船舶和配電系統(tǒng)-船舶自動化電站

【知識目標】認識自動化電站的功能組成，自動啟停要求，自動并車要求和實現(xiàn)環(huán)節(jié)有功功率和無功功率的影響因素與調節(jié)電站的綜合保護功能組成【能力目標】正確對自動化電站進行管理和操作任務九

船舶自動化電站Shippowerstationautomation一、船舶自動化電站的基本功能圖6-107自動化電站的系統(tǒng)功能圖功能包括1．發(fā)電機組操作方式的選擇2．發(fā)電機組的自動啟動3．自動準同步并車4．自動恒頻及有功功率自動分配5．自動恒壓及無功功率自動分配6．自動分級卸載7．重載詢問8．重要負載分級啟動9.自動解列10．巡回檢測及保護二、船舶發(fā)電機組的自動啟動與停機1．備用機組的自動啟動(1)啟動前的預潤滑（pre-lubrication)自動控制預潤滑有周期性自動預潤滑、非周期性預潤滑和一次性注入式預潤滑等方式。(2)預熱(暖機)（warm-up）(3)機組自動啟動控制裝置功能①應有“自動”、“機旁”、“遙控”操作方式的轉換②對自動啟動的各種準備工作進行邏輯判斷和監(jiān)視。③接到啟動指令時能自動啟動柴油機。④一個啟動指令，可以允許三次啟動⑤達到發(fā)火后，應切斷啟動動力源⑥“中速運行”和“加速”控制。⑦>90％轉速切斷本機的預潤滑系統(tǒng)。⑧具有超速保護。⑨導致停機時，應發(fā)出“阻塞”信號⑩具備“模擬試驗”的功能自動啟動程序(4)備用機組啟動條件出現(xiàn)下述條件發(fā)出“增機”指令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運行機組冷卻水出口溫度；④電網(wǎng)突然斷電；⑤經(jīng)重載詢問，儲備容量不夠；⑥正要啟動的備用機組阻塞；⑦備用機組啟動失敗或合閘失敗。2．運行機組的自動解列與停機(1)發(fā)電機組的解列（splitting）電網(wǎng)負荷降低到可以停掉一臺發(fā)電機組發(fā)生運行不正常（先啟動備用發(fā)電機，后再轉移負載，解列）運行不正常分為兩級：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啟動備用機組時間取決于兩方面：一方面是備用發(fā)電機組的啟動、加速、并車和負載轉移所需的總時間，另一方面是不正?，F(xiàn)象發(fā)展的速度，當它發(fā)展到保護裝置的動作極限(2)運行機組的停機一般要求在中速下先運行一段時間(180s)，待溫度降低，后斷油停機3．重載詢問（Heavyinquiries）的功用及基本原理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。

