采用计算机控制船舶电站系统课件

1、采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系第二节第二节 采用计算机控制的采用计算机控制的船舶电站系统船舶电站系统主讲：马喜仲主讲：马喜仲采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系一、采用计算机控制的船舶电站系统的组成和功能一、采用计算机控制的船舶电站系统的组成和功能 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1-2-1 1-2-1 ），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

2、。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展以及微型计算机的应用，已随着自动电站的进一步发展以及微型计算机的应用，已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。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图1-2-11-2-1微机控制电站单线原理图微机控制电站单线原理图 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术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（

3、AVCAVC）。）。（2 2）发电机无功功率自动控制（）发电机无功功率自动控制（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）原动机自动启动（）原动机自动启动（EASCEASC

4、）。）。（1010）故障监视及报警（）故障监视及报警（MONITMONIT）。）。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（一）（一） 电压与无功功率的自动调节电压与无功功率的自动调节 o维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措施之一。维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措施之一。然而，电网电压是会经常变化的，船舶电网电压波动比然而，电网电压是会经常变化的，船舶电网电压波动比陆上大电网电压波动更为严重，陆上大电网电压波动更为严重，其电压是否稳定取决于其电压是否稳定取决于发电机的自动励磁调整装置（自动电压调节器）性能发电机的自动励磁调整装置（自动电压

5、调节器）性能。o励磁控制系统是发电机的重要组成部分，它的主要任务励磁控制系统是发电机的重要组成部分，它的主要任务是是根据发电机的各种运行状态，维持同步发电机的端电根据发电机的各种运行状态，维持同步发电机的端电压恒定（额定电压），合理分配发电机间的无功功率，压恒定（额定电压），合理分配发电机间的无功功率，在船舶电网发生短路故障时，有强行励磁功能，加速短在船舶电网发生短路故障时，有强行励磁功能，加速短路后恢复速度，保持电力系统运行的稳定性。路后恢复速度，保持电力系统运行的稳定性。o引起电网电压波动的主要原因是负载变动。负载电流幅引起电网电压波动的主要原因是负载变动。负载电流幅值变化或负载性质变化都

6、将引起发电机的电枢反应发生值变化或负载性质变化都将引起发电机的电枢反应发生变化，从而引起发电机端电压的变化。船舶负载多是感变化，从而引起发电机端电压的变化。船舶负载多是感性的，且变化无规律。性的，且变化无规律。 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系影响电网电压的因素影响电网电压的因素发电机电压平衡方程：发电机电压平衡方程： U=E jIXU=E jIX E=4.44Nf E=4.44Nf1 1、引起电压波动的主要原因是、引起电压波动的主要原因是负载变动负载变动。（电枢反应）。（电枢反应） E E不变，不变，I I变化时变化时,U,U变化。变化。2

7、 2、发电机、发电机f f变化，磁通变化，磁通 变化，引起变化，引起E E变化，从而引变化，从而引起起U U变化。（温度也有可能影响）变化。（温度也有可能影响） 通过调节发电机通过调节发电机励磁电流励磁电流的大小进行恒压控制。的大小进行恒压控制。 电压自动调整装置电压自动调整装置既可以调整电压，又可以进行无功既可以调整电压，又可以进行无功功率的分配。功率的分配。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系o基于船舶工作环境的特殊性，对自动励磁调整装置的基基于船舶工作环境的特殊性，对自动励磁调整装置的基本要求是：简单可靠；灵敏度高而稳定；保证电压为给本要求

8、是：简单可靠；灵敏度高而稳定；保证电压为给定水平；具有一定的强行励磁能力；合理地分配无功功定水平；具有一定的强行励磁能力；合理地分配无功功率以及充分地考虑经济等方面的因素。在一般稳定调整率以及充分地考虑经济等方面的因素。在一般稳定调整的情况下，船舶电力系统电压的暂态调整过程如的情况下，船舶电力系统电压的暂态调整过程如图图1-2-2所示。所示。 1、对船用自动励磁装置的要求、对船用自动励磁装置的要求采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图1-2-2 船舶电力系统电压暂态调整特性曲线船舶电力系统电压暂态调整特性曲线采用计算机控制的船舶电站系统 202

