微机控制的船舶电站

1、2021-6-161第二部分计算机控制的船舶电站12021-6-162船舶电站的热点技术 采用现场总线技术的网络型电力管理系统采用现场总线技术的网络型电力管理系统（PMS） 中压（高压）电力系统中压（高压）电力系统22021-6-163电力管理系统（PMS） 集中式：集中式： 一套微机控制。一套微机控制。 分布式：分布式： 每台副机配置一台微机（或每台副机配置一台微机（或PLC），再），再 设一台上位机。设一台上位机。 网络型：网络型： 每台副机配置一个控制模块，各模块通过现每台副机配置一个控制模块，各模块通过现 场总线（如场总线（如CAN总线）连接。总线）连接。 32021-6-164一、计

2、算机控制船舶电站的主要功能和组成（1）母线电压自动控制）母线电压自动控制(AVC)（2）发电机无功功率自动控制）发电机无功功率自动控制(ARPC)（3）母线频率自动控制）母线频率自动控制(AFC)（4）发电机有功功率自动控制）发电机有功功率自动控制(APC)（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(ASYC)（6）故障机组自动解列）故障机组自动解列(ACC)（7）负载分级切除）负载分级切除(PTC)（8）发电机运行台数控制）发电机运行台数控制(ARC)（9）原动机自动起动）原动机自动起动(EASC)（10）故障监视及报警）故障监视及报警(MONIT)2021-6-165（一）电

3、压与无功功率的自动调节（一）电压与无功功率的自动调节 维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措施之一。施之一。电压电压是否是否稳定取决于发电机的自动励稳定取决于发电机的自动励磁装置磁装置(自动电压调节器自动电压调节器)的性能的性能。 励磁控制系统励磁控制系统是发电机的重要组成部分，它的是发电机的重要组成部分，它的主要主要任务任务是根据发电机的各种运行状态，维持是根据发电机的各种运行状态，维持同步发电机的端电压同步发电机的端电压恒定恒定( (额定电压额定电压) )、合理分合理分配发电机间的配发电机间的无功功率无功功率、在船舶电网发生短路、在船舶电网发生短路

4、故障时，有故障时，有强行励磁强行励磁功能，加速短路后的恢复功能，加速短路后的恢复速度，保持电力系统运行的稳定性和继电保护速度，保持电力系统运行的稳定性和继电保护装置动作的可靠性。装置动作的可靠性。2021-6-166（一）电压与无功功率的自动调节（一）电压与无功功率的自动调节1、发电机的自动励磁装置的基本要求：、发电机的自动励磁装置的基本要求： 1.静态特性和动态特性静态特性和动态特性钢质海船入级规范钢质海船入级规范的规定：的规定：静态电压调整率静态电压调整率 主发电机主发电机 UW U2.5%Ue 应急发电机应急发电机UW U3.5%Ue动态电压调整率：动态电压调整率：突加或突卸突加或突卸6

5、0% UmimmanU( (15% 20%) )Ue恢复时间恢复时间: Tw 1.5s2021-6-1672.2.强行励磁强行励磁 从提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性以及继电保护装置动作的准确性等观点出发，要求调压器的动作要迅速。解决这个问题的方法之一实现强行励磁。也就是要求励磁系统应能在保证最短的时间内，把励磁电流升高到超过额定状态时的最大值，以使发电机的电压迅速得到恢复。这就要求调压器应具有一定的强行励磁能力。 2021-6-1683.3.自自 励励 恒恒 压压 装装 置置 的的 分分 类类 主要类型：不可控相复励自励装置；主要类型：不可控相复励自励装置； 可控相复励自励装置；可

6、控相复励自励装置； 可控硅励磁自动调整装置；可控硅励磁自动调整装置； 用于无刷发电机的励磁自动调整装置；用于无刷发电机的励磁自动调整装置； 用于谐波励磁发电机的励磁自动调整装置。用于谐波励磁发电机的励磁自动调整装置。 根据励磁调整方式和工作原理，励磁方法大致可分为：根据励磁调整方式和工作原理，励磁方法大致可分为： 按发电机电压偏差调节方法按发电机电压偏差调节方法（静态特性好）（静态特性好） 按负载电流和功率因数调节按负载电流和功率因数调节（动态特性好）（动态特性好） 复合调节复合调节（AVR）2021-6-1692021-6-16102、交流发电机电压调节特性的基本概念、交流发电机电压调节特性

