船舶电气设备和导线选型研究

发布于：2015-09-11 11:34:11 来自：电气工程/工业自动化 [复制转发]

引言

在船舶电气设计领域，长期以来设计人员是用手工方式进行船舶供配电系统的设计计算，由于船舶供配电网络复杂，设备多、回路多，造成了设计工作的繁琐和低效率。供配电CAD 技术将计算机辅助设计技术应用于船舶电气工程设计领域，在分析研究电气图形、方案、数据间内在联系机理及其关系的基础上，建立船舶供配电系统各层次元件的描述方法和相关知识规则，不同程度的集成供配电系统设计中的各种计算功能，对不同船舶电气设备和导线的规格参数的取值和运行效果进行多种方案的比较，实现综合优化，使电气设备和导线获得较好的性价比，并大大提高设计速度和设计的可靠性。

1 船舶电气设备选型原理

1.1 船舶电气设备选型的原则。

船舶电气设备的选择必须执行国家的有关技术经济政策，并做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后的发展扩建留有一定的余地。在其配电系统中，电气设备的种类很多，不同类别的电器设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相同。为了保证电气设备在正常工作条件下能可靠安全地工作，而在短路情况下不被损坏，在选择各种电气设备的基本要求却是一致的。即按长期正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动热稳定。对于断路器、熔断器等，特别要校验其开断短路电流的能力。

电气设备选择的一般要求：

（1）应满足各种运行、检修、短路和过电压情况的运行要求，并考虑远景发展；（2）应按当地环境条件（如海拔、大气污染程度和环境温度等)校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）与整个工程的建设标准应协调一致。

1.2 船舶主要电气设备的选型原理

1.2.1 断路器的选型原理。

高压断路器是供电系统中最重要的设备之一，目前 6~35kV 系统中使用最为广泛的是少油断路器和真空断路器。低压断路器，又称低压自动开关，它能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和失压时自动跳闸。断路器的选择，除考虑额定电压、额定电流外，还要考虑其断流能力和短路时的动稳定度和热稳定度是否符合要求。具体选择条件如下：

（1）型式。除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装和运行维护的方便。一般 6~35kV选用真空断路器，35~500kV 选用 SF6断路器，1kV及以下低压配电系统一般选用塑料外壳式、框架式低压断路器。

（2）额定电压的选择：高低压断路器额定电压应不低于装设地点的线路的额定电压。

（3）额定电流的选择：高低压断路器额定电流应不小于装设回路的计算电流。

1.2.2 电力变压器的选型原理

1.2.2.1 电力变压器台数的确定。

选择船舶主变压器台数时应考虑下列原则：

（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对拥有大量一、二级负荷的船舶，宜采用两台或以上变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级负荷而无一级负荷的变电所，也可以采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变

动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。（3）在确定变电所主变压器台数时，还应适当考虑负荷的发展，留有一定的余量。

1.2.2.2 船舶主变压器容量的确定。

（1）选择 1台配电变压器时，其容量应大于该变电所全部用电设备总的计算负荷，且应考虑容量上限，对于 10kV 及以下电压等级的一般不超过1250~2000kVA。（2）装有两台上主变压器的船舶，应考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量不应小于60%的全部负荷，并须保证Ⅰ类、Ⅱ类负荷的供电。（3）按船舶供电所建成后5~10年规划负荷选择，并当考虑到远期 10~20年的负荷发展，对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

1.2.3 电压互感器的选型原理

（1）型式。根据安装地点和使用条件选择。对于 6~10kV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。对于 35~110kV 配电装置，一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。

（2）准确等级。电压互感器准确等级的选择与电流互感器相同，即根据电压互感器二次回路所接测量仪表的类型及准确等级的要求，按准确等级要求最高的表计来选择。（3）电压互感器一次侧额定电压应在所安装电网额定电压的90%-110%之间。

2 导线选型原理

2.1 导线选型的原则。

船舶供配电线路导线截面的选择对船舶的技术经济性能有很大影响。从配电规划角度来说，一条线路有三个特性决定它是否能够满足船舶配电系统的要求，下面就是设计时必须满足的基本条件：

（1）发热条件。电流通过导线时，由于存在电阻而会使导线发热。通过导线的电流越大，导线温度越高，当发热超过其允许温度时，会使导线接头处的氧化加剧，增大接触电阻而导致进一步的氧化，如此恶性循环以致触头烧断而发生断线事故。而且绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘加剧老化甚至损坏，或引起火灾。（2）电压损耗条件。由于线路上存在电阻和电抗，因此，当电流通过导线时将产生电压损耗。所谓电压损耗，是指线路首端线电压和末端线电压的代数差。电压损耗超过一定范围后，会严重影响用电设备的正常工作。（3）电晕条件。船舶输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕损耗，而且还产生噪声和无线电干扰，为了避免电晕的产生，导线的外径不能过小。通常，10kV及以下电压的电力线路，因导线表面电场强度较低，一般在晴天不会出现电晕，因此不考虑电晕影响。

2.2 导线截面选择的方法

（1）按发热条件选择导线截面。当导线通过正常最大负荷电流时，导线发热的温度不应超过它的最高允许温度。可以计算出导线在某一截面的允许持续电流，把这些载流量列成表格，在设计时按这些表格来选择截面，叫做按发热条件选择截面，也叫做按允许载流量选择截面。按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使导线的允许载流量不小于通过相线的计算电流

（2）按经济电流法选择导线截面。导线截面越大，线路的功率损耗越小，但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反之，导线截面越小，线路投资和有色金属消耗量越小，但是线路的功率损耗和电能损耗却要增大。线路投资和电能损耗都影响年运行费用。因此，综合以上两种情况，使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面，称为经济截面，用Sac表示。

3 结束语

本文在分析电气设备选型原理基础上，提出了计算机辅助电气设备选型策略。在计算机辅助电气设备选型策略中，分析电气设备选型和校验条件基础上确定计算机辅助选型需要考虑的主要参数，过设计导线经济截面计算函数，统一运用经济选型方法进行导线的计算机辅助选型，运用动态链接库技术解决数据匹配问题。

导线电气