船舶电气设备与系统第十六章

1、船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 第十六章第十六章 船舶电站自动控制船舶电站自动控制 第一节第一节 船舶电站自动控制系统概述船舶电站自动控制系统概述 第二节第二节 柴油机自动起停控制柴油机自动起停控制 第三节第三节 船舶电站自动控制船舶电站自动控制 第四节第四节 电站自动控制装置电站自动控制装置 第五节第五节 GAC-16M GAC-16M 船舶电站管理系统的运行与控船舶电站管理系统的运行与控 制功能制功能 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 第一节第一节 船舶电站自动控制系统概述船舶电站自动控制

2、系统概述 船舶建造规范及船舶建造规范及CCSCCS对船舶电站自动控制系统的要求对船舶电站自动控制系统的要求 ： （1 1）船舶电站的备用发电机组应能随时迅速（不超过）船舶电站的备用发电机组应能随时迅速（不超过45s45s） 自动起动并自动投入电网供电（有两台机并联工作时，应自动起动并自动投入电网供电（有两台机并联工作时，应 能自动同步投入）。能自动同步投入）。 （2 2）各发电机的主开关应能防止短路时的重复合闸。）各发电机的主开关应能防止短路时的重复合闸。 （3 3）当电网电压、频率持续变低及负荷持续超过预定的）当电网电压、频率持续变低及负荷持续超过预定的 最大值时，或运行机组发生故障时，应在

3、集控室的主、辅最大值时，或运行机组发生故障时，应在集控室的主、辅 机控制台发出警报，并发出起动指令，使备用发电机组迅机控制台发出警报，并发出起动指令，使备用发电机组迅 速自动起动，并自动投入电网供电。速自动起动，并自动投入电网供电。 （4 4）当船舶电站过载时，应能自动卸除次要负载。）当船舶电站过载时，应能自动卸除次要负载。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 （5 5）能自动起动的多台发电机组应装有程序起动系统或人工）能自动起动的多台发电机组应装有程序起动系统或人工 选择开关，程序起动系统在某机组起动失灵或不能合闸时，应选择开关，程序起动系统在

4、某机组起动失灵或不能合闸时，应 能自动地将起动指令转移给另一台备用机组。能自动地将起动指令转移给另一台备用机组。 （6 6）船舶电站的自动控制或遥控失灵时，应能进行手动控）船舶电站的自动控制或遥控失灵时，应能进行手动控 制或就地控制。制或就地控制。 （7 7）瞬态条件所反映的信号（如电动机的自起动电流）不应）瞬态条件所反映的信号（如电动机的自起动电流）不应 使发电机组产生不必要的自动起动。使发电机组产生不必要的自动起动。 （8 8）在主配电板应能起动和停止发电机组、接通或切断跨接）在主配电板应能起动和停止发电机组、接通或切断跨接 母线、控制两路独立供电电源的转换，并有测量及显示机组母线、控制两

5、路独立供电电源的转换，并有测量及显示机组 运行情况的仪表和报警设备；应能控制各电动机负载按程序运行情况的仪表和报警设备；应能控制各电动机负载按程序 起动，以免过大的冲击电流而使主开关跳闸。起动，以免过大的冲击电流而使主开关跳闸。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 船舶自动电站大多可以实现下列自动化操作：船舶自动电站大多可以实现下列自动化操作： （1 1）自动起动任意一台发电机组。当柴油发电机处于停机状）自动起动任意一台发电机组。当柴油发电机处于停机状 态时，而且发电机主开关也没有合闸，如有令发电机组起动态时，而且发电机主开关也没有合闸，如有令发

6、电机组起动 的信号时，该机就能实现自动起动。的信号时，该机就能实现自动起动。 （2 2）自动准同步并车。若电网上有机组供电，则机组自动起）自动准同步并车。若电网上有机组供电，则机组自动起 动成功后，将新起动之机组自动投入电网并联运行。动成功后，将新起动之机组自动投入电网并联运行。 （3）自动恒频及有功功率自动分配。当两台机组并联运行时，）自动恒频及有功功率自动分配。当两台机组并联运行时， 自动调频调载装置与原动机调速器配合工作，使电网维持恒定自动调频调载装置与原动机调速器配合工作，使电网维持恒定 频率，偏差不大于频率，偏差不大于0.25Hz，并使两台机组承担的有功功率按机，并使两台机组承担的有

