25M消防船电气设计.docx
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25M消防船电气设计
本文为25M消防船的电气设计，文中对整个电气设计的思路、过程及各个部分的计算都作了详细的说明。
这个电气设计的过程大概分为：
计算电力负荷，确定发电机容量；绘制电力系统图；选择电缆；编制电气明细表；编制电气设计说明书。
另外，船舶电气设计的各个部分不仅要满足其功能,也要符合国家的有关技术规范,保证船舶的实用性及安全性。
关键词：
消防船，电气设计
ABSTRACT
Thisarticleisabouttheelectricaldesignofa25mfireship.Inthisarticle,ithaveadetaileddescriptionontheelectricaldesignideas、processandallpartofthecalculation.Theprocessoftheelectricaldesigncanbedividedintothefollowingparts：
Calculatingtheelectricalloadandthendeterminethecapacityofthegenerator；Drawingpowersystemdiagram；Selectingcable；theelectricalbreakdown；Workingouttheelectricaldesignmanual.
Keywords:
Fireship,Electricaldesign
前言
航运业的日益繁忙加上人为的不良管理以及其它各种因素，引起货运港口码头及船舶失火事故不断发生，造成人命伤亡及财产损失惨重，从而引起政府部门、公安消防部门及港口部门的高度重视，而消防船既可承担对港口、海上失火船舶的灭火救助工作，也可对沿江、沿海城市岸边建筑物的失火进行扑灭救助，并可兼有其他一些功能，如潜水支援、对海难事故进行搜救工作等，因此越来越受到人们的重视，并进行相关的研发、设计工作。
船舶犹如一座可移动的海上城市，在它上面都装备有一个供给电能并由电源、配电装置、电力网和负载四部分组成的独立系统——船舶电力系统。
众所周知，电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量，电能的输送和分配既简单经济，又便于调节、控制和测量，并有利于实现生产过程自动化。
实现电气化后，可以大大改善船舶性能、提高运行质量、并有利于实现全船的自动化。
但另一方面，如果供电中断，则对船舶运行和生产会造成严重的后果，甚至可能发生灾难性的船毁人亡事故。
因此，船舶电力系统运行的可靠性、经济性对船舶的安全航行及经济运行具有相当重要的意义。
船舶电力系统负荷估算、船舶电站选用、绘制电力系统图、编制电气设备明细表、编制船舶电气系统说明书是船舶电气系统设计的重要组成部分，电力系统装置设备估算欠佳会严重影响船舶电气系统的可靠性，经济性。
随着船舶的大型化和自动化程度的不断提高，越来越多的船用设备需要用电能来驱动和控制，船舶电力系统亦日趋复杂庞大，在现代化船舶上，电站操作越来越复杂、电站自动化程度日益提高，对电站管理人员的要求也越来越高。
二十世纪七十年代后，船舶电力系统的控制形成了功能齐全、性能稳定的由数字集成电路与线性模拟集成电路组成的控制系统。
八十年代后，出现了由单板机或单片机组成的微机控制系统。
到了九十年代，PLC的应用增强了控制系统的可靠性。
到目前为止PLC控制的电站、主机遥控、集中监测报警等系统已不断的更新换代，船舶电力系统己形成了完善的船舶自动电力综合管理系统。
进入21世纪后，我国船舶工业的电气自动化程度、性能和技术水平己有了很大程度的提高，不少设备通过引进、消化、吸收国外先进技术，亦已达到了国际先进水平。
随着科技竞争力的提高，船舶电气设计技术势必有不少新的突破。
