2023/2/41第二部分計算機控制的船舶電站12023/2/42船舶電站的熱點技術采用現場總線技術的網絡型電力管理系統（PMS）中壓（高壓）電力系統22023/2/43電力管理系統（PMS）集中式：一套微機控制。分布式：每臺副機配置一臺微機（或PLC），再設一臺上位機。網絡型：每臺副機配置一個控制模塊，各模塊通過現場總線（如CAN總線）連接。32023/2/44一、計算機控制

船舶電站的主要功能和組成（1）母線電壓自動控制(AVC)（2）發電機無功功率自動控制(ARPC)（3）母線頻率自動控制(AFC)（4）發電機有功功率自動控制(APC)（5）發電機自動準同步并車控制(ASYC)（6）故障機組自動解列(ACC)（7）負載分級切除(PTC)（8）發電機運行臺數控制(ARC)（9）原動機自動起動(EASC)（10）故障監視及報警(MONIT)2023/2/45（一）電壓與無功功率的自動調節維持供電電壓的穩定是保證供電質量的主要措施之一。電壓是否穩定取決于發電機的自動勵磁裝置(自動電壓調節器)的性能。勵磁控制系統是發電機的重要組成部分，它的主要任務是根據發電機的各種運行狀態，維持同步發電機的端電壓恒定(額定電壓)、合理分配發電機間的無功功率、在船舶電網發生短路故障時，有強行勵磁功能，加速短路后的恢復速度，保持電力系統運行的穩定性和繼電保護裝置動作的可靠性。2023/2/46（一）電壓與無功功率的自動調節1、發電機的自動勵磁裝置的基本要求：

1.靜態特性和動態特性《鋼質海船入級規范》的規定：靜態電壓調整率主發電機

UW

ΔU≤±2.5%Ue

應急發電機UW

ΔU≤±3.5%Ue動態電壓調整率：突加或突卸60%Umim~manΔU≤(﹣15%～20%)Ue恢復時間:Tw≤1.5s2023/2/472.強行勵磁

從提高發電機并聯工作穩定性和電動機運行穩定性以及繼電保護裝置動作的準確性等觀點出發，要求調壓器的動作要迅速。解決這個問題的方法之一實現強行勵磁。也就是要求勵磁系統應能在保證最短的時間內，把勵磁電流升高到超過額定狀態時的最大值，以使發電機的電壓迅速得到恢復。這就要求調壓器應具有一定的強行勵磁能力。

2023/2/483.自勵恒壓裝置的分類主要類型：不可控相復勵自勵裝置；可控相復勵自勵裝置；可控硅勵磁自動調整裝置；用于無刷發電機的勵磁自動調整裝置；用于諧波勵磁發電機的勵磁自動調整裝置。根據勵磁調整方式和工作原理，勵磁方法大致可分為：

①按發電機電壓偏差調節方法（靜態特性好）②按負載電流和功率因數調節（動態特性好）③復合調節（AVR）2023/2/492023/2/4102、交流發電機電壓調節特性的基本概念電壓調節特性：發電機端電壓隨無功電流變化的關系。被調量Uf隨IQ而變化的程度叫做電壓調差系數KC，由曲線的傾斜度來表示，即廣泛應用在實船發電機上的調壓特性曲線是下傾的一條直線，即Kc大于0，稱為下傾的有差特性，通常Kc可整定在5%以內。2023/2/4113、并聯運行機組為實現無功功率的均勻分配對各臺發電機電壓調差特性的要求電網上只有一個電壓。電網上有幾臺機組并聯運行時，電壓是各臺發電機電勢共同作用的結果。當手動或自動調節任意一臺發電機的勵磁電流時，就會改變該臺發電機本身產生的電勢的大小，同時會改變負載的承擔，也會改變電網電壓。并聯運行發電機間無功功率分配的關系，主要由電壓調節性曲線所決定。也就是說，同步發電機間無功功率的自動分配，實際是通過自動電壓調整器自動調整勵磁電流、以調整發電機電壓的辦法來實現的。因此，自動電壓調整器不僅擔負著調整電壓的任務，同時，還擔負著自動調整分配無功功率的任務。《鋼質海船入級規范》對無功功率的分配要求為：“……各機組所承擔的無功負載與總無功負載按機組定額比例分配值之差，應不超過下列數值較小者：①最大機組額定無功功率的±10%；②最小機組額定無功功率的±25%”。2023/2/412鋼質海船入級規范要求：（1）調速器瞬時調速率≤10%穩定調速率≤5%穩定時間≤5s

