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中文摘要 摘要 船舶电站管理系统是保证船舶正常航行的重要设备之一，随着船舶自动化要 求的日益提高，设计船舶电站的自动化和智能化管理系统成为必然趋势，在实际 应用中具有重大现实意义。 本文首先介绍了船舶电力系统的一般特点、以及相关操作规范和要求，然后 应用p l c 设计和实现船舶电站管理系统的自动控制。本文控制的船舶电站管理 系统有三台柴油发电机和一台轴带发电机组成，基本要求为正常情况下有一台以 上备用发电机，在网发电机出现故障时，备用发电机能根据备用顺序自动起动并 投入电网供电。 船舶电站管理系统包括主电站系统和应急电站系统两部分，主电网失电时， 应急发电机系统自动起动，对船舶重要负载供电。本文详细阐述了船舶电站管理 系统的组成和配置，并利用p l c 实现了自动管理功能，实现四台发电机的开关连 锁、主电网失电管理、柴发超载自动并网管理、轴发超载自动并网管理、卸载管 理、轻载解列管理、柴发二类故障管理、电压、频率异常管理、轴带发电机退出 使用管理、侧推询问合闸管理、应急汇流排失电管理等功能。本文还详细描述了 p l c 控制的硬件和软件实现方法，对重要控制程序进行了解释与说明。 关键词：船舶电站；p l c = 自动控制 英文摘要 a b s t r a e t s h i pp o w e rs t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi so n eo ft h em o s ti m p o r t a n td e v i c eo n s h i p a s t h ea u t o m a t i o n r e q u e s tb e i n ge n h a n c e d ，d e s i g n i n g a u t o m a t i ca n d i n t e l l i g e n t i z e ds h i pp o w e rs t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi sad i r e c f i o ni nf u t u r e i ti so f g r e a ts i g n i f i c a t i v ei np r a c t i c e i nt h et h e s i s , t h en o m a lc h a r a c t e r i s t i co fs h i pp o w e rs y s t e ma n dc o r r e l a t i v e o p e r a t i n ga n dc r i t e r i o na n dr e q u e s ta r ei n t r o d u c e df i r s t l y a n dt h e nu s i n g p l cd e s i g n a n dr e a l i z e dt h ea u t o m a i o nc o n t r o lo ft h es h i pp o w e rm a n a g e m e n ts y s t e m t h e c o n d o n e ds h i pp o w e r m a n a g e m e n ts y s t e mi nt h et e x ti sc o n s t i t u d e do f t h r e ed i e s e lo i l g e n e r a t o r sa n do n e s h a f tg e n e r a t o r t h eb a s i cr e q u e s ti st h a ti nn o r m a lc o n d i t i o nt h e r e i sa tl e a s to n es p a r eg e n e r a t o r t h es p a r eg e n e r a t o rw i l ls t a r tb a s e do nt h