9、1-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（1 1）静态和动态特性的要求）静态和动态特性的要求 当负载在一定范围内变化时，在不同的负载下，调压器应保证稳定当负载在一定范围内变化时，在不同的负载下，调压器应保证稳定 状态时的电压在允许的范围内。这个静态指标，用状态时的电压在允许的范围内。这个静态指标，用静态电压调整率静态电压调整率 UW 来衡量。来衡量。%100NNWWUUUU当较大负载突变时，瞬时电压变化很大，此瞬时电压也要在规定当较大负载突变时，瞬时电压变化很大，此瞬时电压也要在规定的允许范围之内，而且恢复的时间越快越好。这个动态指标，用的允许范围之内，而且恢复的时间越快越好。这个动态

10、指标，用动态电压调整率动态电压调整率 和电压恢复时间和电压恢复时间 来衡量。来衡量。%100)(maxminNNSUUUUUSUWt采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系钢制海船入级规范钢制海船入级规范o 发电机从空载到满载，功率因素保持为额定值，发电机从空载到满载，功率因素保持为额定值，主主发电机发电机的静态电压变化率在的静态电压变化率在2.5%2.5%以内，以内，应急主发电机应急主发电机的静态电压变化率在的静态电压变化率在3.5%3.5%以内。以内。 发电机突加或突减发电机突加或突减60%60%额定电流及功率因数不超过额定电流及功率因数不超过0

11、.40.4（滞后）的对称负载时，当电压跌落时，其（滞后）的对称负载时，当电压跌落时，其瞬态电瞬态电压值压值应不低于应不低于额定电压的额定电压的85%85%；当电压上升时，其；当电压上升时，其瞬态瞬态电压值电压值应不超过应不超过额定电压的额定电压的120%120%，而电压恢复到与最后，而电压恢复到与最后稳定值相差稳定值相差3%3%以内所需以内所需时间时间应不超过应不超过15s15s。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（2 2）强行励磁）强行励磁 由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由提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性

12、以及继电保护装 置动作的准确性等动态稳定性的观点出发，要求调压器的动作要迅置动作的准确性等动态稳定性的观点出发，要求调压器的动作要迅 速。解决这个问题的方法之一就是实行强行励磁。也就是要求励磁速。解决这个问题的方法之一就是实行强行励磁。也就是要求励磁 系统应能保证最短的时间内，把励磁电流升高到超过额定状态时的系统应能保证最短的时间内，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。最大值，以使发电机的电压迅速得到恢复。（3 3）电磁兼容性）电磁兼容性 这是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力。对励磁装这是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力。对励磁装 置

13、的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其它设备的正常工作这一方置的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其它设备的正常工作这一方 面。面。（4 4）自励起压性能）自励起压性能 这是对自励类型的励磁装置的要求。保证发电机依靠剩磁从静止起这是对自励类型的励磁装置的要求。保证发电机依靠剩磁从静止起 动后能迅速顺利地发出规定的电压。自励类型的励磁装置应用最为动后能迅速顺利地发出规定的电压。自励类型的励磁装置应用最为 普遍。普遍。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（5）自励恒压装置的分类）自励恒压装置的分类按发电机电压偏差按发电机电压偏差 调节调节 发电机在运行中发电

14、机在运行中, , 由于某种原因使得发电机输出由于某种原因使得发电机输出 电压与给定的电压出现偏差电压与给定的电压出现偏差 时时, , 调节器将调节器将 根据偏差电压的大小和极性输出校正信号根据偏差电压的大小和极性输出校正信号, , 对发对发 电机励磁电流进行调节。由于被检测量和被调量电机励磁电流进行调节。由于被检测量和被调量 都是发电机端电压，恒压装置与发电机构成一个都是发电机端电压，恒压装置与发电机构成一个 闭环调节系统，稳态特性比较好，静态电压调整闭环调节系统，稳态特性比较好，静态电压调整 率一般均在土率一般均在土1 1以内。晶闸管自励恒压装置属于以内。晶闸管自励恒压装置属于 这种类型。这

15、种类型。UU采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系按负载电流按负载电流 I I 和功率因数和功率因数 调节调节 发电机电压的波动发电机电压的波动, , 是由于负荷的变化和故障所引是由于负荷的变化和故障所引 起。如果被测量是发电机的负载电流起。如果被测量是发电机的负载电流 I I 及功率因及功率因 数数 ，再经调压器去调节励磁电流来稳定发电，再经调压器去调节励磁电流来稳定发电 机电压，这时被测量和被调量不同，故构成一个开机电压，这时被测量和被调量不同，故构成一个开 环调节系统，静态特性比较差，但动态特性较好。环调节系统，静态特性比较差，但动态特性较好

