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第七章船舶电站第一节船舶电力系统一、船舶电力系统的组成及其基本参数1.船舶电力系统的组成船舶电力系统是由电源、配电装置、电力网及用电负载组成，如图7-1-1所示。图7-1-1船舶电力系统单线图（1）电源：包括发电机组和蓄电池组。主发电机组是船舶的主电源，主发电机不能供电时由应急发电机组或蓄电池组向船舶重要航行设备和应急照明系统供电。直流船舶电力系统用直流发电机组，交流船舶电力系统用交流发电机组。发电机组的原动机用得最多的是柴油机，其次是汽轮机，应急发电机均采用柴油发电机。近年来又有节能型主机轴带发电机、主机废气透平发电机等作为航行期间的电源。（2）配电装置：分为总配电盘、分配电盘（动力、照明分配电盘）、应急配电盘、蓄电池充放电盘及岸电箱。（3）电力网：是全船电缆电线的总称。其作用是联接电源和负载以传送电能。（4）负载：照明设备，甲板电力拖动机械（如锚机、舵机、起货机等），舱室电力拖动机械（如各类泵、空压机、空调、通风机，冷藏装置等），通信导航设备（如无线电收发报机、电罗经、雷达、无线电测向仪等）以及船内通信、广播和生活用电等设备。2.系统基本参数（1）电流种类（即电制）：直流或交流。（2）额定电压等级：我国交流船舶主电网额定电压为380V；照明电压220V；直流船舶额定电压有220V或110V。电源额定电压约比电网电压高5%，如发电机为400V，照明变压器为230V。国外建造的交流船舶电网电压有440V的。（3）额定频率等级：我国为50Hz。电网电压为440V的额定频率为60Hz船舶电力系统参数与陆上一致，便于接用岸电和采用陆用派生电器设备系列。二、船舶电网的组成、制式及分类1.船舶电网的组成由船舶电缆、导线和配电装置并以定的联接方式组成的整体，称为船舶电网。发电机产生的电能通过船舶电网分配给各处的用电设备，通常把主配电盘与分配电盘之叫的网络称为一次配电网络，而分配电盘到各用电设备之间的网络称为：二次配电网络。2.电网的制式船舶交流电网有三种线制，即三相绝缘的三相三线制系统、中性点接地的三相四线制系统和以船体为中线回路的中性点接地的三相三线系统，如图7-1-2所示。大多数船舶采用中性点不接地的三相三线制系统。这种系统供电安全可靠，因为动力与照明系统经变压器隔离，两者之间没有直接电的联接，相互影响小。特别是易出绝缘故障的照明系统对动力系统的影响大为减小。同时，发生单相接地时不会产生短路电流而跳闸，也不影响三个线电压的对称关系，能最大限度地保持连续供电。3.船舶电网的分类（1）动力电网：供电给电动机负载和大的电热负载的供电网络。负载可由主配电盘、分配电盘或分电箱供电。图7-1-2船舶交流电网线制（2）正常照明电网：由主变压器供电的照明网络；可通过主配电盘的照明负载屏供电给照明分配电盘、分电箱到照明灯具。（3）应急电网：主电网失电时的应急供电网络。它向特别重要的辅机、应急照明、各种信号灯以及通信和导航设备供电。在正常情况下，应急电网可通过联络开关由主配电盘供电。（4）小应急电网：由24V蓄电池组供电的网络。向小应急照明、主机操纵台、主配电盘前后、锅炉仪表及助航仪设备等供电。（5）弱电网：向全船无线电设备、各种助航设备、船内通信设备以及信号报警系统供电的网络。第二节主配电板的组成与功能主配电盘一般是由发电机控制屏、并车屏和负载屏及联接母线组成。1.发电机控制屏：用来控制、调节、监视和保护发电机组。每台发电机都有自己的控制屏。控制屏面板上部装有发电机的电流表、电压表、频率表、三相功率表及功率因数表（或千乏表），用于监视发电机的运行参数和负荷状态。电压表和电流表下面各设有三相测量转换开关，用于检查三相电流和电压的对称性。面板中部有发电机主开关的合闸和脱扣按钮及手动合闸手柄（有的装在面板里面）、原动机的调速操作开关（用于调节发电机的频率）。发电机的主开关是框架式万能空气断路器，装在屏的里面，既是开关又是发电机的保护装置。