第七章 船舶電站自動化基礎(chǔ)知識

第七章船舶電站自動化基礎(chǔ)知識船舶電站自動化基本功能發(fā)電機(jī)組能自動起動及自動停車等發(fā)電機(jī)組能自動并車電壓及無功功率的自動調(diào)節(jié)頻率與有功功率的自動調(diào)節(jié)重載詢問船舶電站的綜合保護(hù)第一節(jié)發(fā)電機(jī)組的自動起動一、起動前的準(zhǔn)備預(yù)熱冷卻水管連通預(yù)潤滑包括周期性自動預(yù)潤滑和一次性注入預(yù)潤滑二、自動起動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三、發(fā)電機(jī)組自動起動順序的選擇第三節(jié)同步發(fā)電機(jī)的自動并車并車基本要求并車過程中沖擊電流不能超過允許值發(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度自動準(zhǔn)同步并車的主要內(nèi)容脈動電壓（頻差電壓）的檢測恒定超前角的獲得頻差的大小和方向的檢測電壓差閉鎖環(huán)節(jié)自動準(zhǔn)同步并車裝置的基本構(gòu)成第三節(jié)電壓與無功功率的自動調(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↑

無功電流↑電樞去磁作用↑

U↓(能導(dǎo)致用電設(shè)備過熱)指標(biāo)要求負(fù)荷從滿載到空載，再從空載到滿載，穩(wěn)態(tài)電壓變化率不超過±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％）的時間<1秒自動電壓調(diào)節(jié)器類型按擾動量（負(fù)載電流）進(jìn)行調(diào)節(jié)的開環(huán)控制系統(tǒng)，習(xí)慣上稱相復(fù)勵系統(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)勵系統(tǒng)一、復(fù)勵的基本概念自勵（直流發(fā)電機(jī)）：需要并激繞組BQ（產(chǎn)生磁場）復(fù)勵：加串激繞組CQ，用負(fù)載電流變化（擾動量）補(bǔ)償電壓變化（曲線2）二、相復(fù)勵原理需要復(fù)勵而且要反映相位，所以，自勵分量和復(fù)勵分量必須在交流側(cè)相加相復(fù)勵類型電流相加，電磁相加，電勢相加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，不能實現(xiàn)復(fù)勵，Zk為純電阻，不能實現(xiàn)相復(fù)勵二、相復(fù)勵原理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，不能實現(xiàn)復(fù)勵，Zk為純電阻，不能實現(xiàn)相復(fù)勵2.電磁相加的相復(fù)勵BF為實現(xiàn)復(fù)勵用的三繞組變壓器：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)勵磁系統(tǒng)有兩個回路：電壓回路通過移相電抗器Xk、電壓繞組W1來反映發(fā)電機(jī)電壓，以實現(xiàn)自勵，建立發(fā)電機(jī)空載電壓。電流回路（復(fù)勵）通過電流互感器W3來反映負(fù)載電流的變化，并與電壓回路共同作用來反映負(fù)載功率因數(shù)的變化三、發(fā)電機(jī)間無功功率的自動分配1.電壓調(diào)差特性電壓調(diào)差特性：單臺發(fā)電機(jī)端電壓隨無功電流變化的過程發(fā)電機(jī)間的無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)組無功功率分配均為δ=0，無功功率不能穩(wěn)定分配均為δ