7、功功率按机 组容量成比例分配。组容量成比例分配。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 (4)(4)欲使一台机解列时，自动装置应将其负载自动转移至运欲使一台机解列时，自动装置应将其负载自动转移至运 行发电机后，才接受跳闸指令实现自动解列。行发电机后，才接受跳闸指令实现自动解列。 (5)(5)自动恒压及无功功率自动分配。无论单机还是并联运行，自动恒压及无功功率自动分配。无论单机还是并联运行， 自动调整励磁装置总能保持电网电压维持恒定，误差不大于自动调整励磁装置总能保持电网电压维持恒定，误差不大于 2.5%。同时能调整并联运行发电机的无功分配，使之合理

8、。同时能调整并联运行发电机的无功分配，使之合理 分担。分担。 (6)(6)有自动分级卸载装置及按程序顺序起动装置。当电网负有自动分级卸载装置及按程序顺序起动装置。当电网负 载超过额定负载时，可分一次或二次卸掉次要卸载，当电载超过额定负载时，可分一次或二次卸掉次要卸载，当电 网失电后又恢复供电时有使重要负载按顺序起动的自动装网失电后又恢复供电时有使重要负载按顺序起动的自动装 置。置。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 (7)(7)集控室中设有监视仪表。信号指示灯。报警设备和人集控室中设有监视仪表。信号指示灯。报警设备和人 工控制按钮、复位按钮和转

9、换开关等。工控制按钮、复位按钮和转换开关等。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 第二节第二节 柴油机自动起停控制柴油机自动起停控制 船舶辅柴油机可以有电动起动和压缩空气起动两种方式。船舶辅柴油机可以有电动起动和压缩空气起动两种方式。 电动起动一般用于应急发电机的原动机，主发电机组一般电动起动一般用于应急发电机的原动机，主发电机组一般 采用压缩空气起动。采用压缩空气起动。 从柴油机开始起动直到在额定转速下工作需要注意以下从柴油机开始起动直到在额定转速下工作需要注意以下 几个问题：几个问题： 1. 1. 起动前的预润滑起动前的预润滑 自动控制预润滑

10、有周期性自动预润滑和一次性注入式自动控制预润滑有周期性自动预润滑和一次性注入式 预润滑两种方式。预润滑两种方式。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 2. 2. 起动时燃油的控制起动时燃油的控制 柴油机的喷油量是有调速器和控制手柄控制的。起动柴油机的喷油量是有调速器和控制手柄控制的。起动 时，调速器尚未正常工作，这时的燃油量可用手柄来时，调速器尚未正常工作，这时的燃油量可用手柄来 限制。限制。 3. 3. 暖缸暖缸 在自动电站中，通常是将各台柴油机的冷却淡水管系连在自动电站中，通常是将各台柴油机的冷却淡水管系连 成一个整体，运行机组的冷却水（约成

11、一个整体，运行机组的冷却水（约6565）也循环于备）也循环于备 用机的冷却系统中，使备用机组处于预热状况，当备用用机的冷却系统中，使备用机组处于预热状况，当备用 机组起动成功后，可以较快地加速（甚至无需暖缸）直机组起动成功后，可以较快地加速（甚至无需暖缸）直 到额定转速运行。到额定转速运行。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 4. 4. 停机停机 不同型式的机器可能有不同的要求。突然停机，也许不同型式的机器可能有不同的要求。突然停机，也许 是某些机器的性能不能接受的，它要求在中速下先运是某些机器的性能不能接受的，它要求在中速下先运 行一段时间（

12、一般要求为行一段时间（一般要求为180s180s），待温度逐渐降低，），待温度逐渐降低， 然后才允许断油停机。然后才允许断油停机。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 柴油发电机组自动起动和停机控制应包括以下功能：柴油发电机组自动起动和停机控制应包括以下功能： （1）应有）应有“自动自动”、“机旁机旁”、“遥控遥控”操作方式的转换并能操作方式的转换并能 满足满足“机旁机旁”优先于优先于“遥控遥控”，“遥控遥控”优先于优先于“自动自动”。 （2 2）对自动起动的各种准备工作设置逻辑判断和监视。）对自动起动的各种准备工作设置逻辑判断和监视。 （3 3

13、）接到起动指令时能自动起动柴油机。当转速和滑油）接到起动指令时能自动起动柴油机。当转速和滑油 压力达到规定值时，能发出起动成功信号。压力达到规定值时，能发出起动成功信号。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 （4 4）一个起动指令，可以允许三次起动，若三次失败，应给）一个起动指令，可以允许三次起动，若三次失败，应给 出起动失败信号，并向总体逻辑控制单元汇报出起动失败信号，并向总体逻辑控制单元汇报“起动失败起动失败”， 以便由以便由“总体总体”判断采取其他措施。判断采取其他措施。 （5 5）适当控制起动时的给油量；柴油机发火后，应切断起动）适当控制