屏里面设有仪用电流互感器、电压互感器及逆功率继电器等。没有专用并车屏的，将并车整步用的整步表、整步灯及其转换开关等装在各发电机控制屏中位于中间的控制屏上。2.并车屏：对于发电机机组较多主配电盘较大的，为并车操作方便设专用并车屏。将整步表整步指示灯及其转换开关都装在并车屏的面板上，还装有用于检测电网和待并机频率的频率表及其转换开关。同时在并车屏上也装有各发电机的调速开关、合闸和脱扣按钮等，可在控制屏和并车屏两处分别操作。有粗同步并车的船舶，将同步电抗器及其控制和操作器件也置于并车屏中。3.负载屏：负载屏用来分配电能，并对各馈电线路进行控制、监视和保护。将电能馈送至重要的或大容量负载、分配电盘和分电箱。每一馈电线路在负载屏上都设有一个自动开关进行控制和保护，这些自动开关大多为装置式（或称塑壳式）自动空气断路器。负载屏上常设有电流表，并通过转换开关可测各馈电线路的负载电流。照明负载集中于独立的屏上，称为照明负载屏，上装有照明变压器开关和电流表、电压表及其转换开关等。负载屏上通常设有用于连续监测电网绝缘的绝缘电阻表和绝缘指示灯等。负载屏上还装有主配电盘与应急配电盘之间的联络开关、与岸电箱相连的岸电开关及相序指示灯。由主配电盘直接供电的设备：有舵机、锚机、消防泵、航行灯、无线电电源板、电罗经、电航仪器电源箱、苏伊士运河灯等重要负载，还有空压机、锅炉鼓风机等大容量负载。特别重要的设备，如舵机、航行灯等采用两条互相独立的馈电线进行双路供电。从主配电盘左右舷引出或从主配电盘及应急配电盘分别引出。3.汇流排（或联接母线）：是主配电盘所有屏公用的联接导体。安装在主配电盘里面、并横贯主配电盘的三条扁铜排。它们分别为交流的A（绿色）、B（黄色）、C（褐色）三相。有的汇流排由隔离开关分为两段或几段，断开隔离开关可进行部分设备的停电检修而不中断重要设备的供电。第三节应急电源系统一、应急电源系统的组成及功用我国钢质海船建造及人级规范）规定，客船及1000总吨以上的货船在一般情况下均府设有应急电源。应急电源必须独立于主电源。如果应急电源是发电机组，则必须有蓄电池作临时应急电源。1.应急电源系统的组成应急电源系统包括应急发电机组、应急配电盘和应急蓄电池组及其充放电板。组成应急电源系统的所有设备，还应包括作定期功能试验的一些设备。通常称应急发电机为大应急电源，称临时应急蓄电池组为小应急电源。2.应急电源的职能当船舶主电源失去供电能力时，应急电源应向应急用电设备供电，应急电源必须独立于主电源。应急电源可供使用的功率应能充分供应在应急情况下为安全所需的所有重要设备（如必要的照明、救生、通讯、消防等安全设施）的用电。3.对应急电源的连续供电时间和供电范围的要求（1）小应急蓄电池组容量应能保证指定的供电负载正常工作30min。（2）应急电源容量应能保证对应急用电设备连续供电的时间有如下规定：航区客船货船5000总吨10005000总吨无限航区36h6h3h国内沿海航行312h2h2h（3）根据钢质海船建造及人级规范规定，应急电源的供电范围：航行灯及各种信号灯应急照明：救生艇等救生设备存放处、登艇点及其舷外，梯道、出入口及脱险通道：超过16人的居住舱室和公共舱室，机器处所，集控室，主、应急电站，操舵间，驾驶室及海图室，无线电室，应急消防设备存储处。通信联络：探照灯、号笛，无线电设备，通用报警器、二氧化碳施放告警器。消防灭火：探火及火灾报警系统，尹动失火报警按钮，应急消防泵，消防自动喷水系统。其他：固定式潜水泵，舵机，应急空压机。（4）小应急电源主要是向上述需要应急照明处所的小应急电网的照明供电。二、应急发电机和应急配电盘应急发电机组和应急配电盘构成船舶应急电站，应急发电机和应急配电盘安装在艇甲板的同一舱室内。1.应急发电机组：由于柴油机有较好的独立性和机动性，应急时能迅速投入运行，因此应急发电机组均采用柴油发电机组。交流应急发电机一般为相复励自励恒压同步发电机。心急发电饥绀采用电动起动，均配有自动起动装置，既可手动起动也可自动起动，平时置于自动起动状态。当主电网失电时，经延时确认即可自动起动、自动合闸向应急电网供电。