16、。 不可控相复励自不可控相复励自 励恒压装置属于这种类型。励恒压装置属于这种类型。coscos采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系2、 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的基本概念 当两台并联运行发电机的电压不相等当两台并联运行发电机的电压不相等, , 而频率、相位相等时而频率、相位相等时, , 则则在两机组之间将产生一个无功性质的环流在两机组之间将产生一个无功性质的环流, , 其结果将使电压较高其结果将使电压较高的发电机输出无功功率增大的发电

17、机输出无功功率增大, , 而电压较低的发电机输出的无功功而电压较低的发电机输出的无功功率减少率减少（发电机负载电流功率因数低的（发电机负载电流功率因数低的, , 无功功率大；功率因数无功功率大；功率因数高的高的, , 则无功功率小）则无功功率小）。由此可见。由此可见, , 当同步发电机并联运行时当同步发电机并联运行时, , 通过改变发电机的通过改变发电机的励磁电流励磁电流来调节其电势来调节其电势, , 即能调整无功输出、即能调整无功输出、实现无功功率转移。实现无功功率转移。 通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压，通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压， 因此同

18、步发电机有一定的电压调整规律，也称电压调整特性。因此同步发电机有一定的电压调整规律，也称电压调整特性。 图图1-2-3为电压调整曲线（电机端电压为电压调整曲线（电机端电压UG随无功电流随无功电流IQ变化的规律）变化的规律） 图图14-28为并联运行无功功率分配为并联运行无功功率分配采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图1-2-3 电压调整特性曲线电压调整特性曲线 图图14-28 并联运行无功功率分配并联运行无功功率分配采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系o 调节：调节：通过调节发电机的励磁电流达到

19、无功通过调节发电机的励磁电流达到无功功率的调节。为了维持电网电压不变，应该两功率的调节。为了维持电网电压不变，应该两台同时反方向调节。分配与调压器特性有关。台同时反方向调节。分配与调压器特性有关。o 调压特性：调压特性：调压器特性有两种，无差特性和调压器特性有两种，无差特性和有差特性。有差特性。o 稳定要求：稳定要求：调压特性都为有差特性，且两特调压特性都为有差特性，且两特性应尽量一致。特性不一致，无功功率分配不性应尽量一致。特性不一致，无功功率分配不均；均；若为无差特性或上翘特性则不均且不稳定若为无差特性或上翘特性则不均且不稳定。o 电压调差系数电压调差系数Kc=tan，Kc大于大于0，通常

20、可，通常可 整定在整定在5%以内。以内。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系3、并联运行机组对各台发电机电压调节特性的要求、并联运行机组对各台发电机电压调节特性的要求o 并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压并联运行发电机间无功功率分配的关系，主要由电压 调节特性曲线决定。也就是说，同步发电机间无功功率调节特性曲线决定。也就是说，同步发电机间无功功率 的自动分配，实际是通过自动电压调整器自动调整励磁的自动分配，实际是通过自动电压调整器自动调整励磁 电流，以调整发电机端电压的办法来实现的。电流，以调整发电机端电压的办法来实现的。 因此，自动

21、电压调整器不仅担负着自动调整电压的任因此，自动电压调整器不仅担负着自动调整电压的任务，还担负着自动调整分配无功功率的任务。务，还担负着自动调整分配无功功率的任务。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系无功功率自动分配无功功率自动分配 无功分配不均无功分配不均危害危害：铜损增加、效率下降、：铜损增加、效率下降、并联稳定性下降（一台易过载保护，从而都并联稳定性下降（一台易过载保护，从而都跳闸）。跳闸）。 规范规范规定规定：当负载在总额定功率：当负载在总额定功率20100%范围变化时，应能稳定运行。范围变化时，应能稳定运行。功率功率分配误差分配误差应符合

22、：实际承担无功功率与应符合：实际承担无功功率与按额定功率分配比例的计算值之差，应不超按额定功率分配比例的计算值之差，应不超过最大发电机额定无功功率的过最大发电机额定无功功率的10%。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系判断两机之间的无功功率分配是否均匀，可以采用判断两机之间的无功功率分配是否均匀，可以采用以下两种方法：以下两种方法：（1）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指示基本相同而电流表指示相差太大时，说明无功分示基本相同而电流表指示相差太大时，说明无功分配装置存在故障；配装置存在故障；（2）机组

