07 第七章 船舶电站运行自动化

1、第七章船舶电站运行自动化学习目标知识目标1 能正确理解实现船舶电站自动化的目的及要求；2 能简单叙述船舶电站自动化的总体要求；3 能正确理解和掌握船舶电站微机自动控制系统的功能。能力目标1 会进行自动化船舶电站的简单设计、选型；2 会进行船舶电站自动系统的简单安装、调试和检修维护。第一节船舶电站自动化一、实现船舶电站自动化的目的及对它的要求实现船舶电站自动化的目的是提高电能的质量，保证供电的安全的可靠，改善运行管理人员的劳动强度和劳动条件以及提高船舶运行的经济性，现代船舶电站的自动化程度已达到相当的程度。对自动化船舶电站的具体要求在各国的船舶建造规范中均有反映，可规纳如下：船舶发电站的备用发电

2、机组应能随时迅速（不超过秒）自动起动并自动投入电网供电（有两台机并联工作时，应能自动投入）；各发电机的自动开关应能防止短路时的重复合闸；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，应在集控室的主、辅机控制台发出警报，并发出起动命令，使备用的发电机组迅速自动起动，并投入电网供电；当船舶电站过载时，应能自动卸除次要负载；能自动起动的多台发电机组应装有程序起动的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，应能自动地起动指令转移给另一台机组；船舶电站的自动控制或遥控失灵时，应进行手动控制或就地控制；瞬态条件所反应的信号（如电动机的自动起动电流）不应使

3、发电机组产生不必要的自动启动；当故障断电后又恢复供电时，各电动机的负载应能按程序起动， 避免过大的冲击电流而使主开关跳闸；废气透平发电机系统应能控制加热器的循环水， 使主机功率变化时仍能保证正常供电；.控制台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运行情况的仪表和报警设备。二、船舶电站自动化的功能目前一般的船舶自动电站大多具有以下功能：1自动起动任一台发电机组。当柴油发电机处于停车状态时， 而且发电机主开关也没有合闸，如有令发电机起动的信号时，该机就能实现自动起动。2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， 即由自动准同步装

4、置与自动调频调载装置配合工作，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， 自动调频调载装置与原动机调速器配合工作，使电网维护恒定频率，偏差不大于.。 并使两台机承担的有功功率按机组容量成比例分配。4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。 5自动恒压及无功功率自动分配。无论单机或是并联运行, 自动励磁调节装置总能保持电网电压维持恒定，误差不大于2.5e。同时能调整并联运行发电机的无功分配，使之合理分担。6有自动分级卸装置及按程序起动装置。 当电网负载超过额定负载时可分一次或两次卸掉次要负载，当负载

5、失电后又恢复供电时，重要负载按顺序自动起动。7集控室中有监视仪表、信号指示灯、报警设备和人工控制按钮、转换开关等。三、船舶电站自动巡回检测装置 自动巡回检测装置是一种多测点的自动测量装置。它依靠各种传感器能对机舱电站系统中大量参数（电压、电流、功率、温度、液位、压力、转速等）连续而自动地进行巡回测量、数字显示、监视、报警和记录，同时还可以输出信息，通过电子计算机或其他相应的自动控制设备去控制有关装置（系统）的运行，因此它是自动化船舶电站中不可缺少的一部分。一般巡回检测装置的测量点较多，它可以是辅机、电站及有关设备的公用装置，对大型船舶，需要有80-200个测点，对中小型船舶，测量点可控制在40

6、点内。巡回检测装置的测量速度为10秒1点至1秒10个点不等,速度可调整或固定,低速是供人工读取和手工记录的。对于控制用的测量信号，其测量速度则以微秒和毫秒计算，甚至是实时检测的。巡回检测装置由模拟量输入回路、程序控制器、数字钟、整定盘及操作盘等环节组成。其原理方框如图所示。各部分的操作如下：模拟量输入回路MR中有相应于各种传感器的抗干扰电路，并且有输入电路的微调电位器，它用来接收分布于各测量点上传感器发出的模拟信号（高电平0-5V, 低电平050mV）,并配合/转换，使装置的显示值与测量点的实测值相一致。每一测点的模拟盘信号都有一个模拟量输入回路。由于各种测量是互相独立的，所以各模拟量输入回路

7、也是相互独立的。为了有效的抗干扰，它们都是“浮地”的。采样矩阵ZJ由干簧触点组成。它将经模拟量输入回路处理过的模拟信号分组编程（按需要或按上下限值编先后检测的程序）之后，送到数据放大器SF, 把信号放大成 05V的高电平送给模拟转换器MZ。采样矩阵ZJ是由采样控制器CY控制的,CY不仅能将ZJ中的干簧继电器触头顺序接通和断开, 同时还能将某一干簧继电触点长期接通,以实现手动定点控制。远方盘（驾驶台）YCP数据放大器 BF模拟转换器 MZ选测寄存器 BC采样控制器 CY程序控制器 CK报警逻辑控制器BK数字钟ZK打印控制器 DK稳压电源鉴 定 盘 Z P操 作 指 示 盘O P采样矩阵ZJ模拟量

