微機(jī)控制的船舶電站

2023/2/41第二部分計(jì)算機(jī)控制的船舶電站12023/2/42船舶電站的熱點(diǎn)技術(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)型電力管理系統(tǒng)（PMS）中壓（高壓）電力系統(tǒng)22023/2/43電力管理系統(tǒng)（PMS）集中式：一套微機(jī)控制。分布式：每臺(tái)副機(jī)配置一臺(tái)微機(jī)（或PLC），再設(shè)一臺(tái)上位機(jī)。網(wǎng)絡(luò)型：每臺(tái)副機(jī)配置一個(gè)控制模塊，各模塊通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（如CAN總線）連接。32023/2/44一、計(jì)算機(jī)控制

船舶電站的主要功能和組成（1）母線電壓自動(dòng)控制(AVC)（2）發(fā)電機(jī)無(wú)功功率自動(dòng)控制(ARPC)（3）母線頻率自動(dòng)控制(AFC)（4）發(fā)電機(jī)有功功率自動(dòng)控制(APC)（5）發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同步并車控制(ASYC)（6）故障機(jī)組自動(dòng)解列(ACC)（7）負(fù)載分級(jí)切除(PTC)（8）發(fā)電機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制(ARC)（9）原動(dòng)機(jī)自動(dòng)起動(dòng)(EASC)（10）故障監(jiān)視及報(bào)警(MONIT)2023/2/45（一）電壓與無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)維持供電電壓的穩(wěn)定是保證供電質(zhì)量的主要措施之一。電壓是否穩(wěn)定取決于發(fā)電機(jī)的自動(dòng)勵(lì)磁裝置(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)的性能。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它的主要任務(wù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)，維持同步發(fā)電機(jī)的端電壓恒定(額定電壓)、合理分配發(fā)電機(jī)間的無(wú)功功率、在船舶電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，有強(qiáng)行勵(lì)磁功能，加速短路后的恢復(fù)速度，保持電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。2023/2/46（一）電壓與無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)1、發(fā)電機(jī)的自動(dòng)勵(lì)磁裝置的基本要求：

1.靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》的規(guī)定：靜態(tài)電壓調(diào)整率主發(fā)電機(jī)

UW

ΔU≤±2.5%Ue

應(yīng)急發(fā)電機(jī)UW

ΔU≤±3.5%Ue動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整率：突加或突卸60%Umim~manΔU≤(﹣15%～20%)Ue恢復(fù)時(shí)間:Tw≤1.5s2023/2/472.強(qiáng)行勵(lì)磁

從提高發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作穩(wěn)定性和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性以及繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性等觀點(diǎn)出發(fā)，要求調(diào)壓器的動(dòng)作要迅速。解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行勵(lì)磁。也就是要求勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能在保證最短的時(shí)間內(nèi)，把勵(lì)磁電流升高到超過(guò)額定狀態(tài)時(shí)的最大值，以使發(fā)電機(jī)的電壓迅速得到恢復(fù)。這就要求調(diào)壓器應(yīng)具有一定的強(qiáng)行勵(lì)磁能力。

2023/2/483.自勵(lì)恒壓裝置的分類主要類型：不可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)裝置；可控相復(fù)勵(lì)自勵(lì)裝置；可控硅勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)整裝置；用于無(wú)刷發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)整裝置；用于諧波勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁自動(dòng)調(diào)整裝置。根據(jù)勵(lì)磁調(diào)整方式和工作原理，勵(lì)磁方法大致可分為：