如集裝箱船上的側推器（thruster）只有在電網(wǎng)上功率余量足夠時，才能夠輸出大功率負荷(1)允許啟動信號Ps≥Pm表示電網(wǎng)有足夠的功率余量，允許啟動Ps<Pm時功率余量不足，不允許啟動(2)確定投入運行發(fā)電機的臺數(shù)Pss≥Pm已有足夠的功率余量Pss<Pm功率余量不足，再啟動一臺備用發(fā)電機組(4)重載啟動詢問信號的處理判斷Ps≥Pm①模擬運算兩種比較方法：一種是用對應的模擬功率值與測得的電網(wǎng)功率余量相比較；另一種模擬是把對應的模擬功率作為實際負載功率加入綜合，得出模擬的實際負載功率與設定的允許值相比較。前者較經(jīng)濟，后者較可靠。②負載限定負載限定并不是限制發(fā)電機的負載，而是指負載在這個限定值以下允許啟動，負載在這個限定值以上不允許啟動③運行臺數(shù)判別(5)啟動詢問的功率值需要啟動詢問的電動機的容量由設定的電網(wǎng)負載余量決定發(fā)電機對備用機組的啟動需求負載為85％，則大于發(fā)電機額定容量15％的電動機啟動應納入啟動詢問。為了可靠起見也取大于10％。4．發(fā)電機組自動順序啟動(1)單機運行不正?；蛑剌d，要求增機，接順序啟動下一臺。(2)單機運行突然跳閘，電網(wǎng)失電，啟動下一臺。(3)單機運行，要求增機一但第一備用機組“阻塞”，或啟動、合閘失敗，“增機指令”應遞續(xù)給最后的一臺。(4)并聯(lián)運行，要求增機，則啟動最后一臺備用機組。三、交流發(fā)電機的自動并車待并發(fā)電機投入電網(wǎng)參加并聯(lián)運行的操作稱為并車操作。對并車操作的基本要求：一是并車過程中沖擊電流不能超過允許值，二是發(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)待并機組的電壓有效值與運行機組(或電網(wǎng))的電壓相等；(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))電壓的頻率相等。必須滿足如下條件實際并車時，除相序外，其他條件不可能做到完全一致，而且必須有一定的頻差才能快速投入并聯(lián)運行。頻率相等、初相位一致無功性質的環(huán)流，均壓作用電壓差10％通過自動調壓器來實現(xiàn)頻率和電壓相等，初相位不一致環(huán)流形成了整步功率，拉入同步相位差小于15?電壓相等、初相位相同，頻率不相等相位差，環(huán)流，整步轉矩，牽入同步通常在并車操作時要求頻差小于0.5Hz，通常以0.25Hz最好并聯(lián)運行對原動機的要求如下：(1)原動機必須有相同而均勻的角速度(2)原動機具有合適的有差特性的速度變化率(3)參與并聯(lián)運行發(fā)電機的各原動機其調速器的靈敏度（sensitivity）要適當調速器的靈敏度過高，產(chǎn)生振蕩敏度過低，調節(jié)速度遲緩2．自動并車必需的環(huán)節(jié)及組成的框圖能夠完成手動準同步并車操作的全部邏輯程序的自動裝置就叫做自動準同步并車裝置。自動準同步并車裝置的控制方案有兩類，即模擬控制和數(shù)字控制。(1)自動并車裝置的基本功能①檢測電壓差、頻率差和相位差②檢測大小和方向，發(fā)出調頻信號，減小頻差③允許范圍內，發(fā)出合閘指令，實現(xiàn)并車自動并車裝置應由調壓、調速和同步檢測與合閘三部分組成。在自動并車裝置中沒有必要再設置自動調壓環(huán)節(jié)，只有電壓閉鎖環(huán)節(jié)。(2)自動并車裝置的基本環(huán)節(jié)與組成差頻電壓及其獲得頻差方向鑒別及調速脈沖控制恒定超前相角或超前時間信號獲取允許合閘頻差檢測允許電壓差檢測及合閘合閘“與門”電路正弦波頻差脈動電壓電路及波形(3）自動并車裝置的附加功能①單機投入②允許同步操作時限③電壓差超限報警④內部故障檢測⑤呆滯擾動⑥正頻差投入⑦系統(tǒng)頻率輸出(4)軸帶發(fā)電機的同步操作圖6-113軸帶發(fā)電機的同步操作原理圖3．自動并車裝置的故障診斷自動并車裝置或單元故障，首先檢查這些輸入和輸出機構是否異常。檢查的方法，啟動待并發(fā)電機組，人為地把待并發(fā)電機組調低于運行機頻率(約1Hz)，按下自動并車指令按鈕，看頻率預調環(huán)節(jié)是否工作正常。檢修方法應按電子設備檢修方法來進行，較為常用的是替代法和波形法。四、頻率與有功功率的自動調節(jié)頻率(轉速)的變化主要原因是系統(tǒng)中有功功率不平衡。電網(wǎng)的瞬時頻率變化應不大于額定頻率的10％，恢復到穩(wěn)態(tài)的時間不超過5s；當突然卸去額定負荷時，瞬時調速率可大于額定轉速的10％。穩(wěn)定調速率不大于額定轉速的5％；在空負荷狀態(tài)下突然加上50％額定負荷，穩(wěn)定后再加上余下的50％負荷時，其瞬時調速率不大于額定轉速的10％，穩(wěn)定調速率不大于額定轉速的5％；穩(wěn)定時間(即轉速恢復到波動率為±1％范圍的時間)不超過5s”。有功功率分配的要求“并聯(lián)運行的各交流發(fā)電機組均應能穩(wěn)定運行，且當負載在總額定負載的20％～100％范圍內變化時，各機組所承擔的有功負載與總負載按機組定額比例分配值之差，應不超過下列數(shù)值中的較小者：①最大機組額定有功功率的±15％；②最小機組額定有功功率的±25％?！眻D6-114雙脈沖電液調速器原理框圖有功功率均勻分配對各臺發(fā)電機組調速器調差特性的要求原動機本身都具有調速器，自動調頻調載裝置起輔助調節(jié)作用。自動調頻調載裝置（Automaticfrequencyandloadadjustmentdevice）的控制信號是頻率差與功率差的合成信號經(jīng)放大、判別(增減速判別、是否固定偏差判別)后控制伺服電機，以調節(jié)原動機的油門的開度來調節(jié)發(fā)電機原動機的轉速。

自動調頻調載裝置的基本功能能自動維持電力系統(tǒng)頻率為額定值；能按參與并聯(lián)運行各發(fā)電機組的容量以既定比例或其他既定自動方式控制負荷分配；接到“解列”指令時，能自動控制負荷轉移，待其負荷接近零時，使其發(fā)電機的斷路器自動分閘。(1)自動調頻調載裝置的基本組成①頻率變換器②有功功率變換器