7、的基本概念 电压调节特性：发电机端电压随无功电流变化的关系。 被调量Uf随IQ而变化的程度叫做电压调差系数KC，由曲线的倾斜度来表示，即 广泛应用在实船发电机上的调压特性曲线是下倾的一条直线，即Kc大于0，称为下倾的有差特性，通常通常Kc可整定在可整定在5%以内以内。2021-6-16113、并联运行机组为实现无功功率的均匀分配对各台、并联运行机组为实现无功功率的均匀分配对各台发电机电压调差特性的要求发电机电压调差特性的要求电网上只有一个电压。电网上只有一个电压。电网上有几台机组并联运行时，电压是电网上有几台机组并联运行时，电压是各台发电机电势共同作用的结果。当各台发电机电势共同作用的结果。当

8、手动手动或或自动调节任意一台自动调节任意一台发电机发电机的的励磁电流励磁电流时，就会时，就会改变该台发电机改变该台发电机本身产生的本身产生的电势的电势的大小大小，同时会，同时会改变负载的承担改变负载的承担，也会，也会改变电网电压改变电网电压。并联运行并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压调节性曲线所决定。发电机间无功功率分配的关系，主要由电压调节性曲线所决定。也就是说，同步发电机间无功功率的自动分配，实际是通过自也就是说，同步发电机间无功功率的自动分配，实际是通过自动电压调整器自动调整励磁电流、以调整发电机电压的办法来动电压调整器自动调整励磁电流、以调整发电机电压的办法来实现的。因此，

9、实现的。因此，自动电压调整器不仅担负着调整电压的任务，自动电压调整器不仅担负着调整电压的任务，同时，还担负着自动调整分配无功功率的任务。同时，还担负着自动调整分配无功功率的任务。钢质海船入级规范钢质海船入级规范对无功功率的分配要求为：对无功功率的分配要求为：“各机各机组所承担的无功负载与总无功负载按机组定额比例分配值之差，组所承担的无功负载与总无功负载按机组定额比例分配值之差，应不超过下列数值较小者：最大机组额定无功功率的应不超过下列数值较小者：最大机组额定无功功率的10%；最小机组额定无功功率的最小机组额定无功功率的25% ”。2021-6-1612 钢质海船入级规范要求：钢质海船入级规范要

10、求：（1）调速器）调速器 瞬时调速率瞬时调速率10% 稳定调速率稳定调速率5% 稳定时间稳定时间 5s （2）有功功率的分配）有功功率的分配 发电机实际承担的有功功率和按发电机额定功率分配比发电机实际承担的有功功率和按发电机额定功率分配比例的计算之差，不应超过例的计算之差，不应超过 最大机组额定功率的最大机组额定功率的15； 最小机组额定功率的最小机组额定功率的25。（二）频率与有功功率的自动调节（二）频率与有功功率的自动调节2021-6-16131、原动机调速器的调速特性、原动机调速器的调速特性 采用机械调速器的调速系统是按转速偏差进行调节的反馈控采用机械调速器的调速系统是按转速偏差进行调节

11、的反馈控制系统，其调节特性是制系统，其调节特性是比例控制的有差调节。比例控制的有差调节。当发电机的当发电机的负负荷功率变化荷功率变化时，时，调速器能自动地调节油门的大小调速器能自动地调节油门的大小，维持发电，维持发电机组转速（机组转速（频率频率）的变化）的变化在一定范围内在一定范围内，此过程称为，此过程称为一次调一次调节。节。 由于一次调节不能保持转速（频率）的恒定，为了维持额定由于一次调节不能保持转速（频率）的恒定，为了维持额定转速（频率）还需进行转速（频率）还需进行二次调节二次调节，即由自动调频调载装置，即由自动调频调载装置（或手动）（或手动）调节调速器弹簧的预紧力，调节调速器弹簧的预紧力

12、，改变油门的大小。反改变油门的大小。反映在坐标平面上就是映在坐标平面上就是将调速特性曲线作上、下平移。将调速特性曲线作上、下平移。2021-6-1614有差调速器单机运行时转速（或频率）的调节过程有差调速器单机运行时转速（或频率）的调节过程2021-6-16152、不同调速特性发电机的并联运行、不同调速特性发电机的并联运行 要使两机之间的功率能够按容量成比例分配，只有两特性曲线要使两机之间的功率能够按容量成比例分配，只有两特性曲线的斜率一致。由于特性总是存在一定的差别，为了使电网频率不致的斜率一致。由于特性总是存在一定的差别，为了使电网频率不致于随负载变化过大，又要使功率稳定地分配，于随负载变