（2）有功功率的分配發電機實際承擔的有功功率和按發電機額定功率分配比例的計算之差，不應超過最大機組額定功率的±15％；最小機組額定功率的±25％。（二）頻率與有功功率的自動調節2023/2/4131、原動機調速器的調速特性采用機械調速器的調速系統是按轉速偏差進行調節的反饋控制系統，其調節特性是比例控制的有差調節。當發電機的負荷功率變化時，調速器能自動地調節油門的大小，維持發電機組轉速（頻率）的變化在一定范圍內，此過程稱為一次調節。由于一次調節不能保持轉速（頻率）的恒定，為了維持額定轉速（頻率）還需進行二次調節，即由自動調頻調載裝置（或手動）調節調速器彈簧的預緊力，改變油門的大小。反映在坐標平面上就是將調速特性曲線作上、下平移。2023/2/414有差調速器單機運行時轉速（或頻率）的調節過程2023/2/4152、不同調速特性發電機的并聯運行要使兩機之間的功率能夠按容量成比例分配，只有兩特性曲線的斜率一致。由于特性總是存在一定的差別，為了使電網頻率不致于隨負載變化過大，又要使功率穩定地分配，特性曲線的下降率應在3%左右、不超過5%，以保證有功分配偏差在10%以內。2023/2/416基本功能：（1）能自動維持電力系統頻率為額定值；（2）能按參與并聯運行各機組的容量以既定比例或其它既定自動方式控制負荷分配；（3）接到“解列”指令時，能自動進行負荷轉移，待其負荷接近零時（≤5%），使其發電機的斷路器自動分閘。基本組成：

●頻率變換器

●有功功率變換器

●有功功率分配器

●調整器3、自動調頻調載裝置2023/2/417（三）交流發電機的自動并車對并車操作的要求：其一，并車過程中沖擊電流不能超過允許值；其二，發電機投入電網后能迅速拉入同步。1.自動準同步并車條件（1）待并機組的相序與運行機組(或電網)的相序一致。（2）待并機組的電壓與運行機組(或電網)的電壓有效值相等。（3）待并機組電壓的初相位與運行機組(或電網)電壓的初相位相同。（4）待并機組電壓的頻率與運行機組(或電網)電壓的頻率大小相等。2023/2/418自動并車裝置的基本環節與組成同步合閘圖1-2-9報警調節油門2023/2/419（四）船舶發電機組的自動控制1.備用機組的自動起動備用機組處于“備好”狀態的標志：燃油、壓縮空氣正常；有預熱和預潤滑；無阻塞（故障已復位）操作選擇開關置“自動”位置。（1）起動前的預潤滑預潤滑控制方式：①周期性自動預潤滑；②非周期性預潤滑；③一次注入式預潤滑。2023/2/420預潤滑:

非周期性自動預潤滑（電動預潤滑泵）周期性自動預潤滑（電動預潤滑泵）一次注入式預潤滑

（氣動柱塞泵）

①非周期性自動預潤滑

副機一停，預潤滑泵就開始泵油，直至副機起動成功。

②周期性自動預潤滑

副機停機后，預潤滑泵工作：運行—停機—運行—停機，直至副機起動成功。

③一次注入式預潤滑

僅在副機起動時工作，先泵油、后起動。（2）預熱（暖機）2023/2/421（3）機組自動起動控制裝置功能（圖1-2-10）①應有“自動”、“機旁”、“遙控”操作方式的轉換，并能滿足：“機旁”優先于“遙控”，“遙控”優先于“自動”。②對自動起動的各種準備工作進行邏輯判斷和監視。例如，確認機組已檢修完畢；轉換開關已置于“自動”位置；有預潤滑、預熱；有足夠起動動力；本機處于靜止狀態。③接到起動指令時能自動起動柴油機。當轉速和滑油壓力達到規定值時，發出起動成功信號。④—個起動指令，可以允許三次起動。⑤適當控制起動時的給油量，柴油機自行發火后，應切斷起動動力源。2023/2/422⑥”中速運行”和“加速”控制。⑦轉速上升到額定值的90%時，即可認為整個起動加速程序完成了，應自動切斷本機的預潤滑系統，并經適當延時(約幾十秒)以后，對本機的滑油壓力進行監視。柴油機所需的其它監視，無須延時。⑧超速保護。即當柴油機轉速超過額定值15%時，延時2~3s停機，同時發出報警信號，禁止柴油機再次起動。⑨如果因為柴油機本身的故障(如起動失敗、滑油壓力低、冷卻水高溫、排煙溫度高等）而導致停機時，應發出“阻塞”信號，使該機的自動起動控制程序阻塞，并發出聲光報警，待排除了故障、手動“解除阻塞”后，才能恢復自動功能。⑩自動起動、停機控制器具備“模擬試驗”的功能。2023/2/423（4）備用機組起動條件出現下述任一條件時，自動控制系統就應發出“增機”指令，起動備用機組。①經延時判斷，確認運行機組重載；②運行機組的滑油壓力低；③運行機組冷卻水溫度高；④電網突然斷電；⑤經重載詢問，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。2023/2/4242.運行機組的自動解列與停機（圖1-2-11）（1）發電機組的解列當兩臺及以上發電機組并聯運行時，若因電網負荷降低到可以停掉一臺發電機組時，應自動發出“解列”指令。或者，運行中的某臺發電機組因發生運行不正常(例如冷卻水出口溫度高等)時，系統可以先自動起動備用機組，并車后再轉移負載，解列指令發出后，通過自動調頻調載裝置將待停發電機組的負載轉移給其它運行發電機組后，再將該機ACB分閘。對于因電力系統負荷降低而形成的解列指令，究竟解列哪一臺發電機組好呢?為了使電網中各臺發電機組累計的運行時數趨于一致，最好做到總是解列先投入運行的發電機組。2023/2/425對于運行中的某臺發電機組因發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“運行不正常”現象的識別信號，可以分為兩級：一級作為預報；一級作為保護裝置的動作極限。預報級信號可以用來要求起動備用機組，以便贏得時間，等待備用發電機組起動和并車后再解列不正常的發電機組。當然，這種期望是建立在不正常的發電機組還可以堅持一段時間的基礎上。顯然，這一段時間決定于兩方面：一方面是備用發電機組的起動、加速、并車和負載轉移所需的總時間，當然越短越好；另一方面是不正常現象發展的速度，它發展到保護裝置的動作極限時，如果并車尚未成功，則因保護裝置動作而造成電網失電。2023/2/4263.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時，必須首先判斷電網中的功率是否允許直接進入。對有特大負荷的船舶，當特大負荷（如集裝箱船上的側推器)請求時，可能要形成增加兩臺備用機組的請求。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入控制箱內的控制電路，而是送入自動電站管理系統中，管理系統經過判斷是否有必要起動備用機組，只有在電網上的功率余量足夠時，才由管理系統發出起動這一大功率負荷的指令，此大功率負荷才投入運行。2023/2/4274.發電機組自動順序起動備用機組的起動通常是在控制系統中設置固定順序，可按機組的編號依次循環。例如，一個具有三臺發電機組的自動電站按1-2-3-1的順序來決定備用機組的起動。在電站中有三臺機組的情況下，需要增機的幾種情況：（1）單機運行不正常或重載，要求增機；（2）單機運行，突然跳閘，電網失電；（3）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”應傳遞給最后的一臺。（4）并聯運行，要求增機，則起動最后一臺備用機組。上述（3）、（4）兩種情況發生時，則是系統的機組“已經用完”，故自動電站還應設置監視“系統用完”的信號指示電路，以便引起管理人員的注意。2023/2/428INT-中斷輸入單元SET-設定器DISP-顯示單元DSI-數字量調節輸入單元集中式微機控制的電站單線圖P19圖1-2-1二、采用計算機控制的船舶電站系統2023/2/429單元式微機控制的電站控制系統結構圖A線-電網信號輸入；B、C線-發電機運行信號輸入；D線-柴油機的運行信號輸入；E線-操作信號輸出；F線-ACB和柴油機的狀態信號輸入；G線-備用機組設置信號輸入；H線-詢問和閉鎖信號線輸出。2023/2/430二、采用計算機控制的船舶電站系統的操作和管理要點（二）電網故障處理典型故障：電壓過高(或過低)、頻率過高(或過低)和失電。處理方式：報警、起動備用機組。1級故障（輕度故障）：不停機交換機組。2級故障（嚴重故障）：短時停電交換機組。（三)發電機故障1.起勵失敗