第七章 船舶电站自动化基础知识

第七章船舶电站自动化基础知识船舶电站自动化基本功能发电机组能自动起动及自动停车等发电机组能自动并车电压及无功功率的自动调节频率与有功功率的自动调节重载询问船舶电站的综合保护第一节发电机组的自动起动一、起动前的准备预热冷却水管连通预润滑包括周期性自动预润滑和一次性注入预润滑二、自动起动与停止指令的形成增机指令的形成减机指令的形成重载询问三、发电机组自动起动顺序的选择第三节同步发电机的自动并车并车基本要求并车过程中冲击电流不能超过允许值发电机投入电网后能迅速拉入同步并车操作条件频率条件频差不超过1％0.5Hz电压条件电压差小于10％相位条件相位差小于15度自动准同步并车的主要内容脉动电压（频差电压）的检测恒定超前角的获得频差的大小和方向的检测电压差闭锁环节自动准同步并车装置的基本构成第三节电压与无功功率的自动调节需要调节的原因船舶电站容量小，发电机与用电设备之间影响大机舱用电设备主要是感性负载，负载↑

无功电流↑电枢去磁作用↑

U↓(能导致用电设备过热)指标要求负荷从满载到空载，再从空载到满载，稳态电压变化率不超过±2.5%,应急发电机±3.5%从空载到50％的额定负载（电流），瞬态电压变化率<±15%，且达到97％额定电压（相差3％）的时间<1秒自动电压调节器类型按扰动量（负载电流）进行调节的开环控制系统，习惯上称相复励系统按电压偏差进行调节的闭环控制系统按电压偏差和负载电流进行调节的复合控制系统，习惯上称为可控相复励系统一、复励的基本概念自励（直流发电机）：需要并激绕组BQ（产生磁场）复励：加串激绕组CQ，用负载电流变化（扰动量）补偿电压变化（曲线2）二、相复励原理需要复励而且要反映相位，所以，自励分量和复励分量必须在交流侧相加相复励类型电流相加，电磁相加，电势相加1.电流相加的相补偿LH电流互感器，输出Ii与负载电流成正比且同相Zk移相电抗器，输出Iu与电网电压成正比，相位落后90度Zk为0，不能实现复励，Zk为纯电阻，不能实现相复励二、相复励原理LH电流互感器，输出Ii与负载电流成正比且同相Zk移相电抗器，输出Iu与电网电压成正比，相位落后90度Zk为0，不能实现复励，Zk为纯电阻，不能实现相复励2.电磁相加的相复励BF为实现复励用的三绕组变压器：电压绕组W1和电流绕组W3构成原边绕组，W2为输出绕组。QC为起压用的谐振电容C0R0为整流电路的阻容保护励磁系统有两个回路：电压回路通过移相电抗器Xk、电压绕组W1来反映发电机电压，以实现自励，建立发电机空载电压。电流回路（复励）通过电流互感器W3来反映负载电流的变化，并与电压回路共同作用来反映负载功率因数的变化三、发电机间无功功率的自动分配1.电压调差特性电压调差特性：单台发电机端电压随无功电流变化的过程发电机间的无功功率的分配取决于发电机的电压调差特性调差系数：δ＝－△Uo/△IQδ=0,无差特性。δ≠0，有差特性，水平线δ>0，正调差特性，向下倾斜；δ