es p a r eo r d e r a n ds u p p l ye l e c t r i cw h e ns o m eg e n e r a t o ri nu s eh a sb e e ni nt r o u b l e s h i pp o w e rs t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi sc o n s t i t u d e do fm a i np o w e rs t a t i o n s y s t e ma n de m e r g e n c yp o w e rs t a t i o ns y s t e m w h e nt h em a i np o w e rs t a t i o ns y s t e m l o s e se l e c t r i c ，t h ee m e r g e n c yp o w e rs t a t i o ns y s t e ms t a r ta u t o m a t i c l ya n ds u p p l y e l e c t r i ct ot h ei m p o r t a n tl o a do ns h i p t h i st h e s i se x p a t i a t ed e t a i l l yt h em a k e u pa n d c o n f i g u r a t i o no ft h es h i pp o w e rs t a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e ma n du s i n gp l cr e a l i z e a u t o m a t i o nc o n t r 0 1 t h ep r i m a r yf u n c t i o n da r ea sf o l l o w ：t h es w i t c hi n t e r l o c ko ft h e f o u rg e n e r a t o r s , m a i np o w e rs y s t e ml o s i n ge l e c t r i cm a n a g e m e n t ，d i e s e lo i sg e n e r a t o r o v e r l o a da u t o m a t i c c o m b i n gm a n a g e m e n t ，s h a f tg e n e r a t o r o v e r l o a da u t o m a t i c c o m b i n gm a n a g e m e n t , u n i n s t a l l i n gm a n a g e m e n t ，u n d e r l o a dm a n a g e m e n t ，d i e s e l o i l g e n e r a t o rs e c o n d f a u l tm a n a g e m e n t ，a b n o r m a lv o l t a g ea n da b n o r m a lf r e q u e n c y m a n a g e m e n t ，s h a rg e n e r a t o rq u i t i n g 1 l s e m a n a g e m e n t ，l a t e r a l t h r u s t a s k i n g m a n a g e m e n ta n ds oo n t h i st h s i se x p l a i n s t h er e a l i z i n gm e t h o do fh a r d w a r ea n d s o f t e w a r ei np l cc o n t r o la n ds h o w ss o m ev e r yi m p o r t a n tp l c p r o g r a m e k e yw o r d s ：s h i pp o w e rp l a n t ；p l c ；a u t o m a t i cc o n t r o l i i 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文 ：皇堂筐垄丞缝遮让：。