通常冷车起动时，可能一次起动一定成功，所以自动起动装置一般都是在30s内控制起动三次，三次起动失败停车并发出报警，当主电网恢复供电，应急发电机主开关自动跳闸，起动控制装冒门动关油门停机：应急发电机的原动机设有冷却水温和滑油压力报警。应急发电机组及其白动起动装置应定期进行试验，以使其经常保持良好的备用状态。2.应急配电盘：是由发电机控制屏和负载屏组成。屏上各开关设备的控制和保护功能以及各仪表监测功能与主发电机的控制屏基本相同。因它是独立运行的，故不设并车设备和逆功率保护、负载屏仅向全船应急负载供电。负载屏也分动力屏和照明屏，应急照明负载通过照明变压器供电。3.充放电板：足蓄电池组充电、放电及其控制、监视和保护的装置。充电电源，在交流船上多为桥式二极管或晶闸管整流器装置，并有交流电源开关及熔断器和向24V蓄电池组充电的总开关，以及监视充放电的直流电压表和电流表。非整流充电电源必须设有逆电流继电器保护，防止蓄电池向充电的直流发电机放电。放电回路，有小应急照明放电回路、操纵仪器和无线电通信设备放电回路。小应急照明每一分路设有短路保护熔断器，但不设分路开关，所有回路均由一接触器进行总的控制，当主、应急电网均失电时，该接触器接通小应急电网。其他设备则分别用控制开关送电。4.应急电源与主电源的联锁关系应急配电盘由独立馈线经联络开关与主配电盘联接，可看作是主电网的一个组成部分。应急电网平时可由主配电盘供电，只有当主电源失电时，联络开关，才自动断开，由应急发电机组独立供电。（1）应急电源与主电源之间的电气联锁：为防止发生应急电源和主电源非同步并联投入供电，故要求在心急发电机和主发电机之间应有联锁控制环节，即当主发电机正常供电时，自动断开应急发电机的自动起动电路，使应急发电机不能自动起动运行。一旦主电网失电，应急发电机纽的自动起动装置经延时确认是持续断电，则在30s内应急发电机自动起动，并自动合闸投入供电。并禁止通过联络开关向主配电盘供电，因此只有联络开关处于断开状态应急发电机的自动开关才能合上闸。当主发电机恢复供电时，应急发电机自动跳闸，然后自动（或手动）停机。图7-3-1为其联锁电路，KA为联锁继电器。当主发电机供电时，其主开关QF的常开辅触头闭合，KA线圈有电，KA常闭触头断开，使应急发电机的自动起动装置不能工作，并断开应急发电机主开关的失压线圈电路，使其不能合闸。只有主电网完全失电后应急发电机才能自动起动及合闸。（2）小应急电源与主发电机、应急发电机之间的联锁关系：当主电源失电，小应急立即动投入向小应急照明供电，直至应急发电机组投入供电或主发电机恢复供电时小应急自动退出：三、船用蓄电池1.蓄电池类型蓄电池（或二次电池）是一种可以充电并反复使用的电源。蓄电池是船上最可靠的电源，主要用作应急电源、应急柴油发电机组和救生艇柴油机的起动电源、无线电台应急电源，也是船内通信设备，如电话、广播、信号报警等系统的正常电源。图7-3-1主、应急发电机和岸电间的联锁环节船用蓄电池有两种类型：酸性蓄电池（或铅酸蓄电池）和碱性蓄电池。酸性蓄电池按用途可分为起动用、牵引车辆用、固定型及其他用途的等四种系列。酸性蓄电池历史悠久、用途广泛、价格低廉。船用蓄电池多为酸性蓄电池。碱性蓄电池有镉-镍、铁-镍、锌-银、镉-银等品种。碱性蓄电池工作电压平稳、可大电流放电、机械强度高和使用寿命长，但价格较高。2.蓄电池的工作原理蓄电池是利用电池极板上的活性物质的电-化学反应实现电能与化学能之间的相互转换。蓄电池放电时消耗活性物质，将化学能转换为电能；充电时活性物质得以恢复，将电能转换为化学能，是储能装置。（1）酸性蓄电池：负极为海绵状铅（Pb），电解液为密度1.201.29的稀硫酸溶液（H2SO4），正极的活性物质为二氧化铅（PbP2）。放电时两极活性物质逐渐变成硫酸铅，而电解液的硫酸减少、水增多，因此电解液比重下降；充电时则相反。电极反应可用下式表示Pb+2H2SC4+PbO2=PbSO4+2H2O+PbSO4酸性蓄电池组的单体蓄电池的额定电压为2V，蓄电池组额定电压有6V和12V两种类型，额定容量从40150A.h。