23、并联运行，两台发电机功率表（有功）指）机组并联运行，两台发电机功率表（有功）指示基本相同而功率因数表示基本相同而功率因数表(cos表表)指示相差较大时指示相差较大时, 说明无功分配装置存在故障。说明无功分配装置存在故障。在发电机并联运行时，其无功功率的分配是由自动在发电机并联运行时，其无功功率的分配是由自动电压调整器来自动完成的。但是如果电器元件出现电压调整器来自动完成的。但是如果电器元件出现故障，也会使无功分配装置出现故障。故障，也会使无功分配装置出现故障。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（二）频率与有功功率的自动调节（二）频率与有功功率的

24、自动调节60pnf FFTPPP电力系统频率波动的原因及其影响电力系统频率波动的原因及其影响电网频率与发电机组转速有如下关系式：电网频率与发电机组转速有如下关系式：设原动机输出功率为设原动机输出功率为P PT T ，发电机负荷功率为，发电机负荷功率为P PF F，忽略内部损耗。当，忽略内部损耗。当P PT T= =P P时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。如果系统中时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加的负荷突然变化使发电机输出功率增加P PF F，而由于机械惯性，原动，而由于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化，这时，机的输入功

25、率还来不及变化，这时，为了保持功率平衡，机组把转子的一部分动能转换成电功率，使机为了保持功率平衡，机组把转子的一部分动能转换成电功率，使机组转速降低，系统频率下降。可见系统频率的变化，是由于发电机组转速降低，系统频率下降。可见系统频率的变化，是由于发电机的负荷功率与原动机输出功率之间失去平衡所致。的负荷功率与原动机输出功率之间失去平衡所致。 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系白炽灯、电热器、整白炽灯、电热器、整流器流器压缩机、机床等压缩机、机床等通风机、各种泵等通风机、各种泵等P PL L=F(f)=F(f)P P与与f f无直无直接关系接关系

26、 P P与与f f成成正比正比 P P与与f f的的三次方成三次方成正比正比采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系)( fFPL电力系统的负荷调节效应电力系统的负荷调节效应当系统频率变化时，整个系统的负荷功率也随之改变，即当系统频率变化时，整个系统的负荷功率也随之改变，即在电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时，负载吸收功在电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时，负载吸收功率的变化起着补偿的作用，使系统能在另一个频率值下得到率的变化起着补偿的作用，使系统能在另一个频率值下得到新的平衡，这种现象称为电力系统的负荷调节效应。新的平衡，这种现象称为电力系

27、统的负荷调节效应。负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的，但只依靠负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的，但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。这个效应，频率的变化将是很大的。为了保证系统的频率变为了保证系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配置调速器。化在一定的允许范围内，发电机组必需配置调速器。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系钢质海船入级规范钢质海船入级规范o 对频率（转速）和有功功率的分配要求：对频率（转速）和有功功率的分配要求： 带动发电机的柴油机须装有调速器。当加上或卸去最带动发电机的柴油机须装有调速器。当加上或卸

28、去最大梯级负荷时，电网的瞬时频率变化率应不大于额定频大梯级负荷时，电网的瞬时频率变化率应不大于额定频率的率的10%，恢复到稳态的时间不超过，恢复到稳态的时间不超过5s。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因此调速器应电力系统要求频率能维持在一定范围之内，因此调速器应是一种是一种“定速调速器定速调速器”。即通过调速器调节维持原动机转。即通过调速器调节维持原动机转速不变。调速器种类有机械式、液压式和电子式等。但无速不变。调速器种类有机械式、液压式和电子式等。但无论哪种型式，其工作原理都是测出偏差后，根据偏差的大论

29、哪种型式，其工作原理都是测出偏差后，根据偏差的大小和极性去调节原动机，使原动机在负载从零到额定值范小和极性去调节原动机，使原动机在负载从零到额定值范围内变化时，维持转速在允许的范围内。围内变化时，维持转速在允许的范围内。调速器及其调速特性调速器及其调速特性采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系调速器的结构和动作原理调速器的结构和动作原理 图图 15-115-1离心式调速器示意图离心式调速器示意图1 1 传动轴传动轴; 2 ; 2 轴轴; 3 ; 3 飞铁飞铁; 4 ; 4 拨爪拨爪;5 ;5 滑滑套筒套筒; 6 ; 6 弹簧弹簧; 7 ; 7 杠杆