本次的设计无疑是一次对我们所学知识的最好最系统的练习，它能帮助我们更快、更好地与实际工程接轨，也能帮助我们更好的适应即将踏上的工作岗位。
同时也是对我们专业知识的一次检验，通过设计，将对以前所学的课程和各方面知识进行一次全面的梳理、总结、巩固并提高和深化，进一步掌握本专业学科的内容，能够理解、应用和熟悉有关的规范，培养我们综合运用所学理论知识、专业知识的基本技能，提高我们解决问题的能力。
但是由于时间仓促，并且没有实际工作经验可循，难免有设计不合理和考虑不周之处，在此恳请各位老师给予批评指正，我会虚心接受各项批评、建议、意见，并在今后的工作和学习中注意不断提高自己，做一名合格的工程人员，争取更大的进步！
第一章概述
船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网和负载四部分组成。
其单线图，如下图所示
G-主发电机；EG-应急发电机；ACB-发电机主开关；EACB-应急发电机主开关；MSB-主配电板；ESB-应急配电板；MCB-配电开关；M-电动机；DSB-分配电板；RSB-无线电分配电板；EMCB-应急配电开关；ISW-隔离开关；ISB-照明配电板；EISB-应急照明配电板；IDSB-照明分配电板；EDSB-应急分配电板；Tr-照明变压器；ETr-应急照明变压器
（1）电源
电源是将机械能、化学能等能源转变为电能的装置。
船舶电源主要为发电机，蓄电池只能用作小应急电源。
（2）配电装置
配电装置是对船舶电源、电力网和电力负载进行保护、测量、监视和控制的装置。
它包括各种开关电器、测量仪表、互感器、连接母线、继电保护、自动装置及各种辅助设备。
根据供电范围和对象的不同，配电装置可分为主配电板、应急配电板、各种照明及动力分配电板及蓄电池充放电板等。
（3）船舶电力网
船舶电力网是全船电缆电线的总称，其作用是将各种电源与各种电力负载联系起来。
船舶电力网按其所联接的负载性质，可分为动力电网、照明电网、应急电网、小应急电网等。
（4）电力负载
电力负载又称电力负荷，指耗用电能的各种用电设备，它是将电能转换成其他形式能量的用电设备。
船上的用电设备形式很多，主要有各种机械的电力拖动、电气照明负载、通讯导航设备其它用电设备等。
1.2.1船舶电气系统的发展状况
20世纪初，电开始应用于商船上，最初只是由一台几千瓦的直流发电机供电给照明负载。
直到40年代，因船舶甲板机械大部分由蒸汽作动力，负载功率不大，船舶电站的功率大多在500kW以下，电制大多采用直流。
随着船舶电力负载的增多以及电力工业的发展，到了50年代，世界各国商船陆续普及交流电制，特陆上交流技术所获得的经验成功地应用到船上，船舶电站的功率已达数千千瓦，个别船舶超过一万千瓦，于是中压电也开始得到应用。
为了提高不断增加功率的船舶电站供电可靠性，随着船舶向大型化、高速化和自动化方向发展，自60年代以来，对船舶电站提出了自动化的要求。
船舶电站自动化的好处有：
维持电站供电的连续性和提高可靠性，增强船舶运行的生命力；提高船舶电站供电质量，使所有用电设备处于良好的工作状态；便于及时发现和排除故障，改善船员劳动条件，减轻值班强度，使船员能有更多的时间和精力从事设备维修工作；减少船员，提高劳动生产率，提高船舶运行的经济指标。
1.2.2船舶电力系统的特点
由于船舶是一个活动于水面上的独立体，因此船舶电力系统与陆上大电力系统相比，船舶电力系统有如下特点：
（1）船舶电站容量较小
船舶电力系统电源一般只有一个电站，电站大多由2—4台相同型号的发电机组构成。
单机容量不超过l000kVA，电站总容量不超过2000kVA。
（2）船舶电网线路短
船舶电网线路较短，船舶电网不需要采用高压输电，电能损失小，配电装置较陆地电力系统简单，而且发电机组和电网的保护比陆地系统要简
单，但在保护配合方面却要求较高。
（3）船舶负载的特点
船舶负载主要是电动机及照明装置。
船上某些大电动机的功率与船舶电站运行发电机的功率可相比拟，大电动机起动电流甚至超过发电机额定电流，因此相互影响大。
