微機控制的船舶電站

2023/2/41第二部分計算機控制的船舶電站12023/2/42船舶電站的熱點技術(shù)采用現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡型電力管理系統(tǒng)（PMS）中壓（高壓）電力系統(tǒng)22023/2/43電力管理系統(tǒng)（PMS）集中式：一套微機控制。分布式：每臺副機配置一臺微機（或PLC），再設一臺上位機。網(wǎng)絡型：每臺副機配置一個控制模塊，各模塊通過現(xiàn)場總線（如CAN總線）連接。32023/2/44一、計算機控制

船舶電站的主要功能和組成（1）母線電壓自動控制(AVC)（2）發(fā)電機無功功率自動控制(ARPC)（3）母線頻率自動控制(AFC)（4）發(fā)電機有功功率自動控制(APC)（5）發(fā)電機自動準同步并車控制(ASYC)（6）故障機組自動解列(ACC)（7）負載分級切除(PTC)（8）發(fā)電機運行臺數(shù)控制(ARC)（9）原動機自動起動(EASC)（10）故障監(jiān)視及報警(MONIT)2023/2/45（一）電壓與無功功率的自動調(diào)節(jié)維持供電電壓的穩(wěn)定是保證供電質(zhì)量的主要措施之一。電壓是否穩(wěn)定取決于發(fā)電機的自動勵磁裝置(自動電壓調(diào)節(jié)器)的性能。勵磁控制系統(tǒng)是發(fā)電機的重要組成部分，它的主要任務是根據(jù)發(fā)電機的各種運行狀態(tài)，維持同步發(fā)電機的端電壓恒定(額定電壓)、合理分配發(fā)電機間的無功功率、在船舶電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，有強行勵磁功能，加速短路后的恢復速度，保持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和繼電保護裝置動作的可靠性。2023/2/46（一）電壓與無功功率的自動調(diào)節(jié)1、發(fā)電機的自動勵磁裝置的基本要求：

1.靜態(tài)特性和動態(tài)特性《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》的規(guī)定：靜態(tài)電壓調(diào)整率主發(fā)電機

UW

ΔU≤±2.5%Ue

應急發(fā)電機UW

ΔU≤±3.5%Ue動態(tài)電壓調(diào)整率：突加或突卸60%Umim~manΔU≤(﹣15%～20%)Ue恢復時間:Tw≤1.5s2023/2/472.強行勵磁

從提高發(fā)電機并聯(lián)工作穩(wěn)定性和電動機運行穩(wěn)定性以及繼電保護裝置動作的準確性等觀點出發(fā)，要求調(diào)壓器的動作要迅速。解決這個問題的方法之一實現(xiàn)強行勵磁。也就是要求勵磁系統(tǒng)應能在保證最短的時間內(nèi)，把勵磁電流升高到超過額定狀態(tài)時的最大值，以使發(fā)電機的電壓迅速得到恢復。這就要求調(diào)壓器應具有一定的強行勵磁能力。

2023/2/483.自勵恒壓裝置的分類主要類型：不可控相復勵自勵裝置；可控相復勵自勵裝置；可控硅勵磁自動調(diào)整裝置；用于無刷發(fā)電機的勵磁自動調(diào)整裝置；用于諧波勵磁發(fā)電機的勵磁自動調(diào)整裝置。根據(jù)勵磁調(diào)整方式和工作原理，勵磁方法大致可分為：

