船舶電站自動化課件

1、本章以實際的新型船舶自動化電站為例，從系統(tǒng)角度講述常見船舶電站自動化系統(tǒng)的運行管理基本知識，即船舶電站自動化系統(tǒng)的基本組成，基本功能，實現(xiàn)這些基本功能的模塊的工作原理。 內(nèi)容簡介16.1 概述 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，船舶機艙從有人值守到自動化機艙的經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展過程。船舶電站自動化是實現(xiàn)機艙自動化、進而實現(xiàn)無人值班機艙的必要條件。1、發(fā)電機組依據(jù)電站運行情況和實際負荷需要，按預(yù)定的順序自動起動備用機組，并能自動投入、自動停機；2、故障狀態(tài)下自動解列、停機的控制；3、發(fā)電機組之間的自動并車、電壓及無功功率的自動調(diào)節(jié)、并聯(lián)運行中功率的自動分配、轉(zhuǎn)移與電網(wǎng)頻率的自動調(diào)整，重載詢問(投入大負載時的自

2、動詢問裝置)；船舶電站自動化基本功能包括：4、船舶電站的綜合保護（包括發(fā)電機組機電故障的自動處理與報警）；5、運行狀態(tài)顯示及故障監(jiān)視（包括全船斷電，欠頻監(jiān)視），系統(tǒng)給定參數(shù)的監(jiān)視與修改。實現(xiàn)上述基本功能的船舶電站自動化系統(tǒng)（也稱作船舶電力自動管理系統(tǒng)） PMS-Power Management System 16.2 船舶電站自動控制裝置的系統(tǒng)組成16.2.1 電力自動管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型 船舶電站自動控制裝置的控制任務(wù)分為對每臺發(fā)電機組的起動、停機、自動并車進行控制，以及發(fā)生機電故障時對本臺機組的處理等功能。（單機管理） 在整個電站系統(tǒng)并聯(lián)運行時，進行功率管理、也包括發(fā)生機電故障時對系統(tǒng)中其它

3、機組發(fā)出控制要求（例如備用機組的自動起動或阻塞）及信息通訊等的管理控制。（整體管理） 早期由數(shù)字電路-模擬集成電路構(gòu)成的電力自動管理系統(tǒng)大致可以分成總體控制方式和積木塊式兩種?？傮w控制方式中，有負責系統(tǒng)整體功能的總體控制單元和與其相連的對每臺發(fā)電機組分別負責的起?？刂破鳌⒉⒙?lián)運行控制器等子系統(tǒng)。積木式自動化電站由5種(4種)功能塊組成，功能分別為自動起動-停車裝置、并車裝置、電網(wǎng)監(jiān)視器、負荷控制器、功率分配器；功能塊以獨立或模塊形式出現(xiàn)，主要采用集成模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)的。多數(shù)廠家已將并車裝置與功率分配器合并成一個獨立的并聯(lián)運行控制器出現(xiàn)，即系統(tǒng)則由4個功能塊組成。各生產(chǎn)廠家的自動化電站產(chǎn)品

4、在細節(jié)方面上會有不同，但其主要功能還是基本相近的。TERASAKI公司的電力自動管理系統(tǒng)有 GAC-5 TYPE C、 GAC-16M等SIEMENS 公司基于PLC為核心的電力自動管理系統(tǒng)有SIMOS PMA 52、 SIMOS PMA 53和SIMOS PMA 71 。SIMOS PMA 52中PLC控制器是SIEMENS S5-115USIMOS PMA 53中PLC控制器是SIEMENS S5-95USIMOS PMA 71中PLC控制器是SIEMENS S7-315-2DP下面以SIMOS PMA 71型電力自動管理系統(tǒng)進行說明近年來，安裝在遠洋船舶的大部分電力自動都是基于微機或PL

5、C控制技術(shù)實現(xiàn)的。16.2.2 SIMOS PMA 71型電力自動管理系統(tǒng)的系統(tǒng)組成 SIMOS PMA 71 型電力管理系統(tǒng)（以下簡稱為PMA 71）是SIEMENS公司的新一代電站自動化產(chǎn)品，安裝于我國“泰安口” 等許多遠洋船舶。 主要功能： 船舶電網(wǎng)監(jiān)視（全船斷電，頻率過低等） 2. 根據(jù)負載狀況或故障(過電流，過負荷)狀況自動起動發(fā)電機組 3. 發(fā)電機的過電流、逆功率保護，按照三個等級對非重要負載自動卸載，依據(jù)電網(wǎng)功率余量自動或手動停止發(fā)電機組4. 發(fā)電機自動并車，自動調(diào)頻調(diào)載5. 短路保護 6. 在液晶顯示操作單元上可以顯示故障診斷信息7. 大負荷起動時的自動問訊控制，停機時具有自動

