船舶和配电系统-船舶自动化电站

【知识目标】认识自动化电站的功能组成，自动启停要求，自动并车要求和实现环节有功功率和无功功率的影响因素与调节电站的综合保护功能组成【能力目标】正确对自动化电站进行管理和操作任务九

船舶自动化电站Shippowerstationautomation一、船舶自动化电站的基本功能图6-107自动化电站的系统功能图功能包括1．发电机组操作方式的选择2．发电机组的自动启动3．自动准同步并车4．自动恒频及有功功率自动分配5．自动恒压及无功功率自动分配6．自动分级卸载7．重载询问8．重要负载分级启动9.自动解列10．巡回检测及保护二、船舶发电机组的自动启动与停机1．备用机组的自动启动(1)启动前的预润滑（pre-lubrication)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。(2)预热(暖机)（warm-up）(3)机组自动启动控制装置功能①应有“自动”、“机旁”、“遥控”操作方式的转换②对自动启动的各种准备工作进行逻辑判断和监视。③接到启动指令时能自动启动柴油机。④一个启动指令，可以允许三次启动⑤达到发火后，应切断启动动力源⑥“中速运行”和“加速”控制。⑦>90％转速切断本机的预润滑系统。⑧具有超速保护。⑨导致停机时，应发出“阻塞”信号⑩具备“模拟试验”的功能自动启动程序(4)备用机组启动条件出现下述条件发出“增机”指令①经延时判断，确认运行机组重载；②运行机组的滑油压力低；③运行机组冷却水出口温度；④电网突然断电；⑤经重载询问，储备容量不够；⑥正要启动的备用机组阻塞；⑦备用机组启动失败或合闸失败。2．运行机组的自动解列与停机(1)发电机组的解列（splitting）电网负荷降低到可以停掉一台发电机组发生运行不正常（先启动备用发电机，后再转移负载，解列）运行不正常分为两级：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启动备用机组时间取决于两方面：一方面是备用发电机组的启动、加速、并车和负载转移所需的总时间，另一方面是不正常现象发展的速度，当它发展到保护装置的动作极限(2)运行机组的停机一般要求在中速下先运行一段时间(180s)，待温度降低，后断油停机3．重载询问（Heavyinquiries）的功用及基本原理大功率负载投入电网时，必须首先判断电网中的功率是否允许直接进入。

