船舶和配電系統(tǒng)-船舶自動(dòng)化電站

【知識(shí)目標(biāo)】認(rèn)識(shí)自動(dòng)化電站的功能組成，自動(dòng)啟停要求，自動(dòng)并車要求和實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)有功功率和無(wú)功功率的影響因素與調(diào)節(jié)電站的綜合保護(hù)功能組成【能力目標(biāo)】正確對(duì)自動(dòng)化電站進(jìn)行管理和操作任務(wù)九

船舶自動(dòng)化電站Shippowerstationautomation一、船舶自動(dòng)化電站的基本功能圖6-107自動(dòng)化電站的系統(tǒng)功能圖功能包括1．發(fā)電機(jī)組操作方式的選擇2．發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)3．自動(dòng)準(zhǔn)同步并車4．自動(dòng)恒頻及有功功率自動(dòng)分配5．自動(dòng)恒壓及無(wú)功功率自動(dòng)分配6．自動(dòng)分級(jí)卸載7．重載詢問(wèn)8．重要負(fù)載分級(jí)啟動(dòng)9.自動(dòng)解列10．巡回檢測(cè)及保護(hù)二、船舶發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)與停機(jī)1．備用機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)(1)啟動(dòng)前的預(yù)潤(rùn)滑（pre-lubrication)自動(dòng)控制預(yù)潤(rùn)滑有周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑、非周期性預(yù)潤(rùn)滑和一次性注入式預(yù)潤(rùn)滑等方式。(2)預(yù)熱(暖機(jī))（warm-up）(3)機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)控制裝置功能①應(yīng)有“自動(dòng)”、“機(jī)旁”、“遙控”操作方式的轉(zhuǎn)換②對(duì)自動(dòng)啟動(dòng)的各種準(zhǔn)備工作進(jìn)行邏輯判斷和監(jiān)視。③接到啟動(dòng)指令時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)柴油機(jī)。④一個(gè)啟動(dòng)指令，可以允許三次啟動(dòng)⑤達(dá)到發(fā)火后，應(yīng)切斷啟動(dòng)動(dòng)力源⑥“中速運(yùn)行”和“加速”控制。⑦>90％轉(zhuǎn)速切斷本機(jī)的預(yù)潤(rùn)滑系統(tǒng)。⑧具有超速保護(hù)。⑨導(dǎo)致停機(jī)時(shí)，應(yīng)發(fā)出“阻塞”信號(hào)⑩具備“模擬試驗(yàn)”的功能自動(dòng)啟動(dòng)程序(4)備用機(jī)組啟動(dòng)條件出現(xiàn)下述條件發(fā)出“增機(jī)”指令①經(jīng)延時(shí)判斷，確認(rèn)運(yùn)行機(jī)組重載；②運(yùn)行機(jī)組的滑油壓力低；③運(yùn)行機(jī)組冷卻水出口溫度；④電網(wǎng)突然斷電；⑤經(jīng)重載詢問(wèn)，儲(chǔ)備容量不夠；⑥正要啟動(dòng)的備用機(jī)組阻塞；⑦備用機(jī)組啟動(dòng)失敗或合閘失敗。2．運(yùn)行機(jī)組的自動(dòng)解列與停機(jī)(1)發(fā)電機(jī)組的解列（splitting）電網(wǎng)負(fù)荷降低到可以停掉一臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)生運(yùn)行不正常（先啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)，后再轉(zhuǎn)移負(fù)載，解列）運(yùn)行不正常分為兩級(jí)：一級(jí)作為預(yù)報(bào)；一級(jí)作為保護(hù)裝置的動(dòng)作極限預(yù)報(bào)級(jí)信號(hào)可以用來(lái)要求啟動(dòng)備用機(jī)組時(shí)間取決于兩方面：一方面是備用發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)、加速、并車和負(fù)載轉(zhuǎn)移所需的總時(shí)間，另一方面是不正?，F(xiàn)象發(fā)展的速度，當(dāng)它發(fā)展到保護(hù)裝置的動(dòng)作極限(2)運(yùn)行機(jī)組的停機(jī)一般要求在中速下先運(yùn)行一段時(shí)間(180s)，待溫度降低，后斷油停機(jī)3．重載詢問(wèn)（Heavyinquiries）的功用及基本原理大功率負(fù)載投入電網(wǎng)時(shí)，必須首先判斷電網(wǎng)中的功率是否允許直接進(jìn)入。

如集裝箱船上的側(cè)推器（thruster）只有在電網(wǎng)上功率余量足夠時(shí)，才能夠輸出大功率負(fù)荷(1)允許啟動(dòng)信號(hào)Ps≥Pm表示電網(wǎng)有足夠的功率余量，允許啟動(dòng)Ps<Pm時(shí)功率余量不足，不允許啟動(dòng)(2)確定投入運(yùn)行發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)Pss≥Pm已有足夠的功率余量Pss<Pm功率余量不足，再啟動(dòng)一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組(4)重載啟動(dòng)詢問(wèn)信號(hào)的處理判斷Ps≥Pm①模擬運(yùn)算兩種比較方法：一種是用對(duì)應(yīng)的模擬功率值與測(cè)得的電網(wǎng)功率余量相比較；另一種模擬是把對(duì)應(yīng)的模擬功率作為實(shí)際負(fù)載功率加入綜合，得出模擬的實(shí)際負(fù)載功率與設(shè)定的允許值相比較。前者較經(jīng)濟(jì)，后者較可靠。