13、化过大，又要使功率稳定地分配，特性曲线的下降率应特性曲线的下降率应在在3%左右、不超过左右、不超过5%，以以保证有功分配偏差在保证有功分配偏差在10%以内以内。2021-6-1616 基本功能：基本功能：（1）能）能自动维持自动维持电力系统电力系统频率频率为额定值；为额定值；（2）能按参与并联运行各机组的容量以既定比例或其它）能按参与并联运行各机组的容量以既定比例或其它 既定既定自动方式控制负荷分配自动方式控制负荷分配；（3）接到）接到“解列解列”指指令时，能令时，能自动进行负荷转移自动进行负荷转移，待其，待其 负荷接近零时（负荷接近零时（5% ），使其发电机的断路器），使其发电机的断路器自动

14、自动 分闸分闸。 基本组成：基本组成： 频率变换器频率变换器 有功功率变换器有功功率变换器 有功功率分配器有功功率分配器 调整器调整器3、自动调频调载装置、自动调频调载装置2021-6-1617（三）交流发电机的自动并车（三）交流发电机的自动并车 对并车操作的要求：对并车操作的要求： 其一，并车过程中其一，并车过程中冲击电流不能超过允许值冲击电流不能超过允许值； 其二，发电机投入电网后能其二，发电机投入电网后能迅速拉入同步迅速拉入同步。 1. 自动准同步并车条件自动准同步并车条件（1）待并机组的相序与运行机组）待并机组的相序与运行机组(或电网或电网)的相序一致。的相序一致。（2）待并机组的电压

15、与运行机组）待并机组的电压与运行机组(或电网或电网)的电压有效值相等。的电压有效值相等。（3）待并机组电压的初相位与运行机组）待并机组电压的初相位与运行机组(或电网或电网)电压的初相位电压的初相位 相同。相同。（4）待并机组电压的频率与运行机组）待并机组电压的频率与运行机组(或电网或电网)电压的频率大小电压的频率大小 相等。相等。2021-6-1618自自动动并并车车装装置置的的基基本本环环节节与与组组成成同步合闸同步合闸图 1-2-9报报警警调节调节油门油门2021-6-1619（四）船舶发电机组的自动控制（四）船舶发电机组的自动控制 1. 备用机组的自动起动备用机组的自动起动备用机组处于备

16、用机组处于“备好备好”状态的标志：状态的标志：燃油、压缩空气正常；燃油、压缩空气正常；有预热和预润滑；有预热和预润滑；无阻塞（故障已复位）无阻塞（故障已复位）操作选择开关置操作选择开关置“自动自动”位置。位置。（1）起动前的预润滑）起动前的预润滑预润滑控制方式：预润滑控制方式： 周期性自动预润滑；周期性自动预润滑； 非周期性预润滑；非周期性预润滑； 一次注入式预润滑。一次注入式预润滑。2021-6-1620预润滑预润滑: : 非周期性自动预润滑非周期性自动预润滑 （电动预润滑泵）（电动预润滑泵） 周期性自动预润滑周期性自动预润滑 （电动预润滑泵）（电动预润滑泵） 一次注入式预润滑一次注入式预润

17、滑 （气动柱塞泵）（气动柱塞泵） 非周期性自动预润滑非周期性自动预润滑 副机一停，预润滑泵就开始泵油，直至副机起副机一停，预润滑泵就开始泵油，直至副机起 动成功。动成功。 周期性自动预润滑周期性自动预润滑 副机停机后，预润滑泵工作：运行副机停机后，预润滑泵工作：运行停机停机运运 行行停机，直至副机起动成功。停机，直至副机起动成功。 一次注入式预润滑一次注入式预润滑 仅在副机起动时工作，先泵油、后起动。仅在副机起动时工作，先泵油、后起动。（2）预热（暖机）预热（暖机）2021-6-1621（3）机组自动起动控制装置功能）机组自动起动控制装置功能（图（图1-2-10）应有应有“自动自动”、“机旁机

18、旁”、“遥控遥控”操作方式的转换，并能满操作方式的转换，并能满足：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”。对自动起动的各种准备工作进行逻辑判断和监视。例如，对自动起动的各种准备工作进行逻辑判断和监视。例如， 确认机组已检修完毕；确认机组已检修完毕； 转换开关已置于转换开关已置于“自动自动”位置；位置； 有预润滑、预热；有预润滑、预热； 有足够起动动力；有足够起动动力； 本机处于静止状态。本机处于静止状态。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，发出起动成功信号。定值时，发出起动成

