船舶電站及其自動(dòng)化裝置 課件 8 船舶自動(dòng)化電站

集大輪機(jī)自動(dòng)化第八章船舶自動(dòng)化電站

前幾章介紹了船舶電力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理，如發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車、自動(dòng)調(diào)壓及無(wú)功分配、自動(dòng)調(diào)調(diào)頻調(diào)載及繼電保護(hù)等方面的內(nèi)容，是屬于電站自動(dòng)化范疇。隨著船舶自動(dòng)化程度的不斷提高，電站自動(dòng)化由局部的、就地的控制必然發(fā)展到綜合的、集中的自動(dòng)電站；并逐步發(fā)展為分布式的微機(jī)電站、智能電站。

船舶電站自動(dòng)化最主要的目的在于保證船舶供電的連續(xù)性、可靠性和供電品質(zhì)。集大輪機(jī)自動(dòng)化第一節(jié)概述1.1機(jī)艙自動(dòng)化等級(jí)電站自動(dòng)化從屬于輪機(jī)自動(dòng)化，后者通常也叫機(jī)艙自動(dòng)化。我國(guó)《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》對(duì)船舶的機(jī)艙自動(dòng)化劃分為四個(gè)級(jí)別：MCC標(biāo)志級(jí)：它是指機(jī)艙集控站(室)有人值班，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。BRC標(biāo)志級(jí)：它是指推進(jìn)裝置由駕駛室控制站遙控(通常叫主機(jī)遙控)，機(jī)器處所(機(jī)艙)有人值班。AUT-1標(biāo)志級(jí)：它是指推進(jìn)裝置由駕駛室控制站遙控，機(jī)艙集控站(室)至少有一人值班，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。AUT-0標(biāo)志級(jí)：它是指推進(jìn)裝置由駕駛室控制站遙控，機(jī)器處所包括機(jī)艙集控站(室)周期無(wú)人值班。周期通常有16、24、36、48h等幾種。集大輪機(jī)自動(dòng)化第二節(jié)船舶自動(dòng)化電站的組成及其基本功能1．發(fā)電機(jī)組操作方式的選擇2．發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)

3．自動(dòng)準(zhǔn)同步并車

4．自動(dòng)恒頻及有功功率自動(dòng)分配5．自動(dòng)恒壓及無(wú)功功率自動(dòng)分配6．自動(dòng)分級(jí)卸載7．重載詢問(wèn)8．重要負(fù)載分級(jí)起動(dòng)9．自動(dòng)解列

10．巡回檢測(cè)及保護(hù)集大輪機(jī)自動(dòng)化第三節(jié)船舶發(fā)電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)與停機(jī)1、備用機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)船舶電站中各臺(tái)主發(fā)電機(jī)組一般都是采用互為備用的原則，備用機(jī)組的燃油、壓縮空氣備好、有預(yù)熱和預(yù)潤(rùn)滑、無(wú)阻塞、操作選擇開關(guān)置“自動(dòng)”位置則認(rèn)為機(jī)組已進(jìn)入“備好”狀態(tài)。集大輪機(jī)自動(dòng)化（1）起動(dòng)前的預(yù)潤(rùn)滑在船舶自動(dòng)化電站中，處于備用狀態(tài)的機(jī)組都具有滑油循環(huán)系統(tǒng)，包括由本身的動(dòng)力帶動(dòng)的潤(rùn)滑油泵（機(jī)帶泵）、管路、過(guò)濾器和冷卻器等。在運(yùn)行時(shí)，能自行建立一定的滑油壓力，保證自身的滑油循環(huán)，使各主要潤(rùn)滑部位都有良好的潤(rùn)滑；停機(jī)后，滑油系統(tǒng)也停止工作。因此，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，應(yīng)有起動(dòng)前的預(yù)潤(rùn)滑程序，確保在起動(dòng)時(shí)，各相互接觸的運(yùn)動(dòng)部位有必要的滑油，避免發(fā)生干摩擦。自動(dòng)控制預(yù)潤(rùn)滑有周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑、非周期性預(yù)潤(rùn)滑和一次性注入式預(yù)潤(rùn)滑等方式。集大輪機(jī)自動(dòng)化（2）預(yù)熱（暖機(jī)）