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发 表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 d e 年io 月r 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“4 ”) 论文作者签名： 导师签名：；苦彬舒 6 年fd 月he l 电站管理系统设计 第1 章船舶电站概述 1 1 船舶电站系统的组成 船舶电站系统广义称为船舶电力系统，一般由发电系统、输配电系统、负载 系统等部分组成，本课题侧重于输配电系统的自动控制系统设计和实现。 ( 1 ) 输配电系统： 主要包括主开关，汇流排，分路开关，负载开关，各分路负载设备等组成的 电力配电网络以及输配电保护等部分。配电装置又称为配电板，对于各种不同用 途的配电设备，为了区别和确定它们的功能，可细分为“瑚； a 主配电板，用于控制船舶主电源所产生的电力，并对船舶正常航行和生活 使用的所有电力负载进行配电的开关设备和控制设备的组合装置。 b 应急配电板，用于控制由应急电源产生的电力，并在船舶应急状况下，对 有关旅客和船员安全所必须的电力负载进行配电的开关设备和控制设备的组合 装置。在正常情况下，应急配电板由主配电板供电，只有在应急情况下( 即主配 电板失电时) 才独立供电。 c 分配电板，用以对最后分路进行配电的一种或多种过流保护设备的组合 装置。 d 蓄电池充放电板，用以对蓄电池进行充电控制和对由蓄电池供电的设备 进行配电的组合装置。 输电系统指联接发电机、主配电板与用电设备之间的电力线路，称为船舶电 力网或船舶电网，是全船电缆的总称。根据联接的负载性质，可分为动力( 电力) 电网、照明电网、应急电网、临时应急电网和弱电电网等。 配电方式，可分为一次电网和二次电网。国际电工委员会( 简称i e c ) 对此 下的定义是：一次配电系统与发电机有电气联系的系统；二次配电系统指与发电 机没有电气联接的系统，如经变压器或变流机组隔离的系统。目前国内对此习惯 上形成的定义是：一次网络由主配电板和应急配电板直接供电的系统；二次网络 由分配电极供电的系统。 联接方式，电源通过配电装置与用电设备的联接有三种方式：馈线式、干线 式及混合式，目前国内较多地采用馈线式配电系统。 船舶电站概述 负载系统： 负载系统即船舶用电设备，大致分为甲板机械、机舱辅机、风机、空调、冷 藏、照明、船内通讯、通讯导航和其它生活用电设备等，一般把用电设备分为重 要设备和次要设备。 用电设备的重要程度取决于它在船舶安全航行中所处的地位，影响航行安全 的主要因素有：失去推进、操纵和操舵能力，发生火灾和爆炸，机舱进水等。由 此可以这样来定义重要设备，它是指对船舶的航行、驾驶、操纵和人身安全，或 对船舶的专用特性( 例如特殊用途) 所必需的设备。 对于那些次要的负载如住舱风机、空调等，在发电机过流或过载时可以预先 卸去，以避免主断路器因保护动作被切断。 1 2 船舶电站系统的运行要求 1 主电站应具有足够高的电能质量指标( 即电压和频率的稳定度) ，以保证 在各种状况下电网的正常运行。 2 电力系统应具有合理的保护措施，以保证最大限度的供电连续性。 3 发电机应能输出足够大的稳态电流，以维持动态稳定，断路器和开关应有 足够的故障切断能力和短时过电流能力。 4 电气设备应能在船舶环境中可靠工作。 1 3 船舶电站系统的操作过程 船舶电站系统的操作过程核心部分为柴油发电机组的起动、运行和停止，主 要包括：手动并车、自动并车过程，手动解列、自动解列过程，无功功率转移 过程，有功功率转移过程，调频调载过程，分级卸载过程等。m 1 。 其中，柴油发电机组的手、自动起动前检测的条件如图1 1 、1 2 所示： 图1 1 机旁手动起动条件检测图 f t g 。