8、输入回路MR输入信号自动打字机图7.1.1 巡回检测装置方框图/转换器的作用是将调整好的的模拟量电压转换为百、十、个三位的数码，并乘上一个相应的系数，使最后显示的十进制数字与测点值相一致。发出的三位十进制数码量分别送到报警逻辑控制器、选测寄存器以及参数打印控制器中去。报警逻辑控制器中输入的三位十进制数码量与由干簧触点从整定盘取出的限值（也是数码量）进行比较，如果整定的是上限值则当输入的数码量超过上限值时，在操作指示盘便发出声光报警信号（下限同理）。在正常情况下，使对应于被测点的序号灯顺序点燃和熄灭，以表示各测点巡回检测的正常运行状态。当某一测点的参数值超限时，则相应的序号灯不熄灭，保持常亮，指

9、示该测点超限工况。选测寄存器把输入的数码译码后送至操作指示盘，控制数码管显示被测点的序号、极性、参数及单位。中有的选点开关可以在巡检的过程中长期保持对某测点参数的显示。参数打印控制器将被测量的三位十迸制数码量顺序送入打印机进行打印记录。程序控制器提供整个装置部分的动作命令。在中还有打印机的打印控制环节，它在数字钟的配合下，定时使打印机进行定点打印，可以在按钮作用下作随时的召唤打印。数字钟的时间数码在操作指示盘上得到显示。整定盘给出全机的报警性质，上下限值、乘系数、小数点及单位等。各种整定值是由人工预先整定好的，的动作则由（采样矩阵）控制。操作指示盘是整个装置的显示和操作环节，为了能在驾驶台或其

10、它场所，对装置进行远距离的操作和显示，另外设有远方操作显示盘。四、自动化电站的总体控制系统前述自动化电站中各主要环节的功能及原理，在具有要求多台机组并联供电的电站中，若要满足“无人机舱”的要求，实现电站自动化，还必须将各个自动环节有机的联系起来，组成一个总的系统，这就需要有一个“主脑”部门“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，以应付电站运行中可能出现的各种情况，确保电力系统安全、可靠、优质、经济地运行。“总体控制系统”一般设置在集控室，安装在专门的控制箱中。整个系统的框图如所示

11、。系统的主要功能如下：发电机组操作方式的选择自动电站中，每一台发电机组应有三种可提供选择的操作方式：“机旁”、“半自动”、“自动”。并且按次序前者应优先于后者。仅当某机确定为“自动”方式时，它才纳入总体控制系统的范围。在机组发生故障的情况下，应能自行“退出自动”（即所谓“阻塞”），非经管理人员排除故障并手动控制“复位”，不得自行恢复“自动”功能。判断是否需要起动备用机组这是一组“或门”条件，即当出现下述条件时，就应发出“增机”指令，起动备用机组。（）经延时判断，确认运行机组重载；（）运行机组的滑油压力太低；（）运行机组冷却水出口温度高；（）电网突然断电；（）经重载询问，贮备容量不够；（）正要起

12、动的备用机组阻塞（起动指令应递续）；（）备用机组起动失败或合闸失败；重要负载分级自动起动总体控制备用机组备用情况负载功率电 网重载询问指示记录各台柴油机自动起停控制器自动合闸或并车负载自动分配励磁调整及无功分配电力系统及柴油机组的保护监视图7.1.2 总体控制系统方框图发电机组备用的条件及备用机组的顺序的安排（）备用机组的条件船舶电站中各发电机组一般都是互为备用，因此发电机可供备用的条件应当是：燃油、压缩空气备好、有预热和预润滑、无阻塞、操作选择开关置“自动”位置。当同时满足上述条件时，认为机组已进入“备好”状态。（）备用机组顺序选择对于备用机组的起动必须安排一个顺序，通常是按机组的编号依次循

13、环。例如一个具有三台发电机组的自动电站按的循环来决定备用机组。只要在电网上已有一台机组在运行，即可按负荷的需要或按运行机组的技术状态产生的“增机指令”，顺序起动下一台机组。这种情况下，增机条件大约有：a.单机运行不正常或重载，要求增机，按顺序起动下一台；b.单机运行，突然跳闸，电网失电，起动下一台；c.单机运行，要求增机，但第一备用机组“阻塞”或起动、合闸失败，“增机指令”应递续给下一台。d.并联运行，要求增机，则起动最后一台备用机组。上述二种情况发生时，则是系统的机组“已经用完”，故自动电站还应设置监视“系统用完”的信号指示灯电路，以便管理人员引起注意。空气断路器的合闸发电机的主开关有三种合