③有功功率分配器④調整器功率分配之差在各發(fā)電機額定容量的±5％～±10％以內，頻率差在電網(wǎng)額定頻率的±l％以內。(2)自動調頻調載方法①有差調節(jié)法②虛有差法③主調發(fā)電機法圖6-123虛有差法方框圖并聯(lián)運行的發(fā)電機組中有一臺機組上裝有調頻器，作為主調發(fā)電機，其任務是當負荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差對，由它再次調節(jié)改變油門。其余的發(fā)電機則總是保持運行于接近額定值，稱為基載發(fā)電機。3．并聯(lián)運行發(fā)電機組有功功率自動分配裝置的故障診斷自動調頻調載裝置一般是采用均分法(同容量發(fā)電機)或按額定值比例進行分配(不同容量)與廢氣、軸帶發(fā)電機并聯(lián)，一般采用主調法，即以廢氣發(fā)電機。軸帶發(fā)電機承擔基載負荷，輔柴油發(fā)電機為承擔調節(jié)負荷檢查的是輸入、輸出機構故障印刷電路板的檢修方法，最有效、快速是更換備用板五、電壓與無功功率的自動調節(jié)電壓是否穩(wěn)定取決于發(fā)電機的自動勵磁調整裝置(自動電壓調節(jié)器)勵磁控制系統(tǒng)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)生短路路故障時，有強行勵磁功能，加速短路后恢復速度，保持電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和繼電器保護裝置動作的可靠性。1．自勵恒壓裝置的基本要求(1)靜態(tài)和動態(tài)特性(2)強行勵磁(3)電磁兼容性(4)自勵起壓性能發(fā)電機從空載至滿載，功率因數(shù)保持為額定值，主發(fā)電機的靜態(tài)電壓變化率應在±2.5％以內，應急發(fā)電機的靜態(tài)電壓變化率應在±3.5％以內。“交流發(fā)電機在負載為空載，轉速為額定轉速，電壓接近額定值的狀態(tài)下，突加或突卸60％額定電流及功率因數(shù)不超過0.4(滯后)的對稱負載時，當電壓跌落時，其瞬態(tài)電壓值應不低于額定電壓的85％；當電壓上升時，其瞬態(tài)電壓值應不超過額定電壓的120％，而電壓恢復到與最后穩(wěn)定值相差3％以內所需的時間應不超過15s?！?．交流發(fā)電機電壓調差特性的基本概念

圖6-124同步發(fā)電機的電壓調整特性曲線“并聯(lián)運行的各交流發(fā)電機組均應能穩(wěn)定運行，且當負載在總額定負載的20％～100％范圍內變化時，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)值中的較小者：①最大機組額定無功功率的±lO％；②最小機組額定無功功率的±25％?！?1)具有無差調壓特性曲線的兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行圖6-125有差和無差調壓特性的兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行(2)有差和無差調壓特性曲線的兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行有差和無差調壓特性曲線的兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行時，無功負荷由無差調壓特性(I)擔負船舶電站一般不采用具有有差和無差調壓特性的發(fā)電機并聯(lián)運行電壓調整特性曲線都是有差特性，且其調差系數(shù)Kc大小相同時，才能使兩臺發(fā)電機的無功功率的分配關系是恒定的，并平均分配。4．并聯(lián)運行發(fā)電機組無功功率自動分配裝置的故障診斷配電板的發(fā)電機控制屏上的電流表（

ammeter）指示負載電流(有功電流和無功電流)，功率表（wattmeter）指示有功功率可以通過功率因數(shù)表（powerfactormeter）觀察無功功率的承擔情況無功率因數(shù)表，可以通過觀察電流表的指示來了解無功功率的分配情況(1)采用均壓線連接的不可控相復勵勵磁裝置的發(fā)電機并聯(lián)運行時無功功率均衡措施有功功率分配相等的情況下，采取的措施是均衡勵磁電流均衡勵磁電流的方法有直流均壓和交流均壓兩種。勵磁直流均壓是基于同容量、同型號的發(fā)電機的勵磁繞組的數(shù)據(jù)相同。相復勵的直流輸出端并聯(lián)，只解決有功負載分配平衡時的無功功率分配平衡。交流均壓：兩臺不同容量的發(fā)電機組并聯(lián)運行兩臺發(fā)電機調壓裝置的移相電抗器通過均壓線并聯(lián)交流均壓線對無功負荷分配較好，均壓電流小，但并車時沖擊電流較大。(3)發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)常見故障及處理靜止勵磁系統(tǒng)元器件損壞旋轉整流裝置（Rotatingrectifierdevice）故障六、船舶電力系統(tǒng)的綜合保護1．船舶電力系統(tǒng)綜合保護的組成及基本要求(1)船舶電力系統(tǒng)綜合保護的組成①測量電路(電路參數(shù)的監(jiān)測)②邏輯電路③輸出電路(2)