船舶電站及其自動化裝置 課件 8 船舶自動化電站

集大輪機自動化第八章船舶自動化電站

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)電機自動并車、自動調(diào)壓及無功分配、自動調(diào)調(diào)頻調(diào)載及繼電保護等方面的內(nèi)容，是屬于電站自動化范疇。隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部的、就地的控制必然發(fā)展到綜合的、集中的自動電站；并逐步發(fā)展為分布式的微機電站、智能電站。

船舶電站自動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)。集大輪機自動化第一節(jié)概述1.1機艙自動化等級電站自動化從屬于輪機自動化，后者通常也叫機艙自動化。我國《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》對船舶的機艙自動化劃分為四個級別：MCC標志級：它是指機艙集控站(室)有人值班，對機電設(shè)備進行監(jiān)控。BRC標志級：它是指推進裝置由駕駛室控制站遙控(通常叫主機遙控)，機器處所(機艙)有人值班。AUT-1標志級：它是指推進裝置由駕駛室控制站遙控，機艙集控站(室)至少有一人值班，對機電設(shè)備進行監(jiān)控。AUT-0標志級：它是指推進裝置由駕駛室控制站遙控，機器處所包括機艙集控站(室)周期無人值班。周期通常有16、24、36、48h等幾種。集大輪機自動化第二節(jié)船舶自動化電站的組成及其基本功能1．發(fā)電機組操作方式的選擇2．發(fā)電機組的自動起動

3．自動準同步并車

4．自動恒頻及有功功率自動分配5．自動恒壓及無功功率自動分配6．自動分級卸載7．重載詢問8．重要負載分級起動9．自動解列

10．巡回檢測及保護集大輪機自動化第三節(jié)船舶發(fā)電機的自動啟動與停機1、備用機組的自動起動船舶電站中各臺主發(fā)電機組一般都是采用互為備用的原則，備用機組的燃油、壓縮空氣備好、有預熱和預潤滑、無阻塞、操作選擇開關(guān)置“自動”位置則認為機組已進入“備好”狀態(tài)。集大輪機自動化（1）起動前的預潤滑在船舶自動化電站中，處于備用狀態(tài)的機組都具有滑油循環(huán)系統(tǒng)，包括由本身的動力帶動的潤滑油泵（機帶泵）、管路、過濾器和冷卻器等。在運行時，能自行建立一定的滑油壓力，保證自身的滑油循環(huán)，使各主要潤滑部位都有良好的潤滑；停機后，滑油系統(tǒng)也停止工作。因此，經(jīng)較長時間停機后，應有起動前的預潤滑程序，確保在起動時，各相互接觸的運動部位有必要的滑油，避免發(fā)生干摩擦。自動控制預潤滑有周期性自動預潤滑、非周期性預潤滑和一次性注入式預潤滑等方式。集大輪機自動化（2）預熱（暖機）

當起動成功后，柴油機將運行在略高于最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速上，稱為點火轉(zhuǎn)速，以后再予以升速，一般為了減少熱應力，讓機器先在中速下運行一段時間進行預熱，預熱所需時間依機型和輔機冷卻系統(tǒng)的設(shè)計而不同。在自動電站中，通常是將各臺柴油機的冷卻淡水管系連成一個整體，運行機組的冷卻水（約65℃）也循環(huán)于備用機的冷卻系統(tǒng)中，使備用機組處于預熱狀態(tài)，當備用機組起動成功后，可以較快地加速（甚至無需暖缸）直到額定轉(zhuǎn)速運行，這對于增強自動電站的功能，保證供電連續(xù)性、可靠性是很有幫助的。集大輪機自動化（3）機組自動起動控制裝置功能

