船舶电站

第七章 船舶电站

第一节 船舶电力系统

一、船舶电力系统的组成及其基本参数 1.船舶电力系统的组成

船舶电力系统是由电源、配电装置、电力网及用电负载组成，如图7-1-1所示。

图7-1-1 船舶电力系统单线图

（1）电源：包括发电机组和蓄电池组。主发电机组是船舶的主电源，主发电机不能供电时由应急发电机组或蓄电池组向船舶重要航行设备和应急照明系统供电。直流船舶电力系统用直流发电机组，交流船舶电力系统用交流发电机组。发电机组的原动机用得最多的是柴油机，其次是汽轮机，应急发电机均采用柴油发电机。近年来又有节能型主机轴带发电机、主机废气透平发电机等作为航行期间的电源。

（2）配电装置：分为总配电盘、分配电盘（动力、照明分配电盘）、应急配电盘、蓄电池充放电盘及岸电箱。

（3）电力网：是全船电缆电线的总称。其作用是联接电源和负载以传送电能。 （4）负载：照明设备，甲板电力拖动机械（如锚机、舵机、起货机等），舱室电力拖动机械（如各类泵、空压机、空调、通风机，冷藏装置等），通信导航设备（如无线电收发报机、电罗经、雷达、无线电测向仪等）以及船内通信、广播和生活用电等设备。 2.系统基本参数

（1）电流种类（即电制）：直流或交流。

（2）额定电压等级：我国交流船舶主电网额定电压为380V；照明电压220V；直流船舶额定电压有220V或110V。电源额定电压约比电网电压高5%，如发电机为400V，照明变压器为230V。国外建造的交流船舶电网电压有440V的。 （3）额定频率等级：我国为50Hz。电网电压为440V的额定频率为60Hz船舶电力系统参数与陆上一致，便于接用岸电和采用陆用派生电器设备系列。

二、船舶电网的组成、制式及分类 1.船舶电网的组成

由船舶电缆、导线和配电装置并以—定的联接方式组成的整体，称为船舶电网。发电机产生的电能通过船舶电网分配给各处的用电设备，通常把主配电盘与分配电盘之叫的网络称为一次配电网络，而分配电盘到各用电设备之间的网络称为：二次配电网络。 2.电网的制式

船舶交流电网有三种线制，即三相绝缘的三相三线制系统、中性点接地的三相四线制系统和以船体为中线回路的中性点接地的三相三线系统，如图7-1-2所示。 大多数船舶采用中性点不接地的三相三线制系统。这种系统供电安全可靠，因为动力与照明系统经变压器隔离，两者之间没有直接电的联接，相互影响小。特别是易出绝缘故障的照明系统对动力系统的影响大为减小。同时，发生单相接地时不会产生短路电流而跳闸，也不影响三个线电压的对称关系，能最大限度地保持连续供电。 3.船舶电网的分类

（1）动力电网：供电给电动机负载和大的电热负载的供电网络。负载可由主配电盘、分配电盘或分电箱供电。

图7-1-2 船舶交流电网线制

（2）正常照明电网：由主变压器供电的照明网络；可通过主配电盘的照明负载屏供电给照明分配电盘、分电箱到照明灯具。

（3）应急电网：主电网失电时的应急供电网络。它向特别重要的辅机、应急照明、各种信号灯以及通信和导航设备供电。在正常情况下，应急电网可通过联络开关由主配电盘供电。

（4）小应急电网：由24V蓄电池组供电的网络。向小应急照明、主机操纵台、主配电盘前后、锅炉仪表及助航仪设备等供电。

（5）弱电网：向全船无线电设备、各种助航设备、船内通信设备以及信号报警系统供电的网络。

第二节 主配电板的组成与功能

主配电盘一般是由发电机控制屏、并车屏和负载屏及联接母线组成。

1.发电机控制屏：用来控制、调节、监视和保护发电机组。每台发电机都有自己的控制屏。控制屏面板上部装有发电机的电流表、电压表、频率表、三相功率表及功率因数表（或千乏表），用于监视发电机的运行参数和负荷状态。电压表和电流表下面各设有三相测量转换开关，用于检查三相电流和电压的对称性。面板中部有发电机主开关的合闸和脱扣按钮及手动合闸手柄（有的装在面板里面）、原动机的调速操作开关（用于调节发电机的频率）。发电机的主开关是框架式万能空气断路器，装在屏的里面，既是开关又是发电机的保护装置。屏里面设有仪用电流互感器、电压互感器及逆功率继电器等。没有专用并车屏的，将并车整步用的整步表、整步灯及其转换开关等装在各发电机控制屏中位于中间的控制屏上。

2.并车屏：对于发电机机组较多主配电盘较大的，为并车操作方便设专用并车屏。将整步表整步指示灯及其转换开关都装在并车屏的面板上，还装有用于检测电网和待并机频率的频率表及其转换开关。同时在并车屏上也装有各发电机的调速开关、合闸和脱扣按钮等，可在控制屏和并车屏两处分别操作。有粗同步并车的船舶，将同步电抗器及其控制和操作器件也置于并车屏中。

3.负载屏：负载屏用来分配电能，并对各馈电线路进行控制、监视和保护。将电能馈送至重要的或大容量负载、分配电盘和分电箱。每一馈电线路在负载屏上都设有一个自动开关进行控制和保护，这些自动开关大多为装置式（或称塑壳式）自动空气断路器。负载屏上常设有电流表，并通过转换开关可测各馈电线路的负载电流。

照明负载集中于独立的屏上，称为照明负载屏，上装有照明变压器开关和电流表、电压表及其转换开关等。

负载屏上通常设有用于连续监测电网绝缘的绝缘电阻表和绝缘指示灯等。 负载屏上还装有主配电盘与应急配电盘之间的联络开关、与岸电箱相连的岸电开关及相序指示灯。

由主配电盘直接供电的设备：有舵机、锚机、消防泵、航行灯、无线电电源板、电罗经、电航仪器电源箱、苏伊士运河灯等重要负载，还有空压机、锅炉鼓风机等大容量负载。

特别重要的设备，如舵机、航行灯等采用两条互相独立的馈电线进行双路供电。从主配电盘左右舷引出或从主配电盘及应急配电盘分别引出。

3.汇流排（或联接母线）：是主配电盘所有屏公用的联接导体。安装在主配电盘里面、并横贯主配电盘的三条扁铜排。它们分别为交流的A（绿色）、B（黄色）、C（褐色）三相。有的汇流排由隔离开关分为两段或几段，断开隔离开关可进行部分设备的停电检修而不中断重要设备的供电。

第三节 应急电源系统

一、应急电源系统的组成及功用

我国《钢质海船建造及人级规范）规定，客船及1000总吨以上的货船在一般情况下均府设有应急电源。应急电源必须独立于主电源。如果应急电源是发电机组，则必须有蓄电池作临时应急电源。 1.应急电源系统的组成

应急电源系统包括应急发电机组、应急配电盘和应急蓄电池组及其充放电板。组成应急电源系统的所有设备，还应包括作定期功能试验的一些设备。通常称应急发电机为大应急电源，称临时应急蓄电池组为小应急电源。 2.应急电源的职能

当船舶主电源失去供电能力时，应急电源应向应急用电设备供电，应急电源必须独立于主电源。应急电源可供使用的功率应能充分供应在应急情况下为安全所需的所有重要设备（如必要的照明、救生、通讯、消防等安全设施）的用电。 3.对应急电源的连续供电时间和供电范围的要求

（1）小应急蓄电池组容量应能保证指定的供电负载正常工作30min。 （2）应急电源容量应能保证对应急用电设备连续供电的时间有如下规定： 航区 客船 货船

≥5000总吨 1000~5000总吨

无限航区 36h 6h 3h 国内沿海航行 3~12h 2h 2h

（3）根据《钢质海船建造及人级规范》规定，应急电源的供电范围： ①航行灯及各种信号灯

②应急照明：救生艇等救生设备存放处、登艇点及其舷外，梯道、出入口及脱险通道：超过16人的居住舱室和公共舱室，机器处所，集控室，主、应急电站，操舵间，驾驶室及海图室，无线电室，应急消防设备存储处。

③通信联络：探照灯、号笛，无线电设备，通用报警器、二氧化碳施放告警器。 ④消防灭火：探火及火灾报警系统，尹动失火报警按钮，应急消防泵，消防自动喷水系统。

⑤其他：固定式潜水泵，舵机，应急空压机。°

（4）小应急电源主要是向上述需要应急照明处所的小应急电网的照明供电。 二、应急发电机和应急配电盘

应急发电机组和应急配电盘构成船舶应急电站，应急发电机和应急配电盘安装在艇甲板的同一舱室内。

1.应急发电机组：由于柴油机有较好的独立性和机动性，应急时能迅速投入运行，因此应急发电机组均采用柴油发电机组。交流应急发电机一般为相复励自励恒压同步发电机。心急发电饥绀采用电动起动，均配有自动起动装置，既可手动起动也可自动起动，平时置于自动起动状态。当主电网失电时，经延时确认即可自动起动、自动合闸向应急电网供电。通常冷车起动时，可能一次起动一定成功，所以自动起动装置一般都是在30s内控制起动三次，三次起动失败停车并发出报警，当主电网恢复供电，应急发电机主开关自动跳闸，起动控制装冒门动关油门停机：应急发电机的原动机设有冷却水温和滑油压力报警。应急发电机组及其白动起动装置应定期进行试验，以使其经常保持良好的备用状态。

2.应急配电盘：是由发电机控制屏和负载屏组成。屏上各开关设备的控制和保护功能以及各仪表监测功能与主发电机的控制屏基本相同。因它是独立运行的，故不设并车设备和逆功率保护、负载屏仅向全船应急负载供电。负载屏也分动力屏和照明屏，应急照明负载通过照明变压器供电。

3.充放电板：足蓄电池组充电、放电及其控制、监视和保护的装置。

充电电源，在交流船上多为桥式二极管或晶闸管整流器装置，并有交流电源开关及熔断器和向24V蓄电池组充电的总开关，以及监视充放电的直流电压表和电流表。非整流充电电源必须设有逆电流继电器保护，防止蓄电池向充电的直流发电机放电。

放电回路，有小应急照明放电回路、操纵仪器和无线电通信设备放电回路。小应急照明每一分路设有短路保护熔断器，但不设分路开关，所有回路均由一接触器进行总的控制，当主、应急电网均失电时，该接触器接通小应急电网。其他设备则分别用控制开关送电。 4.应急电源与主电源的联锁关系

