合，重要負載經應急配電板由主電源供電，當主電源出現故障、主匯流排失電時，聯絡開關自動斷開，應急電源則自動投入應急電網向這些重要設備供電。 圖12-12 主電網與應急電網的連接動力系統與照明系統采用變壓器隔離,絕緣性能相對較好,安全可靠。1.三相三線絕緣系統三、船舶電網的線制 圖

29、12-13 三相絕緣系統2.中性點接地的三相四線系統 照明和動力系統由同一電源供電，無需采用變壓器。相互影響大,可靠性降低,安全性差。圖12-14 中性點接地的三相四線系統3) 中性點接地的三相三線系統利用船體作為中線形成回路，節省電纜,容易發生觸電和短路故障。圖12-15 中性點接地三相系統四、船舶電纜 船舶電纜在結構上和用途上都區別于電線。船用電纜主要由導電芯線，電氣絕緣層和防護套三部分組成。 圖12-16 船用電纜構造（2） 電氣絕緣：將各導電部分隔離。（1） 導電芯線：傳輸電能。選擇電纜的型號和截面須根據實際用途、額定電流、敷設場所的溫度和環境條件、以及用電設備的工作制等決定。 表12

30、-2 絕緣材料最高允許工作溫度絕緣材料最高允許工作溫度/C聚氯乙烯（一般）60聚氯乙烯（耐熱）75丁基橡膠80無機物95乙丙橡膠和交聯聚氯乙稀85硅橡膠95第五節 船舶電力系統的繼電保護 一、概述1.繼電保護的任務和作用船舶電力系統中各種繼電保護裝置，主要就是為了實現安全可靠地供電。 船舶電力系統的不正常運行情況主要有過載、欠壓、過壓、欠頻、過頻、逆功率以及三相三線制中性點絕緣系統發生單相接地等。舶電力系統中最常見最嚴重的故障就是各種形式的短路。 返回圖12-17 短路故障示意圖圖12-17 短路故障示意圖返回要限制不正常運行和短路的破壞作用，其中最有效的辦法之一，就是在船舶電力系統的主要電氣

31、設備上，裝設繼電保護裝置，以自動迅速地切除故障。繼電保護的任務可歸納為：(1)當電氣設備發生故障或足以造成故障的發生時，繼電保護裝置將自動地、迅速地并有選擇性地切除發生故障的電氣設備，以保護設備，并保證非故障部分正常安全運行。(2)當電氣設備發生不正常運行情況時，繼電保護裝置應自動發出報警信號，使值班人員及時進行處理，防止事故發生，或自動切除不正常運行的電氣設備，防止事故的再擴大。船舶發電機的保護；船舶變壓器的保護；船舶電網的保護；船舶電動機的保護等。船舶電力系統的繼電保護主要包括：(3)配合自動控制裝置，自動消除或減少事故及不正常運行 情況。 2對繼電保護裝置的基本要求（1）具有選擇性繼電保

32、護的選擇性是指當電力系統發生故障時，繼電保護裝置應僅把故障元件切除，使停電范圍盡量縮小，從而保證電力系統中其他非故障部分仍然能夠繼續安全地運行。 MMM圖12-18 保護性選擇示意圖（2）具有速動性繼電保護的速動性就是保護裝置的動作時限應力求短。迅速切除故障可減輕被保護設備的損壞程度；防止故障蔓延，縮小破壞范圍；減少對非故障部分的影響，保證其正常安全運行。 （3）具有靈敏性繼電保護裝置的靈敏性是指對于其保護范圍內的故障或不正常工作狀態的反應能力。靈敏性愈高，故障發覺和切除得就愈早，從而對系統的影響和設備的破壞就愈小。保護裝置的靈敏性，用靈敏度來表示。 （4）具有可靠性繼電保護裝置的可靠性是指裝

33、置本身要能可靠地工作，對它保護范圍之內的故障，不應拒絕動作，在正常運行或不屬于它保護的范圍故障時，不應誤動作。否則，它本身就可能成為產生和擴大事故的根源。 二、繼電保護的基本工作原理 圖12-19 繼電保護構成原理 圖正如人工尋找故障時的道理一樣，繼電保護的基本工作原理，就是利用在發生各種故障或不正常運行情況時，必定要出現的、特有的現象，作為自動控制的信號，自動判斷故障，而后進行必要的處理。三、 船舶同步發電機的保護及保護裝置 根據我國鋼質海船建造與入級規范規定，對500V以下同步發電機，針對其不正常運行情況和可能出現的故障，主要設置如下繼電保護：過載保護及優先脫扣、外部短路保護、欠壓保護和逆