①應有“自動”、“機旁”、“遙控”操作方式的轉(zhuǎn)換，并能滿足“機旁”優(yōu)先于“遙控”，“遙控”優(yōu)先于“自動”?！皟?yōu)先”是當轉(zhuǎn)換開關(guān)置“自動”時，也應能做“遙控”或“機旁”操作；置“遙控”時，也可實現(xiàn)“機旁”操作，但不能有“自動”的功能；置“機旁”時，“自動”及“遙控”功能均被取消。②對自動起動的各種準備工作進行邏輯判斷和監(jiān)視。例如：需確認機組已檢修完畢、轉(zhuǎn)換開關(guān)已置于“自動”位置、有預潤滑、預熱、有足夠起動動力、本機是處于靜止狀態(tài)等才能自動起動。集大輪機自動化柴油機起、停程序可歸納為三種基本原則：①按時間原則控制，即模仿人的實際操作過程，按時間擬定控制程序；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，即在整個控制系統(tǒng)中，把以上三種控制原則都考慮進去。集大輪機自動化（4）備用機組起動條件當出現(xiàn)下述任一條件時，自動控制系統(tǒng)就應發(fā)出“增機”指令，起動備用機組。①經(jīng)延時判斷，確認運行機組重載；②運行機組的滑油壓力低；③運行機組冷卻水出口溫度高；④電網(wǎng)突然斷電；⑤經(jīng)重載詢問，貯備容量不夠；⑥正要起動的備用機組阻塞；⑦備用機組起動失敗或合閘失敗。集大輪機自動化2．運行機組的自動解列與停機（1）發(fā)電機組的解列當兩臺及以上發(fā)電機組并聯(lián)運行時，若因電網(wǎng)負荷降低到可以停掉一臺發(fā)電機組時，應自動發(fā)出“解列”指令。或者，運行中的某臺發(fā)電機組因發(fā)生運行不正常（例如冷卻水出口溫度偏高等）時，自動控制系統(tǒng)可以先起動備用發(fā)電機組，并車后再轉(zhuǎn)移負載，解列指令發(fā)出后，通過自動調(diào)頻調(diào)載裝置將待停發(fā)電機組的負載轉(zhuǎn)移給其他運行發(fā)電機組后，再將該機ACB分閘。集大輪機自動化3.2運行機組的自動解列與停機控制柴油機停機時，只需切斷燃油供給，機器即自行停下來。但也需注意，不同型式的機器可能有不同的要求。突然停機，也許是某些機器的性能所不能接受的，一般要求在中速下先運行一段時間（180S），待溫度逐漸降低，然后才允許斷油停機。集大輪機自動化3.3重載詢問的功用及實現(xiàn)重載詢問的基本原理

重載詢問就是指大功率負載投入電網(wǎng)時，必須首先判斷電網(wǎng)中的功率是否允許直接進入。列入大功率負荷管理的負荷，是指在任何船舶工況下偶然使用的大功率負荷，如壓載泵、消防泵等。對有特大負荷的船舶，當特大負荷請求時，可能要增兩臺備用機組的請求，如集裝箱船上的側(cè)推器等。

集大輪機自動化（1）允許啟動信號

納入重載詢問功能控制的電動機的功率用

表示，各運行發(fā)電機的功率余量（剩余功率）總和用

表示，啟動詢問時控制系統(tǒng)把

與

進行比較，然后向該電動機啟動器發(fā)出是否允許啟動信號。集大輪機自動化①當

≥

時這表示電網(wǎng)有足夠的功率余量，允許該電動機啟動，相應的允許啟動信號觸點接通，此時按該啟動器的啟動按鈕，電動機就可以啟動。集大輪機自動化②當

＜

時這表示電網(wǎng)的功率余量不足，不允許該電動機啟動，相應的允許啟動信號觸點斷開，此時按該啟動器的啟動按鈕，電動機不會啟動（這就是啟動閉鎖）。這時控制系統(tǒng)自動啟動一臺或更多臺備用發(fā)電機投入電網(wǎng)運行，然后發(fā)出允許啟動信號。集大輪機自動化（2）確定投入運行發(fā)電機的臺數(shù)控制系統(tǒng)接到啟動請求并比較

和

后，如果得出要啟動備用機組投入運行，究竟是啟動一臺還是更多臺，有的管理系統(tǒng)還可以作進一步判斷。

當?shù)谝慌_備用發(fā)電機啟動投入運行后，電網(wǎng)的功率余量增加了這臺發(fā)電機的額定功率

，加上表示預期功率余量，則有

，現(xiàn)在再用預期功率余量

與

相比較。集大輪機自動化（3）大功率電動機啟動器的“啟動詢問”電路工作原理按下S2，啟動線路因K2線圈未接通，接觸器K1不動作；詢問線路接通，向自動控制系統(tǒng)發(fā)出啟動詢問。允許啟動時自動控制系統(tǒng)的相應輸出觸點閉合，K2線圈得電動作，指示燈亮，表示可以啟動，再按下啟動按鈕，K1線圈得電動作，電動機啟動運轉(zhuǎn)。同時K1的輔助常閉觸點動作斷開詢問線路，避免在運行的情況下再次詢問。集大輪機自動化（4）重載啟動詢問信號的處理啟動詢問是在啟動運行之前的操作，重載啟動詢問信號只是一對觸點，沒有具體數(shù)量，因此需要把觸點信號轉(zhuǎn)換成可以比較的數(shù)量信號，然后進行比較。①模擬運算（②負載限定③運行臺數(shù)判別）