如集装箱船上的侧推器（thruster）只有在电网上功率余量足够时，才能够输出大功率负荷(1)允许启动信号Ps≥Pm表示电网有足够的功率余量，允许启动Ps<Pm时功率余量不足，不允许启动(2)确定投入运行发电机的台数Pss≥Pm已有足够的功率余量Pss<Pm功率余量不足，再启动一台备用发电机组(4)重载启动询问信号的处理判断Ps≥Pm①模拟运算两种比较方法：一种是用对应的模拟功率值与测得的电网功率余量相比较；另一种模拟是把对应的模拟功率作为实际负载功率加入综合，得出模拟的实际负载功率与设定的允许值相比较。前者较经济，后者较可靠。②负载限定负载限定并不是限制发电机的负载，而是指负载在这个限定值以下允许启动，负载在这个限定值以上不允许启动③运行台数判别(5)启动询问的功率值需要启动询问的电动机的容量由设定的电网负载余量决定发电机对备用机组的启动需求负载为85％，则大于发电机额定容量15％的电动机启动应纳入启动询问。为了可靠起见也取大于10％。4．发电机组自动顺序启动(1)单机运行不正常或重载，要求增机，接顺序启动下一台。(2)单机运行突然跳闸，电网失电，启动下一台。(3)单机运行，要求增机一但第一备用机组“阻塞”，或启动、合闸失败，“增机指令”应递续给最后的一台。(4)并联运行，要求增机，则启动最后一台备用机组。三、交流发电机的自动并车待并发电机投入电网参加并联运行的操作称为并车操作。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。1．自动准同步并车条件(1)待并机组的相序与运行机组(或电网)的相序一致；(2)待并机组的电压有效值与运行机组(或电网)的电压相等；(3)待并机组电压的初相位与运行机组(或电网)电压的初相位相同；(4)待并机组电压的频率与运行机组(或电网)电压的频率相等。必须满足如下条件实际并车时，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。频率相等、初相位一致无功性质的环流，均压作用电压差10％通过自动调压器来实现频率和电压相等，初相位不一致环流形成了整步功率，拉入同步相位差小于15︒电压相等、初相位相同，频率不相等相位差，环流，整步转矩，牵入同步通常在并车操作时要求频差小于0.5Hz，通常以0.25Hz最好并联运行对原动机的要求如下：(1)原动机必须有相同而均匀的角速度(2)原动机具有合适的有差特性的速度变化率(3)参与并联运行发电机的各原动机其调速器的灵敏度（sensitivity）要适当调速器的灵敏度过高，产生振荡敏度过低，调节速度迟缓2．自动并车必需的环节及组成的框图能够完成手动准同步并车操作的全部逻辑程序的自动装置就叫做自动准同步并车装置。自动准同步并车装置的控制方案有两类，即模拟控制和数字控制。(1)自动并车装置的基本功能①检测电压差、频率差和相位差②检测大小和方向，发出调频信号，减小频差③允许范围内，发出合闸指令，实现并车自动并车装置应由调压、调速和同步检测与合闸三部分组成。在自动并车装置中没有必要再设置自动调压环节，只有电压闭锁环节。(2)自动并车装置的基本环节与组成差频电压及其获得频差方向鉴别及调速脉冲控制恒定超前相角或超前时间信号获取允许合闸频差检测允许电压差检测及合闸合闸“与门”电路正弦波频差脉动电压电路及波形(3）自动并车装置的附加功能①单机投入②允许同步操作时限③电压差超限报警④内部故障检测⑤呆滞扰动⑥正频差投入⑦系统频率输出(4)轴带发电机的同步操作图6-113轴带发电机的同步操作原理图3．自动并车装置的故障诊断自动并车装置或单元故障，首先检查这些输入和输出机构是否异常。检查的方法，启动待并发电机组，人为地把待并发电机组调低于运行机频率(约1Hz)，按下自动并车指令按钮，看频率预调环节是否工作正常。检修方法应按电子设备检修方法来进行，较为常用的是替代法和波形法。四、频率与有功功率的自动调节频率(转速)的变化主要原因是系统中有功功率不平衡。电网的瞬时频率变化应不大于额定频率的10％，恢复到稳态的时间不超过5s；当突然卸去额定负荷时，瞬时调速率可大于额定转速的10％。稳定调速率不大于额定转速的5％；在空负荷状态下突然加上50％额定负荷，稳定后再加上余下的50％负荷时，其瞬时调速率不大于额定转速的10％，稳定调速率不大于额定转速的5％；稳定时间(即转速恢复到波动率为±1％范围的时间)不超过5s”。有功功率分配的要求“并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当负载在总额定负载的20％～100％范围内变化时，各机组所承担的有功负载与总负载按机组定额比例分配值之差，应不超过下列数值中的较小者：①最大机组额定有功功率的±15％；②最小机组额定有功功率的±25％。”图6-114双脉冲电液调速器原理框图有功功率均匀分配对各台发电机组调速器调差特性的要求原动机本身都具有调速器，自动调频调载装置起辅助调节作用。自动调频调载装置（Automaticfrequencyandloadadjustmentdevice）的控制信号是频率差与功率差的合成信号经放大、判别(增减速判别、是否固定偏差判别)后控制伺服电机，以调节原动机的油门的开度来调节发电机原动机的转速。

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“解列”指令时，能自动控制负荷转移，待其负荷接近零时，使其发电机的断路器自动分闸。(1)自动调频调载装置的基本组成①频率变换器②有功功率变换器