30、杠杆; 8 ; 8 拉杆拉杆;9 ;9 涡轮涡轮涡杆涡杆; 10 ; 10 伺服电动机伺服电动机; 11 ; 11 油门控制机构油门控制机构采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（1 1）调速器的特性）调速器的特性图图1-2-6 1-2-6 静态调速特性静态调速特性图图15-3 15-3 动态调速特性动态调速特性图图15-4 15-4 调速器的不灵敏区调速器的不灵敏区采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图1-2-7 1-2-7 有差特性调速器单机运行时频率的调节过程有差特性调速器单机运行时频率的调节

31、过程单机运行时频率的调整单机运行时频率的调整采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系调速器的静态调速特性调速器的静态调速特性概念：概念：机组转速机组转速n或频或频率（率（f）与有功功率）与有功功率P之间的关系。之间的关系。调差系数：调差系数： K=-f/ PK=-f/ P负号负号表示两者变化相表示两者变化相反反采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系原动机的动态特性原动机的动态特性 瞬时调速率瞬时调速率J JJ=nJ=n2 2-n-n1 1/n/nN N100%100%船舶要求：船舶要求：J J10%。 转

32、速恢复到稳定值所转速恢复到稳定值所需时间需时间T要求：要求：T T 5s5s。调速特性的失灵区调速特性的失灵区 调速器本身机构间隙调速器本身机构间隙引起，控制在合理范引起，控制在合理范围内。围内。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（2）发电机并联运行的有功功率分配）发电机并联运行的有功功率分配图图 1-2-8 1-2-8 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采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系有功功率分配有功功率分配有差特性：有差特性： 并联运行时能随电网负荷变化并联运行时能随

33、电网负荷变化自动稳定分自动稳定分配有功功率配有功功率无差特性：无差特性：不能并联运行，不能并联运行， 从无差特性可从无差特性可以看出，若两条都为无差特性，则以看出，若两条都为无差特性，则无稳定工无稳定工作点作点。一台有差另一台无差：一台有差另一台无差：负荷变化时，有差承负荷变化时，有差承受的负荷不变，所有受的负荷不变，所有负荷变化都由无差承担负荷变化都由无差承担采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系理想的特性曲线理想的特性曲线 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。两特性曲线的

34、斜率一致。 实际总是存在差别。实际总是存在差别。 要求：要求：特性曲线特性曲线的的下降率下降率应在应在3%左右，不超过左右，不超过5%，以保证有功功率分配偏差在以保证有功功率分配偏差在10%以内。以内。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系有功功率的转移操作有功功率的转移操作 图图15-8 15-8 负荷转移图负荷转移图采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（3）自动调频调载装置）自动调频调载装置自动调频调载装置的基本功能自动调频调载装置的基本功能能自动维持电力系统频率为额定值；能按参与并联能自动维持电

35、力系统频率为额定值；能按参与并联运行各发电机组的容量以既定比例或其他既定自动运行各发电机组的容量以既定比例或其他既定自动方式控制负荷分配；接到方式控制负荷分配；接到“解列解列”指令时，能自动指令时，能自动控制负荷转移，待其负荷接近零时，使其发电机的控制负荷转移，待其负荷接近零时，使其发电机的断路器自动分闸。断路器自动分闸。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（3）自动调频调载装置）自动调频调载装置自动调频调载装置的原理自动调频调载装置的原理调整原动机转速及机组的负荷，需要根据转速（频调整原动机转速及机组的负荷，需要根据转速（频率）和负载（功率）的

36、信号来实现调节。尽管目前率）和负载（功率）的信号来实现调节。尽管目前自动调频调载装置的品种很多，并且还在不断的更自动调频调载装置的品种很多，并且还在不断的更新换代，但新换代，但基本环节都是由频率变换器、有功功率基本环节都是由频率变换器、有功功率变换器、有功功率分配器和调整器等组成。变换器、有功功率分配器和调整器等组成。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系a a频率变换器频率变换器它用来检测电网的实际频率它用来检测电网的实际频率f， 并将测量值并将测量值f与额定频率与额定频率fe进行比较得出偏差进行比较得出偏差f ，频率变换器将频率变换器将f变换为

37、相应的与频变换为相应的与频差成正比的直流电压信号，送到调整系统去进行综合比较。差成正比的直流电压信号，送到调整系统去进行综合比较。每一套自动调频调载装置只需设置一个频率变换器每一套自动调频调载装置只需设置一个频率变换器。图。图15-915-9为频率变换器及其特性。为频率变换器及其特性。efffb b有功功率变换器有功功率变换器 它用来测量每一台发电机输出的有功功率它用来测量每一台发电机输出的有功功率P P，并将它转换，并将它转换成与之线性相关的直流电压成与之线性相关的直流电压UpUp。每台发电机都需要一个每台发电机都需要一个功率变换器功率变换器。 图图15-11 15-11 采用计算机控制的船