34、功率保護。1發電機的外部短路保護對于船舶發電機外部短路保護一般應設有短路短延時和短路瞬時動作保護。當短路電流達22.5倍的額定電流時，保護裝置延時0.20.6s動作，使發電機主開關自動跳閘。當短路電流達510倍的額定電流時，保護裝置應瞬時動作，使發電機主開關自動跳閘。因此，船舶發電機的外部短路保護裝置中，一般設有兩套電流保護裝置，根據短路電流的大小，實行短延時或瞬時動作保護。船舶發電機的外部短路保護由萬能式自動空氣斷路器中的過電流脫扣器承擔。 2發電機的過載保護為了最大限度地保證供電的連續性，船用發電機廣泛采用自動分級卸載保護裝置。發電機一旦發生過載現象，自動保護裝置將次要負載逐級卸去，同時發

35、出報警信號，如到了允許的時限，仍不能消除過載現象，保護裝置則應動作，發出發電機過載跳閘的指令。 發電機的過載原因：容量不能滿足負載需要或并聯運行機組負載分配不均。過載后果：發電機過熱，影響壽命。保護裝置應允許短時過載，避過電機啟動時間。與短路保護一樣，船舶同步發電機的過載保護也是由萬能式自動空氣開關中的過電流脫扣器或綜合保護裝置中的過電流繼電器來實現，只是其動作整定值不同。 我國鋼質海船入級與建造規范規定：對有分級自動卸載裝置的發電機的過載保護，當過載達110120額定值時，延時510秒使自動卸載裝置動作，自動卸掉部分次要負載，當過載達150額定值時，延時1020秒，過載保護裝置動作，使發電機

36、自動跳閘。 3發電機的欠壓保護船舶發電機的欠壓保護是由萬能式自動空氣斷路器中的失壓脫扣器來實現的。我國入級規范規定：對帶時限的發電機欠壓保護，當發電機端電壓低于其額定電壓值的70%80%時，延時1.53s動作；對不帶時限的發電機欠壓保護，當發電機端電壓低于其額定電壓的40%75%時，瞬時動作。 圖1220 GG-21型逆功率繼電器原理圖返回同步發電機的逆功率保護由逆功率繼電器承擔。逆功率繼電器有感應式、電子式等多種類型，我國船舶電站大多采用G-21型感應式逆功率繼器。動作值由電流線圈匝數定。延時時間由擋塊位置定。4逆功率保護四、船舶電網的保護及保護裝置船舶電氣系統的保護包括船舶發電機外部短路保

37、護，過載、欠壓、逆功率保護；船舶電網的過載、短路保護，電網的絕緣監測；接用岸電時的相序保護等。船舶中采用繼電器保護裝置來實現。船舶在電力系統發生故障時，要求繼電器保護裝置的工作具有可靠性、選擇性、準確性，既能適時切除故障以防止故障蔓延，又要盡量縮小停電區域，使非故障部分能繼續正常運行，減輕損害程度。1電網的短路保護船舶電網的短路保護要求良好的選擇性，當發生短路故障時，僅允許切除有故障的線路部分。通常對各級保護裝置的動作整定值按時間原則或電流原則予以整定。如圖12-21，若按時間原則整定，則應有t1t2t3，即各級保護裝置動作時間的整定值應從用電設備到發電機處逐級增大，如按電流原則整定，則應有I

38、1I2I3。不設電網的專用保護，與發電機和負載共用。發電機到主配電盤間無保護。圖12-21 船舶電網短路保護示意返回 2電網的過載保護船舶電網大多為幅射型饋線式配電網絡，饋線的截面積又都與發電機及用電設備的容量相配合的。由于發電機和用電設備的過載保護裝置同時保護了電網，電網中不設專門的過載保護裝置。須指出的是，舵機電動機和它的供電線路根據規范要求均不設過載保護，只設短路保護和過載報警裝置。3單相接地及電網的絕緣監測單相接地監視船舶配電板上大多裝有絕緣指示燈（亦稱地氣燈）以監視電網的單相接地。圖12-22是地氣燈的電氣工作原理圖。電網絕緣監測配電板兆歐表安裝在主配電板上，它能在線隨時監測船舶電網

39、的絕緣電阻。兆歐表其工作原理如圖12-23所示。圖1222 絕緣指示燈電路圖返回A相接地，L1滅，L2、L3更亮。圖12-23 兆歐表原理圖返回4岸電的相序和斷相保護相序及斷相保護由負序繼電器完成。五、萬能式自動空氣斷路器國內外制造的船用發電機主開關的型式很多, 結構不盡相同，但基本原理大同小異，一般都是由觸頭單片、滅弧裝置、自動脫扣機構，操作機構和保護裝置組成。其結構框圖見圖12-24。 1觸頭和滅弧系統自動空氣斷路器大多是采用滅弧柵進行滅弧。2. 自由脫扣機構自由脫扣機構的作用是使觸頭保持完好閉合或迅速斷開。圖12-25所示是一個四連桿機構，它是觸頭系統和操作傳動裝置之間的聯系機構。 圖1

