船舶电站负载
Marine power station and load system
船舶电站负载
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marine power station and load system
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在分析船舶电站突加负载引起电网电压跌落问题的基础上 ，给出了对船舶电站自动励磁调节装置有关参数的要求 ，并给出具体表达式。
In this paper, the voltage dip in marine power station caused by emergency load and some key factors of exciting system are discussed, some concerned expressions are also given.
随着电力电子设备在船舶中的大量应用，非线性负载的增多，对船舶电站控制的可靠性及故障预防提出了更高的要求。
With more application of electric and electronic devices on ship, more and more nonlinear loads take higher demand for reliability and fault prevention of power station control.
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船舶电站课程教学大纲
适用专业： 船舶电子电气工程&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 编写日期： 2012年6月
适用对象： 本科&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 执 笔 者：白明
学 时 数： 72&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &审核 者： 徐曼平
&一、本课程的性质、任务和基本要求
三、实验内容
通过对本课程的实验，应使学生掌握船舶配电装置与继电保护装置，掌握船舶电站的操作，管理和一般故障的处理。使学到的理论知识和实践相结合，写出实验报告和体会，巩固和加强有关的理论知识。
各实验名称：
1．船用配电板认识
船舶主配电屏的组成与作用，发电机控制屏，负载屏，并车屏上主要设备及其作用，主配电板上的主要测量仪表功用及用法，主配电屏的各种指示灯和开关电器的功用及用法，主配电析的日常维护，岸电箱的使用及注意事项。
2．船舶电站操作
发电机组的起动，手动准同步并车，并联运行机组的负载转移及分配，发电机组的解列。
3. 船舶电力系统的继电保护
自动空气开关(DW型和DI型)组成，维护与主要故障的排除，发电机保护与故障判断，无功功率分配装置故障的判数及排除，船舶电力网的继电保护，主电站、应急电站和岸电联锁。
4. 船用蓄电池
酸性蓄电池电解液的配置与测定，蓄电池的充电，蓄电池的维护保养。
5. 船舶电站的维护与管理
主配电板运行管理要求，发电机主开关跳闸的应急处理，应急电源的管理与维护。
6. 船舶自动电站
常规电站和自动电站的切换，交流同步发电机的自动起动，自动并车和自动调频调载，自动解列，自动停车的操作监视。
考核方法：撰写实验报告，实验课成绩占本课程总成绩的20％。
六、本课程与其它课程的联系与分工
七、为达到本课程的目的和要求所采取的措施
1．对本课程所使用的教材要求
根据本大纲要求，编写出较新较高水平的教材及一定分量的实验指导书。
&&& 2. 本课程的实践环节安排
&&& 本大纲所规定的实验项目，应在实船上进行，也可在船舶综合实验室和船厂进行。
3．对教学手段的改进
&&& （1）不断添置和更新实验设备，重视实验课教学；
&&& （2）重视辅助教学，例如：表格、挂图、电视、录像、投影仪、参观、多媒体教学；
&&& （3）重视课外作业；
（4）加强教学法研究和教学经验交流。
八、本课程的考核方式
本课程为考试科目，平时作业、考勤占10％，实验环节占20％，期考成绩占70％。教学上可布置适当作业，特别是一些难点内容。
九、本课程教材及参考书目&&&&&&&&&
1.船舶电站&&&& 吴志良主编&& 大连海事大学出版社&& 2012年1月
2．船舶电站控制与管理技术&&& &&&大连海事大学出版社&& 2009年8月