當(dāng)起動(dòng)成功后，柴油機(jī)將運(yùn)行在略高于最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速上，稱為點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，以后再予以升速，一般為了減少熱應(yīng)力，讓機(jī)器先在中速下運(yùn)行一段時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱所需時(shí)間依機(jī)型和輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而不同。在自動(dòng)電站中，通常是將各臺(tái)柴油機(jī)的冷卻淡水管系連成一個(gè)整體，運(yùn)行機(jī)組的冷卻水（約65℃）也循環(huán)于備用機(jī)的冷卻系統(tǒng)中，使備用機(jī)組處于預(yù)熱狀態(tài)，當(dāng)備用機(jī)組起動(dòng)成功后，可以較快地加速（甚至無(wú)需暖缸）直到額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這對(duì)于增強(qiáng)自動(dòng)電站的功能，保證供電連續(xù)性、可靠性是很有幫助的。集大輪機(jī)自動(dòng)化（3）機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)控制裝置功能

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)”?！皟?yōu)先”是當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置“自動(dòng)”時(shí)，也應(yīng)能做“遙控”或“機(jī)旁”操作；置“遙控”時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)“機(jī)旁”操作，但不能有“自動(dòng)”的功能；置“機(jī)旁”時(shí)，“自動(dòng)”及“遙控”功能均被取消。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：需確認(rèn)機(jī)組已檢修完畢、轉(zhuǎn)換開關(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)是處于靜止?fàn)顟B(tài)等才能自動(dòng)起動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化柴油機(jī)起、停程序可歸納為三種基本原則：①按時(shí)間原則控制，即模仿人的實(shí)際操作過(guò)程，按時(shí)間擬定控制程序；②按速度原則控制，即直接按速度擬定控制程序；③按滑油壓力控制，即根據(jù)不同轉(zhuǎn)速時(shí)滑油壓力的變化擬定控制程序。一般采用綜合方式控制，即在整個(gè)控制系統(tǒng)中，把以上三種控制原則都考慮進(jìn)去。集大輪機(jī)自動(dòng)化（4）備用機(jī)組起動(dòng)條件當(dāng)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)組冷卻水出口溫度高；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。集大輪機(jī)自動(dòng)化2．運(yùn)行機(jī)組的自動(dòng)解列與停機(jī)（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?；蛘撸\(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偏高等）時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以先起動(dòng)備用發(fā)電機(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)移給其他運(yùn)行發(fā)電機(jī)組后，再將該機(jī)ACB分閘。集大輪機(jī)自動(dòng)化3.2運(yùn)行機(jī)組的自動(dòng)解列與停機(jī)控制柴油機(jī)停機(jī)時(shí)，只需切斷燃油供給，機(jī)器即自行停下來(lái)。但也需注意，不同型式的機(jī)器可能有不同的要求。突然停機(jī)，也許是某些機(jī)器的性能所不能接受的，一般要求在中速下先運(yùn)行一段時(shí)間（180S），待溫度逐漸降低，然后才允許斷油停機(jī)。集大輪機(jī)自動(dòng)化3.3重載詢問(wèn)的功用及實(shí)現(xiàn)重載詢問(wèn)的基本原理

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。列入大功率負(fù)荷管理的負(fù)荷，是指在任何船舶工況下偶然使用的大功率負(fù)荷，如壓載泵、消防泵等。對(duì)有特大負(fù)荷的船舶，當(dāng)特大負(fù)荷請(qǐng)求時(shí)，可能要增兩臺(tái)備用機(jī)組的請(qǐng)求，如集裝箱船上的側(cè)推器等。

集大輪機(jī)自動(dòng)化（1）允許啟動(dòng)信號(hào)