19、功信号。个起动指令，可以允许三次起动。个起动指令，可以允许三次起动。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，应切断起动动力源。力源。2021-6-1622 ”中速运行中速运行”和和“加速加速”控制。控制。 转速上升到额定值的转速上升到额定值的90%时，即可认为整个起动加速程时，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，序完成了，应自动切断本机的预润滑系统，并经适当延时并经适当延时(约几十秒约几十秒)以后，对本机的滑油压力进行监视。柴油机所以后，对本机的滑油压力进行监视。柴油机所需的其它监视，无须延时。需的其它监视，无须延

20、时。 超速保护。即当柴油机转速超过额定值超速保护。即当柴油机转速超过额定值15%时，延时时，延时23s停机，同时发出报警信号，禁止柴油机再次起动。停机，同时发出报警信号，禁止柴油机再次起动。 如果因为柴油机本身的故障如果因为柴油机本身的故障(如起动失败、滑油压力低、如起动失败、滑油压力低、冷却水高温、排烟温度高等）而导致停机时，应发出冷却水高温、排烟温度高等）而导致停机时，应发出“阻阻塞塞”信号，使该机的自动起动控制程序阻塞，并发出声光信号，使该机的自动起动控制程序阻塞，并发出声光报警，待排除了故障、手动报警，待排除了故障、手动“解除阻塞解除阻塞”后，才能恢复自后，才能恢复自动功能。动功能。

21、自动起动、停机控制器具备自动起动、停机控制器具备“模拟试验模拟试验”的功能。的功能。2021-6-1623（4）备用机组起动条件）备用机组起动条件 出现下述任一条件时，自动控制系统就应发出出现下述任一条件时，自动控制系统就应发出“增机增机”指指令，起动备用机组。令，起动备用机组。 经延时判断，确认运行机组重载；经延时判断，确认运行机组重载； 运行机组的滑油压力低；运行机组的滑油压力低； 运行机组冷却水温度高；运行机组冷却水温度高； 电网突然断电；电网突然断电； 经重载询问，贮备容量不够；经重载询问，贮备容量不够； 正要起动的备用机组阻塞；正要起动的备用机组阻塞； 备用机组起动失败或合闸失败。备

22、用机组起动失败或合闸失败。2021-6-16242. 运行机组的自动解列与停机运行机组的自动解列与停机（图（图1-2-11） （1）发电机组的解列）发电机组的解列 当两台及以上发电机组并联运行时，若因电网负荷降低到可当两台及以上发电机组并联运行时，若因电网负荷降低到可以停掉一台发电机组时，应自动发出以停掉一台发电机组时，应自动发出“解列解列”指令。或者，指令。或者，运行中的某台发电机组因发生运行不正常运行中的某台发电机组因发生运行不正常(例如冷却水出口温例如冷却水出口温度高等度高等)时，系统可以先自动起动备用机组，并车后再转移负时，系统可以先自动起动备用机组，并车后再转移负载，解列指令发出后，

23、通过自动调频调载装置将待停发电机载，解列指令发出后，通过自动调频调载装置将待停发电机组的负载转移给其它运行发电机组后，再将该机组的负载转移给其它运行发电机组后，再将该机ACB分闸。分闸。 对于因电力系统负荷降低而形成的解列指令，究竟解列哪一对于因电力系统负荷降低而形成的解列指令，究竟解列哪一台发电机组好呢台发电机组好呢?为了使电网中各台发电机组累计的运行时数为了使电网中各台发电机组累计的运行时数趋于一致，最好做到总是趋于一致，最好做到总是解列先投入运行的发电机组。解列先投入运行的发电机组。2021-6-1625 对于运行中的某台发电机组因发生运行不正常情况的对于运行中的某台发电机组因发生运行不

24、正常情况的解列指令，为了尽可能地不中断供电，解列指令，为了尽可能地不中断供电，对于对于“运行不运行不正常正常”现象的识别信号，可以分为两级：一级作为预现象的识别信号，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。报；一级作为保护装置的动作极限。预报级信号可以预报级信号可以用来要求起动备用机组，以便赢得时间，等待备用发用来要求起动备用机组，以便赢得时间，等待备用发电机组起动和并车后再解列不正常的发电机组。当然，电机组起动和并车后再解列不正常的发电机组。当然，这种期望是建立在不正常的发电机组还可以坚持一段这种期望是建立在不正常的发电机组还可以坚持一段时间的基础上。显然，这一段时间决定于两