1 m a n u a lc o n d i t i o nd e t e c t i o n 收到起动选择信号 ( 多机组有起动顺序) 运动手柄韵位置 位于自动位置 无阻塞、无故障 ( 满足机旁手动起动的条 柴油机转速为零 ( 未运行) 图1 2 自动起动条件检测图 f t g 1 2a u t o m a t t cc o n d t t t o n 电站管理系统设计 符合自动起动检测条件时，自动起动过程如图1 3 ： 图1 3 自动起动过程图 f i g l 3a u t o m a t i c s t a r tc o u l s e 手动并车操作过程： a 首先进行起动待并发电机，待起动并建立电压后进行手动并车操作。 b 观测并车屏上显示的电压、频率和相位等参数。 c 接通整步表，并观测整步表，选定合闸时机进行合闸。 d 合闸后，进行负载转移。最后，关闭整步表开关。 负载起、停操作：对组合负载、单负载、空压机负载进行手动起动、停止的操作。 负载运行：组合负载，动力负载，照明负载，空压机负载等的控制方法有所不同， 对不同负载的控制方法也不同。有些负载，在机控台上、每个子系统中、配电屏 上均能控制。 四台机组自动电站运行流程，系统的功能包括有：自动起动、自动停止，重 载询问，单机合闸，手动并车、自动并车过程，手动解列、自动解列过程， 无 功功率、有功功率转移过程，调频调载过程，分级卸载过程。 四台机组自动电站功能流程如图1 4 所示： 船舶电站概述 图1 4 四台机组自动电站功能流程 f i g 1 4a u t o m a t i cp o w e rp l a n tf u n c t i o nc o l s c 4 电站管理系统设计 1 4 船舶电站系统的相关规范要求 带动发电机的柴油机所装调速器的调速特性应符合“当突然卸去额定负荷 时，其瞬时调速率不大于额定转速的1 0 9 6 ；稳态调速率不大于额定转速的5 。当 在空负荷状态下，突然加上5 0 9 6 额定负荷，稳定后再加上余下的5 0 负荷时，其 瞬时调速率不大于额定转速的1 0 9 6 ；稳定调速不大于额定转速的5 ；稳定时间( 即 转速恢复到波动为+ 1 9 6 范围的时间) 不超过7 s ”。 在上述前提下，要求“原动机驱动的交流发电机连同其励磁系统，应在负载 自空载至额定负载范围内，且其功率因数为额定值情况下，保持其稳态电压的变 化值在额定电压的2 5 以内，应急发电机可允许为3 5 以内”。同时，对电 压的动态指标的规定为：“交流发电机在负荷为空载，转速为额定转速，电压接 近额定值的状态下，突加和突卸6 0 9 6 的额定电流及功率因素不超过0 4 ( 后) 的对 称负荷时，当电压跌落时，其瞬态电压值应不低于额定电压的8 5 ，当电压上升 时，其瞬态电压值应不超过额定电压的1 2 0 。, 6 ，而电压恢复到最后稳定值相差3 以内所需要的时间，应也不超过i 5 s 。” 交流发电机组应稳定运行规定为：“并联运行的的各交流发电机组应能稳定 运行，且负荷分配应符合下列要求： 各机组所承担的有功功率与总有负载按机组定额比例分配值之差，应不超过 下列数值中的较小者： a 最大机组额定有功功率1 5 ； b 各机组额定有功功率的2 5 。 各机组所承担的无功功率与总无功负载按机组定额比例分配之差，应不超过 下列数值中的较小者： a 最大机组额定无功功率的1 0 ； b 最小机组额定无功功率的2 5 。” 船舶主电站系统述 第2 章船舶主电站系统 2 1 船舶主电站概述 本文所论述的母型船是由武昌造船厂船为我校建造的新实习船，该船的船舶 电站最主要的部分由3 台柴油发电机组、1 台主机轴带发电机和1 台应急柴油发 电机组组成。其中，船舶主电站包括了3 台柴油发电机组、1 台主机轴带发电机 及其控制系统和负载部分。 3 台柴油发电机组布置在辅机舱内，机组采用减振器安装。每台发电机由柴 油机驱动，其轴线与船中心线平行。另配一台轴带发电机，用于向全船各种用电 负荷供电。在正常由一台发电机组供电的情况下，备用发电机组应在3 0 s 内完成 自动起动并接至主配电板，以确保供电的连续性。 