知識點1 船舶自動化電站的基本功能及船舶發(fā)電機組的自動起動與

1、船舶自動化電站的基本功能及船舶發(fā)電機組的自動起動與停機【背景知識】（background knowledge）船舶電站自動控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證船舶電站供電的安全可靠和改善勞動條件，提高電站運行的經(jīng)濟性；在具有要求多臺機組并聯(lián)供電的電站中，實現(xiàn)電站的自動化，必須將各個自動功能單元（模塊）有機地聯(lián)系，組成一個總體控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)能收集來自各臺柴油發(fā)電機組、斷路器、匯流排以及各主要負載的必要信息及參數(shù)，并加以分析、判斷，在一定的條件下，自動地采取符合邏輯的措施，處理電站運行中可能出現(xiàn)的各種情況，確保電力系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟地運行。系統(tǒng)控制功能框圖如圖8-2-1所示。一、船舶自動化電站的基本功能1

2、.發(fā)電機組操作方式的選擇自動電站中每一臺發(fā)電機組應(yīng)有三種可供選擇的操作方式：“機旁”、“遙控”、“自動”。并且按次序前者應(yīng)優(yōu)先于后者。僅當(dāng)某機組確定為“自動”方式時，它才納入總體控制系統(tǒng)的范圍。在機組發(fā)生故障的情況下，應(yīng)能自行“退出自動”（即所謂“阻塞”），非經(jīng)管理人員排除故障并自動控制“復(fù)位”，不得自行恢復(fù)“自動”功能。圖8-2-1 電站總體控制系統(tǒng)方框圖2.發(fā)電機組的自動起動當(dāng)柴油發(fā)電機組處于停機狀態(tài)時，如有令發(fā)電機起動的信號時，該機就能實現(xiàn)自動起動。3.自動準同步并車當(dāng)裝置接到合閘指令后，就自動進入并車程序，通過升速（或減速）控制使待并機組頻率高于電網(wǎng)頻率在0.10.5 Hz范圍內(nèi)，再進

3、行發(fā)電機與電網(wǎng)相位差檢測，當(dāng)相位差角<+10°時，發(fā)出超前時間為01 s的合閘信號，使待并發(fā)電機投入電網(wǎng)運行。4.自動恒頻及有功功率自動分配當(dāng)兩臺機組并聯(lián)運行時啟動調(diào)頻調(diào)載裝置與原動機調(diào)速器配合工作，使電網(wǎng)頻率維持恒定，偏差不大于±0.25 Hz，并使兩臺機組承擔(dān)的有功功率按機組容量成比例分配。5.自動恒壓及無功功率自動分配無論單機還是并聯(lián)運行，勵磁自動調(diào)節(jié)裝置總能保持電網(wǎng)電壓維持恒定，誤差不大于±2. 5% U。同時能調(diào)整并聯(lián)運行發(fā)電機的無功分配，使之合理分擔(dān)。6.自動分級卸載當(dāng)電網(wǎng)負載超過額定負載時，可分一次或二次卸掉次要負載。7.重載詢問當(dāng)需要起動大負

4、載時，應(yīng)先詢問運行發(fā)電機（電網(wǎng)）功率貯備是否滿足其用電和起動要求，若不能滿足時，則應(yīng)先起動備用發(fā)電機組并車后才允許該負載接人電網(wǎng)。8.重要負載分級起動 當(dāng)船舶電網(wǎng)因故障失電后又獲電時，為避免因負載同時起動造成的電流沖擊，甚至使發(fā)電機ACB再次跳閘，自動電站能夠?qū)χ匾撦d進行分級起動，按照在緊急狀況下各負載的重要性排好先后次序，并按其起動電流大小分組，然后按程序逐級起動，每兩級起動之間的時間間隔為36 s.9.自動解列 當(dāng)裝置接到解列指令后，進入解列程序，此時如電網(wǎng)總負載大于在網(wǎng)發(fā)電機的85%P，則自動取消解列指令；反之則進入負載轉(zhuǎn)移控制j當(dāng)負載轉(zhuǎn)移到10% P以下時，延時1 min后發(fā)出分閘信