25、方面：一时间的基础上。显然，这一段时间决定于两方面：一方面是备用发电机组的起动、加速、并车和负载转移方面是备用发电机组的起动、加速、并车和负载转移所需的总时间，当然越短越好；另一方面是不正常现所需的总时间，当然越短越好；另一方面是不正常现象发展的速度，它发展到保护装置的动作极限时，如象发展的速度，它发展到保护装置的动作极限时，如果并车尚未成功，则因保护装置动作而造成电网失电。果并车尚未成功，则因保护装置动作而造成电网失电。2021-6-16263. 重载询问的功用及基本原理重载询问的功用及基本原理 重载询问就是指大功率负载投入电网时，必须首重载询问就是指大功率负载投入电网时，必须首先判断电网中

26、的功率是否允许直接进入。先判断电网中的功率是否允许直接进入。 对有特大负荷的船舶，当特大负荷（如集装箱船对有特大负荷的船舶，当特大负荷（如集装箱船上的侧推器上的侧推器)请求时，可能要形成增加两台备用请求时，可能要形成增加两台备用机组的请求。在大功率负荷起动箱上，按下起动机组的请求。在大功率负荷起动箱上，按下起动按钮，这一起动信号不是送入控制箱内的控制电按钮，这一起动信号不是送入控制箱内的控制电路，而是送入自动电站管理系统中，管理系统经路，而是送入自动电站管理系统中，管理系统经过判断是否有必要起动备用机组，只有在电网上过判断是否有必要起动备用机组，只有在电网上的功率余量足够时，才由管理系统发出起

27、动这一的功率余量足够时，才由管理系统发出起动这一大功率负荷的指令，此大功率负荷才投入运行。大功率负荷的指令，此大功率负荷才投入运行。2021-6-16274. 发电机组自动顺序起动发电机组自动顺序起动 备用机组的起动通常是在控制系统中设置固定顺序，可按备用机组的起动通常是在控制系统中设置固定顺序，可按机组的编号依次循环。例如，一个具有三台发电机组的自机组的编号依次循环。例如，一个具有三台发电机组的自动电站按动电站按1-2-3-1的顺序来决定备用机组的起动。的顺序来决定备用机组的起动。 在电站中有三台机组的情况下，需要增机的几种情况：在电站中有三台机组的情况下，需要增机的几种情况： （1）单机运

28、行不正常或重载，要求增机；）单机运行不正常或重载，要求增机； （2）单机运行，突然跳闸，电网失电；）单机运行，突然跳闸，电网失电； （3）单机运行，要求增机，但第一备用机组）单机运行，要求增机，但第一备用机组“阻塞阻塞”或起或起 动、合闸失败，动、合闸失败，“增机指令增机指令”应传递给最后的一台。应传递给最后的一台。 （4）并联运行，要求增机，则起动最后一台备用机组。）并联运行，要求增机，则起动最后一台备用机组。 上述（上述（3）、（）、（4）两种情况发生时，则是系统的机组）两种情况发生时，则是系统的机组“已已经用完经用完”，故自动电站还应设置监视，故自动电站还应设置监视“系统用完系统用完”的

29、信号的信号指示电路，以便引起管理人员的注意。指示电路，以便引起管理人员的注意。2021-6-1628INT-中断输入单元中断输入单元 SET-设定器设定器DISP-显示单元显示单元DSI- 数字量调节输入单元数字量调节输入单元 集集中中式式微微机机控控制制的的电电站站单单线线图图P19 图 1-2-1二、采用计算机控制的船舶电站系统二、采用计算机控制的船舶电站系统2021-6-1629单元式微机控制的电站控制系统结构图单元式微机控制的电站控制系统结构图A线线-电网信号输入；电网信号输入； B、C线线-发电机运行信号输入；发电机运行信号输入； D线线-柴油机的运行信号输入；柴油机的运行信号输入；

30、 E线线-操作信号输出；操作信号输出； F线线-ACB和柴油机的状态信号输入；和柴油机的状态信号输入； G线线-备用机组设置信号输入；备用机组设置信号输入；H线线-询问和闭锁信号线输出询问和闭锁信号线输出。 2021-6-1630二、采用计算机控制的船舶电站系统的操作二、采用计算机控制的船舶电站系统的操作和管理要点和管理要点（二）电网故障处理（二）电网故障处理典型故障：电压过高典型故障：电压过高(或过低或过低)、频率过高、频率过高(或过低或过低)和失电。和失电。处理方式：报警、起动备用机组。处理方式：报警、起动备用机组。1级故障（轻度故障）：不停机交换机组。级故障（轻度故障）：不停机交换机组。2级故障（严重故障）：短时停电交换机组。级故障（严重故障）：短时停电交换机组。（三（三) 发电机故障发电机故障1. 起励失败（电压不能建立）起励失败（电压不能建立）检测值：与电网电压、频率的检测值：与电网电压、频率的1级