3. 船舶电气设备及系统（第2版） &大连海事大学出版社&& 2011年4月船舶电站自动化课程设计；题目1：船舶电力系统的短路计算；设计要求：1短路计算概述；在船舶电力系统实际运行中，短路故障是难以避免的；船舶交流电力系统短路计算目的如下：；（１）校核所选用的配电电器的短路接同能力和短路分；（３）为电力紫铜选择保护的设计和整定提供依据（４；在船舶交流电力系统中有单相接地短路（中性点直接接；（1）发生两相短路后第一半周期的短路电流，可
船舶电站自动化课程设计
题目1：船舶电力系统的短路计算
设计要求： 1短路计算概述
在船舶电力系统实际运行中，短路故障是难以避免的。当船舶电力系统中住配电板的母线或某一干线发生短路时，在母线或某一干线上将出现比正常值大许多倍的短路电流。在发生短路故障时，系统的总阻抗减小，在短路计算时，一般考虑最严重的短路即金属性短路，故系统阻抗减小的程度仅和短路点在系统中的位置有关，短路点距离电源越近，则系统的总阻抗就越小，短路电流值也就越大。即使短路时所经理的时间很短，很大的短路电流所产生的机械应力和热效应，也可能使发电机以及其他电气设备受到损坏。此外，大的短路电流也会使电网电压大为降低，以至用电设备的工作受到影响，例如使正在运转的电动机停止运转。
船舶交流电力系统短路计算目的如下：
（１）校核所选用的配电电器的短路接同能力和短路分断能力 （２）校核汇流排等元件的电动力稳定性
（３）为电力紫铜选择保护的设计和整定提供依据 （４）确定是否需要采取必要的限流措施
在船舶交流电力系统中有单相接地短路（中性点直接接地系统）、两相相间短路、两相两点接地短路和三相短路。陆地上110KV及以上电力系统都采用架空电线缆线路且都是中性点直接接地系统、发生单相接地短路的故障率最高；而船舶电力系统大多采用三相绝缘系统，故发生三相对称短路的故障最大，也是我们研究的重点。至于三相系统发生不对称短路时，其短路电流可按下列原则处理：
（1）发生两相短路后第一半周期的短路电流，可取为响应的三相对称短路时短路电流值的0.866倍。
（2）在重型点接地的交流电力系统中，发生单向短路后第一个半周时的最大短路电流，可认为近似等于响应的三相对称短路时的短路电流值。
2短路计算系统统图和相对值 2.1短路计算工况的选择
短路计算应该选择电力系统短路最严重（数值最大）工况下进行，这个工况应该是：投入发电机的额定功率总和为最大；发电机组处于长期并联运行状态；投入工作的异步电动机负荷额定功率总和为最大；发电机组的其始负荷最大。
短路极端系统图的绘制：短路计算系统图应该根据所选计算共矿和船舶电力一次系统绘图制。通常采用系统单线图。计算图中包括：
(1) (2) (3) (4)
并联工作的发电机
用一个等效电动机表示电动机负载。
相应的导电部分，如开关、电器和变压器等。 所选择的短路计算点。
2.2 短路计算点的选择
船舶电力系统的短路电流是由系统的所有发电机和电动机的参数以及电路的阻抗决定的，而且和短路点位置有很大关系。我们选择短路点的原则是应该使该点短路后，流过所选择、整定或校验的电气设备的电流为最大。
2.3 相对值
在短路电流实际计算中，电压、电流、阻抗、功率等物理量，通常不用其实际的数值表示，而是采用相对单位值来表示：
相对值=某物理量实际值/同一物理量基值
在已知或求得相对值只后，也可由上式求得实际值。它等于相对值与基值的乘积。 在船舶电力系统中的发电机、电动机、变压器等设备，其产品目录参数的相对值是根据该设备的额定值Se、Ue作为基值而求得的。如同步发电机的参数xd、xq、x'q、x''d等都是以额定值Se、Ue为机智的相对值表示的。额定值作为基值情况下的相对值为
ie?IIe se?SSe
ze?ZZe?ZSere?RZe?RSe
xe?XZe?XSe
上式中下角注有“e”是表示这些量值是采用额定值作为基值的相对值。各物理量的相对值乘以100%，便是百分值。
3发电机馈送的短路计算 3.1发电机的对称短路电流
为了便于理解和计算，工程上通常近似地将整个过度过程分为三个阶段：超瞬变阶段、瞬变阶段、最后进入稳定。超瞬态分量按阻尼绕组回路的时间常数TD
指数衰减；瞬态分量按励磁染组回路的时间常数T@D指数衰减。
短路电流的最大瞬时值大约在短路后半个周期出现，当发电机的电压频率F=50HZ时，这个时间约为短路后的0.01S。在计算发生三相对称短路后第一个半周的短路电流时，顺态短路电流还没有衰减，可以忽略顺态短路电流的衰减时间常数。因此当发电机在空载及空载及额定电压VN情况下，在发电机输出端发生短路时，其超顺态对称短路电流初始值和顺态对称短路电流起始值分别为
I''g?