5、號，解列成功。若在負載轄移過程中，在網(wǎng)發(fā)電機負載大于85% P時，自動取消解列指令，重新進入原來的調(diào)頻調(diào)載工況。為了對電站運行狀況做到適時控制，電站自動控制系統(tǒng)通常依靠各種傳感器對電力系統(tǒng)中的大量參數(shù)連續(xù)而自動地進行巡回檢測、數(shù)字顯示、報警和記錄，同時輸出信號，通過計算機或其他相應(yīng)的自動控制設(shè)備去控制有關(guān)設(shè)備的運行與停止。柴油發(fā)電機組巡回檢測、報警及保護的內(nèi)容有：1）對于柴油機：零轉(zhuǎn)速、點火轉(zhuǎn)速、中速運行、額定轉(zhuǎn)速；潤滑油壓力的低和過低；冷卻水出口溫度高和過高；各缸排煙溫度；柴油機運行時數(shù)累計等。2）對于發(fā)電機：電壓、頻率、功率、電流、功率因數(shù)；ACB的儲能、合閘、斷開。3）對于電網(wǎng)：匯流排電

6、壓、短路、絕緣狀態(tài)。4）對系統(tǒng)狀態(tài)及工作過程的監(jiān)視與指示：原動機的預(yù)熱、預(yù)潤滑；起動空氣壓力；運行控制方式選擇；正在起動；起動成功或失??；正在停機過程中；停機成功或失??；機組完車以及控制系統(tǒng)的工作電源等。自動電站控制系統(tǒng)的每一功能單元都有相對的獨立性，由總體控制系統(tǒng)將各部分工作有機地協(xié)調(diào)起來，在系統(tǒng)的安排上，應(yīng)充分利用各功能單元的獨立性，使系統(tǒng)運用起來更加靈活。例如，當(dāng)某部分出現(xiàn)故障時，仍可利用其他單元實現(xiàn)局部自動化或半自動化。二、船舶發(fā)電機組的自動起動與停機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(yù)熱和預(yù)潤滑、無阻塞、操作選擇

7、開關(guān)置“自動”位置則認為機組已進入“備好”狀態(tài)。1）起動前的預(yù)潤滑（Pre-lubrication）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，保證自身的滑汕循環(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(yīng)有起動前的預(yù)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(yù)潤滑有周期性自動預(yù)潤滑、非周期性預(yù)潤滑和一次性注入式預(yù)潤滑等方式。周期性自動預(yù)潤滑是在柴油機機帶滑油泵之外，另設(shè)一電動油泵，作為柴油機潤滑

8、油循環(huán)系統(tǒng)的另一個動力源。該電動油泵應(yīng)能實現(xiàn)自動控制，當(dāng)柴油機停機后，就開始工作，保證每隔一定時間（例如4h）接通電源泵油工作一段時間（如10 min），周期性地實現(xiàn)預(yù)潤滑，以待機組隨時起動。當(dāng)柴油機投入運行后，自動預(yù)潤滑油泵的控制電源立即斷開，由柴油機自動潤滑。對于非周期性預(yù)潤滑，只要機組一停，預(yù)潤滑油泵就開始工作；直至杌組啟動成功油泵才停止運行。 一次性注入式預(yù)潤滑是在柴油機潤滑系統(tǒng)中，接入一個柱塞式滑油泵，其中貯滿滑油，當(dāng)機器接到起動指令時，壓縮空氣先作用到柱塞式油泵，推動活塞，將其中所貯滑油通過滑油管系注入到機器需要潤滑的各部位，然后才開始起動柴油機。2）預(yù)熱（暖機）當(dāng)起動成功后，柴油

9、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，一般為了減少熟應(yīng)力，讓機器先在中速下運行一段時間進行預(yù)熱，預(yù)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(yù)熱狀態(tài)，當(dāng)備用機組起動成功后，可以較快地加速（甚至無須暖缸）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。3）機組自動起動控制裝置功能主柴油發(fā)電機組自動起動控制裝置必須具有以下功能：（1）應(yīng)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”，“

10、遙控”優(yōu)先于“自動”?！皟?yōu)先”是當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置“自動”時，也應(yīng)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(yù)潤滑、預(yù)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。（3）接到起動指令時能自動起動柴油機。當(dāng)轉(zhuǎn)速和滑油壓力達到規(guī)定值時，發(fā)出起動成功信號。（4）一個起動指令，可以允許三次起動，若三次失敗，應(yīng)給出起動失敗信號，并向總體邏輯控制單元發(fā)出“起動失敗”信號，以便由“總體”判斷采取其他措施。（5