②負(fù)載限定負(fù)載限定并不是限制發(fā)電機(jī)的負(fù)載，而是指負(fù)載在這個(gè)限定值以下允許啟動(dòng)，負(fù)載在這個(gè)限定值以上不允許啟動(dòng)③運(yùn)行臺(tái)數(shù)判別(5)啟動(dòng)詢問(wèn)的功率值需要啟動(dòng)詢問(wèn)的電動(dòng)機(jī)的容量由設(shè)定的電網(wǎng)負(fù)載余量決定發(fā)電機(jī)對(duì)備用機(jī)組的啟動(dòng)需求負(fù)載為85％，則大于發(fā)電機(jī)額定容量15％的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)應(yīng)納入啟動(dòng)詢問(wèn)。為了可靠起見(jiàn)也取大于10％。4．發(fā)電機(jī)組自動(dòng)順序啟動(dòng)(1)單機(jī)運(yùn)行不正?；蛑剌d，要求增機(jī)，接順序啟動(dòng)下一臺(tái)。(2)單機(jī)運(yùn)行突然跳閘，電網(wǎng)失電，啟動(dòng)下一臺(tái)。(3)單機(jī)運(yùn)行，要求增機(jī)一但第一備用機(jī)組“阻塞”，或啟動(dòng)、合閘失敗，“增機(jī)指令”應(yīng)遞續(xù)給最后的一臺(tái)。(4)并聯(lián)運(yùn)行，要求增機(jī)，則啟動(dòng)最后一臺(tái)備用機(jī)組。三、交流發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并車待并發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)參加并聯(lián)運(yùn)行的操作稱為并車操作。對(duì)并車操作的基本要求：一是并車過(guò)程中沖擊電流不能超過(guò)允許值，二是發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)后能迅速拉入同步。1．自動(dòng)準(zhǔn)同步并車條件(1)待并機(jī)組的相序與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))的相序一致；(2)待并機(jī)組的電壓有效值與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))的電壓相等；(3)待并機(jī)組電壓的初相位與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))電壓的初相位相同；(4)待并機(jī)組電壓的頻率與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))電壓的頻率相等。必須滿足如下條件實(shí)際并車時(shí)，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(yùn)行。頻率相等、初相位一致無(wú)功性質(zhì)的環(huán)流，均壓作用電壓差10％通過(guò)自動(dòng)調(diào)壓器來(lái)實(shí)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(zhuǎn)矩，牽入同步通常在并車操作時(shí)要求頻差小于0.5Hz，通常以0.25Hz最好并聯(lián)運(yùn)行對(duì)原動(dòng)機(jī)的要求如下：(1)原動(dòng)機(jī)必須有相同而均勻的角速度(2)原動(dòng)機(jī)具有合適的有差特性的速度變化率(3)參與并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的各原動(dòng)機(jī)其調(diào)速器的靈敏度（sensitivity）要適當(dāng)調(diào)速器的靈敏度過(guò)高，產(chǎn)生振蕩敏度過(guò)低，調(diào)節(jié)速度遲緩2．自動(dòng)并車必需的環(huán)節(jié)及組成的框圖能夠完成手動(dòng)準(zhǔn)同步并車操作的全部邏輯程序的自動(dòng)裝置就叫做自動(dòng)準(zhǔn)同步并車裝置。自動(dòng)準(zhǔn)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(dòng)并車裝置的基本功能①檢測(cè)電壓差、頻率差和相位差②檢測(cè)大小和方向，發(fā)出調(diào)頻信號(hào)，減小頻差③允許范圍內(nèi)，發(fā)出合閘指令，實(shí)現(xiàn)并車自動(dòng)并車裝置應(yīng)由調(diào)壓、調(diào)速和同步檢測(cè)與合閘三部分組成。在自動(dòng)并車裝置中沒(méi)有必要再設(shè)置自動(dòng)調(diào)壓環(huán)節(jié)，只有電壓閉鎖環(huán)節(jié)。(2)自動(dòng)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(diào)速脈沖控制恒定超前相角或超前時(shí)間信號(hào)獲取允許合閘頻差檢測(cè)允許電壓差檢測(cè)及合閘合閘“與門”電路正弦波頻差脈動(dòng)電壓電路及波形(3）自動(dòng)并車裝置的附加功能①單機(jī)投入②允許同步操作時(shí)限③電壓差超限報(bào)警④內(nèi)部故障檢測(cè)⑤呆滯擾動(dòng)⑥正頻差投入⑦系統(tǒng)頻率輸出(4)軸帶發(fā)電機(jī)的同步操作圖6-113軸帶發(fā)電機(jī)的同步操作原理圖3．自動(dòng)并車裝置的故障診斷自動(dòng)并車裝置或單元故障，首先檢查這些輸入和輸出機(jī)構(gòu)是否異常。檢查的方法，啟動(dòng)待并發(fā)電機(jī)組，人為地把待并發(fā)電機(jī)組調(diào)低于運(yùn)行機(jī)頻率(約1Hz)，按下自動(dòng)并車指令按鈕，看頻率預(yù)調(diào)環(huán)節(jié)是否工作正常。