柴油机采用中央冷却淡水来冷却，缸套及气缸头由机带高温淡水泵提供冷却 淡水，滑油冷却器和增压空气冷却器的冷却淡水则直接来自中央冷却系统的低温 冷却淡水。主轴承，曲柄梢，活塞梢及凸轮轴等的润滑由机带滑油泵提供的滑油 润滑。机上装设的调速器应能在柴油机各种负载工况下，维持柴油机的转速，并 满足船级社要求，柴油机上应设有超速保护装置。柴油机排气中的氮氧化物( n o x ) 释放量应满足m a r p o l 7 3 7 8 附则v i 的有关要求。 主发电柴油机型式为四冲程，单作用，筒形活塞，柴油机通过弹性联轴器与 空冷式发电机连接。额定功率约5 4 0 k w ，转数1 0 0 0r m i n 。发电柴油机燃用 3 8 0 c s t 5 0 燃料油，必要时可用轻柴油。柴油机的设计、结构、材料及辅助设 备均应按制造厂标准并满足船级社要求。 每台主发电柴油机提供下列设备和附件： 涡轮增压器； 各缸燃油喷射泵； 燃油双联滤器及压差报警装置； 滑油泵； 滑油冷却器； 电动滑油预润滑泵； 滑油滤器及压差报警装置； 6 电站管理系统设计 进机滑油过低压停车装置； 冷却淡水泵： 缸套淡水预热装置； 淡水温度自动调节阀； 调速器； 增压器清洗装置； 排气消声器； 仪表板。 主柴油发电机的型式为防滴，无刷型，自通风式，并自带可清洗空气滤器。额 定功率5 1 5 k w ，电制a c 4 0 0 v 、3 相、5 0 h z ，励磁系统为无刷自励式，功率因数0 8 ， 工作制为满负荷连续工作制，绝缘等级为f 级，防护级别是i p 2 3 。 轴带发电机1 台，由主机通过增速齿轮箱及相应设备传动。齿轮箱的润滑、 冷却等自成独立系统。其额定功率6 5 0 k w ，额定转数1 5 0 0 r m i n ，电制a c 4 0 0 v 、 3 相、5 0 h z 。励磁系统为无刷自励式，功率因数o 8 ，工作制为满负荷连续工作 制，绝缘等级为f 级，防护级别是i p 2 3 。 另外，每台主发电机均内装防潮加热器，当发电机停用期间工作。每台主发 电机都配一套自动电压调整器。温度传感器三套安装在每台发电机的定子绕组上 供报警用。 每台发电机的使用情况如下： 正常航行工况：一台轴带发电机组： 进出港工况：二台主柴油发电机组+ 一台轴带发电机( 用于首侧推) ； 停泊工况：一台主柴油发电机组： 应急工况：一台应急发电机。 每台主发电机组间可以持续并联运行，而主发电机组与轴带发电机组间只能 进行短时并联转移负荷运行。 2 2 船舶主配电板 2 2 1 主配电板概述 发电装置和配电装置是船舶电站的两大组成部分。发电装置通常又被称作电 7 船舶主电站系统述 源，在船舶上的电源主要是主柴油发电机组、应急柴油发电机和蓄电池组，它包 含了交流和直流两种形式。配电装置是用来接受和分配电能的装置，同时具备对 电源、电力网以及负载能够进行保护、监视、测量和控制等作用。它包括各种转 换和控制开关、互感器、测量仪表、连接母线、保护电器、自动化装置和各种附 属设备等。根据供电范围和对象的不同，配电装置可以分为主配电板、应急配电 扳、动力分配电箱、照明分配电箱和充放电板等。本节的论述对象为新实习船的 主配电板。 实习船的主配电板安装在机舱集控室内，由多屏构成，金属结构，自立式， 正面遮蔽，带有全套的部件和仪表。主配电板项部为钢板，两侧都有钢板保护， 前后设扶手。主配电板面板带绞链，背后有可移开的盖板。主配电板具有优先脱 扣系统，一旦发电机过载时，在发电机主开关断开之前，使非重要设备自动断开； 优先脱扣报警在机舱集控室。所有的馈电分路和接岸电分路都由一个每极具有过 载脱扣和瞬时脱扣的三极塑壳开关保护，但舵机电动机分路开关仅配瞬时脱扣。 所有塑壳式开关均为插入式嘲。 