14、闸方式：（）直接自动合闸当电网无电时，则起动成功的发电机组建压后，其主开关可直接合闸。（）自动准同步合闸电网有电时，备用发电机组起动成功并建压后，应经过自动开关并车装置，使待并发电机组经自动整步之后投入。并车后，利用自动空气断路器的辅助触头，接通均压线及自动调频调载装置，实现无功及有功功率的分配及电压、频率的自动调整。（）自动重合闸自动电站可设计成具有重合闸功能，也可以不设置这一功能。若有重合闸的功能，应保证只有一次重合闸，以免多次重合闸在永久性短路上，同时防止在这种情况下一连起动两台以上的机组去作合闸尝试。不论哪一种合闸方式，都有“成功”或“不成功”两种可能。这两种情况的信号都应设法取得，因

15、为它是作为“指示”和“控制”机能都不可少的信号。解列当两台及以上机组并联运行，若因电网负荷降低到可以停掉一台时，应自动发出“解列”指令。或者，运行中的某机组因发生运行不正常（例如冷却水出口温度偏高）时，自动控制系统可以先起动备用机组，并车后再转移负载，解列指令发出后，通过自动调频调载装置，将待停机组的负载转移给其它运行机组后，再将该机主开关跳闸，这就是解列操作。 对于因电力系统负荷降低而形成的解列指令，为了使电站中各台机组累计的运行时数趋于一致，最好做到总是解列先投入运行的机组为好。对于第二种情况当然是运行不正常的机组属于解列对象。在这种情况下，为了尽可能地不断电，对于“运行不正常”现象的识别

16、信号,可以分为两级,一级作为预报;一级作为保护装置的动作极限。预报级信号可以用来要求起动备用机， 以便赢得时间，等待备用机组起动和并车后再取代“不正常”的机组。当然，这种期望是建立在不正常的机组还可以坚持运行一段时间的基础上。显然，这一段时间决定于两方面：一方面是备用机组的起动、加速、并车所需的总时间，当然越短越好；另一方面是不正常现象的发展的速度，当它发展到保护装置的动作极限时，如果并车尚未成功，则造成因保护系统动作而停电。空气断路器的分断和停机。发电机自动空气断路器的分断有“正常分段”与“保护动作分断”。前者指手控分断或经自动解列，负荷转移完毕后的分断，后者指因各种发电机保护动作而引起的自

17、动跳闸。机组的停机也可分为“正常停机”与“紧急停车”，前者一般都是在自动空气断路器“正常分断”后，按正常停机程序进行；后者一般是当柴油机发生滑油压力低或超速时，为了保护机器不至于损坏，控制柴油机直接断油而实现停机，此时，自动空气断路器可能是逆功率脱扣（并联运行时），也可能是失压脱扣（单机运行时）。重载询问当欲起动大负荷时，应先询问运行发电机功率贮备是否满足其用电和起动要求，若不能满足时，则应先起动备用机组、并车后才允许该负荷接入电网。重载询问的基本原理如图所示：根据发电机功率变换器的功率变化比（/）， 在电位器的动触头上取一电压信号，使之相当于准备投入的大负载功率（应考虑到起动时冲击），即所谓

18、“模拟负载”。经按钮接到运算放大器，与发电机测功器的输出信号（它对应发电机的实际负载功率）相加，再由鉴幅器来检测求和的结果, 鉴幅器的鉴幅电平, 可以设定在相当于发电机容量的某一百分值（例如），当鉴幅器动作时, 表明贮备容量不够，即可发生“要求增机”信号; 若鉴幅器未动作, 则表明贮备够用,大负载可以起动。发电机的测功器鉴幅器R1R1R2询问按钮A模拟负载图7.1.3 重载询问原理图 储备不够. 重要负载分级起动当船舶电网因故障失电又获电时, 为避免因负载同时起动造成的电流冲击, 甚至使发电机主开关再次跳闸, 自动电站能够对重负荷进行分级起动, 按照在紧急情况下各负荷的重要性排好先后次序, 并

19、按其起动电流大小分级,然后按程序逐级起动,每两级起动之间的间隔为s。 . 监视 报警和打印记录 为了取出自动电站作适时控制所需的信号, 也为了对系统运行情况作必要的了解, 通常的发电系统需做如下的检测与监视。 （1）对于柴油机：转速（零转速、中速运行、额定转速）、润滑油压力（低和过低）、冷却水出口温度（高和过高）、各缸排烟温度、柴油机运行时数累计等；（2）对于发电机：电压、频率、电流、功率因数; （3）对于断路器：储能状态、合闸状态；（4）对于电网：汇流排电压、短路绝缘监视。（5）对于系统状态及工作过程的监视与指示: 机组的预热、预润滑、 起动空气压力、各机组控制方式选择、 正在起动、 起动成