充放电循环周期数100400。各种型号的酸性蓄电池使用方法（充放电制度、电解液比重等）不c尽相同。如起动用的6V蓄电池组的放电终止电压为525V，12V的放电终止电压为10.5V，其单体蓄电池的放电终止电压为1.75V。（2）碱性蓄电池：镉-镍、铁-镍碱性蓄电池，负极活性物质分别为海绵状镉、铁，正极活性物质都采用羟基氧化镍（NiOOH），电解液是比重为1.181.28的氢氧化钾（KOH）溶液。电极反应可用下式表示Cd+2NiOOH+2H2O=Cd（OH）2+2Ni（OH）2碱性蓄电池的单体额定电压为1.25V，放电终止电压8h放电率为1.1V、5h放电率为1.0V、1h时放电率为0.5V。3.蓄电池容量Q：蓄电池的容量就是蓄电池的蓄电能力。等于放电电流/（安培）与放电时间t（h）的乘积，以安培小时（Ah）表示，即Q=It（Ah）。酸性蓄电池以10h放电率作为容量标准；碱性蓄电池以8h放电率作为容量的标准。4.蓄电池在船上的使用：可采用两种方式，即充放电方式和浮充电方式。一般船舶都采用充放电方式，蓄电池大部分时间处于放电状态或备刚状态，因此需要定期充电以补充能量。（1）充放电方式有三种充电方法，即恒流充电：整个充电过程的充电电流始终保持不变；恒压充电：整个充电过程的充电电压始终保持不变；分段恒流充电：充电初期充电电流较大，当极板上有气袍冒出，单体屯池电压约升至2.4V时，改用小电流充电。酸性蓄电池在船上多采用分段恒流充电方法。碱性蓄电池多采用恒流充电，宜以8h率的放电制和7h率的充电制为最佳。也可大电流快速充电，而不影响电池的充放电寿命。若发生过放电（放电到极限电压以下）或极板硫化，应进行过充电，即在正常充电后再用小电流继续充电1h。（2）浮充电方式是充电电源、蓄电池、负载三者保持接通，电源一方面为负载供电，一方面为蓄电池充电，以补充放电和自放电所消耗的电能。5.蓄电池的日常维护（1）保持表面清洁，防止电解液外溢，接线夹和接线柱馀以凡土林以防锈蚀。（2）定期（1.520天）检查液面高度，应保持在高出极板上缘10mm20mm。否则应根据规定的比重补充蒸馏水或电解液。碱性蓄电池使用一年左右应重新更换电解液。（3）蓄电池室严禁烟火，保持通风良好。第四节发电机主开关的结构与功能船用发电机的主开关为框架式万能自动空气断路器，它既是一种非频繁通断的开关又是实现多种保护的电器。一、结构组成主开关通常是框架式结构，其主要组成部分有：触头系统（包括主触头和辅助触头）、灭弧系统（铁质灭弧栅片和绝缘材料的灭弧罩）、自由脱扣机构、保护系统（过流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器）及操作传动装置。1.触头系统：为了能切断大短路电流，每相的主触头通常是由并联的主触头、副触头和弧触头组成。合闸时弧触头、副触头和主触头依次先后接通，跳闸时三者断开的次序与合闸接通次序相反，以减轻主触头合、分闸时的电流负担，免遭电弧烧伤。多组辅触头实现必要的自锁、联锁等，如接通失压线圈、合闸分闸指示灯、不同开关之间的联锁关系等。2.灭弧系统：灭弧栅片将拉长的电弧分割为多段，短弧，使其迅速熄灭，保护触头。3.自由脱扣机构：其作用是使触头保持闭合或迅速断开。它是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。图7-4-1为不同开关状态时四连杆机构的工作状态示意图。手动合闸时将合闸操作手柄先拉下，使四连杆机构呈图（c）所示形状，然后向上推手柄合闸，如图（a）所示。当任何脱扣器动作时，其衔铁或顶杆释放，顶撞四连杆机构，使触头分开，即跳闸，如图（b）所示。各部分之间的作用关系如图7-4-2所示。图7-4-1自由脱扣机构示意图二、工作原理1.各脱扣器功能原理空气断路器的过流脱扣器、失压脱扣器和分励脱扣器实现保护性跳闸的作用原理如图7-4-3所示。