舰艇电力系统
ship electric power system
jianting dianli xitong
舰艇电力系统
舰艇上电能的产生、控制、检测、分配、传输和用电设备的总称。
构成 舰艇电力系统由电源装置、配电装置、电力网络和电力负载等构成。其中电源装置和配电装置合称为舰艇电站。
电源装置 将机械能或化学能等能源转变为电能的装置。舰艇上常用的电源是发电机组和蓄电池。发电机组，由原动机和发电机组成。原动机通常为柴油机、蒸汽轮机或燃气轮机，发电机分为交流发电机和直流发电机。交流发电机主要为三相交流同步发电机，电压等级为400伏，频率为工频50赫兹或60赫兹，单机最大容量约2500千伏安。在小型舰船上，也有采用单相交流发电机的，电压等级为230伏。直流发电机主要用于常规潜艇和某些特殊用途的水面舰艇。在以柴油机为主动力装置的舰艇上，一般采用柴油发电机组。在以蒸汽轮机或燃气轮机为主动力装置的舰艇上，采用蒸汽或燃气轮机发电机组与柴油发电机组混合配置的方式，在没有岸电时，柴油发电机组主要用于停泊或备航。舰艇总装机容量根据舰艇的吨位、装备、使命来决定，从数百千伏安至数万千伏安。蓄电池，常规潜艇水下航行时用作推进电机或核动力潜艇用作应急动力电能的电源装置(见潜艇蓄电池)。在水面舰艇中，蓄电池一般作为辅助电源。蓄电池由直流发电机组或整流装置充电。
配电装置 包括主配电板和控制装置，用于电能的分配、检测和控制。主配电板，汇集和分配电能的装置。装有汇流排、发电机开关、配电开关和检测仪表等。汇流排又称母线，是电站中几台发电机输出电能的汇集处，由数条矩形截面的裸铜排组成。发电机开关又称主开关，正常运行时用来接通或断开发电机与汇流排的联接，当运行中出现故障时，能自动将发电机从汇流排上断开，以保护发电机。配电开关也称负载开关，从汇流排取得电能送给负载。配电开关也有正常通断和故障时自动分断两种功能，用于控制和保护负载及其供电电缆。主配电板上装有各种检测仪表，如电压表、电流表、频率表、功率表、功率因数表、高阻计和整步表等，还有相应的转换开关及附加装置。控制装置用于对发电机组的运行状态(启动、停、并联、解列等)进行控制和对发电机组的运行参数(电压、频率、功率分配等)进行调节的装置。早期的控制装置多为机电式或分立元件的电子装置，自动化程度较低。现代发展起来的控制装置多为集成电路或采用微型计算机，综合完成控制、调节、检测、记录和报警等功能。提高电站控制装置的自动化程度可提高电站工作的可靠性，加快对各种紧急情况的反应速度，使电站机组合理运行，并减轻舰员的劳动强度。
电力网络 舰艇上传输电能的电缆、电线和分配电板以一定方式连接起来的组合体。其功用是将电站产生的电能配送到各种用电设备上去。按其作用的不同，分为供电网络和配电网络。供电网络，指主发电机与主配电板之间，应急发电机和应急配电板之间，主配电板之间，以及主配电板与应急配电板、岸电箱之间的各电气连接线路。配电网络，指主配电板、应急配电板到用电设备之间的各电气连接线路。按用电设备的不同，分为动力供电网络(主要用电设备为电动机)和照明供电网络。按功能的不同，分为主供电网络和应急供电网络。主供电网络由主发电机通过主配电板给全舰负载供电；应急供电网络，是在主发电机故障时，由应急电源通过应急配电板向舰上某些负载如车钟、无线电收、发信设备和重要部位的照明供电。舰用电缆分布在全舰各个部位，总重量约占舰艇电气设备总重量的60%；分配电板分布在舰艇的有关部位，向某一类负载或某一局部区域分配电能。由于电缆的破损所引起的故障在舰艇电力系统的故障中占有较大的比重，要求电缆有较高的绝缘性能和良好的防护措施，电缆敷设及穿过水密隔舱有严格的工艺要求。
电力负载 舰艇上各种用电设备电气部分的总称。按负载的性质，通常分为静负载和动负载两类。静负载指白热灯照明、电热和整流器等；动负载指拖动各种工作机械的电动机。在舰艇电力系统的负载中，电动机负载约占总负载容量的70%。大容量电动机负载的投入或切除，会使电网的电压和频率产生较显著的波动；运行中的大容量电动机对电力系统短路电流以至电力系统的稳定性都有较大的影响。
配置和条件 舰艇电力系统是舰艇战斗力的重要保障。连续供电是电力系统的主要任务。但其工作条件比较恶劣，如环境温度高、湿度大，有盐雾、油雾和霉菌等；有可能受到海水的滴入、喷溅或浸泡；航行中会出现振动、横摇、纵倾和升沉；在战斗中会受到冲击或受损等。因此，舰艇电力系统及其设备在配置方法、安装条件、结构形式和防护措施等都有一些特殊的要求。大、中型舰艇的电力系统通常采用多电站方案，一般设主电站2～6个和相应的应急电站及停泊电站。主电站安装在舰艇各段安全部位的专门舱室中，应急电站安装在水线以上的甲板上。舰艇电站采用多机组配置，负载小时单机运行，负载大时多机并联运行。舰上的重要负载，如舵机、锚机、无线电通信设备等，采用两舷供电。在一舷电缆破损时可自动转换至另一舷供电。舰艇电力系统应采用选择性保护装置，当某一电气设备发生短路故障时，最靠近故障点的自动开关先动作，切除故障部分，保证其他设备连续供电；舰用电气设备的防护要求较高，一般选用适应高温、高湿环境的湿热型电机、电器；主配电板与首尾线相垂直安装，防止开关电器在舰艇横摇时出现误动作；仪表及控制装置采用专门的防震、防潮、防腐蚀等措施，仪器设备的外壳须根据其安装部位分别采用防滴式、防溅式或水密式；采取有效的滤波、屏蔽和接地措施，防止电气设备工作时对通信设备产生电磁干扰。
简史和展望 1883年，美国巡洋舰“特伦顿”号安装了一台功率为13．2千瓦的直流发电机，实现了在舰上用电力照明。1914年德国建造“瓦特兰德”号客轮，发电机功率为1940千瓦，用于照明和供给电动机负载。20世纪40年代以前，舰艇电力系统一直采用直流电制。直流电机体积较大、成本较高、换向器故障多、维护工作量大、控制比较复杂。与直流电机相比较，交流电机体积小、可靠性高、维护方便、控制设备简单。从20世纪50年代开始，世界各国的水面舰艇都相继实现交流电化。只有常规潜艇和某些特殊用途的舰艇仍继续采用直流电制。为提高供电质量，加快对紧急情况的反应速度，从60年代开始，舰艇电力系统技术发展的主要方向是实现自动化，相继采用一系列自动控制装置。自70年代以来，微型计算机开始应用于舰艇电力系统，使自动化程度达到一个新的水平。为节约能源，今后电力系统发展趋势：采用主机轴带发电机或废气涡轮带发电机，以部分利用主机的剩余功率和废气热能；采用超导材料和新型绝缘材料，使电气设备的体积重量进一步减小，使用寿命加长；提高电压等级，进一步增大主发电机的单机容量。