①按發(fā)電機(jī)電壓偏差調(diào)節(jié)方法（靜態(tài)特性好）②按負(fù)載電流和功率因數(shù)調(diào)節(jié)（動(dòng)態(tài)特性好）③復(fù)合調(diào)節(jié)（AVR）2023/2/492023/2/4102、交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)特性的基本概念電壓調(diào)節(jié)特性：發(fā)電機(jī)端電壓隨無(wú)功電流變化的關(guān)系。被調(diào)量Uf隨IQ而變化的程度叫做電壓調(diào)差系數(shù)KC，由曲線的傾斜度來(lái)表示，即廣泛應(yīng)用在實(shí)船發(fā)電機(jī)上的調(diào)壓特性曲線是下傾的一條直線，即Kc大于0，稱為下傾的有差特性，通常Kc可整定在5%以內(nèi)。2023/2/4113、并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組為實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的均勻分配對(duì)各臺(tái)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)差特性的要求電網(wǎng)上只有一個(gè)電壓。電網(wǎng)上有幾臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電壓是各臺(tái)發(fā)電機(jī)電勢(shì)共同作用的結(jié)果。當(dāng)手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)任意一臺(tái)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流時(shí)，就會(huì)改變?cè)撆_(tái)發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的電勢(shì)的大小，同時(shí)會(huì)改變負(fù)載的承擔(dān)，也會(huì)改變電網(wǎng)電壓。并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率分配的關(guān)系，主要由電壓調(diào)節(jié)性曲線所決定。也就是說(shuō)，同步發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率的自動(dòng)分配，實(shí)際是通過(guò)自動(dòng)電壓調(diào)整器自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電流、以調(diào)整發(fā)電機(jī)電壓的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，自動(dòng)電壓調(diào)整器不僅擔(dān)負(fù)著調(diào)整電壓的任務(wù)，同時(shí)，還擔(dān)負(fù)著自動(dòng)調(diào)整分配無(wú)功功率的任務(wù)?！朵撡|(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》對(duì)無(wú)功功率的分配要求為：“……各機(jī)組所承擔(dān)的無(wú)功負(fù)載與總無(wú)功負(fù)載按機(jī)組定額比例分配值之差，應(yīng)不超過(guò)下列數(shù)值較小者：①最大機(jī)組額定無(wú)功功率的±10%；②最小機(jī)組額定無(wú)功功率的±25%”。2023/2/412鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范要求：（1）調(diào)速器瞬時(shí)調(diào)速率≤10%穩(wěn)定調(diào)速率≤5%穩(wěn)定時(shí)間≤5s

（2）有功功率的分配發(fā)電機(jī)實(shí)際承擔(dān)的有功功率和按發(fā)電機(jī)額定功率分配比例的計(jì)算之差，不應(yīng)超過(guò)最大機(jī)組額定功率的±15％；最小機(jī)組額定功率的±25％。（二）頻率與有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)2023/2/4131、原動(dòng)機(jī)調(diào)速器的調(diào)速特性采用機(jī)械調(diào)速器的調(diào)速系統(tǒng)是按轉(zhuǎn)速偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的反饋控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)特性是比例控制的有差調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)電機(jī)的負(fù)荷功率變化時(shí)，調(diào)速器能自動(dòng)地調(diào)節(jié)油門的大小，維持發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）的變化在一定范圍內(nèi)，此過(guò)程稱為一次調(diào)節(jié)。由于一次調(diào)節(jié)不能保持轉(zhuǎn)速（頻率）的恒定，為了維持額定轉(zhuǎn)速（頻率）還需進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，即由自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置（或手動(dòng)）調(diào)節(jié)調(diào)速器彈簧的預(yù)緊力，改變油門的大小。反映在坐標(biāo)平面上就是將調(diào)速特性曲線作上、下平移。2023/2/414有差調(diào)速器單機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速（或頻率）的調(diào)節(jié)過(guò)程2023/2/4152、不同調(diào)速特性發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行要使兩機(jī)之間的功率能夠按容量成比例分配，只有兩特性曲線的斜率一致。由于特性總是存在一定的差別，為了使電網(wǎng)頻率不致于隨負(fù)載變化過(guò)大，又要使功率穩(wěn)定地分配，特性曲線的下降率應(yīng)在3%左右、不超過(guò)5%，以保證有功分配偏差在10%以內(nèi)。2023/2/416基本功能：（1）能自動(dòng)維持電力系統(tǒng)頻率為額定值；（2）能按參與并聯(lián)運(yùn)行各機(jī)組的容量以既定比例或其它既定自動(dòng)方式控制負(fù)荷分配；（3）接到“解列”指令時(shí)，能自動(dòng)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，待其負(fù)荷接近零時(shí)（≤5%），使其發(fā)電機(jī)的斷路器自動(dòng)分閘。基本組成：