38、舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图 15-9 15-9 频率变换器及其特性频率变换器及其特性采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图15-11 15-11 功率变换器及其特性功率变换器及其特性采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系c c有功功率分配器有功功率分配器 有功功率分配器是一种有功分配运算电路有功功率分配器是一种有功分配运算电路，为实现按，为实现按比例或均匀分配有功功率而设置的。运算环节主要由比比例或均匀分配有功功率而设置的。运算环节主要由比较放大器和加法器

39、组成，它的作用是根据电网总的功率，较放大器和加法器组成，它的作用是根据电网总的功率，计算每台发电机应承担功率以及各台发电机实际承担的计算每台发电机应承担功率以及各台发电机实际承担的功率值与平均值之差。功率值与平均值之差。d d调整器调整器 每台发电机组需配置一个调整器每台发电机组需配置一个调整器。图图15-1315-13 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系调整器调整器功能：功能：根据运算环节送来的根据运算环节送来的频差和功率差频差和功率差控制发电机调速控制发电机调速器马达。具体：器马达。具体：1.能判断并决定调速方向；能判断并决定调速方向；2.

40、适当延适当延时避开动态过程；时避开动态过程；3.有一定的不灵敏区。有一定的不灵敏区。 图图 15-13 调整器方框图调整器方框图采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系自动调频调载方法自动调频调载方法a a有差调节法有差调节法 有差调节法，如上节所述，是仅依赖有差调速特性有差调节法，如上节所述，是仅依赖有差调速特性的调速器来稳定电网的频率和有功负荷分配的方法。的调速器来稳定电网的频率和有功负荷分配的方法。这种方法没有外加的再调节，因此不能保持频率恒这种方法没有外加的再调节，因此不能保持频率恒定，有功负荷分配通常也不均匀。定，有功负荷分配通常也不均匀。

41、b b虚有差法虚有差法系统能自动再次调节使频率保持恒定。系统能自动再次调节使频率保持恒定。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系c c主调发电机法主调发电机法主调发电机法，是指在并联运行的发电机组中有一台主调发电机法，是指在并联运行的发电机组中有一台机组上装有调频器，作为机组上装有调频器，作为主调发电机主调发电机，其任务是当负，其任务是当负荷变化而引起电网频率出现频差时，由它再次调节改荷变化而引起电网频率出现频差时，由它再次调节改变油门，维持电网的频率为额定值，并承担系统负荷变油门，维持电网的频率为额定值，并承担系统负荷的变化量。而其余的发电机则总

42、是保持运行于接近额的变化量。而其余的发电机则总是保持运行于接近额定值，称为定值，称为基载发电机基载发电机。 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（三）交流发电机的自动并车控制（三）交流发电机的自动并车控制 对并车操作的基本要求：一是并车过程中冲击电流不能对并车操作的基本要求：一是并车过程中冲击电流不能超过允许值；二是发电机投入电网后能迅速拉入同步。超过允许值；二是发电机投入电网后能迅速拉入同步。1、 准同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。准同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法。为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每

43、台为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作，每台并联运行的发电机必须满足如下并联运行的发电机必须满足如下4 4个条件：个条件：（1 1）待并机组的相序与运行机组（或电网）的相序一致；）待并机组的相序与运行机组（或电网）的相序一致；（2 2）待并机组的电压与运行机组（或电网）的电压大小相等；）待并机组的电压与运行机组（或电网）的电压大小相等；（3 3）待并机组电压的初相位与运行机组（或电网）电压的相位相同；）待并机组电压的初相位与运行机组（或电网）电压的相位相同；（4 4）待并机组电压的频率与运行机组（或电网）电压的频率大小相等。）待并机组电压的频率与运行机组（或电网）电压的频率大小相等。采

44、用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系条件一：一般并车操作时，条件一：一般并车操作时，电压差不得超过额定电压的电压差不得超过额定电压的10%。条件二：为了减少冲击电流，条件二：为了减少冲击电流，一般并车操作时要求相位一般并车操作时要求相位差小于差小于15。条件三：通常在并车操作时要求条件三：通常在并车操作时要求频差小于频差小于0.5Hz，通常，通常以以0.25Hz最好。最好。 实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一实际并车时，除相序外，其他条件不可能做到完全一致，而且必须有一定的频差才能快速投入并联运行。下致，而且必须有一定的频差才能快速投入