图7-4-2万能空气断路器各部分之间的作用关系（1）过流脱扣器：当通过过流脱扣器线圈的电流过大时，其衔铁被吸合而撞击自由脱扣机构（图中的锁钩）使开关跳闸。所以利用过流脱扣器可实现对发电机外部短路保护，若配以延时机构可实现发电机过载的保护。（2）失压脱扣器：当失压脱扣器的线圈电压过低或断电时，其衔铁释放撞击自由脱扣机构使丹关跳闸。因此利用失压脱扣器对发电机的电压进行监视，实现欠压和失压保护。另一方面，当需要断开发电机的主开关时只须按动控制屏上的“分闸（或称脱扣）”按钮（常闭按钮）即叮跳闸。失压脱扣器是失压或欠压时动作的电器。空气断路器本身没有逆功率保护，但把逆功率继电器的常闭触头与失压脱扣器的线圈电路串联，当发生逆功时其触头断开，使开关跳闸，达到逆功保护的目的。图7-4-3各脱扣器工作原理由失压脱扣器的的动作原理可知，合闸时如果失压线圈没有电或电压过低将合不上闸，所以自动开关之间的联锁或互锁关系也往往是将其常闭辅触头串联在对方失压线圈的电路中，只要该开关合闸对方就不能合闸。（3）分励脱扣器：是通电动作的脱扣器，其线圈电路用常开按钮或常开触头控制，可实现远距离操作跳闸或联锁合闸的控制。2.合闸操作方式和原理自动开关有三种合闸操作方式，即手动合闸、电磁铁合闸和电动合闸。除非容量小的（200A以下）的断路器只有手动操作，一般船舶发电机的每一主开关除能手动操作外都有一种电磁铁合闸或电动机合闸操作。电磁铁或电动机合闸足靠电磁铁可动铁心的运动或电动机的转动使合闸弹簧储能，所以只须按动合闸按钮即可山储能弹簧完成快速合闸。当电磁或电动合闸失灵时则采用手动合闸。（1）手动操作不同型号的开关手动合闸的方式不同，但都是靠人力操作使合闸弹簧储能完成迅速合闸。例如DW-94型电动机合闸的自动开关，手动操作时，先将合闸手柄摇38圈左右，使弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续摇24圈，弹簧释放，开关快速合闸。DW-95和DW-98型是电磁铁合闸的，手动操作时，先将合闸手柄逆时针转110或90，然后再顺时针回转使合闸弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续转动，弹簧释放，快速合闸。AH型手动操作时，先将手柄扳向下方，弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，然后再扳向上方，弹簧释放快速合闸。图7-4-4DW-94型自动开关电动合闸控制电路手动机械脱扣机构：如果因故障按“分闸”按钮自动开关不能跳闸时，自动开关一般都设有手动机械脱扣机构。按下机械“分闸”按钮，使自由脱扣机构跳闸。应急锁扣：在特殊情况下，有时要求强制主开关不跳闸，为此专门设置了锁扣旋钮装置。平常锁扣指针指向“解扣”位置，应急时将锁扣指针转向“锁扣”位置，使它不能自动保护跳闸。（2）电动和电磁合闸控制电路图7-4-4为DW-94型自动开关的电动合闸控制电路。当发电机建立电压后，合闸电动机M通电转动，使合闸弹簧储能，直到凸轮将储能开关的常闭触头断开，M停止。自由脱扣机构处于“再扣”位置。当手动按合闸按钮SB1，电动机M再次接通转动使储能弹簧释放，开关快速合闸。红、黄、绿灯分别为“分闸”、“储能”、“合闸”状态指示灯。图7-4-5为AH型自动开关的电磁铁合闸控制电路。发电机建立电压后，按下电磁控制开关，继电器KA1通电动作，其常开触头KAl接通继电器KA2线圈电路；KA2动作，KA2常开触头接通合闸电磁铁线圈KM，快速将直动铁心吸上；利用铁心的质量和运动速度产生的冲击力，通过电磁合闸柱销直推动四连杆机构快速合闸。合闸后，自动开关的常开辅触头DW闭合接通继电器KA3，KA3的常闭触头使继电器KA1、KA2和KM依次相继断电，电磁铁复原，准备下次合闸。图7-4-5AH型电磁铁合闸控制电路三、装置式（或塑壳式）空气断路器常用作负载的自动开关，其结构和保护动作原理与框架式的基本相似。只是200A以下的一般没有失压脱扣器和分励脱扣器，其电磁过流脱扣器用于短路保护，用双金属片式热脱扣器实现过载保护，有的则仅有电磁脱扣器。