14、起动时的给油量；柴油机发火后，应切断起动 动力源。动力源。 （6 6）“中速运行中速运行”和和“加速加速”控制。控制。 （7 7）当转速上升到额定值的）当转速上升到额定值的90%90%时，即可认为整个起动加速时，即可认为整个起动加速 程序完成了，应自动切断本机的预润滑系统，并经适当延时程序完成了，应自动切断本机的预润滑系统，并经适当延时 （约几十秒）以后，接入对本机的滑油压力监视。（约几十秒）以后，接入对本机的滑油压力监视。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 （8 8）具有超速保护。）具有超速保护。 （9 9）运行机组接到）运行机组接到“停机停

15、机”指令后，即按应有的程序自指令后，即按应有的程序自 动停机，停机完成后，发出动停机，停机完成后，发出“停机成功停机成功”信号，并应自动信号，并应自动 接通预润滑系统，做好下次起动的一切准备。接通预润滑系统，做好下次起动的一切准备。 （1010）自动起动、停机控制器，最好具备）自动起动、停机控制器，最好具备“模拟实验模拟实验”的的 功能，使运行管理人员能在不影响柴油机原始状态下，校功能，使运行管理人员能在不影响柴油机原始状态下，校 核控制器的工作是否正常。通常用组合开关和指示灯来实核控制器的工作是否正常。通常用组合开关和指示灯来实 现。现。柴油机发电机组的自动起动程序，可以用方框柴油机发电机组

16、的自动起动程序，可以用方框 图图16-1 表示。自动停机的程序框图如图表示。自动停机的程序框图如图16-2所示。所示。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 图图16-1 16-1 自动启动程序框图自动启动程序框图 起 动 指 令 准 备 情 况 三 次 起 动 点火 转速 检测 起动 油量 加 速 中 速 暖 缸 暖 缸 机 时 再 升 速 运 行 转 速 起 动 成 功 转速反馈 N 指令下传 计时 起动失败 向 总 体 汇 报 油压监视 计时 报警、阻塞 加速计时 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船

17、电系 起 动 指 令 减 速 中 速 运 行 计 时 断 油 点火 转速 检测 停 机 成 功 向总体汇报 转速反馈 小于点火n 程序控制器复位预热、预润滑 紧 急 停 机 停 机 失 败 断油计时 大于点火 n 报警 图图16-2 16-2 自动停机程序图自动停机程序图 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 第三节第三节 船舶电站自动控制船舶电站自动控制 一、总体控制功能一、总体控制功能 在具有要求多台机组并联供电的电站中，若要满足在具有要求多台机组并联供电的电站中，若要满足“无无 人机舱人机舱”的要求，实现电站自动化，必须将各个自动环的要求，实

18、现电站自动化，必须将各个自动环 节有机地联系起来，组成一个总体控制系统，用来收集节有机地联系起来，组成一个总体控制系统，用来收集 来自各台柴油机、发电机、断路器、汇流排以及各主要来自各台柴油机、发电机、断路器、汇流排以及各主要 负载的必要的信息及参数，加以分析、判断，在一定的负载的必要的信息及参数，加以分析、判断，在一定的 条件下，自动地采取符合逻辑的措施，以处理电站运行条件下，自动地采取符合逻辑的措施，以处理电站运行 中可能出现的各种情况，确保电力系统安全可靠、经济中可能出现的各种情况，确保电力系统安全可靠、经济 的运行。图的运行。图16-3 为电站自动控制系统方框图。为电站自动控制系统方框

19、图。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 图图16-3 16-3 电站自动控制系统方框图电站自动控制系统方框图 重要负荷 分级自动起动 发电机组状态控制 自动分级卸载 总体控制 电网 电力系统保护 重载询问 各柴油机组 自动起、停 控制 自动并车 自动 调频负载 励磁调整 及无功功率 自动分配 电力系统及 发电机组的 自动巡回检测 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 1. 1. 发电机组操作方式的选择发电机组操作方式的选择 2. 2. 备用发电机组的控制备用发电机组的控制 3. 3. 空气断路器的合

