船舶电站教案

第一章 船舶电站综述 本章重点：①船舶电力系统的基本组成 ②船舶电站自动化基本内容 ③运行工况分析 难点：理解运行工况分析

§1-1 船舶电力系统 一、 船舶电力系统基本组成 柴油机 ①电源：发电机←原动机 废气透平机 把一次能源变换为电能 汽轮机 电站 ②配电装置：控制、监视、保护、测量等 ③电网：输送电能 ④负载 见图1-1 二、 船舶电力系统的特点 1、电网容量小，单机容量小，电压低，电网短路，短路电流比较大，短路破坏性大 2、电压波动大，因为电动机容量与发电机容量相比拟，起动冲击电流大，U↓，为此，调速器动、静态特性好，自动保护装置、可靠灵敏。 3、工作环境恶劣 特点： 1、容量增大； 2、大功率，中压，中频参数 3、新器件，电子化，微机化 §1-2 船舶电站自动化

船舶电站自动化的目的：①提高电质量 ②保证供电的安全可靠 ③改善劳动强度和条件 ④提高电站运行经济性 一、 基本内容 1、原动机的控制：①自动起动、停车 ②自动频载调节（调速器来完成） ③轻、重柴油供给自动切换 ④废气涡轮加热器循环自动控制 2、发电机的控制：①自动调压 ②ACB自动合、跳闸 3、电网运行控制：①发电机组台数的控制（投入和解列顺序选择） ②自动并车 ③重载询问 ④自动调频调载 ⑤自动卸载 4、报警和保护： ①发电机组故障自动切除和保护 ②电站工况集中显示 ③召唤系统 ④故障和异常工况记录打印系统 图1-2 自动电站流程图 实现框图：P267《指南》图7-31 二、自动化船舶电站的控制方式 1、模拟量控制：调压器、调速器、单元 2、程序控制：自动起、停（继电、PLC） 微机自动控制系统 3、管理控制：（人工） 三、船舶电站机组控制 1、电站运行方式：《指南》P268 ①单机运行：电网失电→投入 先退后进 ②并联运行： 严重故障（一级故障）跳闸、断电→投入备用机组 轻故障（二级故障）先并后退 并车→解列故障机组 2、电站功率管理：（并联运行方式电站功率管理） ①按功率原则： 起动备用机80%Pe 解列运行机40%Pe ②按电流原则： 起动备用机95%Ie 解列运行机40%Ie 电流原则可防止发电机过载，但船网功率因数变化不大，普遍使用功率原则，因为测功器与自动调频调载共用 图1-3是一台废气机组与柴油发电机组的投入和解列控制的负载运行图，要求GD与GT并联运行 要求柴油机组应达到40%Pe，再增加负开GT来承担，GT达到100%时，电网再增加ΔPNet由GD承担，当GD达到90%Pe时，再起动第二台柴油发电机组。 1、卸载过程：先GD→40%Pe（10%Pe）→解列1台GD，电网P↓→GD→40%Pe，然后，再减少GT 2、废气了组G1或轴机GSh可单独运行 负载运行图见P279《指南》7-43 3、备用机组选择和暖缸、预润滑控制 投入顺序 1→2→3 或 3→2→1

解列顺序：与投入逆序，先投后退 4、故障停车 ①超速（原动机失控） ②滑油压力低 ③冷却水高 四、报警系统和运行工况监视 （1）监视和报警工况内容 表1-1 （2）监视方式 a :长时间监视 图1-4 P343KM-2机舱监视报警装置 b：巡视检测 图1-5 ①采样周期 ②无轻重，大家均等机会 c：时间分割多路传输监视方式 图1-6

第二章 船舶电站自动控制装置 本章重点：①自动并车装置 ②自动调压器 ③Q的分配和并联运行稳定性 ④自动调频调载装置 难点：取决于学生掌握电子技术程度和同步发电机原理