自动保护跳闸后合闸手钮仍在合闸位置，重新合闸时须将合闸手钮扳下（分闸位置），然后再扳上合闸。第五节发电机的并车与解列在船上通常有三种情况需要并车操作。一是满足电网负荷的需求，当单机负荷达到80额定容量时，且负荷仍有可能增加，这时就要考虑并联另一台发电机；二是当进出港靠离码头、或进出狭水道等的机动航行状态时，为了船舶航行的安全，需要两台发电机并联运行；三是当需要用备用机组替换下运行供电的机组时，为了保证不中断供电，需要通过并车进行替换。将一台发电机投入电网并联运行，不能随便将待并发电机的开关与电网接通，不然会导致并车失败，严重时会导致全船断电，机组也将受到电磁的和机械的有害冲击。所以要求并车时应使合闸冲击电流最小，合闸后应能很快进入同步运行。为此并车必须满足一定的条件。一、三相同步发电机的并车和解列1.并车条件、操作程序和注意事项（1）并车条件理想并车条件是待并机的电压（u2）与运行机（或电网）的电压（u1）：有效值相等（U2=U，）；频率相等（f2=f1）；相位相同（或初相角相等）；相序一致。然而实际并车时前三个条件不可能达到完全一致，允许有一定的误差。而且也需要有一定的频率差才能并车。因此手动准同步并车条件是：有效值电压差U10，相位差f1，图（d）是f2f1。由图可见，除符合并联条件的（a）情况外，其他情况的两电压之差U=U2-U1，都不等于零，而且（c）和（d）的电压差和相位差是随着时间由零到最大、再由虽大到每周期性地变化。当U2变化到与U1180反相时，电压差最大，等于电压有效值的2倍，即 = =2U。由于在合闸前存在这种电压差，在合闸时必然引起冲击电流，电压差越大，冲击电流越大。冲击电流大就会使开关跳闸，甚至对机组造成损害。图7-5-2电压相量差此外，因为U2是以频差相对于f（=f1-f2）相对U1旋转，其旋转方向反映了频差的正负；旋转一周的时间T（=1/f）反央了频差的大小，故称T为频差周期。（3）并车程序起动待并机组。先检查起动条件：冷却水、滑油、燃油、起动气源或电源，然后起动。起动后检查发电；机的三相电压。是否建立起额定电压，是否缺相。进行频率预调。通过调速开关调整待并机组转速，使待并机与电网的频率接近。进行整步、合闸操作。将同步表选择开关转向待并机，先调整频差，使同步表指针3s5s转一圈；待指针转到接近红色“同相点”时按下合闸按钮。转移负载。即同时向相反方向调整两机组的调速开关，使新投入机“加速”、原运行机“减速”，直到两机功率表读数相等（同容量）。最后断开同步表，并车完毕。（4）并车整步时频差、相位差的检测方法由于发电机都有自动恒压装置，只须初始检查电压是否正常而不需要手动调节。一般情况下相序接线也是正确的。所以整步操作实际就是调整频差和相位差两个条件。检测方法：有整步表法和整步灯法，整步灯法又分灯光明暗法（简称暗灯法）和灯光旋转法（简称亮灯法），所以实际是有三种方法。多数船是同时采用整步表法与明暗法。整步表法：如图7-5-3所示，整步表指针相对于红色“同相点”的旋转反映的是待并机电压旋转相量相对于静止的电网电压相量的旋转，因此指针旋转一圈的时间就是频差周期T；指针向“快：的方向旋转即为正频差，f2f1几，向“慢”的方向转即为负频差，f2f1时，依L1L2L3的次序顺时针旋转；f2f1时，依L1L3L2的次序逆时针旋转。可见灯光旋转法能鉴别待并机的频率的“快”或“慢”，这是旋转法的优点。当灯光3s5s旋转一周（频差条件）和同名相的“标志灯”暗、两异名相灯同样亮（同相位条件）时，按下合闸按钮。如果出现灯光明暗法变成旋转法、或灯光旋转法变成明暗法，造成这种现象有两种可能，一是待并机与电网的相序联接错误；另一可能相序是正确的而整步灯接线错误。如果整步表接线是正确的，相序错误会使整步表指针旋转很快、且不受调速控制；如果仅足整.步灯接线错误则整步表应是正常工作的。（5）并车操作注意事项允许频差不能偏大也不可太小。