45、并联运行。下面来分析这面来分析这3 3个并车条件。图中个并车条件。图中G1G1为已在电网运行发电为已在电网运行发电机，机，G2G2为待并发电机。为待并发电机。 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系船舶同步发电机手动并联运行分析船舶同步发电机手动并联运行分析 手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初相位，使之满足准同步并车要求。相位，使之满足准同步并车要求。 一般通过一般通过“调速开关调速开关”来调节原动机转速，使待来调节原动机转速，使待并机的频率接近运行机的频率。然后进一步检测待并并机的频率接近运行

46、机的频率。然后进一步检测待并机与原工作机组的频率差是否小于机与原工作机组的频率差是否小于0.5Hz0.5Hz，初相位是否，初相位是否一致。检测这两个并车条件的方法有同步指示灯和整一致。检测这两个并车条件的方法有同步指示灯和整步表法步表法。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（1 1）灯光旋转法）灯光旋转法 如图如图13-513-5（2 2）灯光明暗法（灯光熄灭法）灯光明暗法（灯光熄灭法） 如图如图13-513-5同步指示灯法同步指示灯法 按照同步指示灯的连接方式分为有灯光明暗法和灯光按照同步指示灯的连接方式分为有灯光明暗法和灯光旋转法两种。旋转法

47、两种。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（a) 电路示意图电路示意图 （b） 相量图相量图图图13-5 灯光旋转法灯光旋转法采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系同步表法同步表法 同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差，频同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差，频率差及其方向的仪表。目前同步表有电磁式和数字式种。率差及其方向的仪表。目前同步表有电磁式和数字式种。 电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式，有两线圈电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式，有两线圈交叉成交叉成9090，两线圈交叉，两线圈交

48、叉6060和三线圈式等，和三线圈式等，图图13-613-6所所示为三线圈式同步表原理图。示为三线圈式同步表原理图。图图13-713-7是船舶电站是船舶电站3 3台发电机同步表接线图。台发电机同步表接线图。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图13-6 同步表接线原理图同步表接线原理图采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系2 2、 自动并车必需的环节及组成的框图自动并车必需的环节及组成的框图 自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程，它由自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程，它由频率预调，并车条件

49、监视和提前时间或提前相角捕获频率预调，并车条件监视和提前时间或提前相角捕获电路等组成，电路等组成，图图13-813-8是其原理框图。它可分为两大部是其原理框图。它可分为两大部分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。分：一部分为频率预调，一部分为合闸控制。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（1）自动并车装置的基本功能）自动并车装置的基本功能o 图图13-8 13-8 模拟式自动并车装置模拟式自动并车装置原理模框图原理模框图采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（1）自动并车装置的基本功能）自动并车装置

50、的基本功能o检测频差、相位差和电压差，当任一条件不检测频差、相位差和电压差，当任一条件不符合并车要求时，实现闭锁，不允许发出合闸符合并车要求时，实现闭锁，不允许发出合闸指令。指令。o检测待并机和电网之间检测待并机和电网之间频差大小和符号频差大小和符号（即（即方向），并向待并机发出相应转速调节信号，方向），并向待并机发出相应转速调节信号，减小频差，创造合闸条件。减小频差，创造合闸条件。o当当频差、电压差在允许范围内时，要计及发频差、电压差在允许范围内时，要计及发电机的电机的ACB固有动作时间，提前发出合闸指令，固有动作时间，提前发出合闸指令，实现自动准同步并车操作。实现自动准同步并车操作。采用计

51、算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（2）自动并车装置的基本环节与组成）自动并车装置的基本环节与组成频差脉动电压形成环节频差脉动电压形成环节频差方向鉴别及调速脉冲控制电路频差方向鉴别及调速脉冲控制电路获取恒定超前相角或超前时间信号的环节获取恒定超前相角或超前时间信号的环节允许合闸频差检测环节允许合闸频差检测环节允许电压差检测环节允许电压差检测环节合闸合闸“与与”门环节门环节采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（3）自动并车装置的附加功能）自动并车装置的附加功能o 单机投入单机投入 在电网无电压和（或）所有