应急配电盘由独立馈线经联络开关与主配电盘联接，可看作是主电网的一个组成部分。

应急电网平时可由主配电盘供电，只有当主电源失电时，联络开关，才自动断开，由应急发电机组独立供电。

（1）应急电源与主电源之间的电气联锁：为防止发生应急电源和主电源非同步并联投入供电，故要求在心急发电机和主发电机之间应有联锁控制环节，即当主发电机正常供电时，自动断开应急发电机的自动起动电路，使应急发电机不能自动起动运行。一旦主电网失电，应急发电机纽的自动起动装置经延时确认是持续断电，则在30s内应急发电机自动起动，并自动合闸投入供电。并禁止通过联络开关向主配电盘供电，因此只有联络开关处于断开状态应急发电机的自动开关才能合上闸。当主发电机恢复供电时，应急发电机自动跳闸，然后自动（或手动）停机。图7-3-1为其联锁电路，KA为联锁继电器。当主发电机供电时，其主开关QF的常开辅触头闭合，KA线圈有电，KA常闭触头断开，使应急发电机的自动起动装置不能工作，并断开应急发电机主开关的失压线圈电路，使其不能合闸。只有主电网完全失电后应急发电机才能自动起动及合闸。

（2）小应急电源与主发电机、应急发电机之间的联锁关系：当主电源失电，小应急立即㈠动投入向小应急照明供电，直至应急发电机组投入供电或主发电机恢复供电时小应急自动退出： 三、船用蓄电池 1.蓄电池类型

蓄电池（或二次电池）是一种可以充电并反复使用的电源。蓄电池是船上最可靠的电源，主要用作应急电源、应急柴油发电机组和救生艇柴油机的起动电源、无线电台应急电源，也是船内通信设备，如电话、广播、信号报警等系统的正常电源。

图7-3-1 主、应急发电机和岸电间的联锁环节

船用蓄电池有两种类型：酸性蓄电池（或铅酸蓄电池）和碱性蓄电池。 酸性蓄电池按用途可分为起动用、牵引车辆用、固定型及其他用途的等四种系列。酸性蓄电池历史悠久、用途广泛、价格低廉。船用蓄电池多为酸性蓄电池。碱性蓄电池有镉-镍、铁-镍、锌-银、镉-银等品种。碱性蓄电池工作电压平稳、可大电流放电、机械强度高和使用寿命长，但价格较高。 2.蓄电池的工作原理

蓄电池是利用电池极板上的活性物质的电-化学反应实现电能与化学能之间的相互转换。蓄电池放电时消耗活性物质，将化学能转换为电能；充电时活性物质得以恢复，将电能转换为 化学能，是储能装置。

（1）酸性蓄电池：负极为海绵状铅（Pb），电解液为密度1.20~1.29的稀硫酸溶液（H2SO4），正极的活性物质为二氧化铅（PbP2）。放电时两极活性物质逐渐变成硫酸铅，而电解液的硫酸减少、水增多，因此电解液比重下降；充电时则相反。电极反应可用下式表示

Pb+2H2SC4+PbO2=PbSO4+2H2O+PbSO4

酸性蓄电池组的单体蓄电池的额定电压为2V，蓄电池组额定电压有6V和12V两种类型，额定容量从40~150A.h。充放电循环周期数100~400。各种型号的酸性蓄电池使用方法（充放电制度、电解液比重等）不c尽相同。如起动用的6V蓄电池组的放电终止电压为5~25V，12V的放电终止电压为10.5V，其单体蓄电池的放电终止电压为1.75V。

（2）碱性蓄电池：镉-镍、铁-镍碱性蓄电池，负极活性物质分别为海绵状镉、铁，正极活性物质都采用羟基氧化镍（NiOOH），电解液是比重为1.18°~1.28的氢氧化钾（KOH）溶液。电极反应可用下式表示

Cd+2NiOOH+2H2O=Cd（OH）2+2Ni（OH）2

碱性蓄电池的单体额定电压为1.25V，放电终止电压8h放电率为1.1V、5h放电率为1.0V、1h时放电率为0.5V。

3.蓄电池容量Q：蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力。等于放电电流/（安培）与放电时间t（h）的乘积，以安培?小时（A?h）表示，即Q=I×t（A?h）。酸性蓄电池以10h放电率作为容量标准；碱性蓄电池以8h放电率作为容量的标准。 4.蓄电池在船上的使用：可采用两种方式，即充放电方式和浮充电方式。一般船舶都采用充放电方式，蓄电池大部分时间处于放电状态或备刚状态，因此需要定期充电以补充能量。

（1）充放电方式有三种充电方法，即

①恒流充电：整个充电过程的充电电流始终保持不变； ②恒压充电：整个充电过程的充电电压始终保持不变；

③分段恒流充电：充电初期充电电流较大，当极板上有气袍冒出，单体屯池电压约升至2.4V时，改用小电流充电。

酸性蓄电池在船上多采用分段恒流充电方法。碱性蓄电池多采用恒流充电，宜以8h率的放电制和7h率的充电制为最佳。也可大电流快速充电，而不影响电池的充放电寿命。

若发生过放电（放电到极限电压以下）或极板硫化，应进行过充电，即在正常充电后再用小电流继续充电1h。

（2）浮充电方式是充电电源、蓄电池、负载三者保持接通，电源一方面为负载供电，一方面为蓄电池充电，以补充放电和自放电所消耗的电能。 5.蓄电池的日常维护

（1）保持表面清洁，防止电解液外溢，接线夹和接线柱馀以凡土林以防锈蚀。 （2）定期（1.5~20天）检查液面高度，应保持在高出极板上缘10mm~20mm。否则应根据规定的比重补充蒸馏水或电解液。碱性蓄电池使用一年左右应重新更换电解液。

（3）蓄电池室严禁烟火，保持通风良好。

第四节 发电机主开关的结构与功能

船用发电机的主开关为框架式万能自动空气断路器，它既是一种非频繁通断的开关又是实现多种保护的电器。 一、结构组成

主开关通常是框架式结构，其主要组成部分有：触头系统（包括主触头和辅助触头）、灭弧系统（铁质灭弧栅片和绝缘材料的灭弧罩）、自由脱扣机构、保护系统（过流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器）及操作传动装置。

1.触头系统：为了能切断大短路电流，每相的主触头通常是由并联的主触头、副触头和弧触头组成。合闸时弧触头、副触头和主触头依次先后接通，跳闸时三者断开的次序与合闸接通次序相反，以减轻主触头合、分闸时的电流负担，免遭电弧烧伤。多组辅触头实现必要的自锁、联锁等，如接通失压线圈、合闸分闸指示灯、不同开关之间的联锁关系等。

2.灭弧系统：灭弧栅片将拉长的电弧分割为多段，短弧，使其迅速熄灭，保护触头。

3.自由脱扣机构：其作用是使触头保持闭合或迅速断开。它是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。图7-4-1为不同开关状态时四连杆机构的工作状态示意图。手动合闸时将合闸操作手柄先拉下，使四连杆机构呈图（c）所示形状，然后向上推手柄合闸，如图（a）所示。当任何脱扣器动作时，其衔铁或顶杆释放，顶撞四连杆机构，使触头分开，即跳闸，如图（b）所示。各部分之间的作用关系如图7-4-2所示。

图7-4-1 自由脱扣机构示意图 二、工作原理 1.各脱扣器功能原理

空气断路器的过流脱扣器、失压脱扣器和分励脱扣器实现保护性跳闸的作用原理如图7-4-3所示。

图7-4-2 万能空气断路器各部分之间的作用关系

（1）过流脱扣器：当通过过流脱扣器线圈的电流过大时，其衔铁被吸合而撞击

自由脱扣机构（图中的锁钩）使开关跳闸。所以利用过流脱扣器可实现对发电机外部短路保护，若配以延时机构可实现发电机过载的保护。

（2）失压脱扣器：当失压脱扣器的线圈电压过低或断电时，其衔铁释放撞击自由脱扣机构使丹关跳闸。因此利用失压脱扣器对发电机的电压进行监视，实现欠压和失压保护。另一方面，当需要断开发电机的主开关时只须按动控制屏上的“分闸（或称脱扣）”按钮（常闭按钮）即叮跳闸。失压脱扣器是失压或欠压时动作的电器。

空气断路器本身没有逆功率保护，但把逆功率继电器的常闭触头与失压脱扣器的线圈电路串联，当发生逆功时其触头断开，使开关跳闸，达到逆功保护的目的。

图7-4-3 各脱扣器工作原理

由失压脱扣器的的动作原理可知，合闸时如果失压线圈没有电或电压过低将合不上闸，所以自动开关之间的联锁或互锁关系也往往是将其常闭辅触头串联在对方失压线圈的电路中，只要该开关合闸对方就不能合闸。

（3）分励脱扣器：是通电动作的脱扣器，其线圈电路用常开按钮或常开触头控制，可实现远距离操作跳闸或联锁合闸的控制。 2.合闸操作方式和原理

自动开关有三种合闸操作方式，即手动合闸、电磁铁合闸和电动合闸。除非容量小的（200A以下）的断路器只有手动操作，一般船舶发电机的每一主开关除能手动操作外都有一种电磁铁合闸或电动机合闸操作。电磁铁或电动机合闸足靠电磁铁可动铁心的运动或电动机的转动使合闸弹簧储能，所以只须按动合闸按钮即可山储能弹簧完成快速合闸。当电磁或电动合闸失灵时则采用手动合闸。 （1）手动操作

不同型号的开关手动合闸的方式不同，但都是靠人力操作使合闸弹簧储能完成迅速合闸。例如DW-94型电动机合闸的自动开关，手动操作时，先将合闸手柄摇38圈左右，使弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续摇2~4圈，弹簧释放，开关快速合闸。DW-95和DW-98型是电磁铁合闸的，手动操作时，先将合闸手柄逆时针转110°或90°，然后再顺时针回转使合闸弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续转动，弹簧释放，快速合闸。AH型手动操作时，先将手柄扳向下方，

弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，然后再扳向上方，弹簧释放快速合闸。

图7-4-4 DW-94型自动开关电动合闸控制电路

手动机械脱扣机构：如果因故障按“分闸”按钮自动开关不能跳闸时，自动开关一般都设有手动机械脱扣机构。按下机械“分闸”按钮，使自由脱扣机构跳闸。 应急锁扣：在特殊情况下，有时要求强制主开关不跳闸，为此专门设置了锁扣旋钮装置。平常锁扣指针指向“解扣”位置，应急时将锁扣指针转向“锁扣”位置，使它不能自动保护跳闸。 （2）电动和电磁合闸控制电路

图7-4-4为DW-94型自动开关的电动合闸控制电路。当发电机建立电压后，合闸电动机M通电转动，使合闸弹簧储能，直到凸轮将储能开关的常闭触头断开，M停止。自由脱扣机构处于“再扣”位置。当手动按合闸按钮SB1，电动机M再次接通转动使储能弹簧释放，开关快速合闸。红、黄、绿灯分别为“分闸”、“储能”、“合闸”状态指示灯。

图7-4-5为AH型自动开关的电磁铁合闸控制电路。发电机建立电压后，按下电磁控制开关，继电器KA1通电动作，其常开触头KAl接通继电器KA2线圈电路；KA2动作，KA2常开触头接通合闸电磁铁线圈KM，快速将直动铁心吸上；利用铁心的质量和运动速度产生的冲击力，通过电磁合闸柱销直推动四连杆机构快速合闸。合闸后，自动开关的常开辅触头DW闭合接通继电器KA3，KA3的常闭触头使继电器KA1、KA2和KM依次相继断电，电磁铁复原，准备下次合闸。