短路发生后第一个半周时发电机空载对称短路电流为
T2T''d
Iacog??I''g?I'g?e
式中VN―― 一次配电系统额定相电压；
X''d、X'd――分别为发电机直轴超瞬态电抗、瞬态电抗；
Ra ―― 发电机电枢电阻；
T ―― 交流电周期（50HZ，T = 0.02S）；
T''d ―― 发电机直轴超瞬态短路时间常数。 2.发电机的短路电流非周期性分量
发电机在空载及额定电压VN当发电机输出端发生短路时，其短路发生后第一个半周期短路电流飞周期分量为
''ge
Ta――发电机非周期分量时间常数。
3.发电机的最大非对称短路电流
发电机的最大非对称短路电流在短路发生后第一个半周期时出现，其值等于对称短路电流的峰值与短路电流非周期性分量之和，即
4.无阻尼绕组发电机的短路电流
无阻尼绕组发电机的短路电流的计算公式，只要将上面公式中发电机参数X''d、X'd、
T''d用X'd、Xd、T'd代替即可。
5.电动机馈送的短路电流计算 （1）等效电动机各项参数的确定
T'acm和Tdcm ，若由电动机的参数资料查得平均等效电动机各项参数分别为X'm、Rs、
则等效电动机相应的各项参数分别为
T'acM?T'acm
（13） TdcM?Tdcm
RS、X'
――等效电动机定子电阻、瞬态电抗、瞬态阻抗；
Rs、X'm――平均等效电动机定子电阻、瞬态电抗；
T'acm、Tdcm――平均等效电动机瞬态短路时间常数、非周期时间常数； T'acM、TdcM――等效电动机瞬态短路时间常数、非周期时间常数。
（2）等效电动机短路电流的计算
当主汇流排电压为额定电压VN，在电动机出线端发生短路时，其等效电动机短路发生后第一个半周时的短路电流分别为：
对称短路电流
?T(2T'acM)
短路电流非周期性分量
最大非对称短路电流
3.2 短路功率因数计算
1.主汇流排馈电分路配电电器出线端处短路功率因数计算 此处短路电路阻抗为等效发电机与等效电动机并联阻抗：
ZKb?RKb?jXKb?
1(RA?jX''D)?1(Rs?jX'(m?)M)
经计算可得短路电路的电抗XKb和电阻RKb分别为
XRA2?X'''2
X'M(D)?X''D(Rs2?XM)
?(X''D?X'2
Rs(RA2?X''22
D)?RA(Rs2?X'M)(RA?Rs)2
?(X''2
D?X'M)
则短路功率因数为
2.主汇流排外馈电线处的短路功率因数计算 此处的短路电路的电阻和电抗分别为
则短路功率因数为
18）19）20）
题 目2：船舶电力系统的设计
294KW渔船，为了使294KW渔船电气系统更接近441KW渔船，确定该船的电气系统采380 V三相交流电，电力一次和照明一次采用三相三线系统，其余采用双线绝缘系统。
1电站容量和机组选型
294 kW钢质渔船用电设备主要有三个部分：①电力拖动的甲板机械，包括：1. 5 kW
液压舵机2台，4kW总用泵1台，5. 5 kW空压机2台，5. 5 kW舱底泵1台，2.2kW燃油泵1台，1.5kW淡水泵1台，1.1kW机舱通风机2台，3kW油水分离器1台。②照明设备包括：正常照明、甲板照明、航行信号灯及围网灯光设备等。③弱电设备包括：通信导航设备、充放电系统、应急照明系统、电铃及广播设备等[。
2电力负荷的计算 2.1计算方法
根据该船的作业特点，分六种工况进行计算： 1）航行――满载全速航行状态；
2）进出港――港内低速航行或机动状态； 3）拖网――渔场全功率拖网状态； 4）光诱――渔场围网作业诱鱼状态； 5）停泊――停靠码头或锚泊状态； 6）应急――一般考虑船舶失火状态。 根据工况特点，负荷分三种类别： 1）Ⅰ类负荷――连续使用的负荷； 2）Ⅱ类负荷――短时或重复使用的负荷；
3）Ⅲ类负荷――偶然短时使用的负荷，以及按操作规程可以在电站尖峰负荷时间外使用的负荷。
2.2电动机负荷系数的计算
电动机是船上消耗电能的主要设备，电动机的利用系数K1：
P1：为电动机的额定功率（kW）
P2：为由电动机拖动的机械最大轴功率（kW）。
机械负荷系数K2：
P3为由电动机拖动的机械实际使用功率（kW）。
则电动机的负荷系数为K3：
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