电动机起动时，电网电压降落大，发电机组的转速与频率波动也大，因此对船舶发心机的调压器与调速器都提出了较高的要求。
（4）船舶电气设备工作环境恶劣
船舶电气设备工作条件比陆地恶劣，环境对电气设备的性能和工作寿命有严重影响。
当环境温度高时，会造成电机出力不足，绝缘加速老化；相对湿度高则会使电气设备绝缘受潮、膨胀、分层及变形等，导致绝缘性能降低，使金属部件加速腐蚀；空气中存在的盐雾、油雾、霉菌的生长及灰尘粘结都可能使电气设备绝缘下降，影响其工作性能；船舶运营中常常受到严重的冲击、振动、倾斜和摇摆，会造成电气设备损坏，接触不良或误动作。
因此，船舶用电气设备必须满足“船用条件”的要求。
船舶的工作环境恶劣，是一般陆用电气设备难以承受的。
因此，船上的电气设备必须符合船用环境条件的使用要求。
（1）适应振动和冲击的条件。
（2）适应倾斜和摇摆的条件。
（3）适应环境温度条件。
（4）耐受潮湿、盐雾、油雾和霉菌的环境条件。
（5）适应船舶电网电压和频率的波动。
（6）满足防护要求。
（7）尺寸要小。
（8）重量宜轻。
船舶设计与建造时，对电气设备的选择及安装必须考虑船的航线、种类、吨位、主机类型和功率以及有无特殊要求等条件。
无论什么种类的船舶，对所安装的电气设备都应注意满足上述基本要求。
（1）根据轮机设备明细表及全船用电情况按航行、停泊、靠离、消防状态制出电力负荷计算书，确定发电机容量；
（2）根据电力负荷所在位置绘出电力系统图、安装布置图；
（3）根据电力负荷计算选择电缆；
（4）确定电气设备、编制明细表；
（5）编制电气设计说明书；
第二章电力系统设备计算书
2.1.1确定电站容量与发电机数量的意义和方法
正确合理地计算船舶电站的容量和发电机组的台数，将直接影响船舶运行的可靠性和经济性，所以具有很重要的意义。
为了确定船舶电站的总功率和发电机组的功率和数量，首先要知道全船电力负载所需的总功率。
这个总功率不是简单地将各用电没备的额定功率相加，而是要通过负荷计算才能得到。
当然船舶在不同的航行工况下，其计算负荷也不会相等。
根据计算所得的总功率再考虑其他因素，如电网损耗、同时系数等，最后才能确定发电机组的功率和数量。
电站容量的计算方法有许多种，其中概率论法、昼夜航行图表法、需要系数法和三类负荷法四种方法用得较多。
而本船电站容量的计算方法采用三类负荷法，船舶电力负荷计算是将计算结果用表格形式表示，称为船舶电力负荷计算书。
2.1.2计算工况的分类
对于不同类型、不同用途的船舶，运行工况可能有所差异，在负荷计算书中应包括哪几个工况，要根据实际情况来确定，但一定要把可能出现最大负荷和最小负荷的工况包括进去，因为这是确定电站总功率和最小一台发电机功率所必需的。
该船舶主要考虑以下四种运行工况：
（1）航行工况；
（2）靠离码头工况；
（3）停泊工况；
（4）消防工况；
2.1.3确定电站容量与发电机数量的基本原则
（1）应满足船舶各使用工况下的用电量，并有适当的裕量，以保证连续可靠的供电；
（2）富裕功率不能太大，以保证其经济性；
（3）单机组容量的最高负荷率最好在80％左右；
（4）确定单机组容量和机组数量时，要考虑各机组的使用寿命应与主机寿命相当；
（5）必须尽可能采用同容量、同型号机组，有利于并联运行的稳定性和减少备件；
（6）维修管理方便。
2.2.1电站容量的计算
电气设备具有较充分的数据时，大多采用三类负荷法进行全船电力负荷的计算。
由于数据充分，能较准确地求得各用电设备的负荷系数，同时，各用电设备按其使用情况分类，并按类考虑其同时系数，因此可以得到比较精确的计算结果。
（1）负荷分类
计算全船电力负荷时，可将负荷按使用情况分为以下
①第Ⅰ类负荷：
连续使用的负荷；
②第Ⅱ类负荷：
短时或重复短时使用的负荷，
③第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以外使用的负荷。
在电力负荷计算中一般不考虑第Ⅲ类负荷。
（2）系数计算