图7-4-5 AH型电磁铁合闸控制电路 三、装置式（或塑壳式）空气断路器

常用作负载的自动开关，其结构和保护动作原理与框架式的基本相似。只是200A以下的一般没有失压脱扣器和分励脱扣器，其电磁过流脱扣器用于短路保护，用双金属片式热脱扣器实现过载保护，有的则仅有电磁脱扣器。自动保护跳闸后合闸手钮仍在合闸位置，重新合闸时须将合闸手钮扳下（分闸位置），然后再扳上合闸。

第五节 发电机的并车与解列

在船上通常有三种情况需要并车操作。一是满足电网负荷的需求，当单机负荷达到80％额定容量时，且负荷仍有可能增加，这时就要考虑并联另一台发电机；二是当进出港靠离码头、或进出狭水道等的机动航行状态时，为了船舶航行的安全，需要两台发电机并联运行；三是当需要用备用机组替换下运行供电的机组时，为了保证不中断供电，需要通过并车进行替换。

将一台发电机投入电网并联运行，不能随便将待并发电机的开关与电网接通，不然会导致并车失败，严重时会导致全船断电，机组也将受到电磁的和机械的有害冲击。所以要求并车时应使合闸冲击电流最小，合闸后应能很快进入同步运行。为此并车必须满足一定的条件。 一、三相同步发电机的并车和解列 1.并车条件、操作程序和注意事项 （1）并车条件

理想并车条件是待并机的电压（u2）与运行机（或电网）的电压（u1）：①有效值相等（U2=U，）；②频率相等（f2=f1）；③相位相同（或初相角相等）；④相序一致。

然而实际并车时前三个条件不可能达到完全一致，允许有一定的误差。而且也需要有一定的频率差才能并车。因此手动准同步并车条件是：

有效值电压差△U≤10％，相位差<±15°，频率差△f≤±0.5H2（频差周期）T=1/△f≥2s）。

（2）并车条件简要说明

图7-5-1 并联运行单相电路

图7-5-1为并车单相等效电路，u1为运行发电机的端电压（也即电网电压），u2是待并机的空载电压，在合闸前如果符合并联运行条件，则在任何瞬时待并机开关两端的电压△u=u2-u1=0。这种情况如果用旋转相量表示，则如图7-5-2（a）所示，有效值电压大小相等，频率相同、相位一致，两旋转相量保持相对静止；如果仅电压有效值不等而其余条件符合，则如图（b）所示；（c）和（d）表示

仅两机频率不同时两旋转相量的相对运动关系，即设运行机电压相量U1相对静止不动，待并机电压相量U2以频率差相对于U1旋转。图（c）是f2>f1，图（d）是f2>f1。由图可见，除符合并联条件的（a）情况外，其他情况的两电压之差△U=U2-U1，都不等于零，而且（c）和（d）的电压差和相位差是随着时间由零到最大、再由虽大到每周期性地变化。当U2变化到与U1180°反相时，电压差最大，等于电压有效值的2倍，即 = =2U。由于在合闸前存在这种电压差，在合闸时必然引起冲击电流，电压差越大，冲击电流越大。冲击电流大就会使开关跳闸，甚至对机组造成损害。

图7-5-2 电压相量差

此外，因为U2是以频差相对于△f（=f1-f2）相对U1旋转，其旋转方向反映了频差的正负；旋转一周的时间T（=1/△f）反央了频差的大小，故称T为频差周期。

（3）并车程序

①起动待并机组。先检查起动条件：冷却水、滑油、燃油、起动气源或电源，然后起动。

②起动后检查发电；机的三相电压。是否建立起额定电压，是否缺相。 ③进行频率预调。通过调速开关调整待并机组转速，使待并机与电网的频率接近。 ④进行整步、合闸操作。将同步表选择开关转向待并机，先调整频差，使同步表指针3s~5s转一圈；待指针转到接近红色“同相点”时按下合闸按钮。

⑤转移负载。即同时向相反方向调整两机组的调速开关，使新投入机“加速”、原运行机“减速”，直到两机功率表读数相等（同容量）。 ⑥最后断开同步表，并车完毕。

（4）并车整步时频差、相位差的检测方法由于发电机都有自动恒压装置，只须初始检查电压是否正常而不需要手动调节。一般情况下相序接线也是正确的。所以整步操作实际就是调整频差和相位差两个条件。

检测方法：有整步表法和整步灯法，整步灯法又分灯光明暗法（简称暗灯法）和灯光旋转法（简称亮灯法），所以实际是有三种方法。多数船是同时采用整步表法与明暗法。

①整步表法：如图7-5-3所示，整步表指针相对于红色“同相点”的旋转反映的是待并机电压旋转相量相对于静止的电网电压相量的旋转，因此指针旋转一圈的时间就是频差周期T；指针向“快°：的方向旋转即为正频差，f2>f1几，向“慢”的方向转即为负频差，f2

图7-5-3 同步表

②灯光明暗法：图7-5-4为灯光明暗法的接线原理。三盏灯分别跨接在电网和待并机的A、月、C三相的同名相两端。每个灯两端的电压差△U=U2-U1，由于电压差△U由零到最大（△U=2U）周期性的变化，故三灯同时由暗到最亮的周期性的变化。明暗一个周期的时间即为频差周期T：最暗时△U=0，也即同相位；最亮时△U=2U，为180°反相。因此当灯光每3s~5s明暗一次（频差条件）、当接近灯光暗区的中心时（同相位条件），按下合闸按钮。

图7-5-4 灯光明暗法接线 图7-5-5 灯光旋转法接线

③灯光旋转法：图7-5-5为灯光旋转法的接线原理图。只有一盏“标志灯”跨接在同名相（如A相）两端，该灯明睹所反映的情况与明暗法完全相同。另外两盏灯分别交叉跨接在异名相两端。由子这种连接使三个灯两端的电压差不同相位的周期性的变化，故三盏灯依次轮流明暗，形成灯光旋转。当f2>f1时，依L1→L2→L3的次序顺时针旋转；f2

如果出现灯光明暗法变成旋转法、或灯光旋转法变成明暗法，造成这种现象有两种可能，一是待并机与电网的相序联接错误；另一可能相序是正确的而整步灯接线错误。如果整步表接线是正确的，相序错误会使整步表指针旋转很快、且不受调速控制；如果仅足整.步灯接线错误则整步表应是正常工作的。 （5）并车操作注意事项

①允许频差不能偏大也不可太小。频差偏大，比如调节频差周期为2s，虽然是

允许频差，但由于整步表指针旋转比较快，不易捕捉“同相点”，易造成较大冲击而并车失败。如果频差太小，指针转一周时间较长（例如10s），拖延并车时间。所以频差周期调节到3s~5s，既迅速又容易成功。还要注意，当开始接通整步表时可能会出现：表针只在某一位置振动而不旋转，这表明频率差太大，应试调节待并机频率（加速或减速），以使频差减小、指针能够旋转；或者出现指针呆滞、缓慢迂回、没有确定的转向，这是两频率接近相等，频差几乎为零，此时很难捕捉同相点，为缩短并车时间，应调节待并机加速，达到3s~5s转一圈。 ②尽量避免逆功率。虽然不沦整步表指针是向“慢”（f2f1）的方向转，只要达到允许频差都可以合闸。但“慢”的方向易造成逆功率跳闸，所以最好是调°节到向“快”（f2

③按合闸按钮应有适当的提前相角。即相对于红色“同相点”提前一个角度（类似厂时钟的11点距12点的角度）按下合闸按钮。这是考虑到自动开关有一定的动作时间，有提前量就可使主触头闭合时恰好是同相位，以尽量减小合闸冲击电流。

④绝对禁止180°反相合闸。即不能在指针转到“同相点”反方向180°处合闸，这时冲击电流最大。不仅造成合闸久败，而且还会引起供电的机组跳闸，造成全船断电。

⑤不能大于允许频差下合闸。如果频差太大（频差周期小于2s）并车，合闸后转速快的机组剩余动能很大，两机所产生的整步力矩可能不足以将其拉人同步，结果将由于失步产生很大冲击而导致跳闸断电。因为在允许频差下合闸，合闸后是靠整步力矩将两机组拉入同步。对于频率稍快的发电机产生制动性力矩使其减速，频率稍慢的发电机产生驱动性力矩使其加速，因此合闸后很快进人同步运行。这与单独调节一台并联发电机有功功率的情况类似，当加大一台机的油门时机组转速瞬时加快，输出电功率增加，电磁反转矩（制动转矩）增大，阻止其加快。另一台转速稍慢的功率自动减少，电磁反转矩减小（相当于增加了一驱动转矩）而转速加快。所以整步操作时，频差周期不应小于2s。

⑥合闸时应避开突然扰动。当即将按下合闸按钮时，如果遇到电网电压幅度或频率突然发生波动应暂缓合闸，待稳定后再操作，不然可能会并车失败。

⑦并车完毕及时断开同步表。因为同步表只允许短时（15min）通电使用。总之，不论是由于操作不当或外部扰动，只要是在较大的频差或相位差下合闸都有可能造成并车失败。 （6）手动粗同步并车

手动准同步并车对操作技术要求较高，在船舶交流化发展的初期阶段，长期工作于直流船舶的工作人员对交流电不很熟悉，经常发生由于并车操作不当而使并车失败或造成全船断电，因而出现了粗同步并车方法。由于这种并车方法对接通的相位条件要求不高，故称为粗同步并车。粗同步并车也称电抗器并车，其原理是当调节待并机达到允许频差条件后，可在小于180°的任一相位下先在电网和待并机之间接通一限流空心电抗器X（即粗同步电抗器）、电抗器的作用是将电网与待并机之间的非同步电压差所产生的电流限制在1.5倍额定电流以内，所以即使在任一相位下通过电抗器接通也不会造成大的损害。同时也是利用这个电流产生整步力矩，将并联机组拉入同步。拉入同步后再将发电机的主开关合闸，然后断开同步电抗器（电抗器只允许短时使用）。

粗同步并车的操作要掌握如下四点：（1）整步操作的频差条件和准同步并车要求一样，要达到允许频差范围；（2）在允许频差条件下，当整步表的指针转到小于180°的任何位置时，先按下粗同步电抗器接通按钮（如图7-5-6中的SB1域SB2；（3）观察整步表指针，当指针停在红色标志点处不动时（表明在整步力矩的作用下已拉人同步），方可按下待并机主开关的合闸按钮；（4）最后断开同步表，并车完毕。