<0，负调差特性，向上倾斜。2.并联发电机组无功功率分配均为δ=0，无功功率不能稳定分配均为δ

<0，发电机组不能稳定运行若一台δ

<0，另一台δ=0，则总的无功功率的变化全由δ=0发电机承担实际应用：每台均δ>0，且各δ尽量相等3.均压线（两种连接方法）一种是在直流侧（励磁绕组）均压线连接，是将转子的激磁绕组并联起来，适用于相同容量的发电机并联运行（不同容量需串接电位器）3.均压线（两种连接方法）另一种是在交流侧均压线连接，将各个移相电抗器并接起来，适用于不同容量的发电机并联运行第四节频率与有功功率的自动调节频率与转速成正比f=P∙n/60频率变化的主要原因是系统中有功功率不平衡，即原动机输出功率与发电机功率不相等对调速器的要求：当突然卸去满负载，或突然加上满负载的60％稳定后在加上余下的40％，满足：瞬时调速率不大于10％；稳定调速率不大于5％；稳定时间不大于7秒。对有功功率分配规定：并联运行的交流发电机，当负载在总额定功率的20％～100％内变化时，能稳定运行。各发电机实际承担的有功功率与按发电机总额定功率分配比例值之差，应不超过发电机额定有功功率的±10%（相同额定功率）；最大发电机额定有功功率±10%和最小发电机额定有功功率±20%（不同额定功率）一、发电机组调速系统及特性双脉冲调速器接受两个信号：发电机的转速之差和发电机的有功功率之差。这种调速系统由于功差能参入原动机油门的控制，会降低调速过程中转速的波动范围，提高调速性能，调节过程结束能实现转速偏差和有功功率之差均为零。二、并联运行机组的频率调节和有功功率的分配频率的调节与有功功率的分配与调速器的调速特性有关调速器的调速特性分为有差特性和无差特性。单机运行可采用无差调速特性并机运行时，若两台均为无差，有功功率无法确定，很容易出现一台机组过载，另一台空载，不稳定；若一台为无差，另一台为有差，有功功率的变化只能由具有无差调速特性的机组来承担；实际应用并联机组均为有差调速特性调差系数KD=－∆f/∆pr

∆P1=∆pr∙KD/KC1

∆P2=∆pr∙KD/KC2结论：1）发电机组间有功功率分配与调差系数KC成反比，KC越小，功率分配量越大2）并联运行是稳定的，但频率是变化的。若KC1=KC2=KC

则KD=KC/2∆P1=∆P2=∆pr/2第五节船舶电站的综合保护电站保护装置的基本任务：当系统发生故障或非常运行时，快速、准确地把故障从系统中自动脱开，保证非故障部分能继续正常运行。船舶电站综合保护包括：电气故障（发电机）、机械故障（原动机）和自动控制装置故障的保护发电机故障保护包括：短路保护、过载保护、欠压保护和逆功保护。一、过电流保护（短路和过载）1.短路保护属于发电机运行中的故障状态（产生巨大电流）。它是不同相的导体直接碰在一起，有单相短路、两相短路和三相短路，90％以上是三相短路（三相四线制）。主要原因是绝缘老化、绝缘被机械损伤及误操作等。发动机外部容易产生短路故障。选择性脱扣：为了保证不间断供电，应使离开短路点最近的自动开关中的过电流脱扣器动作。外部短路保护要求：短路延时保护的动作电流为3～5倍的发电机额定电流，动作时限整定为0.2～0.6秒；短路瞬时保护动作的电流整定为5～10倍发电机额定电流，瞬时动作使发电机跳闸。2.过载保护是指发电机输出的功率或电流超过额定值长时间过载运行后果：发电机组过热，绝缘老化，以及原动机使用寿命缩短和零部件损坏等。发电机本身能承担一定的过载电流：1.1倍额定电流为2h；1.25倍30min；1.35倍5min.所以过载保护应有适当的延时时间。对无自动分级卸载装置的发动机，过载保护动作电流可整定为发电机额定电流的125％～135%,延时15～20秒。解决发电机过载两种办法：增机并网和分级卸载保护分级卸载：把用电设备按其重要性分成级别组，分级分时卸载。一般为一级或两级。在采用二级卸载时，先卸一级（次要负载）再卸二级。分级卸载的时限应比过载保护延时短，对有分级卸载装置的发动机，过载保护动作电流为额定电流的150％，延时10～20秒。而一级卸载可按功率原则整定在100～125％额定功率，或按电流原则可整定在100～110％额定电流，延时7～12秒卸载。分级卸载原理框图由电源、电压检测、电流检测、鉴幅器和延时电路等组成二、欠压保护电网电压下降原因：持续性短路故障，或自动电压调整装置失灵危害：发电机电流增大、过热、绝缘损坏。电动机转矩下降、转速下降，会发热或堵转。欠压保护任务：从电网上自动脱开或并电时合不上闸，是通过发电机主开关中的欠压脱扣器实现的发电机欠压保护是发电机外部短路的后备保护有延时的欠压保护的整定值为70～80％额定电压，延时1.5～3秒跳闸，低于70％额定电压瞬时动作跳闸；无延时时的欠压保