11、）適當(dāng)控制起動時的給油量，柴油機自行發(fā)火后，應(yīng)切斷起動動力源。（6）“中速運行”和“加速”控制。若柴油機需要有“暖缸運行”的程序時，應(yīng)將油門控制于“暖缸轉(zhuǎn)速”下進行暖缸，并給予一定的“暖缸時間”控制，待時限到達后，再予以加速，直到接近額定轉(zhuǎn)速。對于不需暖缸的機器，可直接加大油門，使轉(zhuǎn)速迅速上升到額定轉(zhuǎn)速附近。（7）當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定值的90%時，即可認為整個起動加速程序完成了，應(yīng)自動切斷本機的預(yù)潤滑系統(tǒng)，并經(jīng)適當(dāng)延時（約幾+秒）以后，接入對本機的滑油壓力監(jiān)視。這是因為柴油機自帶的滑油泵，在潤滑系統(tǒng)中建立必要的油壓需要一定的時間，剛起動時，滑油壓力尚未達到應(yīng)有數(shù)值，這是正?，F(xiàn)象。若不經(jīng)延時接入監(jiān)視

12、，它將立即發(fā)出“滑油壓力低”的錯誤信號，造成不必要的報警，甚至自動停機。柴油機所需的其他監(jiān)視，無須延時。（8）具有超速保護（Over Speed Protection）。即當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速超過額定值15%時，延時23 s停機，同時發(fā)出報警信號，禁止柴油機再次起動。（9）如果因為柴油機本身的故障（一般有：起動失敗、滑油壓力低、冷卻水高溫、排煙溫度高、超速等）而導(dǎo)致停機時，應(yīng)發(fā)出“阻塞”信號，使該機的自動起動控制程序阻塞，并發(fā)出聲光報警。待輪機員排除了故障，手動“解除阻塞”后，才能恢復(fù)自動功能。 。（10）自動起動、停機控制器，具備“模擬試驗”的功能，使運行管理人員能在不影響柴油機的原始狀態(tài)下，校核控

13、制器的工作是否正常。通常用組合開關(guān)和指示燈來實現(xiàn)。柴油發(fā)電機組的自動起動程序，如圖8-2-2所示。圖中包括了“暖缸”工況（虛線框），這一步驟對某些柴油機可能不需要。在某些系統(tǒng)中，也可以做如下處理：將“起動”指令安排成兩種方式，一種是“正常起動”指令，讓機組有“暖缸”工況；另一種是“緊急超動”指令，例如航行中電網(wǎng)突然失電，要求備用機組立即起動供電，當(dāng)程序控制器接到這種指令時，可以自動越過“暖缸”程序。柴油機起、停程序可歸納為三種基本原則：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。按速度原則控制，即直接按速度擬定控制程序。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

14、。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。4）備用機組起動條件當(dāng)出現(xiàn)下述任一條件時，自動控制系統(tǒng)就應(yīng)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2.運行機組的自動解列與停機1）發(fā)電機組的解列圖8-2-2 自動起動程序方框圖當(dāng)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(yīng)自動發(fā)出“解列”指令?；蛘?，運行中的某臺發(fā)電機組因發(fā)生運行不正常（例如冷

15、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。對于因電力系統(tǒng)負荷降低而形成的解列指令，究竟解列哪一臺發(fā)電機組好呢？為了使電站中各臺發(fā)電機組累計的運行時數(shù)趨于一致，最好做到總是解列先投入運行的發(fā)電機組。對于運行中的某臺發(fā)電機組因發(fā)生運行不正常情況的解列指令，為了盡可能地不中斷供電，對于“運行不正?！爆F(xiàn)象的識別信號，可以分為兩級：一級作為預(yù)報；一級作為保護裝置的動作極限。預(yù)報級信號可以用來要求起動備用機組，以便贏得時間，等待備用發(fā)電機組起動和并車后再解列“不正?！钡?/p>

16、發(fā)電機組。當(dāng)然，這種期望是建立在不正常的發(fā)電機組還可以堅持運行一段時間的基礎(chǔ)上。顯然，這一段時間決定于丙方面：一方面是備用發(fā)電機組的起動、加速、并車和負載轉(zhuǎn)移所需的總時間，當(dāng)然越短越好；另一方面是不正常現(xiàn)象發(fā)展的速度，當(dāng)它發(fā)展到保護裝置的動作極限時，如果并車尚未成功。則造成因保護裝置動作而電網(wǎng)失電。2）運行機組的停機圖8-2-3 自動停機的程序框圖控制柴油機停機時，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（180 s），待溫度逐漸降低，然后才允許斷油停機。柴油發(fā)電機組的自動停機程