①电动机的利用系数
：
每一机械的最大轴功率
与电动机的额定功率
之比，即
（2-1）
②机械负荷系数
：
每一机械实际使用轴功率
与电动机的最大轴功率
之比，即
（2-2）
③电动机的负荷系数
：
每一机械实际使用功率
与电动机的额定功率
之比，即
（2-3）
④同时使用系数
：
该系数既考虑到用电设备的最大功率，又考虑到各设备的最大功率并非同时出现，所以用同时性系数加以修正。
一般情况下：
第Ⅰ类负荷同时性系数取：
第Ⅱ类负荷同时性系数取：
（3）所需功率的计算
根据上述的各系数，首先计算每一工况下第Ⅰ和第Ⅱ类负荷的每一用电设备的实际用电功率
。
电动辅机实际需要输入的电功率
等于电动机实际轴功率
除以它的效率
，即：
（2-4）
将每一工况下所有第Ⅰ和第Ⅱ类负荷用电设备所需电功率
分别求和，并分别乘以它们的同时性系数
和
，然后两类负荷功率相加再考虑补偿5%的网络损耗功率，则每一工况下的总的用电功率为：
（2-5）
用上式计算的各运行工况的总功率P中，最大的P用来确定电站的容量。
根据这个最大的功率P和前述选择发电机的原则，选择每一发电机组容量和发电机组台数。
以下为本船的设计：
各用电设备及其参数如下：
表1
序号
用电设备
电动机参数
名称
数量
型号
额定功率kw
额定电流
A
额定转速r/min
额定效率
%
功率因数cosφ
一
甲板机械
1
立式电动起锚机
2
JZ2-H-52-4/8/16
22/22/16
45/50/70
1400/665/300
81/82/61
0.94/0.85/0.56
2
电动缆绞盘
1
JZ2-H-41-4/8/16
6/6/4.5
24/25.2/33.2
1440/675/300
80/78/61
0.95/0.83/0.54
3
50N.m液压舵机
2
Y160M-4H
7.5
10.6
1440
85
0.83
二
动力设备
1
主机滑油泵组
1
Y90L-4-H
1.5
3.7
1400
79
0.8
2
轻柴油输送泵组
1
Y90L-4-H
1.5
3.7
1400
79
0.8
3
淡水泵组
2
Y100-2-H
3
6.4
2900
84
0.87
4
舱底总用泵组
1
Y160M1-2-H
11
21.8
2950
87.5
0.89
5
消防泵组
4
Y180M-2-H
15
29.1
2950
88
0.89
6
总用泵组
1
Y180M-2-H
15
29.1
2950
88
0.89
7
空压机
2
Y132S-4-H
5.5
11.6
1000
8
机舱通风机
4
Y100L1-4-H
2.2
2920
9
舵机舱抽风机
1
Y80L1-2-H
0.75
2920
10
蓄电池间抽风机
1
0.75
2920
11
生活污水处理装置
1
Y100L1-4-H
2.2
12
卫生间排气扇
4
1ph/220V/50Hz
0.035
13
台钻
1
1.1
14
电动泡沫泵
2
Y180M-2-H
15
29.1
2950
88
0.89
15
电动砂轮机
1
1.1
16
厨房排风扇
3
0.05
三
照明及其它
1
航行灯信号灯
13
2
探照灯
3
1.25
3
通信设备
2
4
助航设备
2
5
强光灯
5
0.4
6
室外照明
3.5
7
机舱照明
1
8
舱室照明
2
9
生活用电照明
5
10
电冰箱
1
2
11
电冰柜
1
0.5
四、
船员空调
1
1
4.7
2
餐厅挂壁空调机
1
2.7
3
机舱值班室挂壁空调机
1
1.05
4
船员间挂式空调器
5
0.79
航行状态下各用电设备的用电负荷：
表2
序号
用电设备
总需要功率KW
电动机利用系数
航行状态
名称
数量
机械负荷系数
电动机负荷系数
同时使用系数
负荷类别与实用功率
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
一
甲板机械
1
立式电动起锚机
2
53.66
1
2
电动缆绞盘
