【船机帮】船舶电站容量及负荷计算的几点经验
船机故障心莫慌，遇事不决船机帮
导读
船舶电站分为主电站、停泊电站、应急电站和特殊电站。
主电站在正常情况下，向全船供电的电站；停泊电站主要在停泊状态下，又无岸电供应时，向停泊船舶的用电负载供电；应急电站负责在紧急情况下，向保证船舶安全所必需的负载供电；特殊电站是向全船无线电通讯设备、各种助航设备、船内通讯设备以及信号报警系统供电的电站。
与陆地电站相比，船舶电站的工作条件复杂，工作环境比较恶劣，高温、潮湿、盐雾、油雾、霉菌、倾斜、振动、冲击雷电等不良因素都会直接影响船舶电站的可靠性运行及工作寿命。
船舶电站的发电机、电器元件等都需满足特殊要求，以满足“船用条件”，同时保证电站供电的可靠性和连续性。
因此，船舶电站的发电机等电器元件都必须采用船舶专用电器产品，而且船用电器的生产要满足中华人民共和国国家标准 《GB/T3783-2008船用低压电器基本要求》，船舶电器生产企业要有船检部门颁发的生产许可证和产品检验合格证。
船舶主电站是船舶整体的重要组成部分，主要结构由原动机、发电机和主配电板构成，主要用于船舶辅助动力供给，以驱动辅助机械以及整船所需的电力。
原动机多为船用柴油发电机组，原动机与发电机通过液力耦合装置连接，将原动机机械能转化为电能。
该种柴油发电机组多为直列机组，功率较大，能够满足船用电力的需求，也是船舶电站中的核心装置。
船用柴油发电机组的可靠性与安全性也对船舶主电站有直接影响，其功率决定了发电机组的容量大小。
一
船舶电站容量的选择
1.发电机组容量的选择原则
船舶主电站容量对船舶运行可靠性和稳定性以及船舶运行的经济指标有着直接的影响，如何在保证船舶主电站安全、可靠、经济、优质、低碳的要求上，合理选用发电机组容量，关系着船舶主电站能否充分发挥其功 能，做到物尽其用。
不合理不恰当的发电机组容量选择将无法保证全船电气设备的用电需求，对于船舶的运行安全起到负面作用。
过大的发电机组容量选择，会导致船舶主电站带负荷率低，从而导致其运行效率降低，发电机组无法得到充分发挥，浪费大量资源，同时也会造成柴油发电机组燃烧不够充分，产生大量废气，占用机舱有限空间。
同时，相应的发电机组配套设施（如主配电板、电缆等）容量也相应增大，导致船舶造价增高。
发电机组容量选择过小，将无法满足船舶电气设备用电要求，造成船舶本身应当具有的功能失效，发挥不了船舶本身所应具备的作用，给船舶造成供电不足的隐患。
而电站超负荷运行势必导致电站发电机组老化加快，降低其正常使用寿命。
由以上分析可见，主发电机组容量大小的选择至关重要。
2.发电机组容量的确定方法
船舶主电站发电机组容量的确定需遵循一定的原则，我国在船机容量设计上已有较为全面的设计手册，在利用手册进行设计时，要遵循以下原则：
第一，遵循满足船用电量的要求。
在设计主站机组容量时，基本的计算方法是计算全船用电设备的实际用电量，以实际耗电量为确定依据。
船舶实际耗电量的计算是设计过程中的一大难题，不同船舶运行工况均有所不同，没有成熟的方法指导设计，只能根据设计者的设计经验，依据实际情况，对用电规律进行分析，采用近似方法进行估算。
第二，从实际情况出发，利用基本原理进行计算。
船舶主发电机组容量的计算方法有很多种类，设计人员根据不同类型的船舶选用不同的计算方法。
但是无论采用何种方法进行计算，都要利用基本的容量计算方法，都需从船舶的实际工况出发，进行用电量的分析、研究和统计，编制电力负荷计算书，从而依据计算书，确定船舶运行周期特性，找出电气设备用电负荷峰值以及随时间和工况变化下设备用电量的变化情况。
第三，遵循严谨、细致的原则。
发电机组容量的计算是一项较为繁琐又很重要的工作，设计人员必须考虑周密、细致、慎重，否则主电站容量选择就不准确，会给船舶带来安全隐患。