6、逐步轉(zhuǎn)移負載功能，在起動發(fā)電機組時，可設(shè)置多次起動嘗試 8. PMA 71還具有和WGA 23d型軸帶發(fā)電機控制裝置相連，控制軸帶發(fā)電機起動、停車以及和柴油發(fā)電機組并車切換等功能 。DC/DC變換器OP 71 液晶顯示操作板通信模塊GENOP71 發(fā)電機保護和并車模塊DI/DO開關(guān)量模塊(發(fā)電機控制)DI/DO開關(guān)量模塊(柴油機控制)兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行時的PMA 71系統(tǒng)布置 OLM-光纖連接模塊圖中畫出了管理兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行時的PMA 71系統(tǒng)布置 每一臺柴油發(fā)電機組配置有： (1)一臺SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制裝置 (2)一臺GENOP 71型發(fā)電機保護/并車單

7、元和測量傳感器 (3)一只OP7型液晶顯示操作單元 (4)一只DC 24V/DC 24V變流器 上述4個單元安裝于每臺發(fā)電機組的配電板上，其中OP7型液晶顯示操作單元和電壓表、電流表、功率表、頻率表、控制開關(guān)和指示燈等一樣，安裝于配電板的正面，以便于操作。PMA-71系統(tǒng)的這種布置既適合分布布置的配電板（即每1套PMA 71裝置可以安裝于每臺分布布置的發(fā)電機配電板上），也適合于在控制多臺發(fā)電機的集中主配電板間的布置。 (1)一臺SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制裝置 PS(可選)CPU IMSM: DISM: DOSM: AISM: AO FM:- 計數(shù)- 定位- 閉環(huán)控制

8、CP:- 點-到-點- PROFIBUS- 工業(yè)以太網(wǎng)一臺SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制裝置，包括：帶MPI通訊口的CPU模塊 Profibus 通訊口模塊 用于發(fā)電機控制的開關(guān)量輸入/輸出模塊 對柴油機進行控制的開關(guān)量輸入/輸出模塊 PLC采集發(fā)電機組的現(xiàn)場信息和接受從GENOP71型發(fā)電機保護/并車單元或OP 7液晶顯示操作單元傳遞來的信息，負責對本臺柴油發(fā)電機組（或軸帶發(fā)電機的控制系統(tǒng)）的起停邏輯控制 負責電網(wǎng)斷電、欠頻的監(jiān)視 發(fā)電機過負荷的保護 各臺發(fā)電機的PLC通過MPI多口通訊總線傳遞信息，組成了PMA 71系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)對整個電站的自動管理，負責電能管

9、理信息的處理 功能：(2)一臺GENOP 71型發(fā)電機保護/并車單元可以單獨工作或與PLC一起集成在PMA 71系統(tǒng)中工作 負責電網(wǎng)三相電壓、發(fā)電機三相電壓、電流等信號的采集處理 具有發(fā)電機保護（過電流分級卸載，逆功率或短路保護）和自動并車功能 能通過Profibus現(xiàn)場總線將采集和處理過的電壓、電流、功率、差頻脈動電壓等數(shù)字信息輸入到PLC 功能：能接受PLC通過Profibus現(xiàn)場總線發(fā)出的指令 可以使用OP7型液晶顯示操作單元變更GENOP 71的工作參數(shù)，傳送到PLC，然后再由PLC傳送給GENOP 71。 功能：(3)一只OP7型液晶顯示操作單元 系統(tǒng)的人機界面 操作人員通過OP 7

10、與PLC交換信息，對PMA 71系統(tǒng)進行操作，并隨時顯示系統(tǒng)運行或故障狀態(tài)和用于對系統(tǒng)的工作參數(shù)進行修改 (4)一只DC 24V/DC 24V變流器 為PLC、GENOP 71、OP 7單元的工作提供可靠的電源 每一臺發(fā)電機組中，所屬的PLC、GENOP 71和OP7各單元之間通過高速可靠的Profibus DP 型現(xiàn)場總線相互通訊。 各臺發(fā)電機之間的控制信息的通訊則是通過所屬PLC上CPU模塊的MPI多口通訊接口（類似RS 485通訊）的光纖總線傳遞信息 。信息通訊船舶還設(shè)置有更高一級的計算機集中監(jiān)控系統(tǒng)，電站自動化系統(tǒng)還可以作為上級監(jiān)控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)來運行。每臺發(fā)電機的監(jiān)控信息可以通過所

11、屬PLC上的2個通訊模塊，與上位監(jiān)控計算機的通訊總線相連（圖中為冗余布置的BUS-A，BUS-B兩條通訊總線，工業(yè)以太網(wǎng)），從而可以在上級監(jiān)控系統(tǒng)的顯示器界面進行遙控操作 信息通訊16.2.3 GENOP 71型發(fā)電機保護/并車單元 為了提高運行速度和可靠性，對一些要求高的控制任務(wù)往往采用專用模塊來實現(xiàn) 這些專用模塊在PLC的CPU工作的同時，作為下一級的模塊，能并行地處理自己承擔的控制任務(wù)，也與PLC的CPU模塊交換控制信息。 在PMA 71電力自動管理系統(tǒng)中，GENOP 71單元就是特別為發(fā)電機控制設(shè)計的智能模塊。 GENOP 71單元承擔對本臺發(fā)電機控制基本任務(wù)： 發(fā)電機保護功能監(jiān)視短路