20、功或失败、正在停机过程中、 停机成功或失败、 机组用完以及控制系统的工作电源等。为了便于检查某些逻辑功能, 最好能使控制系统的各主要部分可以进行模拟实验。.自动电站控制功能流程图 综上所述, 自动电站的功能较多,其中每一部分都有相对的独立性, 由总体控制将各部分工作有机地协调起来, 组合成一个系统。 在系统的安排上, 应充分利用各单元的独立性, 使系统运用起来更加灵活。例如, 当某部分出现故障时, 仍可利用其它单元实现局部自动化或半自动化。 图给出一个比较典型的自动电站功能流程图, 当然它并非固定模式。随着电站自动化程度的不断提高以及微机在船舶中的广泛应用, 使电站自动化的功能更趋完善。运行机

21、正常停机故障机解列、分析若延时内故障机跳闸故障机阻 塞故障机停 机备用机自起动运行机故 障重载询问增机合闸失败三次失败三次失败三次失败第二台起 动第三台起 动机组用完阻塞阻塞阻塞成功成功成功延时报警电网无电电网阻塞单机运行起动一台机单机合闸运行机重载起动成功自动并车负荷分配并联运行单机运行负荷减少解列先行机单机运行图7.1.4 三台发电机组的自动电站功能流程图第二节船舶柴油机的自动起停一、船舶柴油机的起动和停机现代船舶发电机大多由柴油机拖动，因此船舶发电机的起、停主要牵涉到柴油机的自动起停。.柴油机的起动船舶辅柴油机可以有电动起动和压缩空气起动二种方式. 电动起动一般用于应急发电机的原动机,其

22、原理将在下一节介绍;主发电机组一般采用压缩空气起动。 压缩空气经起动控制阀到达柴油机，再由柴油机的空气分配器按各气缸发火的顺序，依次将压缩空气引入各气缸，推动活塞，使机器转动。一旦进入汽缸的压缩空气产生高温，自行发火运转，就立即切断气源，柴油机开始起动直到在额定转速下工作。起动时需注意几个问题： （）起动前的预润滑柴油机都具有滑油循环系统，包括由自己的动力带动的润滑泵、管路、过虑器和冷却器等。在运行时，能自行建立一定的滑油压力，保证自身的滑油循环，使各主要的润滑部位都有良好的润滑；停机后，滑油系统也停止工作。因此，经较长的时间停机后，应有起动前的润滑程序，确保在起动时，各相互接触的运动部位有必

23、要的润滑油，避免发生干摩擦。自动控制预润滑的方式有二种：.周期性自动预润滑在柴油机滑油泵之外，另设一电动油泵，作为柴油机润滑循环系统的另一动力源。该电动油泵，应能实现自动控制，当柴油机停机后，就开始工作，保证每隔一定时间（例如四小时）接通电源使油泵工作一段时间（如十分钟），周期性地实现预润滑，以待随时起动，当柴油机投入运行，自动预润滑油泵的控制电源立即断开，由柴油机自行润滑。.一次性注入式预润滑在柴油机润滑系统中，接入一柱塞式滑油泵，其中贮满滑油，当机器接到起动指令时, 压入到机器需要润滑的各部位,然后才开始起动。（）起动时燃油的控制 柴油机的喷油量是由调速器和控制手柄控制。起动时, 调速器尚

24、未正常工作, 这时的燃油量可用手柄来限制。（）暖机 当起动成功后, 柴油机将运行在略高于最低稳定转速上,称为点火转速, 以后再予以升速, 一般为减少热应力, 让机器先在中速下运行一段时间, 这就是暖机（或称暖缸），暖机时间依机型和辅机冷却系统的设计而不同，在自动电站中，通常是将各台柴油机的冷却淡水管系联成一个整体，运行机组的冷却水（约）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，这对于增强自动电站功能，保证供电连续可靠性是很有帮助的。. 柴油机的停机 控制柴油机停机时,只需切断燃油供给, 机器即可自行停下来, 但也需

25、注意,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行一段时间, 待温度逐渐降低, 然后才允许断油停机。二. 自动起、停控制装置的功能 柴油发电机组自动起、停控制装置应包括以下功能: . 应有“自动”、“遥控”、“机旁”操作方式的转换， 并能满足“机旁”优先于“遥控”、“遥控”优先于“自动”的控制要求。 .对自动起动的各种准备工作设置逻辑判断和监视。例如：需要确认机组已检修完毕、转换开关已置于“自动”位置、有预润滑、预热、有足够的起动动力、本机是处于静止状态等，才能自动起动。.接到起动指令时，按应有的程序自动起动。.一个“起动”指令，可以允许试行