●頻率變換器

●有功功率變換器

●有功功率分配器

●調(diào)整器3、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置2023/2/417（三）交流發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并車對(duì)并車操作的要求：其一，并車過(guò)程中沖擊電流不能超過(guò)允許值；其二，發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)后能迅速拉入同步。1.自動(dòng)準(zhǔn)同步并車條件（1）待并機(jī)組的相序與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))的相序一致。（2）待并機(jī)組的電壓與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))的電壓有效值相等。（3）待并機(jī)組電壓的初相位與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))電壓的初相位相同。（4）待并機(jī)組電壓的頻率與運(yùn)行機(jī)組(或電網(wǎng))電壓的頻率大小相等。2023/2/418自動(dòng)并車裝置的基本環(huán)節(jié)與組成同步合閘圖1-2-9報(bào)警調(diào)節(jié)油門2023/2/419（四）船舶發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)控制1.備用機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)備用機(jī)組處于“備好”狀態(tài)的標(biāo)志：燃油、壓縮空氣正常；有預(yù)熱和預(yù)潤(rùn)滑；無(wú)阻塞（故障已復(fù)位）操作選擇開(kāi)關(guān)置“自動(dòng)”位置。（1）起動(dòng)前的預(yù)潤(rùn)滑預(yù)潤(rùn)滑控制方式：①周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑；②非周期性預(yù)潤(rùn)滑；③一次注入式預(yù)潤(rùn)滑。2023/2/420預(yù)潤(rùn)滑:

非周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑（電動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑泵）周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑（電動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑泵）一次注入式預(yù)潤(rùn)滑