檢修方法應(yīng)按電子設(shè)備檢修方法來(lái)進(jìn)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(dòng)調(diào)節(jié)頻率(轉(zhuǎn)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(shí)頻率變化應(yīng)不大于額定頻率的10％，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間不超過(guò)5s；當(dāng)突然卸去額定負(fù)荷時(shí)，瞬時(shí)調(diào)速率可大于額定轉(zhuǎn)速的10％。穩(wěn)定調(diào)速率不大于額定轉(zhuǎn)速的5％；在空負(fù)荷狀態(tài)下突然加上50％額定負(fù)荷，穩(wěn)定后再加上余下的50％負(fù)荷時(shí)，其瞬時(shí)調(diào)速率不大于額定轉(zhuǎn)速的10％，穩(wěn)定調(diào)速率不大于額定轉(zhuǎn)速的5％；穩(wěn)定時(shí)間(即轉(zhuǎn)速恢復(fù)到波動(dòng)率為±1％范圍的時(shí)間)不超過(guò)5s”。有功功率分配的要求“并聯(lián)運(yùn)行的各交流發(fā)電機(jī)組均應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行，且當(dāng)負(fù)載在總額定負(fù)載的20％～100％范圍內(nèi)變化時(shí)，各機(jī)組所承擔(dān)的有功負(fù)載與總負(fù)載按機(jī)組定額比例分配值之差，應(yīng)不超過(guò)下列數(shù)值中的較小者：①最大機(jī)組額定有功功率的±15％；②最小機(jī)組額定有功功率的±25％?！眻D6-114雙脈沖電液調(diào)速器原理框圖有功功率均勻分配對(duì)各臺(tái)發(fā)電機(jī)組調(diào)速器調(diào)差特性的要求原動(dòng)機(jī)本身都具有調(diào)速器，自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置起輔助調(diào)節(jié)作用。自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置（Automaticfrequencyandloadadjustmentdevice）的控制信號(hào)是頻率差與功率差的合成信號(hào)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(jī)，以調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的油門的開度來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置的基本功能能自動(dòng)維持電力系統(tǒng)頻率為額定值；能按參與并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)組的容量以既定比例或其他既定自動(dòng)方式控制負(fù)荷分配；接到“解列”指令時(shí)，能自動(dòng)控制負(fù)荷轉(zhuǎn)移，待其負(fù)荷接近零時(shí)，使其發(fā)電機(jī)的斷路器自動(dòng)分閘。(1)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)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(diào)整器功率分配之差在各發(fā)電機(jī)額定容量的±5％～±10％以內(nèi)，頻率差在電網(wǎng)額定頻率的±l％以內(nèi)。(2)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載方法①有差調(diào)節(jié)法②虛有差法③主調(diào)發(fā)電機(jī)法圖6-123虛有差法方框圖并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組中有一臺(tái)機(jī)組上裝有調(diào)頻器，作為主調(diào)發(fā)電機(jī)，其任務(wù)是當(dāng)負(fù)荷變化而引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)頻差對(duì)，由它再次調(diào)節(jié)改變油門。其余的發(fā)電機(jī)則總是保持運(yùn)行于接近額定值，稱為基載發(fā)電機(jī)。3．并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組有功功率自動(dòng)分配裝置的故障診斷自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置一般是采用均分法(同容量發(fā)電機(jī))或按額定值比例進(jìn)行分配(不同容量)與廢氣、軸帶發(fā)電機(jī)并聯(lián)，一般采用主調(diào)法，即以廢氣發(fā)電機(jī)。軸帶發(fā)電機(jī)承擔(dān)基載負(fù)荷，輔柴油發(fā)電機(jī)為承擔(dān)調(diào)節(jié)負(fù)荷檢查的是輸入、輸出機(jī)構(gòu)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(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓是否穩(wěn)定取決于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)整裝置(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)勵(lì)磁控制系統(tǒng)維持同步發(fā)電機(jī)的端電壓恒定(額定電壓)、合理分配發(fā)電機(jī)間的無(wú)功功率、在船舶電網(wǎng)發(fā)生短路路故障時(shí)，有強(qiáng)行勵(lì)磁功能，加速短路后恢復(fù)速度，保持電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和繼電器保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。