26、三次起动，若三次起动均失败， 应给出报警信号，并向总体逻辑控制单元汇报“起动失败”，以便由“总体”判断采取其他措施。.适当控制起动时的给油量。.柴油机自行发火后，应切断起动动力。.“中速运行”和“加速”控制。若柴油机需要有“暖缸运行”的程序时，应将油门控制于“暖缸转速”下进行暖缸，并给予一定的“暖缸时间”控制，待时限到达后，再予以加速，直到接近额定转速；对于不需暖缸的机器，可直接加大油门，使转速上升到额定转速附近。.当转速上升至额定值的时，即可认为整个起动加速程序完成， 应自动切断本机的予润滑系统，并经适当延时（约几十秒）以后，接入对本机的滑油压力监视。这是因为柴油机自带的滑油泵，在润滑系统中

27、建立必要的油压需要一定的时间，刚起动时，滑油压力尚未达到应有数值，这是正常现象，若不经延时接入监视，它将立即发出“油压低”的误会信号，造成不必要的报警，甚至自动停机。柴油机所需的其他监视，无需延时。.运行机组接到“停机”指令后，即按应有的程序自动停机，停机完成后，发出停机成功信号，并应自动接通予润滑系统，做好下次起动的一切准备。如果因为柴油机本身故障（一般有：起动失败、滑油压力低、冷却水温高、排烟温度高、超速等）而导致停机时，应发出“阻塞”信号，使该机的自动起动控制阻塞，并发出声光报警。待工作人员排除了故障，手动“解除阻塞”后，才恢复自动功能。.自动起动、停机控制器，最好具备“模拟试验”的功能

28、。 使运行管理人员能在不影响柴油机的原始状态下，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现。三、船舶柴油发电机组的自动起、停程序柴油发电机组的自起动程序、可以用方框图表示。 图中程序包括“暖缸”工况（虚线框），这一步骤对某些柴油机可能不需要。在某些系统中，也可以作如下处理：将“起动”指令安排成两种方式，一种是“正常起动”指令，让机组有“暖缸”工况；另一种是“紧急起动”指令，例如航行中电网突然失电，要求备用机组立即供电，当程序控制器接到这种指令时，可以自动去掉“暖缸”程序。自动停机的程序框图示于图。综合上述，柴油机起、停程序可归纳为三种基本原则：（）按时间原则控制，即模仿人的实际操作

29、过程，按时间拟定控制程序；（）按速度原则控制，即直接按速度拟定控制程序；（）按滑油压力控制，即根据不同转速时滑油压力的变化拟定控制程序。一般采用综合方式控制，即在整个控制系统中，以上三种控制原则兼而有之。起动指令准备情况未好指令下传加速反馈三次起动转速反馈油压监视延 时起动成功报警阻塞加速计时点火转速检测计数或计时起动失败中速暖缸暖缸计时运行转速加速再升速向总体汇报好图7.2.1 自动起动程序框图转速反馈断油计时报 警程序控制器复位预热、预润滑向总体汇 报低于点火转速检测停机成功停机失败断油减速中速运行计时停机指令紧急停机nnn点火nn点火图7.2.2 自动停机程序框图第三节 船舶应急柴油发电

30、机组的自动控制装置本节以目前船舶上常用的国产型应急柴油机发电机组的自动控制装置为例，介绍柴油机自动起、停的控制过程。一、自动控制装置的功能型船用应急柴油发电机组是电动起动方式，由蓄电池供电给“起动电动机”，再通过离合器自动与柴油机转轴脱离，并断电停转。整个控制装置有以下功能：当主电网失电后，经过至秒（可调）延时确认，开始自起动操作，进行自动起动控制；若一次起动成功，从起动开始，经过十秒左右，就可以使发电机建立正常电压并向应急电网供电；若一次起动不成功，可以在秒以内自动控制起动三次，若三次起动均失败，使装置停止工作并发出声、光报警；正常运行时，当油压、水温异常时，亦给出警报信号；在应急发电机供电

31、过程中，当主电网恢复供电后，自动装置立即使应急发电机停车，一切恢复原始状态，以备下次工作。 二、控制装置的元件及环节整个装置的原理示意图如所示。. 延时继电器、1：用于控制主电网失电到本装置投入工作的延时，可在秒内任意整定。、2：用于三次起动失败后，控制报警中延续的时间和控制油门杆复位，其延时应大于SJ3的延时时间。、3：三次起动失败后切断起动环节，并接通报警电路。其延时应大于连续三次起动时间之和。、4：控制两次起动的时间间隔。、5：控制两次起动时，起动电动机的运转时间。.执行电动机（直流）用来控制柴油机油门杆的位置，它通过蜗轮蜗杆带动一组凸轮，控制、四对触头的开闭。.速度继电器当柴油机转速n

