第七章 船舶電站自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)

第七章船舶電站自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)船舶電站自動(dòng)化基本功能發(fā)電機(jī)組能自動(dòng)起動(dòng)及自動(dòng)停車等發(fā)電機(jī)組能自動(dòng)并車電壓及無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率與有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)重載詢問(wèn)船舶電站的綜合保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)起動(dòng)一、起動(dòng)前的準(zhǔn)備預(yù)熱冷卻水管連通預(yù)潤(rùn)滑包括周期性自動(dòng)預(yù)潤(rùn)滑和一次性注入預(yù)潤(rùn)滑二、自動(dòng)起動(dòng)與停止指令的形成增機(jī)指令的形成減機(jī)指令的形成重載詢問(wèn)三、發(fā)電機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)順序的選擇第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并車并車基本要求并車過(guò)程中沖擊電流不能超過(guò)允許值發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)后能迅速拉入同步并車操作條件頻率條件頻差不超過(guò)1％0.5Hz電壓條件電壓差小于10％相位條件相位差小于15度自動(dòng)準(zhǔn)同步并車的主要內(nèi)容脈動(dòng)電壓（頻差電壓）的檢測(cè)恒定超前角的獲得頻差的大小和方向的檢測(cè)電壓差閉鎖環(huán)節(jié)自動(dòng)準(zhǔn)同步并車裝置的基本構(gòu)成第三節(jié)電壓與無(wú)功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)需要調(diào)節(jié)的原因船舶電站容量小，發(fā)電機(jī)與用電設(shè)備之間影響大機(jī)艙用電設(shè)備主要是感性負(fù)載，負(fù)載↑

無(wú)功電流↑電樞去磁作用↑

U↓(能導(dǎo)致用電設(shè)備過(guò)熱)指標(biāo)要求負(fù)荷從滿載到空載，再?gòu)目蛰d到滿載，穩(wěn)態(tài)電壓變化率不超過(guò)±2.5%,應(yīng)急發(fā)電機(jī)±3.5%從空載到50％的額定負(fù)載（電流），瞬態(tài)電壓變化率<±15%，且達(dá)到97％額定電壓（相差3％）的時(shí)間<1秒自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器類型按擾動(dòng)量（負(fù)載電流）進(jìn)行調(diào)節(jié)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，習(xí)慣上稱相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)按電壓偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)按電壓偏差和負(fù)載電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的復(fù)合控制系統(tǒng)，習(xí)慣上稱為可控相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)一、復(fù)勵(lì)的基本概念自勵(lì)（直流發(fā)電機(jī)）：需要并激繞組BQ（產(chǎn)生磁場(chǎng)）復(fù)勵(lì)：加串激繞組CQ，用負(fù)載電流變化（擾動(dòng)量）補(bǔ)償電壓變化（曲線2）二、相復(fù)勵(lì)原理需要復(fù)勵(lì)而且要反映相位，所以，自勵(lì)分量和復(fù)勵(lì)分量必須在交流側(cè)相加相復(fù)勵(lì)類型電流相加，電磁相加，電勢(shì)相加1.電流相加的相補(bǔ)償LH電流互感器，輸出Ii與負(fù)載電流成正比且同相Zk移相電抗器，輸出Iu與電網(wǎng)電壓成正比，相位落后90度Zk為0，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)勵(lì)，Zk為純電阻，不能實(shí)現(xiàn)相復(fù)勵(lì)二、相復(fù)勵(lì)原理LH電流互感器，輸出Ii與負(fù)載電流成正比且同相Zk移相電抗器，輸出Iu與電網(wǎng)電壓成正比，相位落后90度Zk為0，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)勵(lì)，Zk為純電阻，不能實(shí)現(xiàn)相復(fù)勵(lì)2.電磁相加的相復(fù)勵(lì)BF為實(shí)現(xiàn)復(fù)勵(lì)用的三繞組變壓器：電壓繞組W1和電流繞組W3構(gòu)成原邊繞組，W2為輸出繞組。QC為起壓用的諧振電容C0R0為整流電路的阻容保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)有兩個(gè)回路：電壓回路通過(guò)移相電抗器Xk、電壓繞組W1來(lái)反映發(fā)電機(jī)電壓，以實(shí)現(xiàn)自勵(lì)，建立發(fā)電機(jī)空載電壓。電流回路（復(fù)勵(lì)）通過(guò)電流互感器W3來(lái)反映負(fù)載電流的變化，并與電壓回路共同作用來(lái)反映負(fù)載功率因數(shù)的變化三、發(fā)電機(jī)間無(wú)功功率的自動(dòng)分配1.電壓調(diào)差特性電壓調(diào)差特性：?jiǎn)闻_(tái)發(fā)電機(jī)端電壓隨無(wú)功電流變化的過(guò)程發(fā)電機(jī)間的無(wú)功功率的分配取決于發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)差特性調(diào)差系數(shù)：δ＝－△Uo/△IQδ=0,無(wú)差特性。δ≠0，有差特性，水平線δ>0，正調(diào)差特性，向下傾斜；δ