12、故障、過電流、逆功率，實現(xiàn)故障工況下的非重要負荷分級卸載或發(fā)電機主開關(guān)延時跳閘。 自動并車功能在接到PLC單元或者來自配電盤按鈕發(fā)出的同步并車指令后，控制發(fā)電機和電網(wǎng)母線的自動并車過程。 信號采集處理和通訊功能采集、處理發(fā)電機和電網(wǎng)的信號，通過Profibus現(xiàn)場總線把數(shù)據(jù)傳送到PLC單元，供PLC對整個電站自動化控制判斷使用。 輸出端輸入端工作電源24VDC/230VAC內(nèi)部報警指示自動卸載1，自動卸載2自動卸載3，斷路器脫扣1斷路器脫扣2，逆功率系統(tǒng)故障（需要復(fù)位）發(fā)電機過流、短路和逆功率故障信號擴展輸出端(外部報警等)發(fā)電機逆功率或短路保護PROFIBUS，RS232通信接口發(fā)電機調(diào)速器

13、調(diào)頻信號R(Rise)-升速，L(Lower)-降速發(fā)電機過流保護分三級自動卸載發(fā)電機合閘信號復(fù)位按鈕，用于復(fù)位過流或逆功保護記憶，發(fā)電機手動同步并車按鈕及合閘反饋輸入信號發(fā)電機3相電電流用于發(fā)電機電流、功率測量經(jīng)電流互感器接入。過流和過載及逆功率保護等。PROFIBUS通信地址(撥碼開關(guān))電網(wǎng)匯流排和發(fā)電機3相電壓用于電壓、頻率測量和合閘時機檢測經(jīng)電壓互感器接入。16.2.4 OP 7型液晶顯示操作單元和PLC單元S7-315-2DPOP現(xiàn)場設(shè)備PCSTEP 7PROFIBUS-DP 1）OP 7型液晶顯示操作單元 液晶窗口用于顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)、故障信息和實際的控制過程數(shù)值。 操作鍵包括兩

14、類：一類是通常的數(shù)字（字符）鍵、“SHIFT”、“DEL”、“ESC”、“ENTER”和光標移動鍵等，用于在查詢和修改參數(shù)時輸入信息。另一類是在PMA71系統(tǒng)中，專門定義的功能鍵“AUTO”（自動模式）、“SEMI”（半自動模式）、“START”（起動發(fā)電機組）、“STOP” （發(fā)電機組停車）、“BREAK. ON”（發(fā)電機主開關(guān)合閘）、“BREAK. OFF” （發(fā)電機主開關(guān)斷開）、“DISPLAY”（顯示）、“CONFIRM”（確認）。 這些專門定義的控制功能鍵用于向PLC單元發(fā)出PMA 71系統(tǒng)運行模式的選擇命令和在系統(tǒng)運行于半自動控制模式時發(fā)出對發(fā)電機組的控制命令等。使用這些功能按鍵取

15、代了老一代自動化電站主配電板上的常規(guī)選擇開關(guān)和按鈕，并用液晶顯示板來顯示系統(tǒng)設(shè)置改變之后的狀態(tài)，可以使系統(tǒng)的自動功能更加靈活，各臺發(fā)電機相互控制的配合更加方便，也避免了傳統(tǒng)硬件手動選擇開關(guān)的位置不能自動跟隨軟件控制而變化的技術(shù)缺陷。 在PMA 71系統(tǒng)的技術(shù)手冊中列出了使用OP 7單元對PMA 71系統(tǒng)進行操作的方法和比較詳細的根據(jù)故障信息進行故障判斷的方法，操作人員必須掌握。 PLC作為工控系統(tǒng)的核心和外部傳感器、執(zhí)行機構(gòu)一起組成了控制系統(tǒng)。在PMA 71電力自動管理系統(tǒng)中，PLC單元是系統(tǒng)的控制核心，直接采集發(fā)電機的現(xiàn)場信息，還接受GENOP71單元或OP7單元傳來的測量值或操作命令，其任

16、務(wù)有兩方面：1、負責對本臺柴油發(fā)電機組(或軸周帶發(fā)電機的控制系統(tǒng))的起動、停車邏輯。2）PLC可編程序控制器2、各臺發(fā)電機的PLC一起協(xié)同工作，負責對電網(wǎng)斷電、欠頻的監(jiān)視，發(fā)電機過負荷的保護，負責整個系統(tǒng)電能管理信息的處理。根據(jù)負載狀況或故障(過電流、過負荷)狀況，自動起動備用發(fā)電機組或?qū)嵤┩＼図樞虻倪壿嬁刂?，向各臺發(fā)電機的GENOP71發(fā)出并車指令和調(diào)頻指令，管理并聯(lián)運行中發(fā)動機功率的自動分配和電網(wǎng)頻率的自動調(diào)整，以及大負荷起動時的自動問訊控制等。16.3 船舶電站自動化主要功能簡介GENOP71單元在PMA 71型電力自動管理系統(tǒng)中所承擔的發(fā)電機保護和自動并車功能之外，還對柴油發(fā)電機組的控