③有功功率分配器④调整器功率分配之差在各发电机额定容量的±5％～±10％以内，频率差在电网额定频率的±l％以内。(2)自动调频调载方法①有差调节法②虚有差法③主调发电机法图6-123虚有差法方框图并联运行的发电机组中有一台机组上装有调频器，作为主调发电机，其任务是当负荷变化而引起电网频率出现频差对，由它再次调节改变油门。其余的发电机则总是保持运行于接近额定值，称为基载发电机。3．并联运行发电机组有功功率自动分配装置的故障诊断自动调频调载装置一般是采用均分法(同容量发电机)或按额定值比例进行分配(不同容量)与废气、轴带发电机并联，一般采用主调法，即以废气发电机。轴带发电机承担基载负荷，辅柴油发电机为承担调节负荷检查的是输入、输出机构故障印刷电路板的检修方法，最有效、快速是更换备用板五、电压与无功功率的自动调节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)励磁控制系统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、在船舶电网发生短路路故障时，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和继电器保护装置动作的可靠性。1．自励恒压装置的基本要求(1)静态和动态特性(2)强行励磁(3)电磁兼容性(4)自励起压性能发电机从空载至满载，功率因数保持为额定值，主发电机的静态电压变化率应在±2.5％以内，应急发电机的静态电压变化率应在±3.5％以内。“交流发电机在负载为空载，转速为额定转速，电压接近额定值的状态下，突加或突卸60％额定电流及功率因数不超过0.4(滞后)的对称负载时，当电压跌落时，其瞬态电压值应不低于额定电压的85％；当电压上升时，其瞬态电压值应不超过额定电压的120％，而电压恢复到与最后稳定值相差3％以内所需的时间应不超过15s。”2．交流发电机电压调差特性的基本概念

图6-124同步发电机的电压调整特性曲线“并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当负载在总额定负载的20％～100％范围内变化时，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，应不超过下列数值中的较小者：①最大机组额定无功功率的±lO％；②最小机组额定无功功率的±25％。”(1)具有无差调压特性曲线的两台发电机并联运行图6-125有差和无差调压特性的两台发电机并联运行(2)有差和无差调压特性曲线的两台发电机并联运行有差和无差调压特性曲线的两台发电机并联运行时，无功负荷由无差调压特性(I)担负船舶电站一般不采用具有有差和无差调压特性的发电机并联运行电压调整特性曲线都是有差特性，且其调差系数Kc大小相同时，才能使两台发电机的无功功率的分配关系是恒定的，并平均分配。4．并联运行发电机组无功功率自动分配装置的故障诊断配电板的发电机控制屏上的电流表（

ammeter）指示负载电流(有功电流和无功电流)，功率表（wattmeter）指示有功功率可以通过功率因数表（powerfactormeter）观察无功功率的承担情况无功率因数表，可以通过观察电流表的指示来了解无功功率的分配情况(1)采用均压线连接的不可控相复励励磁装置的发电机并联运行时无功功率均衡措施有功功率分配相等的情况下，采取的措施是均衡励磁电流均衡励磁电流的方法有直流均压和交流均压两种。励磁直流均压是基于同容量、同型号的发电机的励磁绕组的数据相同。相复励的直流输出端并联，只解决有功负载分配平衡时的无功功率分配平衡。交流均压：两台不同容量的发电机组并联运行两台发电机调压装置的移相电抗器通过均压线并联交流均压线对无功负荷分配较好，均压电流小，但并车时冲击电流较大。(3)发电机及励磁系统常见故障及处理静止励磁系统元器件损坏旋转整流装置（Rotatingrectifierdevice）故障六、船舶电力系统的综合保护1．船舶电力系统综合保护的组成及基本要求(1)船舶电力系统综合保护的组成①测量电路(电路参数的监测)②逻辑电路③输出电路(2)