32、转/分，常闭触头断开；当柴油机的转速n转/分时，常开触头闭合。.温度继电器和压力继电器温度继电器：当冷却水温度正常时，常开触头断开，冷却水温度达到整定值时，闭合。压力继电器：当滑油压力低时，常闭触头闭合，油压高时，断开。.起动环节起动环节由中间继电器和时间继电器、构成。、的作用如上述，是起动用中间继电器，有电，接通接触器线圈，的触头又接通起动电动机（图中未画出），开始起动。和都是由的延时秒闭合的常开触点供电，因此有电秒后，与同时有电，的延时秒断开的常闭触点又控制线圈的电源，因此只能工作秒就由于断开而失电，若起动正常，秒时间是足够的；若起动失败，则因断电后使也断电，的常闭触点又接通线圈，又开始第

33、二次秒计时，经延时秒后，又获电秒，控制第二次起动。这样一次起动约需秒，起动电动机工作秒，时间间隔秒，三次起动约需秒，因延时整定秒。经三次仍不成功，来不及第四次24VFU2FU2ZKFU1FU1R2J2J3YDJ7J8F1F2BACDKZJ2J3J2J3J4J8C2SJ2J1J7J3全速低速停机J4R1C1J6J7SJ3SJ3SJ5SJ4SJ4J6SJ5D1J1nSDJJ7SJ2SJ1SJ2SJ1CZJ6J1J5FU3NKDWJ4J2WJYJSJ3J5J1NKMYFU3HLIHL2P图7.3.1 型应急柴油发电机自动控制装置原理图1226101422219191718152335起动，在秒时，其

34、常闭触头断开起动环节电源。三、控制装置工作原理原始状态：柴油机油门杆控制电机处于“停机”位置，凸轮开关的触点闭合，、均断开，常闭触头闭合，其余各继电器均如所示的状态。准备工作时，将开关合上。一次起动成功的过程若主电网失电，各主发电机主开关的常闭副触头均闭合，获电，开始计时（可在秒内整定），经整定时间后，其常开触头闭合，开始自起动操作。（）线圈获电，开始计时秒，准备三次起动失败后其常闭触点断开起动环节电源并使报警控制复位。线圈获电，令其计时秒，使该装置可获得连续三次起动所需时间。获电，使的激磁绕组、加上激励。线圈获电，使获电正转，将油门杆拉到“低速”位置，同时凸轮开关使触头断电而失电，触头复位，

35、的电枢因短路而制动。（）与获电的同时，也获电，延时秒后获电（在延时秒内油门已处于“低速”），接通起动接触器，的触头又接通起动电动机，柴油机开始起动。（）柴油机在起动电动机带动下发火运行，转速上升，当达到秒/分时，速度继电器常闭触头断开，使号电路失电，其所控制的各继电器均复位。（）与获电同时，也获电开始计时秒，秒后断开电源，起动环节复位，起动电动机断电。（）转速继续上升到转/分时，常开触头闭合，获电。有二个触头，常开触头闭合，使获电，再次使获电正转，直到将油门杆拉到“全速”位置，这时凸轮开关触头、断开，、闭合，使断电，短路制动。油门处于“全速”位置，柴油发电机逐渐加速到全速运行并向应急电网供电；

36、尚有另一个转换触点，接通，使报警继电器处于准备状态，一旦滑油压力或冷却水温出现异常时，因或动作，获电，接通声光报警电路。三次起动的控制过程若一次起动不成功，则速度继电器仍处于原位，当起动时间超过秒时，柴油机仍未发火，则常闭接点断开，使起动环节复位，又获电，经秒延时后，第二次起动又开始,所以每次起动时间间隔为6秒,起动电动机运转时间为4秒,三次起动总时间为秒，若三次起动均失败，则延时（秒）结束，切断起动环节同时接通发出起动失败报警。柴油机发电机组的停机及自动控制系统的复位（）三次起动失败系统的复位当起动过程进行秒后，的常闭触头断开号电路，断电，警报信号停止；同时的常开触点闭合，使获电，的转换触头

37、接通的反转电路，将油门杆拉回到“停机”位置。此时凸轮开关触头、断开，失电，停转。继电器8的常开触头与凸轮开关触头并联，当油门杆拉回到“停机”位置时，因、被断开，使复位，8也失电，由于与8并联的电容起作用，将使8的释放有延时，保证在被断开时，仍短时地提供的磁场，使可获得较好的制动效果。（）主电网恢复供电后，应急发电机组自动“停机”的过程当主电网恢复供电后，失电、复位，其常闭接点使获电，以后的过程同上述，反转，将油门杆拉到“停机”位置，柴油机因失去供油，自动停机，的常开触头断开号电路，使整个装置复位。第四节船舶电站微机自动控制系统一、概述 随着船自动化程度的不断提高以及计算机技术和制造工艺的不断完