17、制、船舶電網(wǎng)的監(jiān)視和發(fā)電機的保護、電網(wǎng)功率的進行管理。 在維修柴油機、發(fā)電機、配電板時，為了防止機組的突然起動以及發(fā)電機接線端子和空氣斷路器的突然帶電，造成人員傷害或設(shè)備的損壞，電站的運行管理維護人員必須熟悉電站工作的安全須知、警告、維修的步驟要求。 16.3.1 對柴油發(fā)電機組的控制 船舶付機一般都是中、高速柴油機，采用壓縮空氣起動，噴入柴油機氣缸內(nèi)的燃油不是靠外界火源點燃的(汽油機為電火花點燃)，而是由活塞的壓縮沖程，將已進入氣缸的空氣壓縮，產(chǎn)生高溫，然后噴入霧化燃油自行發(fā)火。一旦發(fā)火，切斷起動空氣，柴油機自行運轉(zhuǎn)。柴油機的起動與停機的形式、起動方式、預(yù)潤滑系統(tǒng)的設(shè)計及柴油機的操作機構(gòu)等均

18、有關(guān)系。自動控制的程序可因船而異、因機而異。上止點下止點行程(沖程)，四沖程柴油機兩圈發(fā)火一次，二沖程柴油機一圈發(fā)火一次。四沖程柴油機換氣質(zhì)量好，燃燒充分。采用四沖程中高速柴油機拖動發(fā)電機。壓縮空氣在起動時，在柴油機膨脹沖程送入壓縮空氣推動活塞下行，使柴油機運轉(zhuǎn)。柴油機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速達到發(fā)火轉(zhuǎn)速后，開始噴油，停止送入起動空氣。發(fā)火轉(zhuǎn)速-使柴油機能連續(xù)運轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速(怠速)。以上、下止點為基準，用曲柄轉(zhuǎn)角表示的進排氣閥、噴油器、起動閥開啟和完全關(guān)閉的氣閥啟閉時刻稱為配氣定時，噴油器開啟時刻稱為噴油定時。起動閥啟閉時刻稱為起動定時。船舶自動化電站對某臺柴油發(fā)電機組的控制一般都設(shè)有“機旁手動”、“遙控半自

19、動”、“自動”三種操縱方式的轉(zhuǎn)換。在不同的運行模式下，該臺發(fā)電機組的起動、停車操作地點和方法不同，其他的功能（例如同步并車的方法、有無自動調(diào)頻調(diào)載，有無備用機組起動等）也不完全相同。 在機旁控制面板上的“手動/自動”選擇開關(guān)放置“手動”位置時，該臺發(fā)電機組即被設(shè)置在“機旁手動”運行模式。通常選擇這種模式，在維修時繞過PMA71在機旁控制柴油機的起動或停車。此時，PMA71系統(tǒng)對該發(fā)動機組的自動控制功能或從OP71液晶顯示操作單元上對系統(tǒng)進行手動操作均失去作用，但OP71的顯示功能依然有效，發(fā)動機的調(diào)速和主開關(guān)合閘只能在配電盤上手動進行。柴油機的安全保護功能(超速、滑油低壓、冷卻水高溫等引起的自

20、動停車)依然有效。1）“機旁手動”運行模式的功能 “機旁手動”運行模式，在機旁起動發(fā)動機，在并車屏進行手動準同步并車。在全船電網(wǎng)停電時，可直接在配電盤上直接按某發(fā)電機(已運行)的合閘按鈕，向電網(wǎng)供電。2）“遙控半自動”運行模式的功能在機旁控制面板上的“手動/自動”選擇開關(guān)放置“自動”位置，在按OP71操作單元上的“SEMI(半自動)”按鈕，該臺發(fā)電機組即被設(shè)置在“遙控半自動”運行模式，在OP71面板顯示運行模式為“遙控半自動”。此時，輪機員即可在OP71上進行發(fā)電機組的起動、停車和同步并車等控制操作。為了避免誤操作，對于從OP71的按鈕發(fā)出的重要指令，通常要在預(yù)設(shè)的時間內(nèi)再按“CONFIRM(

21、確認)”按鈕來確認，否則，該指令不會真正執(zhí)行。在“遙控半自動”運行模式下，柴油機的安全保護功能(超速、滑油低壓、冷卻水高溫等引起的自動停車)和發(fā)動機的保護功能依然有效。在發(fā)生故障時，該發(fā)動機組將和在“自動”運行模式一樣停車，但不會有備用機組起動。（1）機組的起動 STARTGENOP71柴油機 起動運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP在OP7上,按“START(起動)”按鈕,且未有發(fā)電機組運行信號(PLC未收到“達到發(fā)火轉(zhuǎn)速”或“發(fā)電機電壓超過85%的輸入信號”)，則PLC發(fā)出柴油機起動信號，打開柴油機起動空氣閥。STARTGENOP71柴油機 起動運行OP7PLC發(fā)電機 Profi

22、bus DP如果起動成功,當PLC收到“達到發(fā)火轉(zhuǎn)速”或“發(fā)電機電壓超過85%的輸入信號”，則起動信號撤消。STARTGENOP71柴油機 起動運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP如果因為氣源壓力、氣路控制或者柴油機故障，經(jīng)過預(yù)設(shè)時間(可設(shè)置參數(shù)，如秒),仍沒有達到“達到發(fā)火轉(zhuǎn)速”或“發(fā)電機電壓超過85%”的信號輸入PLC，則PLC不再繼續(xù)發(fā)出柴油機起動信號。STARTGENOP71柴油機 起動運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP但如果系統(tǒng)預(yù)先選擇了多次起動功能，則系統(tǒng)經(jīng)過“等待時間”(可設(shè)置參數(shù))，會再次發(fā)出起動信號。通常最多次重復(fù)起動，滿次還未起動成功，發(fā)次起動失敗信息