图7-5-6 粗步并车控制电路

按下主开关后，电抗器由粗同步控制线路自动延时切断。延时的目的是为了主开关可靠的闭合后再切断电抗器。控制线路可自行分析。 2.并联运行同步发电机解列

当电网总负荷小于一台机的70％额定容量时，或机动航行状态结束时，或替换机组时，都需要将并联机组之一退出并联运行。发电机退出并列运行.的过程叫解列。

（1）解列操作程序

首先将全部负荷转移给留用运行机。即同时向相反方向操作两机组的调速开关，解列机“减速”、留用机“加速”，以保持电网频率不变。待解列机功率接近于零之前按下脱扣按钮，然后停机。 （2）注意事项

①不能直接带载解列拉闸。否则它将造成负载冲击。留用机受到突加负载的冲击，并使电网频率降低：解列机会因突卸负载而转速突然升高。而且带载拉闸对自动开关也不利。

②避免逆功率。不要等解列机的功率表指针指0时才按脱扣按钮，因机组惯性易发生逆功率，可在额定功率的5％左右脱扣。

③防止过载。在解列转移负载过程中，有可能留用机出现过载，要根据具体情况，或暂停解列，恢复并列；或先卸掉次要负载再解列。 二、直流发电机并车条件、操作程序和注意事项。

1.直流发电机的并车条件：同样要求待并机电压与电网电压之差厶U：0，以使合闸电流为零或最小。所以直流发电机的并车条件仅有两点：电压相等，极性相同。

2.操作程序：（1）起动待并发电机组，用发电机控制屏或并车屏上的电压表检查发电机和电网电压和电压的极性；（2）调节待并机电压，即通过励磁调节旋钮或手轮调节发电机的励磁电流，使其电压稍高于电网的电压；（3）然后按下合闸按钮或用操作手柄合闸；（4）同时向相反方向操作两台并联发电机组的励磁电流进行负载转移，即增大新投入机组的励磁电流的同时，减少原运行机组的励磁电流，直到两机组的电流表的读数相等（同容量），并车完毕。 3.注意事项

机组起动后必须检查发电机电压的大小和极性，因为如果复励发电机发生过大的逆电流后常使发电机磁极失磁甚至反磁。如果发电机未起压或反极性，应按下控制屏上的充磁按钮，使其建立正常电压。

使待并机电压稍高于电网电压是为了避免合闸发生逆流（即逆功率）。 转移负载时同时向相反方向调节励磁是为了保持电网电压不变。单独增加或减少一台机组的励磁电流也能转移负载，但电网电压将升高或降低。如果电网电压低于或高于额定电压，则需要同时增加或同时减少两机组的励磁电流。

4.并联直流发电机的解列程序和操作：将待解列机组的负载全部转移给留用机组，操作方法与并车时一样，减少待解列机的励磁电流，同时增加留用机的励磁电流。当待解列机的负载电流接近于零之前（注意避免发生逆流）按下脱扣按钮或拉闸。最后停机。

第六节 并联运行发电机组的有功功率分配与调节

一、调速器的调速特性

柴油机发电机组的转速n（或发电机的频率f）与其输出功率户的关系，称为调速器的调速特性（或发电机的频率-功率特性）。随输出功率P的增加，转速n下降，调速器使油门开大，以保持功率的平衡和稳定的运行。这种转速n（或频率f）随功率户增加而下降的调速特性，称为有差特性。调速器特性曲线的下降率或斜率称为调差率K，机械调速器调差率的大小决定于调速器弹簧的刚度。这种在不改变调违器弹簧预紧力的条件下，转速（频率）随功率变化的调节，称为一次调节。在任何功率下，通过改变弹簧预紧力来加大或减小油门开度，可使转速上升或下降，也即使调速特性曲线平行上移或下移，如图7-6-1所示。通过改变调速器弹簧预紧力的调节，称为二次调节。手动或自动调节电网的频率属于二次调节。

图7-6-1 调速特性曲线 图7-6-2 调节电网频率

手动调节频率的方法：操作发电机控制屏上的调速开关，就是通过控制调速器伺服电动机的正反转，再通过传动机构压紧或放松调速器弹簧的预紧力，从而加大或减小油门开度，使调速特性曲线平行上移或下移。

例如当负载由P0增加到P1（图7-6-2）时，频率由f0（A点）下降为f1（B点）。为保持额定频率，这时可操作调速开关“加速”来压紧弹簧预紧力，使油门开大，频率回升，特性曲线平行上移（曲线2），直到C.点（忽略负载的频率效应）。如果是两台机组并联，则应同时“加速”，使频率回升，两机调速特性曲线一起平行上移。

二、并联机组有功功率分配与调节

1.并联运行发电机有功功率的调节

在并车和解列时，负载转移的操作就是调节机组间有功功率分配的方法。例如，并车前1号机承担电网的全部功率P，电网频率为f0，稳定运行工作点在图7-6-3中1号机特性曲线上的A点。按同步条件并车合闸后的2号机（特性曲线2）功率为零，既没有有功功率的输出也没有输入，仅是浮接在电网上，转移负载的操作就是使2号机“加速”，特忭曲线于行上移，功率增加：与此同时，l号“减速”，特性曲线平行下移，功率减少；保持频率不变；直到两机功率相等（同容量，各为P/2），这时两曲线的交点B，即为新的稳定并联运行工作点。

图7-6-3 有功功率转移的影响 图7-6-4 调速特性对有功功率分配 2.并联运行发电机的有功功率分配

并联运行发电机组之间有功功率能否自动地、稳定地按容量比例合理分配，与并联机组的调速器的调速特性（或发电机的频率-功率特性）有关。要保证并联运行的稳定必须是功率分配稳定，要使功率分配稳定，两并联机组的调速特性必须是有差特性。要使并联机组在任意负载下都能稳定地按容量比例自动分配功率，则不仅必须是有差特性而且特性曲线的下降斜率（即调差率K）要一致。 但实际调速器的调速特性的调差率总是存在一定的差别，因此功率分配也就存在一定的偏差，例如，图7-6-4为调差率不同的并联机组，并联转移负载后两机组的功率分配相等（P1=P2），频率为额定f0，（两特性曲线的交点）。但当电网功率增加后，电网频率下降为f1，这时两机组的功率分配不再相等。由频率f1，与两特性曲线的交点可以看出，特性曲线斜率小的比斜率大的增加的功率大（即△P1>△P2）；如果是电网功率减少，频率上升，则是斜率小的比斜率大，的减少的功率更多。如果两曲线的斜率都稍大些，这种分配偏差就小一些。当负载在发电机总额定功率的20％~90％和功率因数为0.6~0.9（滞后）范围内变化时，应能稳定运行。并且负载有功功率按各并联机组额定有功功率比例分配的偏差应不超过各自额定有功功率的±10％。为厂既要保证电网频率基本恒定又要尽量使功率分配偏差小些，所以一般调速器的调差率为3％~5％为宜。

第七节 自励恒压装置与发电机组的无功功率分配

一、自励恒压装置的作用与分类

1.自励恒压装置的作用：自励同步发电机是靠剩磁建立电压，而且电压受电枢反应影响很大，从空载到满载其电压变化率高达20％~40％，不能保证负载的正常工作。因此同步发电机都必须设有恒压装置。自励恒压装置的作用是使发电机起动后能建立起额定空载电压，并且使电压不受负载大小和负载性质变化的影响，能保持电压基本恒定。

2.对调压装置的性能指标（根据我国《钢质海船入级和建造规范》）要求： （1）稳态电压调整率（△U％）：主发电机的应在±2.5％以内；应急发电机应在±3，5％以内。即发电机在额定负载范围内、且在额定功率因数下，调压装置使发电机的最大稳态电压偏差±厶U。，ax不超过额定电压的±2.5％（应急发电机±3.5％）。可用下式表示，即 △U%= ×100%

（2）动态电压调整率及恢复稳定的时间：突加和突卸60％额定电流及功率因数不超过0.4（滞后）的对称负载时，其瞬态电压跌落幅度应不超过额定电压的15％，其瞬态电压上升幅度应不超过额定电压的20％；恢复到与最后稳定电压相差3％以内所需的时间，应不超过1.5s。 3.自动调压装置的分类

按照自动调节原理分主要有三种类型：

（1）按电压偏差调节型：它是一种闭环调节系统。它检测发电机的输出电压并与给定电压相比较得出电压的偏差，系统按照电压偏差的大小和正负相应地调节发电机的励磁电流，以消除电压偏差。只要有偏差系统就进行调整，故稳态电压调整精度比较高。但其动态性能差，因为它是先有偏差后调整。

（2）按负载扰动调节型：因为发电机电压的变化主要是由于负载变化而引起的，所以这类调压装置是根据发电机负载电流的大小和负载性质的变化来调节励磁电流，以维持电压恒定。只要负载有变化它就进行调节，故动态调节性能好。由于它是一种不检测发电机电压和电压偏差的开环调节系统，所以稳态调压精度差。但这种恒压装置结构简单、工作可靠，被广泛采用。

（3）复合调节型：它是以上两种类型的复合调节系统，即按负载扰动和电压偏

差综合调节发电机励磁电流实现恒压。所以它具有稳态调压精度高和动态调节性能好的双重优点。船舶同步发电机的自励恒压装置多为按负载扰动调节或复合调节的相复励恒压系统。仅根据负载电流的大小进行励磁调节的作用为复励补偿调节，根据负载功率因数的变化进行励磁调节的作用称为相位补偿调节。°既根据负载电流又根据负载功率因数的变化进行励磁调节的称为相复励恒压调节系统。相复励恒压系统的调节规律与同步发电机的“调节特性”（参见同步发电机调节特性）基本相符。仅按负载扰动调节的相复励系统称为不可控相复励系统，复合调节的相复励系统称为可控相复励系统。

相复励恒压装置又分为：电流叠加型、电磁叠加型和电势叠加型三种类型，其作用和原理是一致的。 二、相复励自励恒压装置 1.系统组成原理

图7-7-1为不可控电流叠加型相复励恒压装置原理图。该类装置是由具有气隙的三相铁心电抗器X、电流互感器CT、二极管三相桥式整流器和三相起励谐振电容器组成。

由于这些部件是三相对称的，故可用图7-7-2的单线原理图表示。由于电抗X远大于励磁回路的电阻，电抗器电压降几乎等于发电机的电压，故通过电抗器X的电流Iv与发电机电压U近似成正比，而相位比电压落后90°，即Iv≈U/jX=1v∠-90°由此可知，只要电压U保持恒定，则Iv也基本保持恒定，即具有恒流特性。由于电抗器X将发电机的电压U转换成了落后于电压90°的恒定电流Iv，所以电抗器又称为移相电抗器。移相电抗器是实现相复励的关键部件。

图7-7-1 电流叠加相复励恒压装置

电流互感器的副边电流Ii与原边发电机的负载电流I成正比、同相位，Ii称为励磁电流的复励分量。发电机空载时I和Ii均为零，只有电压电流Iv，故称Iv，为励磁电流的空载分量。根据图中节点电流关系，空载分量、复励分量与励磁电流Iv的相量关系为 If=Iv+Ii