40、2-24 萬能式自動空氣斷路器的框圖(a)合閘位置 (b)分閘位置 (c)為準備合閘位置圖12-25 自由脫扣機構示意圖返回（2）電磁或電動合閘DW-94型電動合閘主開關采用電動操作.DW-95、DW-98型電動合閘采用電磁操作。AH型采用電磁鐵直推式合閘。各種類型的自動空氣斷路器都有手動合閘操作手柄，通常有轉動和上下扳動兩種型式。 （1）手動操作操作機構用于控制自由脫扣機構的動作，實現觸頭閉合或斷開。 3. 操作機構萬能式自動空氣斷路器通常設有電流脫扣器、失壓脫扣器及分勵脫扣器，通過它們對自由脫扣機構的作用來實現對主電路的短路、過載、失壓、欠壓等保護及遙控分勵操作。（3）保護元件：圖12-2

41、6 電動合閘原理圖返回發電機建壓，紅燈亮、失壓脫扣線圈有電、操作電機轉動儲能，直至內部觸點斷開，電機停，黃燈亮，儲能完畢；按合閘按鈕，電機轉動，合閘，綠燈亮，電機停。圖12-27 DW98電磁合閘控制線路返回建壓后，電容充電；按SB合閘，KA通電動作，電磁鐵KM通電動作拉長彈簧儲能；電容放電完畢，彈簧釋放，合閘。圖12-28 AH型電磁合閘原理圖建壓后，按下電磁開關，KA1有電，KA2有電，KM通電，銜鐵動作直接合閘。圖12-29 脫扣器原理示意圖返回第六節 船舶軸帶發電機系統一、軸帶發電機的特點動力來源于船舶主機的發電機稱為軸帶發電機（Shaft Generator簡稱SG），由軸帶發電機向

42、船上電網饋送電能的系統稱為軸帶發電系統。圖12-30表示軸帶發電機（SG）和船舶主機（ME）之間的關系。圖12-30 軸帶發電機和船舶主機之間的關系圖 返回 1. 軸帶發電機的優點 （1）能有效利用主機能源 （2）利于能量綜合利用。 （3）能減少潤滑油消耗及副機維護保養費用。 （4）節約費用，節省空間。 2. 軸帶發電裝置的類型根據螺旋槳型式不同，軸帶發電機可分為定距槳（FPP）和變距槳（CPP）軸帶發電兩種裝置。 3. 軸帶發電機的功率輸出特性變轉速的軸帶發電機允許輸出的功率，因受電樞電流和勵磁電流額定值的限制，在不同的轉速范圍內是有所不同的，其典型功率輸出特性如圖12-31所示。圖12-3

43、1 軸帶發電機的功率輸出特性返回二、軸帶發電機系統的組成原理1. 軸帶發電機系統的組成圖12-32是定距槳晶閘管變流器軸帶發電機系統的結構框圖。系統主要由三大部分組成：主回路有功通道無功通道控制器 2. 系統基本工作原理圖12-32 軸帶發電機系統的結構框圖1 軸帶發電機；2 晶閘管整流器；3 電抗器；4 晶閘管逆變器；5 短路電抗器；6同步調相機；7 勵磁變換器；8 控制裝置；9 勵磁變壓器；10 負載 3. 軸帶發電機的運行操作（1）軸帶發電機系統起動程序 圖12-33表示的是軸帶發電機自動起動程序框圖。（2）軸帶發電機與輔助發電機并聯和轉換 如果是手動并車，其整步合閘、負載轉移和輔助柴油

44、發 電機的解列與一般的手動準同步并車操作相同。這一切 操作通常是由自動并車裝置完成。（3）停機條件 導致停機的條件如下： 按停機按鈕； 電源故障； 運行故障（短路、過載、欠壓、轉速過低、 頻率過高等）； 系統中任一電機繞組過熱等。（4）正常停機的操作程序當船舶需要轉入機動工況（如進港等）時，因主機將進行減速、倒車、停車等操縱，軸帶發電機應停止工作。起動柴油輔助發電機組，并切除次要負載。完成輔助發電機的手動或自動并車及轉移負荷之后才能操縱主機減速或倒車。當主機轉速降低到額定轉速的40以下時，軸帶發電機勵磁終止，主開關跳閘。逆變器停止觸發，軸帶發電機終止發電。（5）軸帶發電機運行中存在的問題 船舶在整個運輸過程中必然會遇到移泊、緊急停車和緊急倒車等情況。這些均涉及到軸帶發電機和輔助柴油發電機帶電轉換和并聯運行問題。4.軸帶發電機的布置形式 軸帶發電機可以布置在柴油機自由端或是齒輪端，采用傳動齒輪進行傳動，軸帶發電機