23、，并將該機組阻塞(從備用機組中剔除)。（2）開始同步并車在OP7上,按“BREAK.ON(斷路器合閘)”按鈕,則自動同步并車過程開始，發(fā)電機主開關(guān)將自動合閘，OP7上將顯示相應(yīng)的運行信息。STARTGENOP71柴油機 運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP但是，在發(fā)電機并網(wǎng)后，不進行負載自動分配(轉(zhuǎn)移)，必須在主配電板上手動負載轉(zhuǎn)移。STARTGENOP71柴油機 運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP如果，在“遙控半自動”模式下，起動發(fā)電機組后，再將該臺發(fā)電機的運行模式切換到“自動”模式，在模式切換后，發(fā)電機會自動同步并車，自動合閘，自動負載轉(zhuǎn)移至均功。STARTGENOP

24、71柴油機 運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP當發(fā)生船舶電網(wǎng)斷電的情況時，可以直接按OP7上按“BREAK.ON(斷路器合閘)”按鈕，或?qū)⒃撆_發(fā)電機的模式切換到“自動”模式，都可以使發(fā)電機斷路器合閘。STARTGENOP71柴油機 運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP（3）使發(fā)電機組停車在OP7上,按“STOP”按鈕,且該臺發(fā)電機組正處于與其他機組并聯(lián)運行狀態(tài)，系統(tǒng)將自動執(zhí)行“減負荷過程”。 OP7上顯示“延時停車”信息，PLC向GENOP71單元發(fā)出“減速”指令，使該臺機組的負荷減少到“發(fā)電機斷路器最小功率”的限制值。STARTGENOP71柴油機 減速運行OP7PLC

25、發(fā)電機 Profibus DP當該發(fā)動機負荷低于限制值時，PLC通過GENOP71單元發(fā)，使發(fā)電機斷路器斷開。然后，PLC向柴油機發(fā)出“停機”信號，“停車”信號將一直持續(xù)到柴油機轉(zhuǎn)速低于發(fā)火轉(zhuǎn)速，且超過預(yù)定的停車等待時間(可設(shè)置，30秒)才會撤銷。柴油機停機，待到“停車”指令結(jié)束，發(fā)電機組進入備用狀態(tài)。STARTGENOP71柴油機 減速運行OP7PLC發(fā)電機 Profibus DP（4）使發(fā)電機斷路器斷開 在OP7上,按“BREAK.ON(斷路器合閘)”按鈕,且該臺發(fā)電機組正處于與其他機組并聯(lián)運行狀態(tài)，系統(tǒng)將自動執(zhí)行“減負荷過程”。 OP7上顯示“延時停車”信息，PLC向GENOP71單元發(fā)

26、出“減速”指令，使該臺機組的負荷減少到“發(fā)電機短路器最小功率”的限制值。當該發(fā)動機負荷低于限制值時，PLC通過GENOP71單元發(fā)，使發(fā)電機短路器斷開。3）“自動”運行模式的功能 在機旁控制面板上的“手動/自動”選擇開關(guān)放置“自動”位置，在按OP71操作單元上的“AUTO(自動)”按鈕，該臺發(fā)電機組即被設(shè)置在“自動”運行模式，在OP71面板顯示運行模式為“自動”。在自動”運行模式，柴油發(fā)電機組的起動(備用機組的起動)和停車(緊急停車、故障停車、低負荷停車)都是自動進行的。（1）柴油發(fā)電機組的起動 在“自動”運行模式,如果某臺機組選定為備用機組，且由于全船斷電或從另一臺機組發(fā)出起動備用機組請求，

27、則系統(tǒng)會自動開始該臺機組的起動進程。PLC發(fā)出柴油機起動信號，打開柴油機起動空氣閥。如果起動成功，當PLC收到“達到發(fā)火轉(zhuǎn)速”或“發(fā)電機電壓超過85%”的輸入信號，則起動信號撤銷，OP7顯示“運行”信息。如果因為氣源壓力、氣路控制或者柴油機故障，經(jīng)過預(yù)設(shè)時間(可設(shè)置參數(shù)，如秒),仍沒有達到“達到發(fā)火轉(zhuǎn)速”或“發(fā)電機電壓超過85%”的信號輸入PLC，則PLC不再繼續(xù)發(fā)出柴油機起動信號。但如果系統(tǒng)預(yù)先選擇了多次起動功能，則系統(tǒng)經(jīng)過“等待時間”(可設(shè)置參數(shù))，會再次發(fā)出起動信號。通常最多次重復(fù)起動，滿次還未起動成功，發(fā)次起動失敗信息，并將該機組阻塞(從備用機組中剔除)。（2）柴油發(fā)電機組的停車 在“