納入重載詢問(wèn)功能控制的電動(dòng)機(jī)的功率用

表示，各運(yùn)行發(fā)電機(jī)的功率余量（剩余功率）總和用

表示，啟動(dòng)詢問(wèn)時(shí)控制系統(tǒng)把

與

進(jìn)行比較，然后向該電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器發(fā)出是否允許啟動(dòng)信號(hào)。集大輪機(jī)自動(dòng)化①當(dāng)

≥

時(shí)這表示電網(wǎng)有足夠的功率余量，允許該電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，相應(yīng)的允許啟動(dòng)信號(hào)觸點(diǎn)接通，此時(shí)按該啟動(dòng)器的啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)就可以啟動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化②當(dāng)

＜

時(shí)這表示電網(wǎng)的功率余量不足，不允許該電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，相應(yīng)的允許啟動(dòng)信號(hào)觸點(diǎn)斷開，此時(shí)按該啟動(dòng)器的啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)不會(huì)啟動(dòng)（這就是啟動(dòng)閉鎖）。這時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)或更多臺(tái)備用發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行，然后發(fā)出允許啟動(dòng)信號(hào)。集大輪機(jī)自動(dòng)化（2）確定投入運(yùn)行發(fā)電機(jī)的臺(tái)數(shù)控制系統(tǒng)接到啟動(dòng)請(qǐng)求并比較

和

后，如果得出要啟動(dòng)備用機(jī)組投入運(yùn)行，究竟是啟動(dòng)一臺(tái)還是更多臺(tái)，有的管理系統(tǒng)還可以作進(jìn)一步判斷。

當(dāng)?shù)谝慌_(tái)備用發(fā)電機(jī)啟動(dòng)投入運(yùn)行后，電網(wǎng)的功率余量增加了這臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定功率

，加上表示預(yù)期功率余量，則有

，現(xiàn)在再用預(yù)期功率余量

與

相比較。集大輪機(jī)自動(dòng)化（3）大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器的“啟動(dòng)詢問(wèn)”電路工作原理按下S2，啟動(dòng)線路因K2線圈未接通，接觸器K1不動(dòng)作；詢問(wèn)線路接通，向自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)詢問(wèn)。允許啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)的相應(yīng)輸出觸點(diǎn)閉合，K2線圈得電動(dòng)作，指示燈亮，表示可以啟動(dòng)，再按下啟動(dòng)按鈕，K1線圈得電動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)K1的輔助常閉觸點(diǎn)動(dòng)作斷開詢問(wèn)線路，避免在運(yùn)行的情況下再次詢問(wèn)。集大輪機(jī)自動(dòng)化（4）重載啟動(dòng)詢問(wèn)信號(hào)的處理啟動(dòng)詢問(wèn)是在啟動(dòng)運(yùn)行之前的操作，重載啟動(dòng)詢問(wèn)信號(hào)只是一對(duì)觸點(diǎn)，沒(méi)有具體數(shù)量，因此需要把觸點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以比較的數(shù)量信號(hào)，然后進(jìn)行比較。①模擬運(yùn)算（②負(fù)載限定③運(yùn)行臺(tái)數(shù)判別）