<0，負(fù)調(diào)差特性，向上傾斜。2.并聯(lián)發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率分配均為δ=0，無(wú)功功率不能穩(wěn)定分配均為δ

<0，發(fā)電機(jī)組不能穩(wěn)定運(yùn)行若一臺(tái)δ

<0，另一臺(tái)δ=0，則總的無(wú)功功率的變化全由δ=0發(fā)電機(jī)承擔(dān)實(shí)際應(yīng)用：每臺(tái)均δ>0，且各δ盡量相等3.均壓線（兩種連接方法）一種是在直流側(cè)（勵(lì)磁繞組）均壓線連接，是將轉(zhuǎn)子的激磁繞組并聯(lián)起來(lái)，適用于相同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行（不同容量需串接電位器）3.均壓線（兩種連接方法）另一種是在交流側(cè)均壓線連接，將各個(gè)移相電抗器并接起來(lái)，適用于不同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行第四節(jié)頻率與有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率與轉(zhuǎn)速成正比f(wàn)=P?n/60頻率變化的主要原因是系統(tǒng)中有功功率不平衡，即原動(dòng)機(jī)輸出功率與發(fā)電機(jī)功率不相等對(duì)調(diào)速器的要求：當(dāng)突然卸去滿負(fù)載，或突然加上滿負(fù)載的60％穩(wěn)定后在加上余下的40％，滿足：瞬時(shí)調(diào)速率不大于10％；穩(wěn)定調(diào)速率不大于5％；穩(wěn)定時(shí)間不大于7秒。對(duì)有功功率分配規(guī)定：并聯(lián)運(yùn)行的交流發(fā)電機(jī)，當(dāng)負(fù)載在總額定功率的20％～100％內(nèi)變化時(shí)，能穩(wěn)定運(yùn)行。各發(fā)電機(jī)實(shí)際承擔(dān)的有功功率與按發(fā)電機(jī)總額定功率分配比例值之差，應(yīng)不超過(guò)發(fā)電機(jī)額定有功功率的±10%（相同額定功率）；最大發(fā)電機(jī)額定有功功率±10%和最小發(fā)電機(jī)額定有功功率±20%（不同額定功率）一、發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)及特性雙脈沖調(diào)速器接受兩個(gè)信號(hào)：發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速之差和發(fā)電機(jī)的有功功率之差。這種調(diào)速系統(tǒng)由于功差能參入原動(dòng)機(jī)油門(mén)的控制，會(huì)降低調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)速的波動(dòng)范圍，提高調(diào)速性能，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速偏差和有功功率之差均為零。二、并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)和有功功率的分配頻率的調(diào)節(jié)與有功功率的分配與調(diào)速器的調(diào)速特性有關(guān)調(diào)速器的調(diào)速特性分為有差特性和無(wú)差特性。單機(jī)運(yùn)行可采用無(wú)差調(diào)速特性并機(jī)運(yùn)行時(shí)，若兩臺(tái)均為無(wú)差，有功功率無(wú)法確定，很容易出現(xiàn)一臺(tái)機(jī)組過(guò)載，另一臺(tái)空載，不穩(wěn)定；若一臺(tái)為無(wú)差，另一臺(tái)為有差，有功功率的變化只能由具有無(wú)差調(diào)速特性的機(jī)組來(lái)承擔(dān)；實(shí)際應(yīng)用并聯(lián)機(jī)組均為有差調(diào)速特性調(diào)差系數(shù)KD=－?f/?pr

?P1=?pr?KD/KC1

?P2=?pr?KD/KC2結(jié)論：1）發(fā)電機(jī)組間有功功率分配與調(diào)差系數(shù)KC成反比，KC越小，功率分配量越大2）并聯(lián)運(yùn)行是穩(wěn)定的，但頻率是變化的。若KC1=KC2=KC