17、序，如圖8-2-3所示。3.重載詢問的功用及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。列人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(dāng)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。在大功率負荷起動箱上，按下起動按鈕，這一起動信號不是送人控制箱內(nèi)的控制電路，而是送人自動電站管理系統(tǒng)中，管理系統(tǒng)經(jīng)過判斷是否有必要起動備用機組，只有在電網(wǎng)上功率余量足夠時，才由管理系統(tǒng)發(fā)出起動這一大功率負荷的指令，此大功率負荷才授入運行。1）允許起動信號納入重載詢問功能控制的電動機的功率用P

18、m表示，各運行發(fā)電機的功率余量（剩余功率）總和用Ps表示，啟動詢問時控制系統(tǒng)把Ps與Pm進行比較，然后向該電動機起動器發(fā)出是否允許起動信號。（1）當(dāng)PsPm時：這表示電網(wǎng)有足夠的功率余量，允許該電動機起動，相應(yīng)的允許起動信號觸點接通，此時按該起動器的起動按鈕，電動機就可以起動。（2）當(dāng)Ps< Pm時：這表示電網(wǎng)的功率余量不足，不允許該電動機起動，相應(yīng)的允許起動信號觸點斷開，此時按該起動器的起動按鈕，電動機不會起動（這就是起動閉鎖）。這時控制系統(tǒng)自動起動一臺或更多臺備用發(fā)電機投入電網(wǎng)運行，然后發(fā)出允許起動信號。確定投入運行發(fā)電機的臺數(shù)控制系統(tǒng)接到起動請求并比較Ps和Pm后，如果得出要起動備

19、用機組投入運行，究竟是起動一臺還是更多臺，有的管理系統(tǒng)還可以作進一步判斷。當(dāng)?shù)谝慌_備用發(fā)電機起動投入運行后，電網(wǎng)的功率余量增加了這臺發(fā)電機的額定功率Pg，現(xiàn)以Pss表示預(yù)期功率余量，則有Pss=Ps+Pg，現(xiàn)在再用預(yù)期功率余量Pss與Pm相比較。當(dāng)PssPm時：這表示電網(wǎng)已有足夠的功率余量，允許該電動機起動，相應(yīng)的允許起動信號觸點接通，此時按該起動器的起動按鈕，電動機就可以起動。當(dāng)Pss< Pm時：這表示電網(wǎng)的功率余量還是不足，應(yīng)再起動一臺備用發(fā)電機組。（3）大功率電動機起動器的“起動詢問”電路工作原理圖8-2-4 起動器起動詢問原理圖起動詢問電路如圖8-2-4所示。在原來的起動線路中串

20、人“允許起動”觸點，這對觸點可以直接采用自動控制系統(tǒng)提供的；也可以是通過繼電器擴展的?？紤]到一般自動控制系統(tǒng)只輸出一對觸點，所以在起動器中設(shè)一個擴展繼電器K。起動按鈕S有兩對常開觸點，一對用于超動；一對用于起動詢問。當(dāng)詢問選擇開關(guān)S置于“詢問”位時，按下S，起動線路因K線圈未接通，接觸器K不動作；詢問線路接通，向自動控制系統(tǒng)發(fā)出起動詢問。允許起動時自動控制系統(tǒng)的相應(yīng)輸出觸點閉合，K線圈得電動作，指示燈亮，表示可以起動，再按下起動按鈕，K線圈得電動作，電動機起動運轉(zhuǎn)。同時K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。（4）重載起動詢問信號的處理起動詢問是在起動運行之前的操作，重載

21、起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，判斷是PsPm還是Ps< Pm。模擬運算執(zhí)行“備用發(fā)電機組的起動需求”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。納入這個功能的每臺起動器的詢問按鈕信號代表了一個確定的功率值，自動控制系統(tǒng)根據(jù)每個按鈕所代表的電動機功率，設(shè)定一組模擬的功率值與之對應(yīng)，起動詢問時取出進行比較。通常有兩種比較方法：一種是用對應(yīng)的模擬功率值與測得的電網(wǎng)功率余量相比較；另一種是把對應(yīng)的模擬功率值作為實際負載加入總和，得幽模擬的實際負載功率與設(shè)定的允許值相比較。前者較經(jīng)濟，后者較可靠。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起動詢問的，需要起動詢問的大功率電動機數(shù)量也很少，同時起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)起動詢問功能。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起動，負載在這個限定值以上不允許起動，只有在待備用機組投入后才允許起動。每臺發(fā)電機設(shè)置一個功率繼電器或電流繼電器，它的動作值為：功率動作值=發(fā)電機額定功率一設(shè)定功率余量一最大電動機功率或電流動作值=發(fā)電機額定電流一設(shè)定電流余量一最大