2 2 2 主配电板组成 新实习船的主配电板共分1 6 屏m ，按从左至右的顺序依次编号为s 1 至s 1 6 ， 其详细组成部分见表2 1 ： 表2 1 主配电板的组成 t a b 2 1t h ec o m p o s i t i o no f m s b 序号中文名称英文名称 s l左i 号组合起动屏 l e f rn o ig r o u ps t a r t e rp a n e l s 2 左2 号组合起动屏 l e f tn o 2g r o u ps t r t e r 眦l s 3 左1 号a c 3 8 0 v 负载屏 l e f tn o ia c 3 8 0 vf e e d 职p a n e l s 4左2 号a c 3 8 0 v 负载屏 l e f tn o 2a c 3 8 0 vf e 功职p a n e l s 5 1 号柴油发电机控制屏 n o id i e s e lg e n e r a t o rp a n e l s 62 号柴油发电机控制屏 n o 2d i e s e lg e n e r a t o rp a n e l s 7 同步及分区开关屏 s y n c h r 0a n db u s - t i ec bp a n e l s 83 号柴油发电机控制屏 n o 3d i e s e lg e n e r a t o rp a n e l s 9轴带发电机控制屏 s h a f 叮g e n e r a t o rp a n e l 电站管理系统设计 s l o 侧推控制及岸电屏 b d wt h r u s t e rc t r la n ds h o r ep a n e l s l l 右1 号a c 3 8 0 v 负载屏 r i g h tn o 1a c 3 8 0 vf e e d e rp a n e l s 1 2右2 号a c 3 8 0 v 负载屏 r i g h tn o 2a c 3 8 0 vf 髓d e rp a n e l s 1 3 右1 号组合起动屏 r i g h tn o 1g r o u ps t a r t e rp a n e l 二 s 1 4右2 号组合起动屏r i g h tn o 2g r o u p ls t 黼r i n | 巳l s 1 5 1 号a c 2 2 0 v 负载屏 n o 1a c 2 2 0 vf e e d e rp a n e l s 1 6 2 号a c 2 2 0 v 负载屏 n o 2a c 2 2 0 vf e e d e rp a n e l 由上表可知，主配电板由主发电机控制屏，同步屏，轴带发电机屏，岸电屏、 组合起动屏，a c 3 8 0 v 负载屏和a c 2 2 0 v 负载屏组成。其外形如图2 1 所示： 4 - 1 1 曩 斤 压1 目瑚r 删开压1 1 l q v v 嘏正口 l j u v v 币- 研 【s 1 】广1 nfb 】 rh 1 r1r f llf l f l f l o o o 毒0 0 i a 1 1 黼i窜0 0 垒i i l 回 o 口。u 目口口口邕_ - r e 旺州翌日i 起壬 圆 r 臣丑。巨丑。e 圈臣壬五 i 高w oo i 百甜删 - d 由蠕烈l n 州 d 1 啦翊di 兀q l i 一一i 一 2 | 幽- 1 ii 画；回l 回i 画f 同d 宙虱f 王“习* 匡丑l r 圈l 嚣斟嘲 磊霖磷笔 回回j 回 回 期自_ ”w 一 庄丑匪盈匪田r 日司函 o o o e 辞l o n l o o 。i l i 回；回；回l 回i 罚器刷喘 d _ d 瑚卤水衄“l鼹圃一 # 1 i m 菇藏i ： 嘘置矗夏 嚣螽列鼢蠡嚣围端圈圈 压捆拒至h 要乳庄虱 ；回；回；目i 回i 回 目 回 回 慈碑商鼍o o l 辞a t 9 l 团一兀面丌- 盆2 盯郦”一 8 回 旧叠耕丑乱圈l 雌t - - 回 鹿座底燕 魔座 赢直 图2 1s l s 4 的外形图 f 1 9 2 1t h ef i g u r eo f s l s 4 船舶主电站系统述 左1 号组合起动屏s 1 所包含的电路有5 个：# l 主冷却海水泵电路，# 1 低温 冷却淡水泵电路，# l 主机缸套水冷却淡水泵电路，# i 机舱送风机电路和# l 舱底 消防总用泵电路。各电路中常用的仪表和设备有：电流表，计数器，主开关，起 动按钮，停止按钮，故障复位按钮，控制方式选择开关，电源指示灯，运行指示 灯，故障指示灯，备用指示灯等。其中，# l 杌舱送风机电路中含低速起动和高 速起动两个起动按钮，且以空间加热器开关取代了控制方式选择开关；而# 1 舱 底消防总用泵电路中只有两个控制按钮和两个指示灯。 