（氣動(dòng)柱塞泵）

①非周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑

副機(jī)一停，預(yù)潤(rùn)滑泵就開(kāi)始泵油，直至副機(jī)起動(dòng)成功。

②周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑

副機(jī)停機(jī)后，預(yù)潤(rùn)滑泵工作：運(yùn)行—停機(jī)—運(yùn)行—停機(jī)，直至副機(jī)起動(dòng)成功。

③一次注入式預(yù)潤(rùn)滑

僅在副機(jī)起動(dòng)時(shí)工作，先泵油、后起動(dòng)。（2）預(yù)熱（暖機(jī)）2023/2/421（3）機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)控制裝置功能（圖1-2-10）①應(yīng)有“自動(dòng)”、“機(jī)旁”、“遙控”操作方式的轉(zhuǎn)換，并能滿足：“機(jī)旁”優(yōu)先于“遙控”，“遙控”優(yōu)先于“自動(dòng)”。②對(duì)自動(dòng)起動(dòng)的各種準(zhǔn)備工作進(jìn)行邏輯判斷和監(jiān)視。例如，確認(rèn)機(jī)組已檢修完畢；轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)已置于“自動(dòng)”位置；有預(yù)潤(rùn)滑、預(yù)熱；有足夠起動(dòng)動(dòng)力；本機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)。③接到起動(dòng)指令時(shí)能自動(dòng)起動(dòng)柴油機(jī)。當(dāng)轉(zhuǎn)速和滑油壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，發(fā)出起動(dòng)成功信號(hào)。④—個(gè)起動(dòng)指令，可以允許三次起動(dòng)。⑤適當(dāng)控制起動(dòng)時(shí)的給油量，柴油機(jī)自行發(fā)火后，應(yīng)切斷起動(dòng)動(dòng)力源。2023/2/422⑥”中速運(yùn)行”和“加速”控制。⑦轉(zhuǎn)速上升到額定值的90%時(shí)，即可認(rèn)為整個(gè)起動(dòng)加速程序完成了，應(yīng)自動(dòng)切斷本機(jī)的預(yù)潤(rùn)滑系統(tǒng)，并經(jīng)適當(dāng)延時(shí)(約幾十秒)以后，對(duì)本機(jī)的滑油壓力進(jìn)行監(jiān)視。柴油機(jī)所需的其它監(jiān)視，無(wú)須延時(shí)。⑧超速保護(hù)。即當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值15%時(shí)，延時(shí)2~3s停機(jī)，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，禁止柴油機(jī)再次起動(dòng)。⑨如果因?yàn)椴裼蜋C(jī)本身的故障(如起動(dòng)失敗、滑油壓力低、冷卻水高溫、排煙溫度高等）而導(dǎo)致停機(jī)時(shí)，應(yīng)發(fā)出“阻塞”信號(hào)，使該機(jī)的自動(dòng)起動(dòng)控制程序阻塞，并發(fā)出聲光報(bào)警，待排除了故障、手動(dòng)“解除阻塞”后，才能恢復(fù)自動(dòng)功能。⑩自動(dòng)起動(dòng)、停機(jī)控制器具備“模擬試驗(yàn)”的功能。2023/2/423（4）備用機(jī)組起動(dòng)條件出現(xiàn)下述任一條件時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)就應(yīng)發(fā)出“增機(jī)”指令，起動(dòng)備用機(jī)組。①經(jīng)延時(shí)判斷，確認(rèn)運(yùn)行機(jī)組重載；②運(yùn)行機(jī)組的滑油壓力低；③運(yùn)行機(jī)組冷卻水溫度高；④電網(wǎng)突然斷電；⑤經(jīng)重載詢問(wèn)，貯備容量不夠；⑥正要起動(dòng)的備用機(jī)組阻塞；⑦備用機(jī)組起動(dòng)失敗或合閘失敗。2023/2/4242.運(yùn)行機(jī)組的自動(dòng)解列與停機(jī)（圖1-2-11）（1）發(fā)電機(jī)組的解列當(dāng)兩臺(tái)及以上發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若因電網(wǎng)負(fù)荷降低到可以停掉一臺(tái)發(fā)電機(jī)組時(shí)，應(yīng)自動(dòng)發(fā)出“解列”指令?；蛘?，運(yùn)行中的某臺(tái)發(fā)電機(jī)組因發(fā)生運(yùn)行不正常(例如冷卻水出口溫度高等)時(shí)，系統(tǒng)可以先自動(dòng)起動(dòng)備用機(jī)組，并車后再轉(zhuǎn)移負(fù)載，解列指令發(fā)出后，通過(guò)自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置將待停發(fā)電機(jī)組的負(fù)載轉(zhuǎn)移給其它運(yùn)行發(fā)電機(jī)組后，再將該機(jī)ACB分閘。