§2-1 船舶同步发电机组自动并车装置 一、为什么要并车运行 ①船舶电力负荷变化比较大 小负荷 单机 机组负荷率高 效率比较高 大负荷 双机 机组负荷率高 效率比较高 ②保证供电连续性 便于检修 二、同步发电机并车操作方法 1、自同期法：待并机拖到接近同步转速，先合上主开关，并立即给发电机加励磁依靠机组间自整步作用而拉入同步。 特点：①操作简单 ②合闸瞬间冲击电流，冲击转矩大，造成电网U↓历害。 一般船上少用 2、准同步法： 1）并车条件： 当待并车与电网之间： 实际操作： 2）特点：①冲击电流，冲击转矩小，对电力系统影响小 ②并车条件要求严，只要有一个满足都会造成很大的冲击电流 3）并车装置： 灯光明暗法 灯光法 灯光旋转法 a：手动并车 整步表法 粗同步法 半导体集成电路构成（模拟量） b：自动并车 微机（数字式） 一般船上具有：自动并车和手动并车，当自动并车装置出故障时，就采用手动并车 三、GAC-5C型船舶发电机组自动并车装置 （一）概况 特点：①使用中央微处理器（CPU）和综合信号传输及软件处理技术达到简化硬件 ②连续巡回监视、检测和自诊功能 ③具有手动控制，而且手动控制优先于自动控制 ④与保安系统独立 （二）系统结构 见图2-1 三大部分 1、手动控制： ①主开关控制：ACB BCS（Brealcer Control-System） ②调速器控制：Governot Control-System) ③柴油机控制：ECS（Engine Control-System） 独立于GAC-5C的操作控制电路 2、信号传输 它运行GAC-5C主单元与外部线路之间数据和控制信号的传输 它是采用传输线共享传输方法，这样可有效减少传输线 它采用两种类型： ① 开关量的传输TM：主开关位置，主开关控制，柴油机控制指令 ② 模拟量传输TMA：U，I 见《指南》P272 传输原理示意图2-2所示 工作原理：它是采用软开关Sa和Sb，根据时钟脉冲进行同步切换，以致于不同输入传输到接收端的不同寄存器单元，然后由CPU来读取或输出 例如：Sa在输入1位置，Sb也在寄存器输入1单元的1的位置，这样输入的信号就被传输到寄存器1，进行寄存，一直保持到下一次再输入。由时钟脉冲控制Sa切换到输入2，同时，Sb也同步切换到寄存器输入2信号的单元，进行传输，寄存，然后再切换到3„„，直到8个输入、传输一遍后，又从1号开始，就是这样周而复始扫描输入。只要这个扫描的速度足够高于输入量的变化速度（即满足采样定理：f采>2fmax）这种单线传输就相当于无开关的一一对应的多线并行传输效果。这种软开关是采用高速电子开关。 本传输系统只有6根导线： ①时钟脉冲（2根：CKP，CKN） ②信号传输线（2根：SIGP，SIGN） ③电源线（2根：+12V，com） 每8个输入为一组 发送器和接收器工作原理见《指南》P274 2、GAC-5C主控单元 图2-3 由工作电源，CPU处理器，输入、输出接口和自动整步控制等部分组成 ①直流工作电源：从船电24V直流电源通过有源滤波送到DC/DC变换电路进行稳压调节，获得稳压直流电源送给各个印刷板 ②CPU和记忆单元：它在EMW-1101A印刷电路板上，CPU是莫托劳拉的MC6802处理器，采用8位平行处理，EPROM有40K，RAM有16K ③输入、输出接口 a：模拟量输入接口（TMA）（EMW-1301） 这个模块包含有TMA传输系统的基本功能，如时钟脉冲发生。通过总线把模拟量通过本身的模数变换器变换的数字信号送到CPU处理板上，它有A/D，输入隔离电路等 b：开关量输入接口（EMW-1501） 这块模块包含有TM传输系统的基本功能，并且两个TM传输系统是相互独立，二个TM的数字量传送给CPU板通道是电气隔离的 c：并行输入/输出接口（EMW-1401A） 这块模块是直接连接GAC-5C主控部分的并行输入、输出与CPPU处理单元的接口，它平行输入给内部操作（EMW-1812）的报警器的开关信号，而平行输出调速器的上升或下降，主开关ACB合闸信号，当报警时，并行输出驱动报警发光二极管发光。 d：报警板和内部操作板（EMW-1812） 通过内部操作面上的按钮，对它内部参数进行整定，操作方式的设定等操作，由平行输入、输出口（EMW-1401A）送来各种报警信号，如CPU不正常，TMA不正常，TM不正常，A/D不正常，自动整步单元不正常等 ④自动整步部分（EIH-221.222） 发电机的电压由选择开关通过电压互感器降压隔离之后，送到自动整步部分，同样电网电压也是通过电压互感器降压隔离后送到自动整步部分，进行自整控制 （三）自动整步过程 1、同步条件检查（EIH-221） 电网和待并机的电压分别通过电压互感器PT降压隔离之后直接送到同步条件检查模块，进行检测两者，ΔU是在允许范围之内（一般整定3%），检查Δf是在允许范围之内（一般整为0.3Hz），若这些条件满足，插件面板上的合闸红色指示灯亮，合闸时捕获电路就在同相位提前一个时间（一般整定在130ms）（它是采用恒定越前时间原则），向输出接口模块（EIH-141）发出允许合闸信号。 2、频率预调（EIH-222） 同样，电网和待并机的电压通过互感器PT降压后直接送到频率预板（EIH-222），检查Δf，根据Δf产生一个调速控制信号，Δf<0，加速，Δf>0，Δf=f待- f网 减速，调速脉冲周期可整定在5s（它根据频差的大小和调速器的特性进行整定），调速器控制脉冲也是通过输出接口模块送出，使调速器的伺服马达正转或反转调速，当发出加速或减速信号时，EIH-222插件面板上的对应的红色指示灯会发亮。 3、输出接口（EIC-141） 合闸调速控制信号都通过该模块送出，它是把EIH-221，EIH-222和并行输入，输出接口（EMW-1401A）送来的信号进行放大，然后以继电的形式输出，其内部各个电路图如图7-45所示，同时相应的指示灯就亮。 §2-2 船舶同步发电机的自动励磁装置

（自动调压器） 一、概述 大家知道同步发电机的电枢反枢：