相量合成的交流励磁电流If，经整流后即为发电机的直流励磁电流。该励磁电流

具有复励补偿和相位补偿作用，从而能够补偿电枢反应等对发电机电压的影响。 2.相复励恒压原理

下面用相量图证明其复励和相位补偿作用。设任取空载分量Iv为参考正弦量，则发电机电压U比Iv超前90°，电感性负载电流I及其复励电流分量Ii比电压落后 角（负载功率因数角）。根据这些相位关系可作相量图。

图7-7-2 电流叠加相复励单线原理图

图7-7-3是表明复励补偿作用的相量图，即当负载电流为Ii时，根据上式作相量加法，得合成励磁电流If。当负载功率因数不变，而负载电流由Ii增加到Ii＇时，Ii＇与Iv相量相加所得合成励磁电流If＇>If。这表明虽然负载电流的增加会引起电压的下降，但同时负载电流又使励磁恒压装置增加励磁电流，使电压上升：所以可使发电机电压基本保持不变。

图7-7-3 复励作用相量图 图7-7-4 相位补偿作用相量图

用同样方法可证明相位补偿作用，如图7-7-4所示，即负载电流Ii，的幅度入小不变，而功率因数变低（ ＇> ），由图可见，功率因数低的合成励磁电流If大于功率因数高的励磁电流Ii。功率因数变低，电枢反应的去磁效应会引起电压降低，但同时它又使励磁恒压装置增加励磁电流以抵偿去磁效应，所以可使电压保持不变。

3.发电机的调压特性

如果相复励的补偿作用恰好抵消负载引起的电压下降，在任何负载下都能保持发电机的电压绝对不变，则其调压特性为无差特性。如果相复励的作用不能完全补偿（即欠补偿），负载引起的电压下降，则其调压特性为下降的有差特性。如果补偿作用行余（即过补偿），则调压特性为上升的有差特性。对于单机运行，只要满足稳态调压精度的要求，这三种调压特性都是可以的。

但是对于并联运行的发电机，其调压特性必须是下降的有差特性，而且应该是在低功率因数负载下（即有最大补偿作用时）具有下降的有差特性，以保证无功功率分配的稳定性，也即保证并联运行的稳定性。 4.自励起压

由于整流二极管的非线性特性，开始导通前后的初始电阻较大，剩磁电压Ur往往不能使二极管导通，因此需要有可靠的自励起压的措施。

自励起压可有多种方法，其中最简便最常用的方法是采用谐振电容。通常是当发电机起动后频率达到额定频率的95％左右，使移相电抗器X与电容C发生谐振（即此时X=Xc）。利用高的电容谐振电压使二极管导通。可以证明（可参考下面女的证明），电容的谐振电压与此时直流励磁回路的等效电阻（包括二极管导通前后的电阻）R0成正比（Uc=R0Ur/X），而励磁电流If等于电容谐振电压除以R0，即If=Ur/X，故励磁电流的大小只决定于荆磁电压Ur和线性电抗器的电抗X，而与包括二极管的非线性电阻的励磁电阻R0的大小无关，所以无论R0多大都能顺利地起压。

图7-7-5 电容谐振起励的单相等效电器 三、电磁叠加相复励恒压装置

图7-7-6 电磁叠加相复励恒压系统 图7-7-7 直流均匀线联接

图7-7-6为电磁叠加型相复励系统原理图。增加一个三相相复励变压器Tr，用变压器的三相电流绕组（每相匝数N3）代替电流互感器，直接流过发电机的三相负载电流三相电压绕组（每相匝数N1）流过空载电流分量Iv；复励变压器副边输出绕组（每相匝数N2），每相输出感应合成励磁电流If相复励变压器的每一相就相当于一个三绕组单相变压器，但它与普通变压器不同，其两个原绕组的电流I和Iv均具有恒流特性（即原边电流不受副边电流的影响，具有恒磁势特性），故其磁势相量平衡关系为 N1IV+N3I=N2If

上式虽然是通过变压器的磁势相量相加，但与前面的电流直接相量相加的相比较，两式仅是常数系数的差别，故所产生的复励和相位补偿作用原理是一致的。因此，同样可用相量图法证明其复励和相位补偿作用。

相复励变压器隔离了发电机的高压主电路与励磁电路的直接电的联系，同时可通过调整各绕组的匝数以得到更好的相复励恒压特性，因此被更广泛地采用。 发电机的空载额定电压主要决定于励磁电流的空载分量Iv，因此可通过调整移相

电抗器铁心气隙整定。加大气隙，电抗X减小，Iv增加，空载电压增高。也可调整电抗器线圈匝数或相复励变压器电压绕组N1的匝数。通过调整电流绕组的匝数N3可调节复励强度。

如果相复励励磁系统加上电压检测环节，根据电压偏差再提供附加的励磁调节电流，则成为可控相复励励磁系统。 四、并联发电机无功功率的分配

当负载在发电机总额定功率的20％~90％和功率因数为0.6~0.9（滞后）范围内变化时，应能稳定运行。并且负载无功功率按各机组额定无功功率比例分配的偏差不应超过各自额定无功功率的±10％。 1.均压线的作用和联接

均压线适用于具有相复励恒压装置的并联运行自励同步发电机，其作用是实现并联机组间无功功率的自动、稳定和均匀的分配。有直流均压线和交流均压线两种均压联接方式。

直流均压线用于同容量并联机组，接在整流器之后，将两机组的励磁绕组并联。因而在任何负载情况下两机组的励磁电压和励磁电流总是相等的。均压线接触器与发电机主开关有联锁关系，保证均压线在主开关闭合后才能接入，如图7-7-6所示。

交流均压线用于不同容量的并联机组，接在整流器之前，将两机组的电抗器并联，当两机组的调压特性调整的电压不同时，通过交流均压联接使之相等，从而保证无功分配稳定和均衡。

2.调压特性对无功功率分配的影响

并联发电机具有下降的有差调压特性，才能保证无功功率分配的稳定性。在任何负载下并联机组的有差调压特性曲线的斜率一致，才能实现无功功率分配的均匀性。但是对于这种开环励磁恒压系统，调压特性曲线难于作到一致。而且也存在可能出现过补偿的情况，即调压特性曲线或曲线的一部分具有上翘特性。上翘特性将导致无功分配的不稳定，因为一个机组的无功功率增加，由于过补偿会使发电机产生的电压高于公共电压，这必然引起无功功率再增加以产生去磁效应使其与公共电压相等，然而无功功率的增加又引起相复励作用使励磁电流再增加、无功功率再增加的正反馈作用；同时必然引起另一机组无功功率相反的变化过程，

因而使并联机组失去稳定的平衡。

第八节 电站运行的安全保护

一、船舶电站安全保护的任务，保护环节的作用与要求

船舶电力系统在运行中，可能会发生各种故障和不正常的运行状态。不正常运行状态是指运行参数已偏离额定值，但仍叮短时工作，如过载、欠压、欠频、逆功率以及三相绝缘系统发生单相接地等。而故障则导致系统不能再继续工作，如各种形式的短路和断路等。 1.安全保护的任务

安全保护的任务就是要能及时切除故障电路、及时通报不正常运行状态，以避免事故的扩大，确保船舶、电力系统和机器设备的安全运行。

（1）当电气设备发生故障或足以造成故障的危险情况时，保护装置能迅速地、有选择性地切除故障电气设备，保证非故障部分继续正常运行。

（2）当电力系统或电气设备发生不正常运行状况时，保护装置应立即发出报警信号，使值班人员及时进行处理，以防事态的扩大。若不能及时排除，则应延时切除不正常运行设备。

（3）配合自动装置，自动消除或减少事故或不正常运行情况。 2.对安全保护装置的要求

为了使保护得以迅速、准确而可靠地实施，对保护装置提出如下基本要求：可靠性、选择性、快速性和灵敏性。

（1）可靠性：保护装置本身必须工作可靠。对其保护范围内的的故障不应拒绝动作；对于正常运行或其保护范围外发生的故障不应有误动作。

（2）选择性：电力系统，从发电机到负载，应分级设置保护装置，使保护具有选择性。即当系统发生故障时，使离故障电路最近的保护装置动作，仅切除故障部分，以尽量缩小停电范围，保证非故障电路能继续正常运行。图7-8-l表示选择性保护原理示意图，例如当系统中A点发生短路时，短路电流流经三级保护电器，但是只选择离短路点最近的保护电器FS3（或FU）动作，使短路故障部分与系统断开，它的上位两级自动开关OF2和QF1则不应因短路电流而先于F

S3动作，以缩小故障停电范围。如果FS3因故拒绝动作，则作为后备保护的上位保护开关QF2应动作。

图7-8-1 保护的选择性

选择性保护是通过整定从发电机到负载的各级保护电器的动作电流值（I1>I2>I3）和动作延时（t1>t2>t3）来实现。

（3）快速性：对于故障保护电器要求动作快速，以免事故扩大造成损害。快速性是指需要动作时应快速动作，有瞬时动作有延时动作。对于特大短路要求瞬时快速动作，对于选择性保护电器或非正常运行的保护装置则应在到了延时时限时快速动作。

非正常运行状态延时保护的目的，是为避免短时即逝的非正常状态引起保护电器动作，以保证最大限度地连续供电；而延时的长短则根据电气设备所能承受的非正常状态的能力。

灵敏性：对故障和非正常状态的反应能力。能够准确及时的探测出故障或非正常运行状态。灵敏性是指检测运行参数的灵敏度，灵敏性并不完全意味着保护电器动作的快速性。一个保护电器或保护装置往往由多种部件组成，各司其事，根据不同保护的要求，灵敏、延时和快速性应选择或整定恰当才是一个好的保护装置。 二、同步发电机的保护 1.外部短路保护

根据我国《钢质海船人级与建造规范》规定：对于船舶发电机外部短路保护一般应有短路延时和短路瞬时动作保护。

（1）短路短延时保护：短路电流为3~5倍发电机额定电流，延时0.2s~0.6s过流脱扣器动作跳闸。

（2）短路瞬时保护：短路电流为5~10倍发电机额定电流，过流脱扣器瞬时动作跳闸。 2.过载保护

（1）对无分级自动卸载装置的发电机过载保护：电流达到125％~135％额定电流，延时15s~20s动作，自动开关跳闸。

（2）对有分级自动卸载装置的发电机过载保护：电流达到110％~120%额定值，

延时5s~10s自动卸载装置动作，卸掉部分次要负载；当电流达到150%额定值时，延时10s~20s过载保护装置动作，自动开关跳闸。

船舶同步发电机的过载保护一般是由空气断路器的过流脱扣器及延时机构或分级卸载装置等实现。 3.欠压保护

（1）对于带时限的久压保护：发电机电压降低到70％~80％额定值时，延时1.5s~3s动作跳闸；

（2）对于带时限的久压保护：发电机电压低于50％~60％额定值时，瞬时动作跳闸。欠压保护通过空气断路器的失压脱扣器实现。

欠压保护主要是保护欠压的发电机和运行的电动机。由于励磁恒压系统故障等原因引起发电机电压的卜降，使电动机转矩减小，转差率变大，电流增加，从而引起电动机和发电机过热。欠压保护的任务就是当发电机低压时，使发电机跳闸或合不上闸。欠压保护还可作为外部短路的后备保护，因为持续短路会使电压很低。为避开突加大负载（如大容量电动机或多台电动机同时起动）引起的短暂电压的下降，通常欠压保护也延时动作。 4.逆功率保护