28、自動”運行模式,機組停車有兩種情況：當由緊急停車保護、發(fā)電機短路、逆功率引起的柴油機立即停車，發(fā)電機短路器會立即脫扣。當發(fā)電機組的停車是由于過載保護或者是某臺發(fā)電機組應(yīng)該執(zhí)行延時停車，而該臺發(fā)電機正處于和其他機組并聯(lián)運行的狀態(tài)，系統(tǒng)將自動執(zhí)行“減負荷停車過程”。OP7顯示“延時停車”信息，PLC向GENOP71單元發(fā)出“減速”指令，使該臺機組的負荷減少到“發(fā)電機短路器最小功率”的限制值。當該發(fā)動機負荷低于限制值時，PLC通過GENOP71單元發(fā)，使發(fā)電機短路器斷開。4） 起動失敗的處理 無論系統(tǒng)在“遙控半自動”或“自動”運行模式，如果經(jīng)過預(yù)設(shè)的幾次起動嘗試，PLC仍沒有收到“柴油機達到發(fā)火轉(zhuǎn)速

29、”或“發(fā)電機電壓超過85%”的信號，系統(tǒng)會對該臺機組發(fā)出“停機”命令。同時，在OP7上顯示“起動失敗”故障信息和“該臺機組被阻塞”的操作信息，把該臺機組阻塞。如果該臺機組處于“自動”運行模式，系統(tǒng)自動地向下一臺備用機組發(fā)出起動命令。經(jīng)過預(yù)定的停車等待時間限制之后，“停車”命令消失。然后可將該臺機組控制模式轉(zhuǎn)換為“遙控半自動”或“機旁手動”模式，對故障進行復(fù)位，使該機組重新準備運行。上述情況如果是在某些故障狀態(tài)時，該臺發(fā)電機組將被自動阻塞。此外，在PMA71系統(tǒng)中，也可根據(jù)(如維修)需要，在機組沒有運行，且被選定在“遙控半自動”運行模式時，可以在OP7單元，從液晶顯示屏幕找到相應(yīng)的菜單，人工輸入

30、阻塞或解除阻塞(有的機組是在柴油機旁的控制面板上設(shè)有阻塞選擇開關(guān))。被阻塞后的機組將不能被起動，也不能被直接切換為“自動”模式。此外，也可選擇系統(tǒng)中某些選項功能，如，可使柴油機在發(fā)電機斷路器斷開后，無負載繼續(xù)運行一定時間，以符合某些柴油機的停機要求等。5） 柴油機的預(yù)潤滑功能 柴油機起動前，通常需要預(yù)潤滑(由非機帶泵-電動滑油泵完成，正常潤滑由機帶泵完成)，以保證備用機組的柴油機達到隨時起動的要求，PMA71系統(tǒng)具有控制柴油機實現(xiàn)預(yù)潤滑的功能。借助OP7單元可以預(yù)先選擇以下幾種不同種類的預(yù)潤滑方式或不設(shè)預(yù)潤滑：(1)、周期性的自動預(yù)潤滑(2)、起動前進行預(yù)潤滑(3)、連續(xù)的預(yù)潤滑(1)、周期性

31、的自動預(yù)潤滑在這類預(yù)潤滑方式下，當柴油機不運行時，系統(tǒng)對柴油機按照預(yù)設(shè)的間隔時間進行預(yù)潤滑。在OP7上可設(shè)定預(yù)潤滑時間和間隔時間(2小時)。(2)、起動前進行預(yù)潤滑(某些機型上稱“一次性注入使?jié)櫥?若柴油機長期未用或較長時間沒有預(yù)潤滑，柴油機先潤滑一定時間，然后起動。若柴油機未潤滑的時間未超過許可時間，則柴油機可直接起動。許可時間可在OP7上設(shè)置(如5分鐘)。(3)、連續(xù)的預(yù)潤滑在該方式下，當柴油機不運行時，系統(tǒng)對該系統(tǒng)的預(yù)潤滑連續(xù)進行。 當PLC檢測不到“柴油機達到發(fā)火轉(zhuǎn)速”或“發(fā)電機電壓超過85%”的信號時，開始預(yù)潤滑。此外，在PMA71系統(tǒng)中，對于需要進行預(yù)熱的備用機組柴油機，在投入運

32、行前，還可設(shè)置預(yù)加熱功能，或還可以在柴油機起動時，采用慢轉(zhuǎn)起動功能。6） 對柴油機的安全保護功能 PMA71系統(tǒng)可以取代柴油機原有的安全保護系統(tǒng)。為此通常需要4個開關(guān)量(常開觸點)輸入信號：“柴油機超速”，“滑油低壓”，“冷卻水高溫”或“冷卻水低壓”等故障信號。系統(tǒng)對信號源設(shè)置了短線報警的自檢功能。在每個常開觸點兩端并聯(lián)一個阻值為5.6K的電阻，系統(tǒng)根據(jù)測得的輸入電路的電阻值來判斷輸入信號的狀態(tài)。阻值=0,觸點閉合。發(fā)應(yīng)急停車信號。阻值=5.6K，觸點斷開。無故障不發(fā)停車信號。阻值=8K，輸入電路斷線故障或觸點斷開且無電阻并聯(lián)。此外，為了避免瞬間脈沖引起緊急停車，對于滑油低壓或冷卻水高溫引起的

