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艦艇電力系統簡介(上篇)

作者:中國儲能網新聞中心 來源:創意綠能谷 發布時間:2019-08-27 瀏覽:
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原文標題: 艦艇電力系統簡介

發布媒體: 海軍百科

艦艇上電能的產生、控制、檢測、分配、傳輸和用電設備的總稱。艦艇電力系統由電源裝置、配電裝置、電力網絡和電力負載等構成。其中電源裝置和配電裝置合稱為艦艇電站。

1883年,美國巡洋艦“特倫頓”號安裝了一臺功率為13.2千瓦的直流發電機,實現了在艦上用電力照明。1914年德國建造“瓦特蘭德”號客輪,發電機功率為1940千瓦,用于照明和供給電動機負載。20世紀40年代以前,艦艇電力系統一直采用直流電制。直流電機體積較大、成本較高、換向器故障多、維護工作量大、控制比較復雜。與直流電機相比較,交流電機體積小、可靠性高、維護方便、控制設備簡單。從20世紀50年代開始,世界各國的水面艦艇都相繼實現交流電化。只有常規潛艇和某些特殊用途的艦艇仍繼續采用直流電制。為提高供電質量,加快對緊急情況的反應速度,從60年代開始,艦艇電力系統技術發展的主要方向是實現自動化,相繼采用一系列自動控制裝置。自70年代以來,微型計算機開始應用于艦艇電力系統,使自動化程度達到一個新的水平。

據韓國媒體報道稱,三星公司表示已經開發出一種用于船舶的鋰電池動力系統,獲得了挪威著名船社DVL-GL的認可并頒發了證書。在環保政策趨嚴的背景下,電動船舶正在成為鋰電池巨頭們下一個重點布局的細分領域。

數據顯示,目前全球運營中和擬建造電動船舶數量僅為155艘,而我國僅長江與京杭運河內船舶總數就超過6萬艘,未來電動化替代空間廣闊。

而從市場規模來看,2016年國內電動船的市場規模已達到56.3億,預計到2021年這個規模將擴展到96.3億,到2024年,全球電動船舶市場規模預計將達450多億元。

據了解,水運船舶當前采用的都為柴油動力推進系統,燃油成本高、噪音大,并有污染排放,而電動船舶具備廢氣零排放、低噪音、低運行成本等優勢,航運船舶的電能替代趨勢勢在必行。

艦艇電力系統

艦艇上電能的產生、控制、檢測、分配、傳輸和用電設備的總稱。艦艇電力系統由電源裝置、配電裝置、電力網絡和電力負載等構成。其中電源裝置和配電裝置合稱為艦艇電站。

電源裝置:將機械能或化學能等能源轉變為電能的裝置。艦艇上常用的電源是發電機組和蓄電池。發電機組,由原動機和發電機組成。原動機通常為柴油機、蒸汽輪機或燃氣輪機,發電機分為交流發電機和直流發電機。交流發電機主要為三相交流同步發電機,電壓等級為400伏,頻率為工頻50赫茲或60赫茲,單機最大容量約2500千伏安。在小型艦船上,也有采用單相交流發電機的,電壓等級為230伏。直流發電機主要用于常規潛艇和某些特殊用途的水面艦艇。在以柴油機為主動力裝置的艦艇上,一般采用柴油發電機組。在以蒸汽輪機或燃氣輪機為主動力裝置的艦艇上,采用蒸汽或燃氣輪機發電機組與柴油發電機組混合配置的方式,在沒有岸電時,柴油發電機組主要用于停泊或備航。艦艇總裝機容量根據艦艇的噸位、裝備、使命來決定,從數百千伏安至數萬千伏安。蓄電池,常規潛艇水下航行時用作推進電機或核動力潛艇用作應急動力電能的電源裝置(見潛艇蓄電池)。在水面艦艇中,蓄電池一般作為輔助電源。蓄電池由直流發電機組或整流裝置充電。

配電裝置:包括主配電板和控制裝置,用于電能的分配、檢測和控制。主配電板,匯集和分配電能的裝置。裝有匯流排、發電機開關、配電開關和檢測儀表等。匯流排又稱母線,是電站中幾臺發電機輸出電能的匯集處,由數條矩形截面的裸銅排組成。發電機開關又稱主開關,正常運行時用來接通或斷開發電機與匯流排的聯接,當運行中出現故障時,能自動將發電機從匯流排上斷開,以保護發電機。配電開關也稱負載開關,從匯流排取得電能送給負載。配電開關也有正常通斷和故障時自動分斷兩種功能,用于控制和保護負載及其供電電纜。主配電板上裝有各種檢測儀表,如電壓表、電流表、頻率表、功率表、功率因數表、高阻計和整步表等,還有相應的轉換開關及附加裝置。控制裝置用于對發電機組的運行狀態(啟動、停、并聯、解列等)進行控制和對發電機組的運行參數(電壓、頻率、功率分配等)進行調節的裝置。早期的控制裝置多為機電式或分立元件的電子裝置,自動化程度較低。現代發展起來的控制裝置多為集成電路或采用微型計算機,綜合完成控制、調節、檢測、記錄和報警等功能。提高電站控制裝置的自動化程度可提高電站工作的可靠性,加快對各種緊急情況的反應速度,使電站機組合理運行,并減輕艦員的勞動強度。