38、善，目前可靠性高，抗干扰能力强的加固型计算机已广泛应用于船舶电站的自动控制系统中，其控制方案也从原来的由一台中大型计算机的集中控制发展成多微机网络通迅的分散分层控制系统，大大的提高了控制系统的可靠性。本节以“德跃”轮中的电站微机自动控制系统为例，介绍该系统的工作原理。该轮船舶电站由三台主发电机组成，其控制系统单线原理图如图所示。母线电流功率原动机调速马达伺服马达电压频率脉动电压监控台微型计算机控制器ACB1ACB2ACB3MCBLUFIWACGVADCMGMUNO：1NO：2ACGNO：3ACGCCCSETDISPDODIAICPURAMROMINTDSIAVR电压图7.4.1 船舶电站微机控

39、制系统单线原理图三台发电机分别记为：.：、。原动机各带有调速器，其中伺服马达（）由微型计算机输出（）控制，实现对电站母线频率、运行机组间有功功率分配及转移的控制。发电机励磁系统采用可控相复励自励恒压无刷系统，相复励部分为电流叠加，校正器（）控制交流侧分流，既提高了静态调压精度，又满足了运行发电机之间无功功率合理的分配。为电子式电压校正器，其中专设一个电压值设定电位器（），它由微型计算机输出（）控制伺服马达（）来驱动，实现对发电机端电压、运行机组间无功功率的合理分配与转移控制。以微型计算机为主的控制器是由（中央处理器）、（随机存储器）、（只读存储器）、（数字输入单元）、（数字输出单元）、（模拟量

40、输入变换器）、（中断输入单元）、（设定单元）、（显示单元）及（数字量输入调节单元）等构成。所有测量出来的控制信息，经、送入，然后根据中已存入的有关控制程序进行控制，信息在中进行算术或逻辑运算，结果又送入或，最后按时间原则由输出信息控制执行机构，实现对船舶电站相应参数的控制。执行机构由自动空气断路器、继电器和伺服电动机等组成。检测元件有功率变换器、频率变换器、脉动电压检测器、电流、电压测量等。船舶电站的控制量多属开关量、数字量、控制规律也属常规控制。这一系统能完成以下十一种功能：（）母线电压自动控制（）；（）发电机无功功率自动控制（）；（）母线频率自动控制（）；（）发电机有功功率自动控制（）；（

41、）发电机自动同期（）；（）故障机组自动解列（）；（）负载分级切除（）；（）运行发电机组台数自动控制（）；（）原动机自动起动（）；（）故障监视及报警（）；（）自动转移负载及脱离并联运行。完成上述控制功能，计算机内存容量就够了。控制精度取决于微处理器的位数，若用位的片子，则能达到/的分辨能力，可满足船舶电站控制精度要求；若用位的片子，则分辨能力仅为/，精度不够；若用双倍的字长，又将使机器容量大为增加、降低计算速度，故“德跃”轮采用的内存、（.、；.）的位微型计算机进行上述十种功能的控制。下面逐个介绍各功能控制程序的工作原理。 二、电压自动控制（） 母线（汇流排）电压的变化，由测量变换器测出，并变换

42、成标准电压，经变换成数字量输入计算机。计算机进行算术逻辑运算之后，由将数字量变换为模拟量输出，控制伺服马达，驱动，实现对发电机电压的调整。整个过程按中已存入的控制程序控制。控制程序框图如图7.4.。伺服马达的调节脉宽选为：.s、.s、.s三种，根据电压差的大小自选脉冲宽度，使调节过程既快又不至于产生超调现象。调节时，各台发电机的向同一方向一齐转动。程序起动读入Ub计算U=UbU0计算|U|U|0.5%是否3%1.5%|U|1.5% |U|3%脉宽1.5s脉宽0.6s脉宽0.25s电压降低|U|00电压升高清除计时器RTOSM图7.4.2 AVC控制程序框图图中:Ub母线电压；UO设定电压值；R

43、TOSM实时操作程序（Realoperating system for microcomputer)三、发电机无功功率自动控制（）无功功率自动控制分两种情况：并联运行机组间无功功率的分配；解列前或并车合闸后无功功率的自动转移。当并联机组无功功率不平衡程度超过设定值时，对于承担无功小的发电机，微机发出信号，控制伺服马达，把电位器向增加无功的方向旋转，同时使承担无功大的发电机的励磁小，从而使两机无功功率分配处于平衡。这一控制程序框图如图所示。与调压一样，伺服马达的脉宽仍选择三档，它根据无功偏差的大小自动选择，使调节的过程快而不超调。这一控制系统的控制精度可调到额定的正负以内。四、频率自动空制（）各