33、緊急停車通常設(shè)有延時環(huán)節(jié)，通常延時時間為1秒。如果上述緊急停車信號出現(xiàn)，它將導(dǎo)致柴油機停車，阻塞該臺發(fā)電機組，并且如果機組被設(shè)置在“自動”模式，將隨即自動起動備用機組。在某些柴油機輔助中，由于在柴油機不運行時或柴油機剛開始運行的起始時刻，工作狀態(tài)不穩(wěn)定(滑油壓力)，參數(shù)不正常，為了避免引起不必要的報警，需要對監(jiān)視報警功能的投入設(shè)置延時。在延時期間，對報警信號進行阻塞。PMA71系統(tǒng)中，有相應(yīng)的參數(shù)可以設(shè)置，如將滑油低壓緊急停車的信號設(shè)置為在柴油機轉(zhuǎn)速超過發(fā)火轉(zhuǎn)速之后15秒再投入工作。16.3.2 船舶電網(wǎng)的監(jiān)視和發(fā)電機的保護功能 1）船舶電網(wǎng)的監(jiān)視 （1）電網(wǎng)斷電的監(jiān)視 每個PMA 71系統(tǒng)使

34、用一個電網(wǎng)檢測裝置，如果檢測到電網(wǎng)斷電，則下一臺備用機組自動起動，并且在發(fā)電機電壓達到額定值的85%之后，延時合閘供電。（2）電網(wǎng)頻率過低的監(jiān)視 機組在“自動”模式時，當電網(wǎng)頻率超出預(yù)定的各檔許可限值時，會觸發(fā)下表的動作如果頻率過低是由于原動機的功率下降或故障，并且第一次備用機組的投入并不能恢復(fù)電網(wǎng)頻率的正常，則可以進一步通過非重要負荷的卸載來恢復(fù)頻率的正常。表示備用機組連接電網(wǎng)的執(zhí)行是在準備好通過全船斷電的情況下進行切換但是如果電網(wǎng)頻率的數(shù)值離正常值太遠，新起動備用機組的調(diào)速裝置將不允許在此頻率工作，無法進行同步并車，因而新起動的發(fā)電機與電網(wǎng)的連接要在準備好全船斷電的情況下進行切換。機組在“

35、遙控半自動”模式時，電網(wǎng)頻率過低會發(fā)出故障信息，但是不會有機組自動加入電網(wǎng)。 （3）電網(wǎng)電壓過低或者過高的監(jiān)視 表示發(fā)電機去磁表示備用機組連接電網(wǎng)的執(zhí)行是在準備好通過全船斷電的情況下進行切換機組在“自動”模式時，當電網(wǎng)電壓超出預(yù)定的各檔許可限值時，會觸發(fā)下表的動作(發(fā)電機脫扣)對全船電網(wǎng)保護。如此時進行并車操作，由于機組間電壓調(diào)整器的不同設(shè)置將引起無功功率和發(fā)電機電流的極大增加，系統(tǒng)將不會進行并聯(lián)操作。因此，備用發(fā)電機組與電網(wǎng)的連接要在準備好全船斷電的情況下進行切換。機組在“遙控半自動”模式時，電網(wǎng)電壓不正常會發(fā)出故障信息，但是不會有機組自動加入電網(wǎng)。2）發(fā)電機的保護功能 PMA 71系統(tǒng)對發(fā)

36、電機的保護功能包括在發(fā)生短路時或者發(fā)生過電流、過負荷、逆功率時，為保護發(fā)電機自動采取的措施。 （1）短路保護 在PMA71系統(tǒng)中，發(fā)電機電流的短路檢測是由GENOP71單元承擔。當發(fā)生短路時，GENOP71單元用于控制發(fā)電機斷路器脫扣的輸出繼電器被觸發(fā)，使發(fā)電機斷路器跳閘。 發(fā)電機短路保護故障的記憶必須通過手動應(yīng)答，當發(fā)電機組停車后，要在OP 7液晶顯示操作單元上手動復(fù)位。 （2）發(fā)電機的過電流保護 在PMA71系統(tǒng)中，發(fā)電機的過電流保護也是由GENOP71單元承擔。發(fā)電機斷路器的脫扣功能是由GENOP71單元直接發(fā)出，但是，其它諸如通過切除非重要負載等來進行過電流保護的功能是通過PLC單元來

37、實現(xiàn)的。 表示該功能由GENOP71 承擔，獨立于PLC（3）發(fā)電機的功率過載保護 船舶電網(wǎng)的功率是由GENOP 71發(fā)電機保護和同步單元進行測量，然后由PLC單元進行監(jiān)視。經(jīng)不同延時時間，分三級切除非重要負荷，進一步斷開發(fā)電機短路器，發(fā)出機組停機指令和阻塞指令，并將該臺機組切換到“遙控半自動”運行模式。表示該功能由GENOP71 承擔，獨立于PLC（4）逆功率保護 對逆功率的檢測是由GENOP71單元承擔的，如果發(fā)電機的逆功率超出預(yù)設(shè)的限值，并且超出故障的延時時間，PMA 71系統(tǒng)將斷開發(fā)電機斷路器，發(fā)出機組停機指令和阻塞指令，將該臺機組切換到“遙控半自動”運行模式，并且起動備用機組。 16