20、闸和分断空气断路器的合闸和分断 4. 4. 解列解列 5. 5. 重载询问重载询问 6. 6. 重要负载分级起动重要负载分级起动 7. 7. 巡回检测巡回检测 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 二、微机控制电站二、微机控制电站 以微机控制三台发电机组成的电站为例以微机控制三台发电机组成的电站为例 （其单线原理（其单线原理 见图见图16-4 16-4 ），概括地说明微机在电站自动控制系统中），概括地说明微机在电站自动控制系统中 所占的地位以及能够实现的基本功能。并非固定模式。所占的地位以及能够实现的基本功能。并非固定模式。 随着自动电站的进一步发

21、展以及微型计算机的应用，将随着自动电站的进一步发展以及微型计算机的应用，将 使电站自动控制系统的功能更加完善。使电站自动控制系统的功能更加完善。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 图图16-416-4微机控制电站单线原理图微机控制电站单线原理图 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 自动电站的计算机软件系统能完成下列自动电站的计算机软件系统能完成下列1010种控制功能：种控制功能： （1 1）母线电压自动控制（）母线电压自动控制（AVCAVC）。）。 （2 2）发电机无功功率自动控制（）发电机无功功

22、率自动控制（ARPCARPC）。）。 （3 3）母线频率自动控制（）母线频率自动控制（AFCAFC）。）。 （4 4）发电机有功功率自动控制（）发电机有功功率自动控制（APCAPC）。）。 （5 5）发电机自动准同步并车控制（）发电机自动准同步并车控制（ASYCASYC）。）。 （6 6）故障机组自动解列（）故障机组自动解列（ACCACC）。）。 （7 7）负载分级切除（）负载分级切除（PTCPTC）。）。 （8 8）发电机运行台数控制（）发电机运行台数控制（ARCARC）。）。 （9 9）原动机自动起动（）原动机自动起动（EASCEASC）。）。 （1010）故障监视及报警（）故障监视及报警

23、（MONITMONIT）。）。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 第四节第四节 电站自动控制装置电站自动控制装置 图图16-516-5为电站自动控制装置结构框图为电站自动控制装置结构框图 它主要由它主要由80988098单片机、可编程电路、信号检测处理单元、驱单片机、可编程电路、信号检测处理单元、驱 动单元、保护单元、指示单元以及信号输入输出接口电路等动单元、保护单元、指示单元以及信号输入输出接口电路等 组成。组成。 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 图图16-5 16-5 电站自动控制装置结构

24、框图电站自动控制装置结构框图 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 电站自动控制装置在计算机软件系统的控制下能实现以下电站自动控制装置在计算机软件系统的控制下能实现以下 主要功能：主要功能： 1.1.控制交流发电机组的首机投入控制交流发电机组的首机投入 2.2.自动并车自动并车 3.3.自动调频调载自动调频调载 4.4.自动解列自动解列 5.5.保护功能保护功能 6.6.参数测量参数测量 7.7.联锁功能联锁功能 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 第五节第五节 GAC-16M GAC-16M 船舶电

25、站管理系统的运行与控制功能船舶电站管理系统的运行与控制功能 一、发电机控制功能（一、发电机控制功能（GAC-UMSGAC-UMS） 1.1.发电机监视发电机监视 （1 1）发电机电压监视）发电机电压监视 （2 2）发电机系统控制中的故障检测）发电机系统控制中的故障检测 （3 3）发电机能自动起动）发电机能自动起动- -停机控制的检测停机控制的检测 2.2.电网监视电网监视 （1 1）电网电压监视）电网电压监视 （2 2）电网频率监视）电网频率监视 （3 3）两级电网监视）两级电网监视 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 3. 3. 发电机自动起动

26、控制发电机自动起动控制 （1 1）发电机设备顺序的设定）发电机设备顺序的设定 （2 2）备用发电机起动控制方案）备用发电机起动控制方案 （3 3）备用机组自动起动原因与起动控制）备用机组自动起动原因与起动控制 4. 4. 发电机自动停机发电机自动停机 （1 1）自动）自动停机顺序选择停机顺序选择 （2 2）自动停机控制）自动停机控制 船舶电气设备与系统 2021-7-5 课 件 轮机工程学院船电系轮机工程学院船电系 5. 5. 自动负荷分配控制自动负荷分配控制 6. 6. 负荷分配控制类型负荷分配控制类型 （1 1）按比例负荷分配控制）按比例负荷分配控制 （2 2）最佳负荷分配控制）最佳负荷分配控制 （3 3）负荷转移控制）负荷转移控制 7. 7. 自动频率控制自动频率控制 8. 8. 发电机引擎伺服马达控制发电机引擎伺服马达控制 9. 9. 发电机自动同步功能发电机自动同步功能 船