频差偏大，比如调节频差周期为2s，虽然是允许频差，但由于整步表指针旋转比较快，不易捕捉“同相点”，易造成较大冲击而并车失败。如果频差太小，指针转一周时间较长（例如10s），拖延并车时间。所以频差周期调节到3s5s，既迅速又容易成功。还要注意，当开始接通整步表时可能会出现：表针只在某一位置振动而不旋转，这表明频率差太大，应试调节待并机频率（加速或减速），以使频差减小、指针能够旋转；或者出现指针呆滞、缓慢迂回、没有确定的转向，这是两频率接近相等，频差几乎为零，此时很难捕捉同相点，为缩短并车时间，应调节待并机加速，达到3s5s转一圈。尽量避免逆功率。虽然不沦整步表指针是向“慢”（f2f1）的方向转，只要达到允许频差都可以合闸。但“慢”的方向易造成逆功率跳闸，所以最好是调节到向“快”（f2P2）；如果是电网功率减少，频率上升，则是斜率小的比斜率大，的减少的功率更多。如果两曲线的斜率都稍大些，这种分配偏差就小一些。当负载在发电机总额定功率的2090和功率因数为0.60.9（滞后）范围内变化时，应能稳定运行。并且负载有功功率按各并联机组额定有功功率比例分配的偏差应不超过各自额定有功功率的10。为厂既要保证电网频率基本恒定又要尽量使功率分配偏差小些，所以一般调速器的调差率为35为宜。第七节自励恒压装置与发电机组的无功功率分配一、自励恒压装置的作用与分类1.自励恒压装置的作用：自励同步发电机是靠剩磁建立电压，而且电压受电枢反应影响很大，从空载到满载其电压变化率高达2040，不能保证负载的正常工作。因此同步发电机都必须设有恒压装置。自励恒压装置的作用是使发电机起动后能建立起额定空载电压，并且使电压不受负载大小和负载性质变化的影响，能保持电压基本恒定。2.对调压装置的性能指标（根据我国钢质海船入级和建造规范）要求：（1）稳态电压调整率（U）：主发电机的应在2.5以内；应急发电机应在3，5以内。即发电机在额定负载范围内、且在额定功率因数下，调压装置使发电机的最大稳态电压偏差厶U。，ax不超过额定电压的2.5（应急发电机3.5）。可用下式表示，即U%= 100%（2）动态电压调整率及恢复稳定的时间：突加和突卸60额定电流及功率因数不超过0.4（滞后）的对称负载时，其瞬态电压跌落幅度应不超过额定电压的15，其瞬态电压上升幅度应不超过额定电压的20；恢复到与最后稳定电压相差3以内所需的时间，应不超过1.5s。3.自动调压装置的分类按照自动调节原理分主要有三种类型：（1）按电压偏差调节型：它是一种闭环调节系统。它检测发电机的输出电压并与给定电压相比较得出电压的偏差，系统按照电压偏差的大小和正负相应地调节发电机的励磁电流，以消除电压偏差。只要有偏差系统就进行调整，故稳态电压调整精度比较高。但其动态性能差，因为它是先有偏差后调整。（2）按负载扰动调节型：因为发电机电压的变化主要是由于负载变化而引起的，所以这类调压装置是根据发电机负载电流的大小和负载性质的变化来调节励磁电流，以维持电压恒定。只要负载有变化它就进行调节，故动态调节性能好。由于它是一种不检测发电机电压和电压偏差的开环调节系统，所以稳态调压精度差。但这种恒压装置结构简单、工作可靠，被广泛采用。（3）复合调节型：它是以上两种类型的复合调节系统，即按负载扰动和电压偏差综合调节发电机励磁电流实现恒压。所以它具有稳态调压精度高和动态调节性能好的双重优点。船舶同步发电机的自励恒压装置多为按负载扰动调节或复合调节的相复励恒压系统。仅根据负载电流的大小进行励磁调节的作用为复励补偿调节，根据负载功率因数的变化进行励磁调节的作用称为相位补偿调节。既根据负载电流又根据负载功率因数的变化进行励磁调节的称为相复励恒压调节系统。相复励恒压系统的调节规律与同步发电机的“调节特性”（参见同步发电机调节特性）基本相符。仅按负载扰动调节的相复励系统称为不可控相复励系统，复合调节的相复励系统称为可控相复励系统。相复励恒压装置又分为：电流叠加型、电磁叠加型和电势叠加型三种类型，其作用和原理是一致的。二、相复励自励恒压装置1.系统组成原理图7-7-1为不可控电流叠加型相复励恒压装置原理图。