左2 号组合起动屏s 2 包含的电路也是5 个：# 3 主冷却海水泵电路，# 3 低温 冷却淡水泵电路，舱底压载泵电路，# 1 主机滑油泵电路和舱底泵电路。其常用 的仪表和设备基本上与s 1 中相同。 左1 号a c 3 8 0 v 负载屏s 3 的电路主开关包含：# 1 组合起动屏( 舱室风机) 主开关，# 2 组合起动屏( 舱室风机) 主开关，# 3 组合起动屏( 舱室风机) 主开 关，# 4 组合起动屏( 舱室风机) 主开关，# 4 电力分电箱( 船用空调器) 主开关， # 1 主照明变压器主开关，厨房变压器主开关，应急配电板主开关以及冷水机组 控制箱主开关( 2 个) 。其中，前5 个主开关为带锁主开关，其使用权限只限于 高级轮机员。 左2 号a c 3 8 0 v 负载屏s 4 的电路主开关包含：# 6 组合起动屏主开关，# 1 0 电力分电箱主开关，废气锅炉控制箱主开关，# 6 电力分电箱主开关，减摇鳍液 压动力主泵起动器( 左) 主开关，# i i 电力分电箱主开关，发电机淡水预热起动 器转换开关主开关，# 2 电力分电箱主开关，# 1 集控室柜式空调主开关，# 1 可调 浆控制单元主开关，# 3 充放电版主开关， 1 主机空压机控制箱主开关，冷藏系 统控制箱主开关，锚机控制箱主开关，应急发电机机旁控制箱主开关，# 1 辅助 鼓风机起动器主开关以及备用主开关( 7 个) 。 在这四个配电屏上可以向相应的电路进行供电、断电、设备起动、设备停止、 参数监测以及自动与手动的控制方式切换等操作过程，同时配电屏内部的接触 器、热继电器等能够提供一些基本的保护作用。 主发电机控制屏与同步并车屏是主配电板的最重要组成部分，它们也是轮机 员进行重要的电站操作过程的场所。其外形如图2 2 所示： 1 0 电站管理系统设计 誓 l 国； 咽删昨l | 向圆书4 】i 。一lj 圃1 口团固l 倒 一 毫 i 囤； 弼媚 3 日目l j 口 一 一 罄 9 国l a 葛摊震裂崮 ：器l 滥鹫颤蚓 - 一 蠢 9 国； 咽勰阳缸| | i p 惟嘀l r l li l 目即”口圃囵l l ：l 一 一 毫 区 f 圃裟圃圆圈 j f ! 竺! 鐾| 菌画 _a 圃f 蝴削 一 一 一 警 画 删。曙潮圄 。, 团e a e 噼回国 j 润 日 蝴一一 图2 2s 5 - s l o 的外形图 f i g 2 2t h ef i g u r eo f s 5 - s l o 船舶主电站系统述 为便于正常的操作和维护，每个发电机组控制屏上安装下列仪表和设备： 自动空气断路器a c b ； 交流电流表； 交流电流表的转换开关( 测发电机的每相电流) ； 交流电压表； 交流电压表转换开关( 测发电机各线电压) ； 计时器； 功率因数表； 空间加热器电源开关； 空间加热器工作指示灯； 发电机运行指示灯； 发电机备机指示灯： 自动空气断路器闭合按钮指示灯： 自动空气断路器断开按钮指示灯； 柴油发电机遥控备用指示灯1 套； 自动空气断路器故障报警灯； 自动电站功率管理单元( p p u ) ； 柴油发电机组起停按钮及紧急停止按钮l 套： 负载转移按钮； 同步负载转移取消按钮； 自动投入同步按钮； 以及其它必要的设备。 其中，每台发电机都是由三极空气开关保护，该开关具有欠压脱扣、过载逆 时限脱扣、短延时脱扣和过电流瞬时脱扣等装置。这些主空气开关均为抽屉式。 同步并车屏上安装有下列仪表及指示灯： 兆欧表； 双指针交流电压表及选择开关( 测每台发电机，主汇流排和岸电电压) ； 同步表： 双指示振动式频率表和选择开关( 测每台发电机，主汇流排和岸电频率) ； 1 2 电站管理系统设计 接地灯l 组： 绝缘间监测仪器测试按钮； 同步指示灯1 组： 报警蜂鸣器； 蜂鸣器和灯的试验开关； 蜂鸣器停止开关； 报警灯平光按钮； 报警确认按钮； 母联同步取消按钮； 母联开关同步指示灯； 母联开关合闸指示灯； 母联开关分闸指示灯； 柴发主开关合闸指示灯3 个； 柴发主开关分闸指示灯3 个； 轴发主开关合闸指示灯； 轴发主开关合闸指示灯 d c 2 4 v 电源指示灯； 应急发电机待命指示灯； 应急发电机运行指示灯； 应急放电指示灯； 配电板应急照明选择开关； 配电板照明选择开关； 同步测量选择开关； 柴发调速开关3 个； 柴发各机顺序选择开关； 同步指示器带控制开关； 电站管理模式选择开关； 发电机选择开关； 分区主开关； 船舶主电站系统述 报警灯5 组( 共5 2 个) ； 以及其它必要的设备。 