52、发电机在电网无电压和（或）所有发电机ACB都断开的情况都断开的情况下，直接发出合闸指令下，直接发出合闸指令。o 允许同步操作时限允许同步操作时限 自动装置投入工作后，在允许的时间内如果自动装置投入工作后，在允许的时间内如果ACB不能不能合闸，则自动退出工作，发出报警召唤值班人员处理。合闸，则自动退出工作，发出报警召唤值班人员处理。这段时限一般可整定在这段时限一般可整定在60s左右。左右。o 电压差超限报警电压差超限报警 一般可整定在一般可整定在10%左右。左右。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（四）（四） 船舶发电机组的自动控制船舶发电机组的

53、自动控制船舶辅柴油机可以有电动启动和压缩空气启动两种方式。船舶辅柴油机可以有电动启动和压缩空气启动两种方式。电动启动一般用于应急发电机的原动机，主发电机组一般电动启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启动。采用压缩空气启动。 1、备用机组的自动启动、备用机组的自动启动可为备用的条件可为备用的条件：燃油、压缩空气备好；预热和预润滑；：燃油、压缩空气备好；预热和预润滑；无阻塞；自动模式。无阻塞；自动模式。 （1 1） 启动前的预润滑启动前的预润滑自动控制预润滑有周期性自动预润滑、非周期性预润滑自动控制预润滑有周期性自动预润滑、非周期性预润滑和一次性注入式预润滑等方式。和一次性注

54、入式预润滑等方式。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系 启动时燃油的控制启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。启动柴油机的喷油量是有调速器和控制手柄控制的。启动时，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。 （2 2） 暖机暖机在自动电站中，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

55、冷却系统中，使备用机组处于预热状况，当备用机组启动成功后，可以较快地加速（甚至无需暖缸）直机组启动成功后，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。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系（3）柴油发电机组自动启动和停机控制应包括以下功能：）柴油发电机组自动启动和停机控制应包括以下功能： 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”。 对自动启动的各种准备工作设置逻辑判断和监视。对自动启动的各种准备工作设置逻

56、辑判断和监视。 接到启动指令时能自动启动柴油机。当转速和滑油接到启动指令时能自动启动柴油机。当转速和滑油压力达到规定值时，能发出启动成功信号。压力达到规定值时，能发出启动成功信号。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系 一个启动指令，可以允许三次启动，若三次失败，应给一个启动指令，可以允许三次启动，若三次失败，应给出启动失败信号，并向总体逻辑控制单元汇报出启动失败信号，并向总体逻辑控制单元汇报“启动失败启动失败”，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。 适当控制启动时的给油量；柴油机发火后，应切断启动适当控制启动时的给油量；柴

57、油机发火后，应切断启动动力源。动力源。 “中速运行中速运行”和和“加速加速”控制。控制。 当转速上升到额定值的当转速上升到额定值的90%90%时，即可认为整个启动加速时，即可认为整个启动加速程序完成了，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。 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系 具有超速保护，当柴油机转速超过额定值具有超速保护，当柴油机转速超过额定值15%15%时，延时时，延时2 23s3s停机，同时发出报

58、警信号，禁止柴油机再次启动。停机，同时发出报警信号，禁止柴油机再次启动。 （9 9）如果因为柴油机本身的故障（启动失败、滑油压力）如果因为柴油机本身的故障（启动失败、滑油压力低、冷却水高温、排烟温度高、超速等）而导致停机时，低、冷却水高温、排烟温度高、超速等）而导致停机时，应发出应发出“阻塞阻塞”信号，使该机的自动启动控制程序阻塞，信号，使该机的自动启动控制程序阻塞，并发出声光报警。并发出声光报警。 （1010）自动启动、停机控制器，最好具备）自动启动、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，

59、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启动程序，可以用方框柴油机发电机组的自动启动程序，可以用方框 图图1-2-10表示。表示。 采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技术系图图1-2-101-2-10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、阻塞加速计时采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程

60、技术系（4）备用机组启动条件）备用机组启动条件o 当出现下述任一条件时，自动控制系统就应发出当出现下述任一条件时，自动控制系统就应发出“增增机机”指令，启动备用机组：指令，启动备用机组： 经延时判断，运行机重载；经延时判断，运行机重载； 运行机运行机L.OL.O压力低；压力低； 运行机运行机C.W temp C.W temp 高；高； 电网突然断电；电网突然断电； 经重载询问，储备容量不够；经重载询问，储备容量不够； 正要启动的机组阻塞；正要启动的机组阻塞； 备用机组启动失败或合闸失败。备用机组启动失败或合闸失败。采用计算机控制的船舶电站系统 2021-10-18课 件轮机工程技术系轮机工程技