逆功率保护的整定值：逆功率为发电机额定功率的5％~15％左右时，延时1s~10s动作跳闸。

并联运行发电机由于其原动机的燃油系统等故障而使发电机失去动力或失速，这不仅使发电机失去发电的能力而且还从电网吸收电功率，变成了电动机运行；这就是发生了逆功率。逆功率加重了正常运行机组的负担，甚至会因过载而跳闸断电。

为了避开并车时可能发生的比较小的短时逆功率，所以逆功率保护通常也是延时的，而且逆功率越大延时越短。逆功率保护是通过逆功率继电器和自动开关的失压脱扣器实现。逆功率继电器是用于监测发电机的逆功率并进行逆功率保护的电器。感应式逆功率继电器有GG-11型（具有铝质圆筒形转子）和GG-21型（具有铝质圆盘转子）。驱动逆功率继电器转子的转矩与发电机的有功功率成正比，其转动方向决定于发电机功率的方向。正功率时转子止动，逆功率时转子带动它的动触头转动，使其常开触头闭合，接通中间继电器的线圈电路，中间继电器的

常闭触头断开自动开关的失压线圈电路，使自动开关跳闸，逆功率继电器也有相敏整流式的和晶体管式的。 5.船舶电网断电时的应急处理

不论是由于电网的短路或发电机的过载、欠压、逆功率或是发电机组或是保护电器本身故障而引起跳闸断电时，最重要的应是尽快恢复供电，而不是先查找故障原因。其原则是只要跳闸的发电机组频率、电压仍正常，则应尽快将该发电机再次合闸投网。如果跳闸的发电机组不正常或自动开关故障不能投入或重合闸失败，则应尽快起动备用机组并合闸投网。由于现代船舶大都通过自动开关和继电器-接触器系统向负载供电，特别是电动机负载均有失压保护，因此再次合闸就不必考虑先去掉一些次要负载的问题。只有发生永久性短路且选择性保护电器均失灵时，才有可能发生重合闸火败或备用机组也合不上闸的门题：这种情况很少发生。

三、船舶电网单相接地监视和绝缘检测

对于中性点绝缘的三相三线制船舶电网，用绝缘指示灯（俗称地气灯）监视单相接地：用专用配电盘式兆欧表检测电网绝缘电阻。 1.单相接地监视

三相绝缘系统如果发生单相接地，虽然不影响三相电压的对称也不影响用电设备的正常工作，但存在两种危险性隐患：二是增加了人体触电的危险性，当人体触及带电体时，使人体通过接地相直接与线电压构成导电回路；二是存在如果另外一相再发生接地便造成线间短路的危险性。因此对单相接地必须监视，及时发现并予以消除。通常用绝缘指示灯监视，其原理如图7-8-2所示。正常情况下L1、L2、L3三个相同的指示灯同样亮，若某相接地则该相灯熄灭，其余两相灯由于承受线电压而特别亮。

图7-8-2 绝缘指示灯 2.绝缘检测

图7-8-3是配电盘式兆欧表的接线原理图，它是由整流、滤波电路构成的直流电源和测量表头两部分组成。直流电源相当于电池，表头是刻度为MΩ的直流检流计。直流电源的正极接在电网的一相上，负极接检流计的正极，检流计的负极接

地。三相电网的直流绝缘检测系统通过发电机中性点构成三条并联电路。因此三相对地的绝缘电阻RA、RB、RC是并联接地，并与检流计、直流电源构成测量回路。根据欧姆定律，通过检流计的绝缘漏电流的大小与并联的绝缘电阻（RA//RB//RC）成反比，因此通过表的电流越小，电网的绝缘状态越好。 四、接用岸电的注意事项及相序保护

当船舶靠岸或进坞修船时，有时需要接用陆上的电源，即接用岸电。岸电通过岸电箱引入船舶电网。 1.对岸电箱的要求

箱内应设有能切断所有绝缘极（相）的自动开关，并有岸电指示灯。设有与船体联接的接地线柱，以便与岸电的接地或接零装置联接。应设有监视岸电极性（直流）和相序（交流）的措施。

图7-8-3 配电盘式兆欧表原理图 2.接用岸电应注意事项

（1）岸电的基本参数（电制、额定电压、额定频率）与船电系统参数必须一致才能接用。

（2）岸电接人的相序必须与船电的一致，否则三相电动机将反转。必须是对称三相电，即不能缺相。

（3）三相四线制岸电的地线或零线必须用电缆引入岸电箱的船体接线柱上。 （4）确认船舶电网已确实无电后才能将岸电与船舶电网接通。 3.相序的监视与保护

用相序指示器检测和指示岸电的相序，用逆序继电器对岸电的相序和缺相进行保护。

为确保接用的岸电相序正确，通常用相序指示器（或叫相序测定器）来检测岸电的相序。若相序正确，相序指示器的白灯（或绿灯）亮；若错误则红灯亮。当红灯亮时，应改接三相中任意两根线的接线次序。若岸电相序错误或缺相时，逆序（或称负序）继电器动作；使岸电开关合不上闸或断相时岸电跳闸。

为避免船舶电网供电时接人岸电而发生非同步并联事故，所有船舶发电机（包括应急发电机）的主开关与岸电开关之间有联锁保护。只要有船舶发电机供电，岸

电开关自动跳闸或岸电开关合不上闸。

相序指示器由一个电容器和两个指示灯（一红一白）星形联接组成，如图7-8-4所示。两个灯的灯丝电阻及相等，并等于电容的容抗Xc，由于是星形联接无中线的不对称负载三相电路，故两个灯和电容的三个相电压不对称。若电容器接A相，白灯（L1）接B相，红灯（L2）接C相，则白灯电压比红灯的高，为正确相序；反之，红灯电压高于白灯时，为逆相序。

图7-8-4 相序指示器

第八章 船舶照明系统

第一节 照明系统的分类和特点

船舶照明系统中的主要用电设备包括：舱室照明灯、舱面工作强光照明灯、探照灯、航行信号灯和低压行灯等。一般还包括电风扇、小容量电动机（0.5kW以下的电动用具）及电热器（不对于10A）、船内通信系统的一些报警装置（如冷库报警系统）等，都由照明系统供电。

船舶照明系统可分为：正常照明、应急照明、小应急照明系统和航行信号灯系统。 1.正常照明系统

正常照明系统由主电源供电，是船舶正常航行或作业以及船上人员正常生活和工作所使用的全船舱室内外的照明。正常照明为生产和生活提供良好的视觉条件以及舒适的生活环境。船舶各处所的最低照度要求大致在表8-1-1所列的范围，其中照度单位为勒克司，5~10勒克司看书就比较困难。 表8-1-1 表船舶照明处所的最低照度要求 舱室名称 最低照度

餐厅，文娱室，休息室，医疗室 30~50

船长室，无线电室，广播室，旅客室，船员室及出人口，操纵室，电工工作室，木工室，机炉舱及其出人口，应急发电机室，配膳室，厨房 20~30

海图室，驾驶室，电罗经室，自动电话室，雷达室，病房，盥洗室，浴室，厕所，洗涤室，干燥室 15~20

内外走道，舵机舱，变流机室，推进电机室，通风机室，空调机室，锚机控制室，蓄电池室。起货机控制室，油灯间，油漆室，仓库，粮食库，备件物料储藏室，轴隧 10~15

冷藏舱，煤舱，油舱，行李舱，锚链舱，帆缆舱，测深仪、计程仪围井 7~10 从照明分配电板至照明器或插座的线路称为照明配电线路。照明器一般由分配电板（箱）引出的单相支路供电。正常照明系统每一独立分路的负荷电流不超过10A~15A，也为便于维护和缩小故障面，每一支路的灯点数有一定的限制。如额定电压50V以下的不超过10灯点；110V的不超过14点；220V的不超过24点等。大功率照明器或一个灯点电流超过16A的，一般没专用分电箱或专用供电支路。

居住舱室的每一分路的灯点，一般分布在相邻的几个居住舱室中。而每——居住

舱室的照明器一般是由两个分路分别供电，如棚顶灯一路，台灯床头灯等局部照明为另一路。

人行通道、梯道、出人口、机炉舱、轴隧、舵机舱、客船上的大型厨房、公共场所、超过16人的客舱等处的主照明，至少应由两分路供电。

机炉舱内不同相各路灯点交错布置，也有利于消除日光灯的闪烁效应。 每一防火区的照明至少要有两路独立照明馈电线路，其中一路可为应急照明线路。

货舱内固定照明由舱外专用的控制箱控制，每一货舱的照明设独立分路，每一分路都设有电源开关、熔断器和电源接通指示灯。为了安全，开关应设在带锁的控制箱内。

对于有易燃易爆危险或防火要求高的舱室，如运煤船的货舱、燃煤船的煤舱、油灯间、油漆间、蓄电池室、消防设备控制站、行李舱、邮件舱、粮食舱、氨制冷装置室等处所，都应在这些处所外面装设开关对室内照明进行控制，其线路切断开关能被锁在分断位置。

照明线路中的电风扇和插座除个别情况外，应设有独立的馈电线路，不与照明灯电路混在一起。不同电压等级的插头插座有不同的结构尺寸，以防插错电源。工作电压超过50V的插头插座均有保护接地极。超过16A的插座应有联锁开关，即仅当电源开关在分断位置时插头才能拔出或插入。

在机炉舱、舵机舱、冷藏机室、空调机室、通风机室、电工间、修理间、轴隧、计程仪和测深仪围井、甲板机械控制室、起货机平台、起锚机平台、应急发电机室、总配电板应急配电板等大型配电或控制设备后面，应设置与这些场所防护等级相应的可携照明插座。可携照明器在结构上应有防触电措施，灯泡外应有坚固的防机械碰撞的保护栅。 2.应急照明系统

应急照明系统是当主电源失去供电能力时由应急电源通过应急电网供电的照明系统。有应急发电机的船舶，应急照明系统是正常照明的一部分，正常时由主电源通过应急配电板供电。当主电源不能供电时由应急发电机供电。