電力網絡:艦艇上傳輸電能的電纜、電線和分配電板以一定方式連接起來的組合體。其功用是將電站產生的電能配送到各種用電設備上去。

按其作用的不同,分為供電網絡和配電網絡。供電網絡,指主發電機與主配電板之間,應急發電機和應急配電板之間,主配電板之間,以及主配電板與應急配電板、岸電箱之間的各電氣連接線路。配電網絡,指主配電板、應急配電板到用電設備之間的各電氣連接線路。

按用電設備的不同,分為動力供電網絡(主要用電設備為電動機)和照明供電網絡。

按功能的不同,分為主供電網絡和應急供電網絡。主供電網絡由主發電機通過主配電板給全艦負載供電;應急供電網絡,是在主發電機故障時,由應急電源通過應急配電板向艦上某些負載如車鐘、無線電收發信設備和重要部位的照明供電。

按結構的不同,分為放射形網絡和環形網絡。放射形網絡,是指每一路輸電線路都從主配電板引出,各自獨立,只向一路負載或一個分配電板供電;環形網絡,是指幾個電站和幾個配電板串聯成一個閉合環形電路,負載從配電板上取得電能。采用環形網絡供電,每一個配電板可從兩個方向得到電能,提高了供電的可靠性,但系統的配置和保護比放射形網絡復雜。環形網絡多應用于大型艦艇上。艦艇電力網絡的輸電線路采用電線或電纜。電線的芯線(導體)外層覆蓋有保證電氣絕緣的絕緣層,適用于電氣設備內部線路和生活艙室的照明線路。電纜除絕緣層之外還有防止各種外界因素(火、油、機械力和電磁場等)危害和干擾的防護套,適用于電力供電網路。

艦用電纜分布在全艦各個部位,總重量約占艦艇電氣設備總重量的60%;分配電板分布在艦艇的有關部位,向某一類負載或某一局部區域分配電能。由于電纜的破損所引起的故障在艦艇電力系統的故障中占有較大的比重,要求電纜有較高的絕緣性能和良好的防護措施,電纜敷設及穿過水密隔艙有嚴格的工藝要求。

電力負載:艦艇上各種用電設備電氣部分的總稱。按負載的性質,通常分為靜負載和動負載兩類。靜負載指白熱燈照明、電熱和整流器等;動負載指拖動各種工作機械的電動機。在艦艇電力系統的負載中,電動機負載約占總負載容量的70%。大容量電動機負載的投入或切除,會使電網的電壓和頻率產生較顯著的波動;運行中的大容量電動機對電力系統短路電流以至電力系統的穩定性都有較大的影響。

艦艇電力系統是艦艇戰斗力的重要保障,連續供電是電力系統的主要任務。但其工作條件比較惡劣,如環境溫度高、濕度大,有鹽霧、油霧和霉菌等;有可能受到海水的滴入、噴濺或浸泡;航行中會出現振動、橫搖、縱傾和升沉;在戰斗中會受到沖擊或受損等。因此,艦艇電力系統及其設備在配置方法、安裝條件、結構形式和防護措施等都有一些特殊的要求。大、中型艦艇的電力系統通常采用多電站方案,一般設主電站2~6個和相應的應急電站及停泊電站。主電站安裝在艦艇各段安全部位的專門艙室中,應急電站安裝在水線以上的甲板上。艦艇電站采用多機組配置,負載小時單機運行,負載大時多機并聯運行。艦上的重要負載,如舵機、錨機、無線電通信設備等,采用兩舷供電。在一舷電纜破損時可自動轉換至另一舷供電。艦艇電力系統應采用選擇性保護裝置,當某一電氣設備發生短路故障時,最靠近故障點的自動開關先動作,切除故障部分,保證其他設備連續供電;艦用電氣設備的防護要求較高,一般選用適應高溫、高濕環境的濕熱型電機、電器;主配電板與首尾線相垂直安裝,防止開關電器在艦艇橫搖時出現誤動作;儀表及控制裝置采用專門的防震、防潮、防腐蝕等措施,儀器設備的外殼須根據其安裝部位分別采用防滴式、防濺式或水密式;采取有效的濾波、屏蔽和接地措施,防止電氣設備工作時對通信設備產生電磁干擾。

關鍵字:艦艇電力系統

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