執(zhí)行“備用發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)需求”功能，自動(dòng)控制系統(tǒng)需要測(cè)量并計(jì)算運(yùn)行發(fā)電機(jī)的額定功率總和與實(shí)際負(fù)載功率總和，并計(jì)算出電網(wǎng)或發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率余量。集大輪機(jī)自動(dòng)化自動(dòng)起動(dòng)與停止指令的形成兩種原則①失電②功率（電流）→1、增機(jī)指令的形成取最小功率余量D=0.25Pfe（小于Ｄ必須增機(jī)）2、減機(jī)指令的形成取最大功率余量Ｂ=１.5Pfe（大于Ｂ必須減機(jī)）集大輪機(jī)自動(dòng)化Ｐａｍ——投入大負(fù)載的模擬功率集大輪機(jī)自動(dòng)化②負(fù)載限定實(shí)際上，大多數(shù)船舶電站都是在一臺(tái)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的情況下進(jìn)行啟動(dòng)詢問(wèn)的，需要啟動(dòng)詢問(wèn)的大功率電動(dòng)機(jī)數(shù)量也很少，同時(shí)啟動(dòng)幾臺(tái)大功率電動(dòng)機(jī)的情況更少。有的電站采用對(duì)發(fā)電機(jī)的負(fù)載限定來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)詢問(wèn)功能。負(fù)載限定并不是限制發(fā)電機(jī)的負(fù)載，而是指負(fù)載在這個(gè)限定值以下允許啟動(dòng)，負(fù)載在這個(gè)限定值以上不允許啟動(dòng)，只有在待備用機(jī)組投入后才允許啟動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化③運(yùn)行臺(tái)數(shù)判別有些船舶選用的大功率電動(dòng)機(jī)的容量幾乎達(dá)到發(fā)電機(jī)容量的50%左右，必須在兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行工況下才允許這些電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，啟動(dòng)詢問(wèn)可以看作是判別一臺(tái)機(jī)運(yùn)行還是兩臺(tái)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。詢問(wèn)信號(hào)輸入時(shí)如果是一臺(tái)機(jī)運(yùn)行，則需啟動(dòng)備用機(jī)組投入并聯(lián)運(yùn)行后才允許電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化（5）啟動(dòng)詢問(wèn)的功率值需要啟動(dòng)詢問(wèn)的電動(dòng)機(jī)的容量由設(shè)定的電網(wǎng)負(fù)載余量決定。啟動(dòng)小于電網(wǎng)負(fù)載余量的電動(dòng)機(jī)有可能引起啟動(dòng)備用機(jī)組，不會(huì)引起分級(jí)卸載或跳閘。啟動(dòng)大于電網(wǎng)負(fù)載余量的電動(dòng)機(jī)應(yīng)納入啟動(dòng)詢問(wèn)。

例如發(fā)電機(jī)對(duì)備用機(jī)組的啟動(dòng)需求負(fù)載為85％，則大于發(fā)電機(jī)額定容量15％的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)應(yīng)納入啟動(dòng)詢問(wèn)。為了可靠起見(jiàn)也取大于10％。例如某船電站的發(fā)電機(jī)容量為440kw，設(shè)定在85％啟動(dòng)備用機(jī)組，把兩臺(tái)55kW壓載泵電動(dòng)機(jī)納入啟動(dòng)詢問(wèn)。集大輪機(jī)自動(dòng)化4．發(fā)電機(jī)組自動(dòng)順序起動(dòng)在電站中有三臺(tái)機(jī)組的情況下，需要增機(jī)情況大約有以下幾種：⑴單機(jī)運(yùn)行不正?；蛑剌d，要求增機(jī)，按順序起動(dòng)下一臺(tái)。⑵單機(jī)運(yùn)行，突然跳閘，電網(wǎng)失電，起動(dòng)下一臺(tái)。⑶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)遞續(xù)給最后的一臺(tái)。⑷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。集大輪機(jī)自動(dòng)化第四節(jié)船舶電力系統(tǒng)的綜合保護(hù)

電力系統(tǒng)系統(tǒng)的綜合保護(hù)能夠使電力系統(tǒng)的各級(jí)保護(hù)都應(yīng)按總體系統(tǒng)的要求充分地協(xié)調(diào)，以便在電力系統(tǒng)發(fā)生多重復(fù)雜故障時(shí)仍具有正確的選擇性保護(hù)功能。為切斷系統(tǒng)中局部故障而采取的保護(hù)動(dòng)作必須局限在最小的范圍內(nèi)，并能有效地防止故障的擴(kuò)大。