应急照明的特点：安装的灯点数较少，对照度要求不高。但必须保证主要机器设备附近及通向救生甲板的扶梯、通道和船员旅客的公共场所等处的必要照明。灯

具与正常照明的相同。 应急照明灯点具体分布地点： （1）航行灯及信号灯；

（2）通道、出入口、扶梯、轴隧、应急出口； （3）臀艇甲板及舷外、救生筏、救生浮存放处；

（4）机舱、炉舱、主机操纵台、锅炉水位表及气压表、土配电盘前后、应急发电机室、舵机舱等；

（5）驾驶室、海图室、无线电室、消防设备控制站； （6）船员和旅客公共舱室、旅客超过16人的居住舱室； （7）白昼信号探照灯。 3.临时应急照明系统

以蓄电池组为应急电源的船舶，一般不再安装临时应急照明。但以应急发电机为吱急电源的船舶，应装设临时应急照明。

临时心急照明的特点：每一分路灯点数不超过5~6盏，每盏功率为10W~15W的白炽灯。不允许用气体放电灯作应急照明。除正常照明兼作应急照明的线路外，应急照明和临时应急照明的电源线路及分支线路均不装设开关。临时应急照明灯具下应有永久性明显标志（通常涂一红色标志），或在结构上与一般照明器不同，即采用专门的低压灯具。但舱室内正常照明器内已有低压灯座的可不再设专用低压灯具。

临时应急照明灯点的分布与土：述应急照明的相同，但航行信号灯除外。 4.航行信号灯系统

船舶航行灯及信号灯是船舶照明系统中的一个独立部分，是保证船舶安伞航行的重要没备之一。这些灯的光源均为白炽灯，有单丝的也有双丝的，其功率依照规定有60W的、40W的和25W的不等：不同类别的航行灯，其照明器的数量、安装位置、安装高度、颜色、可见的光弧角度和可见距离等都有一定的要求。 为了保证船舶夜间航行的安全，避免船舶间发生碰撞事故，一切海船，不论其航区及用途如何都必须设置航行信号灯，以便能识别船舶的位置、状态、类型、动态及有无拖船等。按照总吨位（机动船以40登记吨，非机动船以20登记吨为分界）分为两大类。第一类船舶的航行灯为“甲种灯”，第二类船舶的航行灯为“乙

种灯”：目前我国海洋运输船舶均属第一类。这类基本航行灯的名称、安装位置及特征等见示意图8-1-1和表8-1-2。表内的角度是指显示不间断灯光的水平弧度；桅灯、舷灯和尾灯通常称为航行灯，是各种用途的大小船舶都必须有的，左右舷灯一般安装在驾驶台的左右两侧。在夜间航行时船舶之间根据观察到对方船舶航行灯的情况，可以判断对方船舶的类别、相对位置和动向等。在必要时按照规则采取避让措施，以免发生碰船事故。船的长度小于50m的只需配置一只桅灯，长度小于20m的可以只用一盏左红右绿的舷灯。此外对于从事拖带的船舶，根据拖带的长度、顶推或旁推的不同，对桅灯和拖带灯另有规定。

图8-1-1 第一类机动船舶航行灯配置示意图

环照灯和闪光灯用于表明船舶处于某种特殊状态以及进行通信联络。例如用环照灯表明锚泊状态、船舶失控或船舶操纵受限不能采取避让措施、载有易燃易爆危险货物等，船舶在航行中或经狭水道时用闪光灯向可见船舶表明要转弯、要后退等动向。远洋船舶的信号灯设置比较复杂，以适应某些国家的港口或狭水通道的特别要求。这些信号灯通常是安装在驾驶台顶上专设的信号桅上或雷达桅上，将十数（8~12）盏红、绿、白等颜色的环照灯分两行或三行安装其上，按照规定使用不同数量不同颜色的信号灯。 表8-1-2 第一类船舶航行粉及主要信号灯 名称 安装位置 数员 标志 使用

前/后桅灯 前桅/后桅 1/1 白色(225°)，后桅灯高于前桅幻≥4.6m 航行 左/右舷灯 左舷/右舷 1/1 红色/绿色，各112.5° 航行 尾灯 船尾或尽可能接近船尾 1 白色，135° 航行 前/后锚灯 船头/船尾 1/1 白色环照灯 停泊

失控灯 前桅或信号桅或雷达桅 2 红色环照灯，垂直上下安装 失去独立操纵能力

闪光灯 信号桅或雷达桅 1 白色环照灯，闪光频率120次/分 过狭水道、转弯

第二节 船舶常用灯具和电光源

一、常用灯具的分类和用途

灯具，即照明器（有时简称灯），是由电光源、灯壳、灯罩及其附件等组成。其主要功能是：

重新分配光源的光通，避免对眼睛的育接眩光，防止光源受环境的污染和侵害，保护光源不受机械损伤等。在有些舱室的照明器还有装饰和美化环境的作用。 1.按防护结构类型分

船用灯具要符合船用条件，其外部罩壳的防护结构也是按统一的国际防护标准（1P）分级。

根据使用环境条件的不同其防护等级人致可分为以下三种类型。

（1）保护型：有透光灯罩可以防尘，也避免育接触及带电部分。多用于比较干燥的居住、办公舱室和内走道等处所。

（2）防水型：光源被透光灯罩等密闭起来，灯体与灯罩之间有密封垫圈，这类灯具的防护结构基本相同，但其防护级别不同，有防滴、防溅、防水蒸气、防喷水和防海浪冲击等。用于潮湿和有汽、水侵害的场所。

也有将防水型又分为防溅型和防水型两类。防溅型用于有水飞溅的场所，如船首船尾的露天甲板、主甲板游步甲板的外走廊等处。防水型用于不仅有水飞溅，而且有滴水、凝水的场所，如机舱、炉舱、货舱、冷藏舱、厨房、浴室、厕所、盟洗室、修理间、贮藏室、航行信号灯、露天甲板和外走廊等处。

在容易受到机械损伤处所的防水型照明器，不仅有坚固的金属壳体和透明灯罩，而且灯罩外还有坚固的金属护栅，如图8-2-1所示。

图8-2-1 有金属护栅的防水白炽灯具

（3）防爆型：一种是隔爆型结构，即透明灯罩与灯座间用法兰连接，法兰间有隔爆间隙，气体在灯内发生爆炸时，由间隙外逸的气体经法兰隔爆面的充分冷却，不会引起外部混合气体的爆炸。坚固的壳体和灯罩能承受住内部爆炸压力而不致损坏。隔爆型气体放电灯的镇流器安装在防爆接线盒内。另一种是密闭安全型，正常运行时，不产生火花、电弧，灯具外表面温度不会引起爆炸。

防爆灯用于在正常条件下可能存在可燃性粉尘或爆炸性气体的场所，如煤舱、油

柜舱、蓄电池舱、油灯间、油船的油泵舱及舱面空间等处的照明。 2.按用途分类

（1）舱室照明灯具：蓬顶灯、吸顶灯、嵌入式棚顶灯、防爆灯等。两管或三管荧光蓬顶灯，有透明或磨砂的有机玻璃罩，内附24V、15W应急白炽灯座，一般是钢底壳防水型，用于机舱和外走道照明。

单泡、双泡或三泡乳白玻璃嵌入式蓬顶灯，内附24V、15W应急灯座，用于居住、办公等舱室照明。

1~4管荧光蓬顶灯，有乳白玻璃或磨砂有机玻璃罩，钢外壳嵌入式，内附应急灯座，用于居住、办公等舱室和内走道照明。

竹节方顶灯、月季圆顶灯、菱角方顶灯为钢外壳吸顶灯，乳白玻璃罩，内附应急灯座，用于舱室、内走道、餐厅等处的照明。

（2）航行信号灯：左右舷灯、桅灯、尾灯、桅顶灯、三色灯、锚灯、应急灯、艇用灯等。

（3）局部照明灯具：床头灯、壁灯、台灯、海图幻°、医疗灯、水位表灯等。 （4）挂灯及手提灯：有220V、110V、24V挂灯，24V手提灯等作临时悬挂照明用。大功率挂灯，是防喷水式、铸铝外壳、乳白玻璃罩、外装保护网，220V、200W，用于甲板、码头和机炉舱公用照明。

三泡或五泡货舱灯，钢外壳和金属保护网，220V、3或5×60W，货舱内移动照明。手提灯为防喷水式，酚醛塑料外壳、玻璃罩外有金属保护网，24V、15W~40W，供检修等临时场地照明。低压手提行灯由行灯变压器提供36V以下的安全电压。行灯变压器输出的电压可通过分布在各处的低压插座供行灯使用，低压插座和插头在结构尺寸上与高压插座不同，以免误插入高压插座。也有用可携行灯变压器随行灯使用，而行灯变压器则插人高压插座。无论是高压插座或低压插座，在露天甲板或汽水侵害的处所都是具有密封盖的水密式插座。

（5）投光灯和探照灯：投光灯用于露天甲板大面积照明，探照灯用于夜航和远距离搜索，远洋船舶在驾驶室顶安装1~2盏信号探照灯，装置在船的中前方或左右舷前方，功率一般为1000W。使用低压电源时功率为150W~300W，货船每一货舱口上方的货桅上装两荔或四盏300W~500W的投光灯。每一救生艇吊架两旁1~2盏300W的投光灯，并能摇向舷外，以便照射水面。舷梯旁上空装

一盏300W投光灯。在驾驶甲板或罗经平台装1~2盏300W投光灯照射烟囱标志，等等。

夜航苏伊士运河所用探照灯称为苏伊土运河灯，安装在船舶的纵中线处，并能水平地和垂直地操作。苏伊士运河灯的性能和结构特点： 1）能照清1500m前方锥形浮标的反射带。

2）反射镜分成两半瓣，合并起来（零位）产生单束反射光；水平方向分开产生两束光，左右光柱各为5°，中央暗带在0°~10°范围可调。

（3）探照灯内有双灯座，互为备用，通过旋转手柄可使任一灯泡转到反射镜的焦点上。

（4）灯泡或灯管的功率为2000W，超过30000总吨的船舶为3000W。 二、电光源

常用的电光源可分为两大类：（1）热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯；（2）气体放电光源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯和汞氙灯等。 1.热辐射电光源

普通白炽灯及卤钨循环白炽灯都是用电能将灯丝加热到白炽程度而产生热辐射光。

（1）白炽灯：结构简单，使用灵活，能瞬时点燃；无频闪，可调光，可任意位置点燃，价格便宜等。但由于热灯丝蒸发出来的钨附着于温度较低的灯泡内壁，使灯泡逐渐黑化，光通减少，光效变低。同时使灯丝变细，寿命不长，巳耐振性差。其寿命和光通量受电压波动影响较大，电压升高5％，寿命缩短25％；电压降低5％，光通减少18％。

船用白炽灯的特点：灯丝稍粗，且其支撑加固，有较高的机械强度和耐振性。除作为普通照明光源外，船舶航行灯、信号灯和应急照明灯都只采用白炽灯，因为它不会因电压低落而熄灭。航行灯一般用插口（C型）灯头，大功率白炽灯都用螺口（E型）灯头，以增人导电接触面积。