44、台发电机的原动机都有调速器，起一次调节作用。使用微机控制调速马达对调速器进行二次调节，则代替了调频装置的作用。程序起动并联吗？是Qn= Qi/nI=1n第机并联吗？否是Qn=QiQn|Qn|1.2%10%20%1.2%20% |Qn|10%脉宽1.5s脉宽0.6s脉宽0.25s00Qn励磁降低励磁升高调整完？是否RTOSM图7.4.3 控制程序框图图中：n无功功率平均值i第i台机组实际承担之无功功率值； n发电机的编号、n|Qn|当母线频率低于设定的频率时，微机控制调速马达，使调速特性向上平移，加大油门，提高转速；反之，当母线频率低于设定值时，反转使转速下降。调节时，各台并联机组的调速马达一齐

45、向同方向转动。其控制程序框图如图所示：编写程序时可按下面要求进行：控制范围：额定频率的正负.；控制精度：静态精度的正负.以内；瞬时精度由原动机调速器特性决定。调速马达的脉宽有三档：.s、.s、和.s，可根据频率的大小自动选择。程序起动RTOSM读入Fb计算FFOFb计算|F|0.5Hz0.2Hz2Hz2Hz |F|0.5Hz|F|F|F脉宽1.9s脉宽0.93s脉宽0.43s00频率升高频率降低清除计时器（n秒以后）图7.4.4控制程序框图图中： a电网设定频率;b电网的实际频率。五、发电机有功功率控制（）调速器除了调节母线频率外，在发电机组并联运行时，可以使各机组间有功功率分配大体平衡；同时

46、，在并车合闸后和机组将要解列时还担负有功率转移的任务。当并联运行机组间有功功率的不平衡超过设定值时，微机立即发出信号，令负载重之机组的调速马达向减小原动机油门方向旋转，同时令负载轻的机组的调速马达向增大原动机油门方向旋转，结果把前者负载向后者转移，调节一直进行到两机组之间有功负载分配平衡为止。其控制框图如图所示：有功功率不平衡的范围整在额定值的正负；静态控制精度可达正负.；动态控制精度由原动机调速特性决定，调速马达的控制脉宽也可根据功差大小自动选择（.s、.s、.s）。六、自动同步并车控制（）先将待并发电机和母线的频率、电压调整在允许范围内，然后预测和待并发电机与母线间电压相位一致的瞬间，最后

47、考虑发电机主开关和合闸的动作时间，把待并发电主开关合上母线。控制过程的主程序框图如图所示：程序起动并联吗？是Pn= Pi/nI=1n第机暖缸吗？否是Pn=PnPn|Pn|1.2%10%20%1.2%20% |Qn|10%脉宽1.9s脉宽0.93s脉宽0.43s00Pn速度降低速度升高调整完？是否RTOSM图7.4.5 控制程序框图图中：Pn并联机组有功功率平均值；Pn第n台机组实际有功功率值； n发电机的编号、n|Pn|当母线电压正常、待并发电机已建立电压、同期并车开关选择在自动准同期档、“”控制台允许等四个条件满足时，程序启动，电压和频率的调节分成两个程序段执行。当电压和频率调节在预调值之内

48、时，程序进入零相交中断程序。零相交中断程序是预测和计算待并发电机电压与母线电压间相位一致的瞬间的子程序。在并车过程中，如有故障出现，程序应自动进入故障记时处理。如果母线电压正常，必然是待并机故障，应立即停止待并发电机。如果母线有故障，则应先切除次要负载，若仍不能排除故障，则母线断电。有时还会出现频差很小（近于）而相位差又较大则可能会长时间难以满足合闸的条件，这时有小频差扰动程序，另外，还有计算合闸时间等这些都需要对应的程序控制。自动准同期合闸允许范围调定在：合闸电压差正负以内，频率差正负.以内；恒定越前时间根据主开关合闸时间可在.之间选择。待并发电机电压升高信号待并发电机电压升高降低待并发电机电压升高待并发电机电压降低待并发电机频率降低待并发电机频率升高待并发电机电压U1读出待并发电机频率F1读出母线电压UO读出母线频率FO读出零相交中断程序“”控制台同期方式选择发电机电压建立母线电压正常程序起动预调值之内预调值之内UUOU1FFOF10000RTOSM图7.4.6 主程序框图降速信号升速信号七、故障机组自动解列（）发电机并联运行时，若有一台发电机励磁系统或者原动机调速系统发生故障，将会引起无功功率的急剧地波动。这时可用无功或有功率的大小和方向、母线电压或频率值及其微分量进行逻辑判断，发出信号将故障机组解列。例如并联运行的两台机组中一台调速系统故障，则其程序框图如