38、.3.3 PMA 71的功率自動管理功能 PMA 71系統(tǒng)的功率自動管理功能包括： 在過電流、過載或電網(wǎng)頻率過低時，自動起動備用機組；決定備用機組的起動順序； 當電網(wǎng)低負荷需要減少機組時，自動對機組進行負荷轉(zhuǎn)移后，進行解列； 決定機組的解列順序；對并聯(lián)運行的機組，進行電網(wǎng)頻率和有功功率的自動調(diào)節(jié)； 調(diào)節(jié)并聯(lián)運行機組的無功功率分配；1）備用機組的自動起動和低負荷時的自動解列 （1）備用機組的起動順序和機組停機的解列順序 一般在由集成電路構(gòu)成的自動化電站中，主配電板含有共用的同步并車控制屏，通過并車屏的選擇開關(guān)可以設(shè)置備用機組的起動順序。 PMA 71系統(tǒng)充分利用了設(shè)置在每臺發(fā)電機控制屏上的PLC

39、單元之間的相互通訊能力，取消了共用的自動并車控制屏，起動順序的選擇可以在任何一臺發(fā)電機的OP 7液晶顯示操作單元上，按照顯示屏菜單的提示，使用按鍵進行設(shè)定。所選擇的結(jié)果將自動傳送到每臺發(fā)電機的PLC單元中，而機組的停機解列順序則會自動地被設(shè)定為與起動順序相反。 如果在執(zhí)行過程中，某臺機組運行模式不在“自動”模式，或者所選機組的運行狀態(tài)不對(如執(zhí)行解列命令時，該機組正在停機狀態(tài))，則系統(tǒng)會跳過該臺機組，順序中的下臺機組將執(zhí)行起動或者解列操作。（2）過流、過載、或電網(wǎng)頻率過低引起的備用機組自動起動 引起過電流、過載或者電網(wǎng)頻率過低的故障原因，大部分是由于運行機組可以提供的總功率不能滿足當前電網(wǎng)負荷

40、總量的地要求。前面敘述的過電流、過負荷或電網(wǎng)頻率過低時，系統(tǒng)實施的分級卸載，從減少電網(wǎng)負荷的角度來維持功率需求的平衡，以保護發(fā)電機。本節(jié)則從功率管理的角度，在過電流、過載或者電網(wǎng)頻率過低時，自動起動備用機組、增加電能供給來滿足功率需求的平衡。在表16-1中可看出，在過電流、過載或者電網(wǎng)頻率過低時，自動起動備用機組的判斷值都是設(shè)置為三個等級，而相對應(yīng)的動作時間，則與限值的大小呈反時限特性。超過額定值的百分比越小，動作的延時越大；超過額定值的百分比越大，動作的延時越小。系統(tǒng)中，電流、功率、電網(wǎng)頻率都是由GENOP 71發(fā)電機保護/并車單元采集，然后傳送到PLC單元，在PLC單元進行監(jiān)視是否超過預(yù)設(shè)

41、的限值。 2）并聯(lián)機組的功率分配和電網(wǎng)頻率的自動調(diào)整 在PMA 71系統(tǒng)中，各臺發(fā)電機的PLC單元接受GENOP 71單元傳送過來的發(fā)電機功率和電網(wǎng)頻率信號，綜合后在負載控制程序和頻率控制程序中進行計算，分別得出負載控制輸出信號和頻率控制輸出信號，然后送到權(quán)值程序?qū)ω撦d控制信號和頻率控制信號的權(quán)值作進一步的處理。最后綜合生成 “升速”或者“降速” 輸出信號，通過PROFIBUS分別傳送到各臺發(fā)電機的GENOP 71單元，控制發(fā)電機的調(diào)速器，達到自動調(diào)頻調(diào)載的功能。 （1）并聯(lián)機組負載分配的控制 PMA 71系統(tǒng)允許選擇兩種不同的負載分配控制方案： A. 按比例負載分配法（當各臺機組的容量相同時，也稱作均功分配法）比例負載分配法是指并聯(lián)運行的機組以各機組額定容量的相同百分比分擔電網(wǎng)負荷。目前柴油發(fā)電機組的船舶電站都是采用比例負載分配法。 B. 不平衡負載分配法（Unbalanced Load Sharing, 簡稱UBL）在這種負載分配模式下，一臺機組承擔盡可能多的負荷，但是不能超過預(yù)先設(shè)置的最大限定值；而另外的機組則被安排為承擔盡量少的負載，但是不能少于所設(shè)定的最小允許負荷。 (2）電網(wǎng)頻率的調(diào)整 PMA 71系統(tǒng)允許選擇兩種不同的頻率調(diào)整模式：恒頻模式的頻率調(diào)整模式選擇為恒頻模式時，電網(wǎng)的頻率將被調(diào)整到接近船舶電網(wǎng)的額定頻率 50Hz或 60Hz。 B. 帶下降特性的頻率調(diào)整