則KD=KC/2?P1=?P2=?pr/2第五節(jié)船舶電站的綜合保護(hù)電站保護(hù)裝置的基本任務(wù)：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或非常運(yùn)行時(shí)，快速、準(zhǔn)確地把故障從系統(tǒng)中自動(dòng)脫開(kāi)，保證非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。船舶電站綜合保護(hù)包括：電氣故障（發(fā)電機(jī)）、機(jī)械故障（原動(dòng)機(jī)）和自動(dòng)控制裝置故障的保護(hù)發(fā)電機(jī)故障保護(hù)包括：短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠壓保護(hù)和逆功保護(hù)。一、過(guò)電流保護(hù)（短路和過(guò)載）1.短路保護(hù)屬于發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的故障狀態(tài)（產(chǎn)生巨大電流）。它是不同相的導(dǎo)體直接碰在一起，有單相短路、兩相短路和三相短路，90％以上是三相短路（三相四線制）。主要原因是絕緣老化、絕緣被機(jī)械損傷及誤操作等。發(fā)動(dòng)機(jī)外部容易產(chǎn)生短路故障。選擇性脫扣：為了保證不間斷供電，應(yīng)使離開(kāi)短路點(diǎn)最近的自動(dòng)開(kāi)關(guān)中的過(guò)電流脫扣器動(dòng)作。外部短路保護(hù)要求：短路延時(shí)保護(hù)的動(dòng)作電流為3～5倍的發(fā)電機(jī)額定電流，動(dòng)作時(shí)限整定為0.2～0.6秒；短路瞬時(shí)保護(hù)動(dòng)作的電流整定為5～10倍發(fā)電機(jī)額定電流，瞬時(shí)動(dòng)作使發(fā)電機(jī)跳閘。2.過(guò)載保護(hù)是指發(fā)電機(jī)輸出的功率或電流超過(guò)額定值長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載運(yùn)行后果：發(fā)電機(jī)組過(guò)熱，絕緣老化，以及原動(dòng)機(jī)使用壽命縮短和零部件損壞等。發(fā)電機(jī)本身能承擔(dān)一定的過(guò)載電流：1.1倍額定電流為2h；1.25倍30min；1.35倍5min.所以過(guò)載保護(hù)應(yīng)有適當(dāng)?shù)难訒r(shí)時(shí)間。對(duì)無(wú)自動(dòng)分級(jí)卸載裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)，過(guò)載保護(hù)動(dòng)作電流可整定為發(fā)電機(jī)額定電流的125％～135%,延時(shí)15～20秒。解決發(fā)電機(jī)過(guò)載兩種辦法：增機(jī)并網(wǎng)和分級(jí)卸載保護(hù)分級(jí)卸載：把用電設(shè)備按其重要性分成級(jí)別組，分級(jí)分時(shí)卸載。一般為一級(jí)或兩級(jí)。在采用二級(jí)卸載時(shí)，先卸一級(jí)（次要負(fù)載）再卸二級(jí)。分級(jí)卸載的時(shí)限應(yīng)比過(guò)載保護(hù)延時(shí)短，對(duì)有分級(jí)卸載裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)，過(guò)載保護(hù)動(dòng)作電流為額定電流的150％，延時(shí)10～20秒。而一級(jí)卸載可按功率原則整定在100～125％額定功率，或按電流原則可整定在100～110％額定電流，延時(shí)7～12秒卸載。分級(jí)卸載原理框圖由電源、電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)、鑒幅器和延時(shí)電路等組成二、欠壓保護(hù)電網(wǎng)電壓下降原因：持續(xù)性短路故障，或自動(dòng)電壓調(diào)整裝置失靈危害：發(fā)電機(jī)電流增大、過(guò)熱、絕緣損壞。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降、轉(zhuǎn)速下降，會(huì)發(fā)熱或堵轉(zhuǎn)。欠壓保護(hù)任務(wù)：從電網(wǎng)上自動(dòng)脫開(kāi)或并電時(shí)合不上閘，是通過(guò)發(fā)電機(jī)主開(kāi)關(guān)中的欠壓脫扣器實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)欠壓保護(hù)是發(fā)電機(jī)外部短路的后備保護(hù)有延時(shí)的欠壓保護(hù)的整定值為70～80％額定電壓，延時(shí)1.5～3秒跳閘，低于70％額定電壓瞬時(shí)動(dòng)作跳閘；無(wú)延時(shí)時(shí)的欠壓保