①按發(fā)電機電壓偏差調(diào)節(jié)方法（靜態(tài)特性好）②按負載電流和功率因數(shù)調(diào)節(jié)（動態(tài)特性好）③復合調(diào)節(jié)（AVR）2023/2/492023/2/4102、交流發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)特性的基本概念電壓調(diào)節(jié)特性：發(fā)電機端電壓隨無功電流變化的關系。被調(diào)量Uf隨IQ而變化的程度叫做電壓調(diào)差系數(shù)KC，由曲線的傾斜度來表示，即廣泛應用在實船發(fā)電機上的調(diào)壓特性曲線是下傾的一條直線，即Kc大于0，稱為下傾的有差特性，通常Kc可整定在5%以內(nèi)。2023/2/4113、并聯(lián)運行機組為實現(xiàn)無功功率的均勻分配對各臺發(fā)電機電壓調(diào)差特性的要求電網(wǎng)上只有一個電壓。電網(wǎng)上有幾臺機組并聯(lián)運行時，電壓是各臺發(fā)電機電勢共同作用的結(jié)果。當手動或自動調(diào)節(jié)任意一臺發(fā)電機的勵磁電流時，就會改變該臺發(fā)電機本身產(chǎn)生的電勢的大小，同時會改變負載的承擔，也會改變電網(wǎng)電壓。并聯(lián)運行發(fā)電機間無功功率分配的關系，主要由電壓調(diào)節(jié)性曲線所決定。也就是說，同步發(fā)電機間無功功率的自動分配，實際是通過自動電壓調(diào)整器自動調(diào)整勵磁電流、以調(diào)整發(fā)電機電壓的辦法來實現(xiàn)的。因此，自動電壓調(diào)整器不僅擔負著調(diào)整電壓的任務，同時，還擔負著自動調(diào)整分配無功功率的任務?！朵撡|(zhì)海船入級規(guī)范》對無功功率的分配要求為：“……各機組所承擔的無功負載與總無功負載按機組定額比例分配值之差，應不超過下列數(shù)值較小者：①最大機組額定無功功率的±10%；②最小機組額定無功功率的±25%”。2023/2/412鋼質(zhì)海船入級規(guī)范要求：（1）調(diào)速器瞬時調(diào)速率≤10%穩(wěn)定調(diào)速率≤5%穩(wěn)定時間≤5s

（2）有功功率的分配發(fā)電機實際承擔的有功功率和按發(fā)電機額定功率分配比例的計算之差，不應超過最大機組額定功率的±15％；最小機組額定功率的±25％。（二）頻率與有功功率的自動調(diào)節(jié)2023/2/4131、原動機調(diào)速器的調(diào)速特性采用機械調(diào)速器的調(diào)速系統(tǒng)是按轉(zhuǎn)速偏差進行調(diào)節(jié)的反饋控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)特性是比例控制的有差調(diào)節(jié)。當發(fā)電機的負荷功率變化時，調(diào)速器能自動地調(diào)節(jié)油門的大小，維持發(fā)電機組轉(zhuǎn)速（頻率）的變化在一定范圍內(nèi)，此過程稱為一次調(diào)節(jié)。由于一次調(diào)節(jié)不能保持轉(zhuǎn)速（頻率）的恒定，為了維持額定轉(zhuǎn)速（頻率）還需進行二次調(diào)節(jié)，即由自動調(diào)頻調(diào)載裝置（或手動）調(diào)節(jié)調(diào)速器彈簧的預緊力，改變油門的大小。反映在坐標平面上就是將調(diào)速特性曲線作上、下平移。2023/2/414有差調(diào)速器單機運行時轉(zhuǎn)速（或頻率）的調(diào)節(jié)過程2023/2/4152、不同調(diào)速特性發(fā)電機的并聯(lián)運行要使兩機之間的功率能夠按容量成比例分配，只有兩特性曲線的斜率一致。由于特性總是存在一定的差別，為了使電網(wǎng)頻率不致于隨負載變化過大，又要使功率穩(wěn)定地分配，特性曲線的下降率應在3%左右、不超過5%，以保證有功分配偏差在10%以內(nèi)。2023/2/416基本功能：（1）能自動維持電力系統(tǒng)頻率為額定值；（2）能按參與并聯(lián)運行各機組的容量以既定比例或其它既定自動方式控制負荷分配；（3）接到“解列”指令時，能自動進行負荷轉(zhuǎn)移，待其負荷接近零時（≤5%），使其發(fā)電機的斷路器自動分閘。基本組成：