该类装置是由具有气隙的三相铁心电抗器X、电流互感器CT、二极管三相桥式整流器和三相起励谐振电容器组成。由于这些部件是三相对称的，故可用图7-7-2的单线原理图表示。由于电抗X远大于励磁回路的电阻，电抗器电压降几乎等于发电机的电压，故通过电抗器X的电流Iv与发电机电压U近似成正比，而相位比电压落后90，即IvU/jX=1v-90由此可知，只要电压U保持恒定，则Iv也基本保持恒定，即具有恒流特性。由于电抗器X将发电机的电压U转换成了落后于电压90的恒定电流Iv，所以电抗器又称为移相电抗器。移相电抗器是实现相复励的关键部件。图7-7-1电流叠加相复励恒压装置电流互感器的副边电流Ii与原边发电机的负载电流I成正比、同相位，Ii称为励磁电流的复励分量。发电机空载时I和Ii均为零，只有电压电流Iv，故称Iv，为励磁电流的空载分量。根据图中节点电流关系，空载分量、复励分量与励磁电流Iv的相量关系为If=Iv+Ii相量合成的交流励磁电流If，经整流后即为发电机的直流励磁电流。该励磁电流具有复励补偿和相位补偿作用，从而能够补偿电枢反应等对发电机电压的影响。2.相复励恒压原理下面用相量图证明其复励和相位补偿作用。设任取空载分量Iv为参考正弦量，则发电机电压U比Iv超前90，电感性负载电流I及其复励电流分量Ii比电压落后 角（负载功率因数角）。根据这些相位关系可作相量图。图7-7-2电流叠加相复励单线原理图图7-7-3是表明复励补偿作用的相量图，即当负载电流为Ii时，根据上式作相量加法，得合成励磁电流If。当负载功率因数不变，而负载电流由Ii增加到Ii时，Ii与Iv相量相加所得合成励磁电流IfIf。这表明虽然负载电流的增加会引起电压的下降，但同时负载电流又使励磁恒压装置增加励磁电流，使电压上升：所以可使发电机电压基本保持不变。图7-7-3复励作用相量图图7-7-4相位补偿作用相量图用同样方法可证明相位补偿作用，如图7-7-4所示，即负载电流Ii，的幅度入小不变，而功率因数变低（ ），由图可见，功率因数低的合成励磁电流If大于功率因数高的励磁电流Ii。功率因数变低，电枢反应的去磁效应会引起电压降低，但同时它又使励磁恒压装置增加励磁电流以抵偿去磁效应，所以可使电压保持不变。3.发电机的调压特性如果相复励的补偿作用恰好抵消负载引起的电压下降，在任何负载下都能保持发电机的电压绝对不变，则其调压特性为无差特性。如果相复励的作用不能完全补偿（即欠补偿），负载引起的电压下降，则其调压特性为下降的有差特性。如果补偿作用行余（即过补偿），则调压特性为上升的有差特性。对于单机运行，只要满足稳态调压精度的要求，这三种调压特性都是可以的。但是对于并联运行的发电机，其调压特性必须是下降的有差特性，而且应该是在低功率因数负载下（即有最大补偿作用时）具有下降的有差特性，以保证无功功率分配的稳定性，也即保证并联运行的稳定性。4.自励起压由于整流二极管的非线性特性，开始导通前后的初始电阻较大，剩磁电压Ur往往不能使二极管导通，因此需要有可靠的自励起压的措施。自励起压可有多种方法，其中最简便最常用的方法是采用谐振电容。通常是当发电机起动后频率达到额定频率的95左右，使移相电抗器X与电容C发生谐振（即此时X=Xc）。利用高的电容谐振电压使二极管导通。可以证明（可参考下面女的证明），电容的谐振电压与此时直流励磁回路的等效电阻（包括二极管导通前后的电阻）R0成正比（Uc=R0Ur/X），而励磁电流If等于电容谐振电压除以R0，即If=Ur/X，故励磁电流的大小只决定于荆磁电压Ur和线性电抗器的电抗X，而与包括二极管的非线性电阻的励磁电阻R0的大小无关，所以无论R0多大都能顺利地起压。图7-7-5电容谐振起励的单相等效电器三、电磁叠加相复励恒压装置图7-7-6电磁叠加相复励恒压系统 图7-7-7直流均匀线联接图7-7-6为电磁叠加型相复励系统原理图。增加一个三相相复励变压器Tr，用变压器的三相电流绕组（每相匝数N3）代替电流互感器，直接流过发电机的三相负载电流三相电压绕组（每相匝数N1）流过空载电流分量I