图8-2-2 碘钨灯

（2）卤钨灯：为克服普通白炽灯的缺点而出现了卤钨循环白炽灯，其结构如图8-2-2所示；耐高温的石英玻璃灯管内充有较高压力的惰性气体，同时充入微量

的卤族元素碘或溴等。螺旋状的钨丝沿管轴线装置在一些支架上。灯丝热蒸发出来的钨向四周扩散时，与卤素化合生成气态的碘（或溴）化钨。因管壁温度比普通白炽灯泡的高，使卤化钨难于吸附于管壁；并且当其扩散或对流运动到更高温度的灯丝处时，卤化钨又分解为由素和钨，使钨重新附着于灯丝上，如此循环不已。从而抑制黑化，延缓灯丝的变细，提高使用寿命。卤钨灯的光效比普通白炽灯高得多，因为它工作温度比白炽灯高。卤钨灯体积小功率大，携运方便，适用于较大空间要求高照度的场所的照明。如船舶露天甲板大面积照明，用1kW卤钨灯的亮度相当于5kW的普通白炽灯。

有些碘钨灯的灯管要求水平安装，其倾斜度不超过规定的角度，以避免因倾斜管内气体对流不均而出现低端低温区的黑化，也避免倾斜使灯丝拉断。但溴钨灯的点燃位置没有限制，因溴在灯内的分布不受对流的影响。 2.气体放电灯

由于所有气体放电灯都是利用强电场加速自由电子，使自由电子能以很大的动能撞击气体或金属蒸气的原子，产生雪崩式的电离并使温度升高。在高温下金属蒸气原子又产生热电离，从而形成自持放电过程，电离的原子吸收能量跃迁到一个不稳定的激发态，但很快就白发的以辐射光子的形式释放出能量，返回到基态。处于不同激发态的原广，辐射出不同频率的光，有可见光也有不可见光。不可见光（例如紫外线）也可用来激发荧光物质发出可见光。当形成自持放电后，电流将急剧增大。为维持一定电流下的稳定持续放电，需要降低放电电压和限制放电电流，所以气体放电灯一般都要有能产生较高的点燃电压和限制放电电流的装置，如镇流器和触发器等。

图8-2-3 荧光灯接线图 （1）荧光灯（俗称日光灯）

荧光灯是一种预热式低压汞蒸气放电灯。灯管抽空后充入少量的氩气和汞，灯管内壁涂行荧光物质，管内两端灯丝k涂有发射电子的阴极物质，灯管的型号、形状和功率不同，所要求的启动电压、工作电乐和工作电流等不同，因此与其配套的镇流器和启动器也不尽相同。图8-2-3是荧光灯的一般接人电路。

启动器是一种简单的自动开关，电源电压可使其两电极间产生辉光放电，使双金

属U形电极受热变形而接通灯丝电路，灯丝发热使阴极物质发射电子；2s~3s后因U形片冷却复原而断开电路，从而使镇流器产生附加自感电压使灯管点燃。此后镇流器起降压限流作用。点燃后由于灯管的工作电压低于电源电压，因而启动器不再产生辉光放电。新型电子镇流器体积小、重量轻、耗电少。启动时产生高频脉冲起燃电压，不需要启动器，因而启动快（0.4s-1.5s）。

荧光灯具有表面亮度低、表面温度低、光效高、寿命长、显色性较好、光通分布均匀等优点，广泛应用于精细工作或长时间从事紧张视力工作的场所。但不适于频繁开关的场所。频繁开关阴极物质消耗快，使寿命大为缩短。电源电压的波动对荧光灯的光通量影响下大，但电压过低会产十跳光现象，这相当于频繁点燃，会缩短使用寿命。此外电压大幅度跌落，也会导致荧光灯熄灭。

图8-2-4 高压泵灯图 （2）高压汞灯

高压汞灯的结构和联接电路如图8-2-4所示。耐高温的石英玻璃管被封装在硬质玻璃外泡内，放电管内有两个自热式主电极和一个串有限流电阻的辅助电极，管内充有适量的汞和氩气，工作时在很高的管壁温度下，汞蒸气压力较高（2~6个大气压），故称为高压汞灯。外泡内壁涂有荧光物质。

接通电源后首先引起辅助电极与其较近的主电极之间发生辉光放电，产生电子和离子，并很快过渡到两主电极之间的惰性气体的放电，发出白色辉光。随着放电的加热作用和汞蒸气压力的升高，使汞蒸气逐渐成为放电的主要因素，逐渐发出更为明亮的蓝绿色光，并由紫外线激发荧光物质发出红色的补充光色，以改善发光颜色。从启动到稳定工作约需4min~8min。

高压汞灯具有光效高、成本低、寿命长、耐震和不受户外恶劣气候条件的影响等优点。适用于大面积高大厂房或露天场地等的照明。但电压波动不能太大，即使短暂的电压突然降低超过5％，就可能引起白行熄灭，而且重新恢复点燃仍需经5min~10min。高压汞灯也不适用于频繁开关的场所。 （3）汞氙灯

氙灯是惰性气体弧光放电灯，有管型高气压长弧和球形超高气压短弧氙灯之分。氙灯是靠石英玻璃管内的氙气放电发出强光，所以比靠金属蒸气放电灯的启动

快，点燃瞬间即可发出80％的光。具有功率大、光色白、亮度高的特点，俗称“小太阳”。适用于广场、港口、车站、机场等大面积照明场所。由于它的光效低寿命短，长弧氙灯逐渐被高压钠灯和金属卤化物灯代替。

图8-2-5 汞氙灯电路

氙灯管内充人适量的汞就成为汞氙灯。这种灯既具有氙灯的启动快、稳定时间短、再启动容易和光透性好等优点，又具有高压汞灯的某些优点，即发光效率和使用寿命都得到改善。管形长弧汞氙灯广泛用于海船甲板和货舱口的照明。短弧汞氙灯具有亮度大而集中的特点，一般作为探照灯或机车车头灯等。汞氙灯工作时有较多的紫外线辐射，应避免用眼睛注视灯管。另外石英玻璃管必须保持清洁，若用手摸过，须用酒精或蒸馏水洗净，否则油迹在紫外线的作用下会使玻璃失去透明性或损坏。汞氙灯的工作路线如图8-2-5所示。当按下按钮SB时，接通变压器T1，在副边绕组上产生4kV的高压，经火花隙G放电，在C2L1组成的串，联谐振电路中产生阻尼振荡，经脉冲变压器T2的副边绕组L2升压获得40kV~50kV的高频电压，通过C3引起灯管电极问弧光放电发光。G1为高频旁路电容。

第三节 照明控制线路

一、正常照明的控制

正常照明线路是由电源开关和灯的控制开关控制。电源开关设在照明分配电板或分电箱内，一般是作为非经常操作的照明供电和安全隔离开关，有的专用照明独立分路的电源开关也是灯的控制开关。一般照明只有干线电源开关，各分支线路没有电源开关。但每一分路中的每一灯点或若干灯点没有开灯、关灯的控制开关，如图8-3-1所示。

图8-3-1 照明控制线路

控制开关有单联开关和双联开关。单联开关即最常用的开关，只用一个开关控制一盏或一组灯：但有的场所需要在两个地点控制一盏。一组灯的刀：或关，如有的灯可在机舱的上部入口处控制也可在下部梯口控制。这需要用两个双联开关分

别安装在这两个地点，其接线原理如图8-3-2所示。这种旋钮双联开关内部的四个接线点，其中两个点联接为公共点，因此构成三个静触点，中间可转动的动导体触点随手钮转动，可使公共点与其余两个静触点转换联通。

图8-3-2 双联开关两地控制线路

双联开关接线的关键是两个开关的公共点接线不能接错，必须按图8-3-2所示接法，即一个开关的公共点接电源，另一个开关的公共点接灯。特别是检修或更换开关重新接线时应注意，如果其中任一个公共点接错就会出现开关在一个位置可以控制通断，换一个位置就失去控制。对于三相四线制系统，控制开关先接火线再接灯（起安全隔离作用），灯的另一端接零线或地线。 二、航行灯的控制

为了保证航行灯在工作期间能不间断地发出灯光，在供电和控制上有一些特殊要求。

1.航行灯控制箱应有两路独立馈电线路供电，一路应来自主配电板或应急配电板，另一路可曲附近的照明分配电板供电。两路馈电线路的转换开关多设在驾驶室内的控制箱上。每只航行灯均应由航行灯控制箱引出的独立分路供电，并在箱内设熔断器及控制开关。

2.每一航行灯都与声光报警和故障指示器相联，能及时谁确的给以声光信号。图8-3-3是控制箱每一盏航行灯的保护和控制线路。音响报警蜂鸣器HK是所有航行灯共用的，各灯电流继电器的常闭触头FA并联，用来控制共用的蜂鸣器。每一个航行灯有的是两个单丝灯泡，也有的是一个双丝的灯泡。控制箱中每一路只有三个接点外接双丝灯，均由手动开关SA进行灯丝的转换控制。一旦灯丝烧断，发出音响报警。并有号牌指示器ZP（图（a））或故障指示灯玎L（图（b））指出故障灯路。值班人员用转换开关接通另一灯丝，使航行灯恢复发光。

图8-3-3 航行灯控制

第四节 照明系统的日常管理与维护

1.照明系统日常管理注意事项

（1）安装灯具时，应注意灯具规格、电压等级。灯泡功率不得超过灯具所允许容量，尽量避免带电更换灯泡及附件。

（2）船上除货舱外，禁止使用高压灯。在机舱检修锅炉内部、柴油机曲柄箱、压载舱、储水柜等装备时，一定要用36V以下，并带有安全网罩的低压行灯。在装卸易燃易爆危险品货物时，不可使用携带式货舱灯。

（3）甲板、船桥等露天的投光灯具，不使用时应用帆布罩封好，使用前须先脱帆布罩。

（4）船舶应急照明设备涂以红漆标志，需经常检查灯泡是否损坏，严格禁止取用应急照明系统的灯泡。

（5）室外水密插座在接电源前，必须先检查插头螺母是否旋紧。在取用插头前应检查电源是否切断。用毕后，应检查插座的防水盖是否旋紧。 2.照明系统维护周期及要求 （1）航行灯及信号灯

航行灯及信号灯在船舶照明系统中具有特殊地位，它们的工作性能好坏将会对船舶的航行安全带来直接的影响。所以要给予足够的重视，每个航次都需要进行检查、保养，主要查供电、故障报警和显示装置及线路绝缘。 （2）闪光灯

每两个月检查一次，主要检查灯具、控制电路和线路绝缘。 （3）普通照明及可携式灯具

每半年全面检查一次，主要检查灯头接线盒和绝缘情况，对室外灯具除了要求半年检查一次外，平时也要注意检查和维护，主要查灯具水密锈蚀和接线盒水密，一旦有损坏需立即维护或更换。 （4）应急照明

每月进行一次效能试验，对电源及控制电路郡应进行检查，发现故障应立即排除。每半年应测一次绝缘电阻。 （5）探照灯、运河灯

使用前应检查刀：关及灯具的水密电缆、电源并测量绝缘电阻。

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