<0，發(fā)電機(jī)組不能穩(wěn)定運行若一臺δ

<0，另一臺δ=0，則總的無功功率的變化全由δ=0發(fā)電機(jī)承擔(dān)實際應(yīng)用：每臺均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)（勵磁繞組）均壓線連接，是將轉(zhuǎn)子的激磁繞組并聯(lián)起來，適用于相同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行（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，將各個移相電抗器并接起來，適用于不同容量的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行第四節(jié)頻率與有功功率的自動調(diào)節(jié)頻率與轉(zhuǎn)速成正比f=P?n/60頻率變化的主要原因是系統(tǒng)中有功功率不平衡，即原動機(jī)輸出功率與發(fā)電機(jī)功率不相等對調(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：瞬時調(diào)速率不大于10％；穩(wěn)定調(diào)速率不大于5％；穩(wěn)定時間不大于7秒。對有功功率分配規(guī)定：并聯(lián)運行的交流發(fā)電機(jī)，當(dāng)負(fù)載在總額定功率的20％～100％內(nèi)變化時，能穩(wěn)定運行。各發(fā)電機(jī)實際承擔(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)速器接受兩個信號：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機(jī)油門的控制，會降低調(diào)速過程中轉(zhuǎn)速的波動范圍，提高調(diào)速性能，調(diào)節(jié)過程結(jié)束能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速偏差和有功功率之差均為零。二、并聯(lián)運行機(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差特性。單機(jī)運行可采用無差調(diào)速特性并機(jī)運行時，若兩臺均為無差，有功功率無法確定，很容易出現(xiàn)一臺機(jī)組過載，另一臺空載，不穩(wěn)定；若一臺為無差，另一臺為有差，有功功率的變化只能由具有無差調(diào)速特性的機(jī)組來承擔(dān)；實際應(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)生故障或非常運行時，快速、準(zhǔn)確地把故障從系統(tǒng)中自動脫開，保證非故障部分能繼續(xù)正常運行。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（原動機(jī)）和自動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)、過載保護(hù)、欠壓保護(hù)和逆功保護(hù)。一、過電流保護(hù)（短路和過載）1.短路保護(hù)屬于發(fā)電機(jī)運行中的故障狀態(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)使離開短路點最近的自動開關(guān)中的過電流脫扣器動作。外部短路保護(hù)要求：短路延時保護(hù)的動作電流為3～5倍的發(fā)電機(jī)額定電流，動作時限整定為0.2～0.6秒；短路瞬時保護(hù)動作的電流整定為5～10倍發(fā)電機(jī)額定電流，瞬時動作使發(fā)電機(jī)跳閘。2.過載保護(hù)是指發(fā)電機(jī)輸出的功率或電流超過額定值長時間過載運行后果：發(fā)電機(jī)組過熱，絕緣老化，以及原動機(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)一定的過載電流：1.1倍額定電流為2h；1.25倍30min；1.35倍5min.所以過載保護(hù)應(yīng)有適當(dāng)?shù)难訒r時間。對無自動分級卸載裝置的發(fā)動機(jī)，過載保護(hù)動作電流可整定為發(fā)電機(jī)額定電流的125％～135%,延時15～20秒。解決發(fā)電機(jī)過載兩種辦法：增機(jī)并網(wǎng)和分級卸載保護(hù)分級卸載：把用電設(shè)備按其重要性分成級別組，分級分時卸載。一般為一級或兩級。在采用二級卸載時，先卸一級（次要負(fù)載）再卸二級。分級卸載的時限應(yīng)比過載保護(hù)延時短，對有分級卸載裝置的發(fā)動機(jī)，過載保護(hù)動作電流為額定電流的150％，延時10～20秒。而一級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7～12秒卸載。分級卸載原理框圖由電源、電壓檢測、電流檢測、鑒幅器和延時電路等組成二、欠壓保護(hù)電網(wǎng)電壓下降原因：持續(xù)性短路故障，或自動電壓調(diào)整裝置失靈危害：發(fā)電機(jī)電流增大、過熱、絕緣損壞。電動機(jī)轉(zhuǎn)矩下降、轉(zhuǎn)速下降，會發(fā)熱或堵轉(zhuǎn)。欠壓保護(hù)任務(wù)：從電網(wǎng)上自動脫開或并電時合不上閘，是通過發(fā)電機(jī)主開關(guān)中的欠壓脫扣器實現(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)有延時的欠壓保護(hù)的整定值為70～80％額定電壓，延時1.5～3秒跳閘，低于70％額定電壓瞬時動作跳閘；無延時時的欠壓保