二
电力负荷计算书的编制
笔者从事船舶电气设计三十多年来，在工作中应用最多的需要系数法，以下结合同时使用系数的计算方法，供大家参考和讨论。
1.需要系数、同时使用系数和取值技巧
需要系数是指用电设备实际所需的功率与用电设备所标称的额定功率的比值，用公式表示为kc＝ph/pe，从该公式得出：实际所需功率ph＝pe.kc，也就是将某用电设备上所标称的额定功率pe，与该用电设备从电网上吸收电能的需要系数kc相乘，就可以算出该用电设备的实际所需功率。
需要系数kc的取值问题是经验性问题，虽然在设计手册中，该值的取用也有一定的参考范围，但是多是统计学数字，针对实际船舶工况下的值的选取，参考价值不高，对于具体的某一条船来说是不实用的，也是很不准确的，甚至误差很大。
以下介绍五点笔者在多年工作中总结出来的关于需要系数取值的经验，供大家参考：
第一，对于生活用电的线性用电器（实际耗电量与标称额定功率相等，如白炽灯、电热器、船行灯、充电机等），电器用电量的需要系数取值为1。
第二，对于标准化的船用合格水泵成套设备，厂家在生产的过程中已经过多次实验、多次测试，掌握了该用电设备在满负载运行时，实际从电网上吸收的电能（电功率），且厂家为了保证设备的稳定、可靠、安全、长时间连续运行，不会将实际用电功率定为额定功率（实际功率不等于额定功率，也不等于最大额定功率）。
在标称设备的额定功率时，都把实际从电网上吸收的电功率乘上一定的安全系数（行业内叫保守系数），作为设备的标称额定功率。
此举主要意在让设备在满负荷时，能保证在标称额定功率的85%下长时间连续运行，所以这类用电设备，再结合安装使用时实际的 扬程来决定取值，如实际扬程与设备上标称的额定扬程等，那么取值为0.85。
当实际扬程偏高或偏低时，取值需要作相应调整。
第三，风机类（如电风扇、通风扇、送风机、鼓风机等）用电设备的用电需要系数也比较好取值，因为这类用电设备都在满负荷运行，而且几乎是恒定的，在取需要系数时，直接取其标称额定功率的0.85就可以。
第四，起货机（含艇机、舷梯机等）和钻机，该类设备出厂时，均设计让它们在长时间连续运行，所以这些设备，实际从电网上吸收的电能（电功率）是标称额客功率的85%，可以取值0.85。
第五，舵机、锚机、绞车、消防泵等设备室关系到船舶和人身安全的重要成套设备，出厂时，所标称额定功率的安全系数较大。
主要目的也是只允许这些重要设备满负荷时，实际上是在标称额定功率的40%～60%下长时间连续运行。
因此，针对此类重要成套设备，在取需要系数时，应取0.4～0.6。
2.用电量的计算
在利用上述方法，确定需要系数之后，就可以算出某用电设备的瞬时用电量了。
但是船舶用电设备的总用电量并非各用电设备瞬时用电量的简单叠加，主要考虑到这些设备启用的时间并不同步，因此需要再考虑同时使用系数问题。
以照明用电器为例，每盏灯的需要系数都取1（标称功率与实际用电功率相等），考虑到这些照明灯并不是同时使用，而是晚上用多些，白天用少些，所以这类用电器的同时系数取值的范围就广一些（1%～90%）。
工程船舶的左右铰缆车，在实际使用过程中，要么使用左边，要么使用右边，不允许两边同时使用，所以，这类船舶的左右铰缆车的同时系数取为50%。
三
结语
船舶主电站在进行装机容量及电力负荷计算前，应充分了解船舶的用途以及船舶总布置，熟悉掌握船体基本结构以及用电设备的位置、型号、规格、数量，明确各用电设备的使用工况、使用时段和使用数量，认真反复研究各用电设备需要系数的取值问题，为电力负荷计算的准确性收集好可靠材料。
本文原创作者系：
广西南宁航道管理局 温光英
END
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