執(zhí)行“備用發(fā)電機組的啟動需求”功能，自動控制系統(tǒng)需要測量并計算運行發(fā)電機的額定功率總和與實際負載功率總和，并計算出電網(wǎng)或發(fā)電機的實際功率余量。集大輪機自動化自動起動與停止指令的形成兩種原則①失電②功率（電流）→1、增機指令的形成取最小功率余量D=0.25Pfe（小于Ｄ必須增機）2、減機指令的形成取最大功率余量Ｂ=１.5Pfe（大于Ｂ必須減機）集大輪機自動化Ｐａｍ——投入大負載的模擬功率集大輪機自動化②負載限定實際上，大多數(shù)船舶電站都是在一臺發(fā)電機運行的情況下進行啟動詢問的，需要啟動詢問的大功率電動機數(shù)量也很少，同時啟動幾臺大功率電動機的情況更少。有的電站采用對發(fā)電機的負載限定來實現(xiàn)啟動詢問功能。負載限定并不是限制發(fā)電機的負載，而是指負載在這個限定值以下允許啟動，負載在這個限定值以上不允許啟動，只有在待備用機組投入后才允許啟動。集大輪機自動化③運行臺數(shù)判別有些船舶選用的大功率電動機的容量幾乎達到發(fā)電機容量的50%左右，必須在兩臺發(fā)電機并聯(lián)運行工況下才允許這些電動機啟動，啟動詢問可以看作是判別一臺機運行還是兩臺機并聯(lián)運行。詢問信號輸入時如果是一臺機運行，則需啟動備用機組投入并聯(lián)運行后才允許電動機啟動。集大輪機自動化（5）啟動詢問的功率值需要啟動詢問的電動機的容量由設(shè)定的電網(wǎng)負載余量決定。啟動小于電網(wǎng)負載余量的電動機有可能引起啟動備用機組，不會引起分級卸載或跳閘。啟動大于電網(wǎng)負載余量的電動機應納入啟動詢問。

例如發(fā)電機對備用機組的啟動需求負載為85％，則大于發(fā)電機額定容量15％的電動機啟動應納入啟動詢問。為了可靠起見也取大于10％。例如某船電站的發(fā)電機容量為440kw，設(shè)定在85％啟動備用機組，把兩臺55kW壓載泵電動機納入啟動詢問。集大輪機自動化4．發(fā)電機組自動順序起動在電站中有三臺機組的情況下，需要增機情況大約有以下幾種：⑴單機運行不正常或重載，要求增機，按順序起動下一臺。⑵單機運行，突然跳閘，電網(wǎng)失電，起動下一臺。⑶單機運行，要求增機，但第一備用機組“阻塞”，或起動、合閘失敗，“增機指令”應遞續(xù)給最后的一臺。⑷并聯(lián)運行，要求增機，則起動最后一臺備用機組。集大輪機自動化第四節(jié)船舶電力系統(tǒng)的綜合保護

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

電力系統(tǒng)系統(tǒng)的綜合保護能夠使電力系統(tǒng)在任何工況下保護動作切除故障電路時均不應破壞系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，還應考慮到故障消除后電力系統(tǒng)功能的恢復和調(diào)整。集大輪機自動化4.1.1船舶電力系統(tǒng)綜合保護的組成船舶電力系統(tǒng)綜合保護的對象是：發(fā)電機的保護（過載、短路、欠壓和逆功率），船舶電網(wǎng)的保護（過載、短路保護、岸電相序及斷相），變壓器及電動機保護。集大輪機自動化4.2.2船舶電網(wǎng)的保護參數(shù)的調(diào)整船舶電網(wǎng)的保護是指系統(tǒng)出現(xiàn)過載或短路時對電纜的保護。在交流電網(wǎng)中，若接有岸電，尚需對岸電進行相序保護和斷相保護。集大輪機自動化第五節(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。集大輪機自動化5.2采用計算機控制的船舶電站系統(tǒng)的操作和管理要點電站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖8-8所示。電站控制系統(tǒng)中有三臺發(fā)電機，每臺機組的控制單元擔任自動控制，手動控制由開關(guān)操作，手動和自動都通過各自的電路進行控制。手動操作是必須保留的，《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》規(guī)定：“當自動化系統(tǒng)失效時，能保證在機旁對機電設(shè)備進行有效的人工操作?！奔筝啓C自動化當電站中運行機組出現(xiàn)故障時，備用機組應自動啟動并投入電網(wǎng)，保持電網(wǎng)連續(xù)供電。備用機組的臺號由“備機選擇”開關(guān)（圖8-8中S1）設(shè)定。船舶電站的發(fā)電機數(shù)目一般在三臺以上，一臺機組運行時，不運行機組的備用設(shè)置有一個是否有后續(xù)的問題。例如一個有四臺機組的電站，2號機在供電運行，如果設(shè)定3號機為第一備用，余下的機組究竟哪臺機作為第二備用呢？也就是說運行的2號機出現(xiàn)故障時，3號機應自動啟動投入運行，但是如果3號機啟動失敗或合閘失敗，啟動指令應轉(zhuǎn)移給4號還是1號呢？一般是采用順序后續(xù)的方法。如果設(shè)定3號機為第一備用，4號機就自動成為第二備用，1號機就成為第三備用。5.2.1備用機組的設(shè)置集大輪機自動化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：電壓過高（或過低）、頻率過高（或過低）和失電。對電網(wǎng)故障的處理要遵循“連續(xù)供電”的原則。集大輪機自動化5.2.3發(fā)電機故障處理1、起勵失敗2、自動同步失敗3、合閘失敗4、ACB異常分閘

集大輪機自動化5.2.4柴油機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