1
7.41
0.91
3
50N.m液压舵机
2
17.64
1
0.4
0.4
1
7.06
二
动力设备
1
主机滑油泵组
1
1.90
1
0.8
0.8
1
1.52
2
轻柴油输送泵组
1
1.90
1
0.8
0.8
1
1.52
3
淡水泵组
2
4.76
1
0.8
0.8
1
3.81
4
舱底总用泵组
1
12.57
0.84
0.9
0.76
1
9.55
5
消防泵组
4
68.2
0.81
6
总用泵组
1
17.05
0.81
0.9
0.76
1
12.96
7
空压机
2
11
0.83
0.9
0.75
0.5
4.13
8
机舱通风机
4
8.8
0.74
0.9
0.67
1
5.90
9
舵机舱抽风机
1
0.75
1
0.9
0.9
1
0.68
10
蓄电池间抽风机
1
0.9
0.9
1
0.68
11
生活污水处理装置
1
2.2
1
0.8
0.8
1
1.76
12
卫生间排气扇
4
0.14
0.14
13
台钻
1
1.1
1
0.8
0.8
1
0.88
14
电动泡沫泵
2
34.10
0.81
15
电动砂轮机
1
0.75
1
0.8
0.8
1
2.96
16
厨房排风扇
3
0.15
0.15
三
照明及其它
1
航行灯信号灯
13
0.8
0.5
0.4
2
探照灯
3
3.75
1
3.75
3
通信设备
2
0.5
1
4
助航设备
2
0.5
1
5
强光灯
5
2
6
室外照明
3.5
0.8
2.8
7
机舱照明
1
0.8
0.8
8
舱室照明
2
0.7
1.4
9
生活用电照明
5
1
5
10
电冰箱
1
2
1
2
11
电冰柜
1
0.5
1
0.5
四、
船员空调
1
1
4.2
1
4.7
2
餐厅挂壁空调机
1
2.7
1
2.7
3
机舱值班室挂壁空调机
1
1.05
1
1.05
4
船员间挂式空调器
5
0.79
0.5
1.80
靠离码头状态下各用电设备的用电负荷：
表3
序号
用电设备
总需要功率KW
电动机利用系数
航行状态
名称
数量
机械负荷系数
电动机负荷系数
同时使用系数
负荷类别与实用功率
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
一
甲板机械
1
立式电动起锚机
2
53.66
1
2
电动缆绞盘
1
7.41
0.91
0.8
0.73
1
5.41
3
50N.m液压舵机
2
17.64
1
0.6
0.6
1
10.58
二
动力设备
1
主机滑油泵组
1
1.90
1
0.8
0.8
1
1.52
2
轻柴油输送泵组
1
1.90
1
0.8
0.8
1
1.52
3
淡水泵组
2
4.76
1
0.8
0.8
1
3.81
4
舱底总用泵组
1
12.57
0.84
0.9
0.76
1
9.55
5
消防泵组
4
68.2
0.81
6
总用泵组
1
17.05
0.81
0.9
0.76
1
12.96
7
空压机
2
11
0.83
0.9
0.75
0.5
4.13
8
机舱通风机
4
8.8
0.74
0.9
0.67
1
5.90
9
舵机舱抽风机
1
0.75
1
0.9
0.9
1
0.69
10
蓄电池间抽风机
1
0.9
0.9
1
0.69
11
生活污水处理装置
1
2.2
1
0.8
0.8
1
1.76
12
卫生间排气扇
4
0.14
0.14
13
台钻
1
1.1
1
0.8
0.8
1
0.88
14
电动泡沫泵
2
34.10
0.81
15
电动砂轮机
1
0.75
1
0.8
0.8
1
0.88
16
厨房排风扇
3
0.15
0.15
三
照明及其它
1
航行灯信号灯
13
0.8
0.5
0.4
2
探照灯
3
3.75
1
3.75
3
通信设备
2
0.5
1
4
助航设备
2
0.5
1
5
强光灯
5
2
1
2
6
室外照明
3.5
0.6
升级会员 