對(duì)于因電力系統(tǒng)負(fù)荷降低而形成的解列指令，究竟解列哪一臺(tái)發(fā)電機(jī)組好呢?為了使電網(wǎng)中各臺(tái)發(fā)電機(jī)組累計(jì)的運(yùn)行時(shí)數(shù)趨于一致，最好做到總是解列先投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組。2023/2/425對(duì)于運(yùn)行中的某臺(tái)發(fā)電機(jī)組因發(fā)生運(yùn)行不正常情況的解列指令，為了盡可能地不中斷供電，對(duì)于“運(yùn)行不正常”現(xiàn)象的識(shí)別信號(hào)，可以分為兩級(jí)：一級(jí)作為預(yù)報(bào)；一級(jí)作為保護(hù)裝置的動(dòng)作極限。預(yù)報(bào)級(jí)信號(hào)可以用來(lái)要求起動(dòng)備用機(jī)組，以便贏得時(shí)間，等待備用發(fā)電機(jī)組起動(dòng)和并車后再解列不正常的發(fā)電機(jī)組。當(dāng)然，這種期望是建立在不正常的發(fā)電機(jī)組還可以堅(jiān)持一段時(shí)間的基礎(chǔ)上。顯然，這一段時(shí)間決定于兩方面：一方面是備用發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)、加速、并車和負(fù)載轉(zhuǎn)移所需的總時(shí)間，當(dāng)然越短越好；另一方面是不正常現(xiàn)象發(fā)展的速度，它發(fā)展到保護(hù)裝置的動(dòng)作極限時(shí)，如果并車尚未成功，則因保護(hù)裝置動(dòng)作而造成電網(wǎng)失電。2023/2/4263.重載詢問(wèn)的功用及基本原理重載詢問(wèn)就是指大功率負(fù)載投入電網(wǎng)時(shí)，必須首先判斷電網(wǎng)中的功率是否允許直接進(jìn)入。對(duì)有特大負(fù)荷的船舶，當(dāng)特大負(fù)荷（如集裝箱船上的側(cè)推器)請(qǐng)求時(shí)，可能要形成增加兩臺(tái)備用機(jī)組的請(qǐng)求。在大功率負(fù)荷起動(dòng)箱上，按下起動(dòng)按鈕，這一起動(dòng)信號(hào)不是送入控制箱內(nèi)的控制電路，而是送入自動(dòng)電站管理系統(tǒng)中，管理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)判斷是否有必要起動(dòng)備用機(jī)組，只有在電網(wǎng)上的功率余量足夠時(shí)，才由管理系統(tǒng)發(fā)出起動(dòng)這一大功率負(fù)荷的指令，此大功率負(fù)荷才投入運(yùn)行。2023/2/4274.發(fā)電機(jī)組自動(dòng)順序起動(dòng)備用機(jī)組的起動(dòng)通常是在控制系統(tǒng)中設(shè)置固定順序，可按機(jī)組的編號(hào)依次循環(huán)。例如，一個(gè)具有三臺(tái)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)電站按1-2-3-1的順序來(lái)決定備用機(jī)組的起動(dòng)。在電站中有三臺(tái)機(jī)組的情況下，需要增機(jī)的幾種情況：（1）單機(jī)運(yùn)行不正常或重載，要求增機(jī)；（2）單機(jī)運(yùn)行，突然跳閘，電網(wǎng)失電；（3）單機(jī)運(yùn)行，要求增機(jī)，但第一備用機(jī)組“阻塞”或起動(dòng)、合閘失敗，“增機(jī)指令”應(yīng)傳遞給最后的一臺(tái)。（4）并聯(lián)運(yùn)行，要求增機(jī)，則起動(dòng)最后一臺(tái)備用機(jī)組。上述（3）、（4）兩種情況發(fā)生時(shí)，則是系統(tǒng)的機(jī)組“已經(jīng)用完”，故自動(dòng)電站還應(yīng)設(shè)置監(jiān)視“系統(tǒng)用完”的信號(hào)指示電路，以便引起管理人員的注意。2023/2/428INT-中斷輸入單元SET-設(shè)定器DISP-顯示單元DSI-數(shù)字量調(diào)節(jié)輸入單元集中式微機(jī)控制的電站單線圖P19圖1-2-1二、采用計(jì)算機(jī)控制的船舶電站系統(tǒng)2023/2/429單元式微機(jī)控制的電站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖A線-電網(wǎng)信號(hào)輸入；B、C線-發(fā)電機(jī)運(yùn)行信號(hào)輸入；D線-柴油機(jī)的運(yùn)行信號(hào)輸入；E線-操作信號(hào)輸出；F線-ACB和柴油機(jī)的狀態(tài)信號(hào)輸入；G線-備用機(jī)組設(shè)置信號(hào)輸入；H線-詢問(wèn)和閉鎖信號(hào)線輸出。2023/2/430二、采用計(jì)算機(jī)控制的船舶電站系統(tǒng)的操作和管理要點(diǎn)（二）電網(wǎng)故障處理典型故障：電壓過(guò)高(或過(guò)低)、頻率過(guò)高(或過(guò)低)和失電。處理方式：報(bào)警、起動(dòng)備用機(jī)組。1級(jí)故障（輕度故障）：不停機(jī)交換機(jī)組。2級(jí)故障（嚴(yán)重故障）：短時(shí)停電交換機(jī)組。（三)發(fā)電機(jī)故障1.起勵(lì)失敗