●頻率變換器

●有功功率變換器

●有功功率分配器

●調(diào)整器3、自動調(diào)頻調(diào)載裝置2023/2/417（三）交流發(fā)電機的自動并車對并車操作的要求：其一，并車過程中沖擊電流不能超過允許值；其二，發(fā)電機投入電網(wǎng)后能迅速拉入同步。1.自動準同步并車條件（1）待并機組的相序與運行機組(或電網(wǎng))的相序一致。（2）待并機組的電壓與運行機組(或電網(wǎng))的電壓有效值相等。（3）待并機組電壓的初相位與運行機組(或電網(wǎng))電壓的初相位相同。（4）待并機組電壓的頻率與運行機組(或電網(wǎng))電壓的頻率大小相等。2023/2/418自動并車裝置的基本環(huán)節(jié)與組成同步合閘圖1-2-9報警調(diào)節(jié)油門2023/2/419（四）船舶發(fā)電機組的自動控制1.備用機組的自動起動備用機組處于“備好”狀態(tài)的標志：燃油、壓縮空氣正常；有預熱和預潤滑；無阻塞（故障已復位）操作選擇開關置“自動”位置。（1）起動前的預潤滑預潤滑控制方式：①周期性自動預潤滑；②非周期性預潤滑；③一次注入式預潤滑。2023/2/420預潤滑:

非周期性自動預潤滑（電動預潤滑泵）周期性自動預潤滑（電動預潤滑泵）一次注入式預潤滑

（氣動柱塞泵）

①非周期性自動預潤滑

副機一停，預潤滑泵就開始泵油，直至副機起動成功。

②周期性自動預潤滑

副機停機后，預潤滑泵工作：運行—停機—運行—停機，直至副機起動成功。

③一次注入式預潤滑

僅在副機起動時工作，先泵油、后起動。（2）預熱（暖機）2023/2/421（3）機組自動起動控制裝置功能（圖1-2-10）①應有“自動”、“機旁”、“遙控”操作方式的轉(zhuǎn)換，并能滿足：“機旁”優(yōu)先于“遙控”，“遙控”優(yōu)先于“自動”。②對自動起動的各種準備工作進行邏輯判斷和監(jiān)視。例如，確認機組已檢修完畢；轉(zhuǎn)換開關已置于“自動”位置；有預潤滑、預熱；有足夠起動動力；本機處于靜止狀態(tài)。③接到起動指令時能自動起動柴油機。當轉(zhuǎn)速和滑油壓力達到規(guī)定值時，發(fā)出起動成功信號。④—個起動指令，可以允許三次起動。⑤適當控制起動時的給油量，柴油機自行發(fā)火后，應切斷起動動力源。2023/2/422⑥”中速運行”和“加速”控制。⑦轉(zhuǎn)速上升到額定值的90%時，即可認為整個起動加速程序完成了，應自動切斷本機的預潤滑系統(tǒng)，并經(jīng)適當延時(約幾十秒)以后，對本機的滑油壓力進行監(jiān)視。柴油機所需的其它監(jiān)視，無須延時。⑧超速保護。即當柴油機轉(zhuǎn)速超過額定值15%時，延時2~3s停機，同時發(fā)出報警信號，禁止柴油機再次起動。⑨如果因為柴油機本身的故障(如起動失敗、滑油壓力低、冷卻水高溫、排煙溫度高等）而導致停機時，應發(fā)出“阻塞”信號，使該機的自動起動控制程序阻塞，并發(fā)出聲光報警，待排除了故障、手動“解除阻塞”后，才能恢復自動功能。⑩自動起動、停機控制器具備“模擬試驗”的功能。2023/2/423（4）備用機組起動條件出現(xiàn)下述任一條件時，自動控制系統(tǒng)就應發(fā)出“增機”指令，起動備用機組。①經(jīng)延時判斷，確認運行機組重載；②運行機組的滑油壓力低；③運行機組冷卻水溫度高；④電網(wǎng)突然斷電；⑤經(jīng)重載詢問，貯備容量不夠；⑥正要起動的備用機組阻塞；⑦備用機組起動失敗或合閘失敗。2023/2/4242.運行機組的自動解列與停機（圖1-2-11）（1）發(fā)電機組的解列當兩臺及以上發(fā)電機組并聯(lián)運行時，若因電網(wǎng)負荷降低到可以停掉一臺發(fā)電機組時，應自動發(fā)出“解列”指令。或者，運行中的某臺發(fā)電機組因發(fā)生運行不正常(例如冷卻水出口溫度高等)時，系統(tǒng)可以先自動起動備用機組，并車后再轉(zhuǎn)移負載，解列指令發(fā)出后，通過自動調(diào)頻調(diào)載裝置將待停發(fā)電機組的負載轉(zhuǎn)移給其它運行發(fā)電機組后，再將該機ACB分閘。對于因電力系統(tǒng)負荷降低而形成的解列指令，究竟解列哪一臺發(fā)電機組好呢?為了使電網(wǎng)中各臺發(fā)電機組累計的運行時數(shù)趨于一致，最好做到總是解列先投入運行的發(fā)電機組。2023/2/425對于運行中的某臺發(fā)電機組因發(fā)生運行不正常情況的解列指令，為了盡可能地不中斷供電，對于“運行不正?！爆F(xiàn)象的識別信號，可以分為兩級：一級作為預報；一級作為保護裝置的動作極限。預報級信號可以用來要求起動備用機組，以便贏得時間，等待備用發(fā)電機組起動和并車后再解列不正常的發(fā)電機組。當然，這種期望是建立在不正常的發(fā)電機組還可以堅持一段時間的基礎上。顯然，這一段時間決定于兩方面：一方面是備用發(fā)電機組的起動、加速、并車和負載轉(zhuǎn)移所需的總時間，當然越短越好；另一方面是不正?，F(xiàn)象發(fā)展的速度，它發(fā)展到保護裝置的動作極限時，如果并車尚未成功，則因保護裝置動作而造成電網(wǎng)失電。2023/2/4263.重載詢問的功用及基本原理重載詢問就是指大功率負載投入電網(wǎng)時，必須首先判斷電網(wǎng)中的功率是否允許直接進入。對有特大負荷的船舶，當特大負荷（如集裝箱船上的側(cè)推器)請求時，可能要形成增加兩臺備用機組的請求。在大功率負荷起動箱上，按下起動按鈕，這一起動信號不是送入控制箱內(nèi)的控制電路，而是送入自動電站管理系統(tǒng)中，管理系統(tǒng)經(jīng)過判斷是否有必要起動備用機組，只有在電網(wǎng)上的功率余量足夠時，才由管理系統(tǒng)發(fā)出起動這一大功率負荷的指令，此大功率負荷才投入運行。2023/2/4274.發(fā)電機組自動順序起動備用機組的起動通常是在控制系統(tǒng)中設置固定順序，可按機組的編號依次循環(huán)。例如，一個具有三臺發(fā)電機組的自動電站按1-2-3-1的順序來決定備用機組的起動。在電站中有三臺機組的情況下，需要增機的幾種情況：（1）單機運行不正?；蛑剌d，要求增機；（2）單機運行，突然跳閘，電網(wǎng)失電；（3）單機運行，要求增機，但第一備用機組“阻塞”或起動、合閘失敗，“增機指令”應傳遞給最后的一臺。（4）并聯(lián)運行，要求增機，則起動最后一臺備用機組。上述（3）、（4）兩種情況發(fā)生時，則是系統(tǒng)的機組“已經(jīng)用完”，故自動電站還應設置監(jiān)視“系統(tǒng)用完”的信號指示電路，以便引起管理人員的注意。2023/2/428INT-中斷輸入單元SET-設定器DISP-顯示單元DSI-數(shù)字量調(diào)節(jié)輸入單元集中式微機控制的電站單線圖P19圖1-2-1二、采用計算機控制的船舶電站系統(tǒng)2023/2/429單元式微機控制的電站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖A線-電網(wǎng)信號輸入；B、C線-發(fā)電機運行信號輸入；D線-柴油機的運行信號輸入；E線-操作信號輸出；F線-ACB和柴油機的狀態(tài)信號輸入；G線-備用機組設置信號輸入；H線-詢問和閉鎖信號線輸出。2023/2/430二、采用計算機控制的船舶電站系統(tǒng)的操作和管理要點（二）電網(wǎng)故障處理典型故障：電壓過高(或過低)、頻率過高(或過低)和失電。處理方式：報警、起動備用機組。1級故障（輕度故障）：不停機交換機組。2級故障（嚴重故障）：短時停電交換機組。（三)發(fā)電機故障1.起勵失敗