電力系統(tǒng)系統(tǒng)的綜合保護(hù)能夠使電力系統(tǒng)在任何工況下保護(hù)動(dòng)作切除故障電路時(shí)均不應(yīng)破壞系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，還應(yīng)考慮到故障消除后電力系統(tǒng)功能的恢復(fù)和調(diào)整。集大輪機(jī)自動(dòng)化4.1.1船舶電力系統(tǒng)綜合保護(hù)的組成船舶電力系統(tǒng)綜合保護(hù)的對(duì)象是：發(fā)電機(jī)的保護(hù)（過(guò)載、短路、欠壓和逆功率），船舶電網(wǎng)的保護(hù)（過(guò)載、短路保護(hù)、岸電相序及斷相），變壓器及電動(dòng)機(jī)保護(hù)。集大輪機(jī)自動(dòng)化4.2.2船舶電網(wǎng)的保護(hù)參數(shù)的調(diào)整船舶電網(wǎng)的保護(hù)是指系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載或短路時(shí)對(duì)電纜的保護(hù)。在交流電網(wǎng)中，若接有岸電，尚需對(duì)岸電進(jìn)行相序保護(hù)和斷相保護(hù)。集大輪機(jī)自動(dòng)化第五節(jié)電站監(jiān)控及故障處理5.1船舶電站監(jiān)控系統(tǒng)的組成、功能。集大輪機(jī)自動(dòng)化5.2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)電站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖8-8所示。電站控制系統(tǒng)中有三臺(tái)發(fā)電機(jī)，每臺(tái)機(jī)組的控制單元擔(dān)任自動(dòng)控制，手動(dòng)控制由開關(guān)操作，手動(dòng)和自動(dòng)都通過(guò)各自的電路進(jìn)行控制。手動(dòng)操作是必須保留的，《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》規(guī)定：“當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)失效時(shí)，能保證在機(jī)旁對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行有效的人工操作?！奔筝啓C(jī)自動(dòng)化當(dāng)電站中運(yùn)行機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，備用機(jī)組應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)并投入電網(wǎng)，保持電網(wǎng)連續(xù)供電。備用機(jī)組的臺(tái)號(hào)由“備機(jī)選擇”開關(guān)（圖8-8中S1）設(shè)定。船舶電站的發(fā)電機(jī)數(shù)目一般在三臺(tái)以上，一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，不運(yùn)行機(jī)組的備用設(shè)置有一個(gè)是否有后續(xù)的問(wèn)題。例如一個(gè)有四臺(tái)機(jī)組的電站，2號(hào)機(jī)在供電運(yùn)行，如果設(shè)定3號(hào)機(jī)為第一備用，余下的機(jī)組究竟哪臺(tái)機(jī)作為第二備用呢？也就是說(shuō)運(yùn)行的2號(hào)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，3號(hào)機(jī)應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)投入運(yùn)行，但是如果3號(hào)機(jī)啟動(dòng)失敗或合閘失敗，啟動(dòng)指令應(yīng)轉(zhuǎn)移給4號(hào)還是1號(hào)呢？一般是采用順序后續(xù)的方法。如果設(shè)定3號(hào)機(jī)為第一備用，4號(hào)機(jī)就自動(dòng)成為第二備用，1號(hào)機(jī)就成為第三備用。5.2.1備用機(jī)組的設(shè)置集大輪機(jī)自動(dòng)化5.2.2電網(wǎng)故障處理

屬于控制系統(tǒng)處理的電網(wǎng)故障有三種：電壓過(guò)高（或過(guò)低）、頻率過(guò)高（或過(guò)低）和失電。對(duì)電網(wǎng)故障的處理要遵循“連續(xù)供電”的原則。集大輪機(jī)自動(dòng)化5.2.3發(fā)電機(jī)故障處理1、起勵(lì)失敗2、自動(dòng)同步失敗3、合閘失敗4、ACB異常分閘

集大輪機(jī)自動(dòng)化5.2.4柴油機(jī)故障處理須處理的故障通常有：滑油壓力低（也稱油壓低）、冷卻水溫度高（也稱水溫高）和