1．自勵(lì)恒壓裝置的基本要求(1)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性(2)強(qiáng)行勵(lì)磁(3)電磁兼容性(4)自勵(lì)起壓性能發(fā)電機(jī)從空載至滿載，功率因數(shù)保持為額定值，主發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓變化率應(yīng)在±2.5％以內(nèi)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)的靜態(tài)電壓變化率應(yīng)在±3.5％以內(nèi)。“交流發(fā)電機(jī)在負(fù)載為空載，轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)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(guò)0.4(滯后)的對(duì)稱負(fù)載時(shí)，當(dāng)電壓跌落時(shí)，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不低于額定電壓的85％；當(dāng)電壓上升時(shí)，其瞬態(tài)電壓值應(yīng)不超過(guò)額定電壓的120％，而電壓恢復(fù)到與最后穩(wěn)定值相差3％以內(nèi)所需的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)15s?！?．交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差特性的基本概念

圖6-124同步發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整特性曲線“并聯(lián)運(yùn)行的各交流發(fā)電機(jī)組均應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行，且當(dāng)負(fù)載在總額定負(fù)載的20％～100％范圍內(nèi)變化時(shí)，各機(jī)組所承擔(dān)的無(wú)功負(fù)載與總無(wú)功負(fù)載按機(jī)組定額比例分配值之差，應(yīng)不超過(guò)下列數(shù)值中的較小者：①最大機(jī)組額定無(wú)功功率的±lO％；②最小機(jī)組額定無(wú)功功率的±25％。”(1)具有無(wú)差調(diào)壓特性曲線的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行圖6-125有差和無(wú)差調(diào)壓特性的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行(2)有差和無(wú)差調(diào)壓特性曲線的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行有差和無(wú)差調(diào)壓特性曲線的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，無(wú)功負(fù)荷由無(wú)差調(diào)壓特性(I)擔(dān)負(fù)船舶電站一般不采用具有有差和無(wú)差調(diào)壓特性的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行電壓調(diào)整特性曲線都是有差特性，且其調(diào)差系數(shù)Kc大小相同時(shí)，才能使兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率的分配關(guān)系是恒定的，并平均分配。4．并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率自動(dòng)分配裝置的故障診斷配電板的發(fā)電機(jī)控制屏上的電流表（

ammeter）指示負(fù)載電流(有功電流和無(wú)功電流)，功率表（wattmeter）指示有功功率可以通過(guò)功率因數(shù)表（powerfactormeter）觀察無(wú)功功率的承擔(dān)情況無(wú)功率因數(shù)表，可以通過(guò)觀察電流表的指示來(lái)了解無(wú)功功率的分配情況(1)采用均壓線連接的不可控相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁裝置的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無(wú)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(lì)磁電流均衡勵(lì)磁電流的方法有直流均壓和交流均壓兩種。勵(lì)磁直流均壓是基于同容量、同型號(hào)的發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組的數(shù)據(jù)相同。相復(fù)勵(lì)的直流輸出端并聯(lián)，只解決有功負(fù)載分配平衡時(shí)的無(wú)功功率分配平衡。交流均壓：兩臺(tái)不同容量的發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行兩臺(tái)發(fā)電機(jī)調(diào)壓裝置的移相電抗器通過(guò)均壓線并聯(lián)交流均壓線對(duì)無(wú)功負(fù)荷分配較好，均壓電流小，但并車時(shí)沖擊電流較大。(3)發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理靜止勵(lì)磁系統(tǒng)元器件損壞旋轉(zhuǎn)整流裝置（Rotatingrectifierdevice）故障六、船舶電力系統(tǒng)的綜合保護(hù)1．船舶電力系統(tǒng)綜合保護(hù)的組成及基本要求(1)船舶電力系統(tǒng)綜合保護(hù)的組成①測(cè)量電路(電路參數(shù)的監(jiān)測(cè))②邏輯電路③輸出電路(2)