轴带发电机屏s 9 与i 号柴油发电机屏s 5 相比，多了励磁控制开关、主机恒 速指示灯，少了发电柴油机起动按钮、发电柴油机停止按钮、发电柴油机紧急停 止按钮、备机指示灯； 侧推控制及岸电屏s l o 的仪表开关包含：兆欧表，功率表，电流表，电压表， 侧推器主开关，电流表测量开关，电压表测量开关，岸电箱开关，侧推合闸按钮， 侧推分闸按钮，绝缘测试按钮，接地指示灯( 3 个) ，岸电合闸指示灯，岸电分 闸指示灯； 在柴发控制屏上可以进行的操作过程有：发电柴油机的正常起动与停车，发 电柴油机的应急停车，发电机任一相电流与任一线电压的测量选择，监视发电机 的功率、功率因数、频率及工作时间等各参数。能够进行故障报警，还能够执行 外部短路、过流、失压、逆功率等保护措施跚。 在同步并车屏上可以进行许多重要的操作过程，例如：母联开关的合闸与分 闸，发电机的合闸与分闸，发电机的同步，发电机的并车与解列，负载功率的平 均分配，柴油发电机的调速，同步测量选择，备用发电机组顺序选择，电站管理 模式选择，发电机选择，等等。它能够以声光报警的方式显示各发电机与整个电 力系统的许多故障，并进行报警确认；完成紧急切断与预脱扣：还可以对主汇流 排电路进行绝缘测试。可以说船舶电站最重要的操作过程都是由同步并车屏上及 其内部的各种设备完成的嗍嘲 由于轴带发电机是依靠主机尾轴为原动装置来进行发电的，故而轴带发电机 控制屏上没有对原动机进行控制的功能。它可以通过励磁控制开关来控制轴带发 电机是否产生电能，此时主机速度一般应是比较恒定的“。 侧推控制及岸电屏可以实现对侧推器的合闸与分闸操作，对侧推器的参数进 行监控；由于侧推器的功率较大，在侧推器合闸前会进行重载询问；当船舶在坞 修需要岸电供应电能时，它能够检验岸电的相序是否与船电相一致，为正确使用 岸电提供保障。 接下来的s l l s 1 6 屏含部分a c 3 8 0 v 负载屏、组合起动屏以及a c 2 2 0 v 负载屏， 其外形如图2 3 所示： 1 4 电站管理系统设计 回 蛋画宙画图。回国回圉回圉 一 飞 * _回唐回国回国回鱼回国 黉囤 b 目耋 僻 回国 到脚嘲 回国 回国回国回国i 回国回营回宙 婺 l 鬻 l 国国l 国目 圊蜜回富囵宙 * 碡 圊官一冒回国 目羹 同目 画官回国囵困 一 回寓凹宦囤囝叁 潲3 匿国 黝瑶。5 8 0 0 8 口e 匿g 锶镭i b k 。8 e 。匿 一 瑟 蘸黜雷 蕾# 0 口 l * 鳓维冒 i 强 2 园固 l 强 薹圈 芦 1 目茎g 固l 回国 一 i ：瞄匿 ；i 辩。感匿 墓2 泳礁 瞄鏖铆罐 一 蠢黜匿 矗 馨 蓑强 l 国隐 l 霆l 毽l 器虽 曲 目| l 圆 h _【 一 1 口 睡 蔷 l 咧 茎富。 回国 回扁茹i ：一 j 固宙 l 口匮阂 回国 国扇 一 l 霜 ； ! i t ：g # ；瑭 t - ：i 诗 l蓬 i 震 眶 |ii|霍 蘧 沮e 蝎 ；f ! ： j l ； l ； ； 【； ； ； # ： ； * 芷 苗 图2 3s l l s1 6 的外形图 f i g 2 3t h ef i g u r eo f s l l s 1 6 1 5 船舶主电站系统述 右1 号a c 3 8 0 v 负载屏s l l 的电路主开关包含：# 6 组合起动屏主开关，# 7 组合起动屏主开关，废气锅炉控制箱主开关，# 2 0 电力分电箱主开关，# 2 l 电力 分电箱主开关，减摇鳍液压动力主泵起动器主开关( 右) ，# i i 电力分电箱主开 关，雷达扫描控制器主开关， 9 电力分电箱主开关，# 2 集控室柜式空调主开关， # 1 充放电版主开关，# 2 充放电版主开关，辅空压机控制箱主开关，冷藏系统控 制箱主开关，绞盘控制箱主开关，焚烧炉控制箱主开关，舵机控制箱主开关，# 2 辅助鼓风机起动器主开关，备用主开关( 6 个) 。 右2 号a c 3 8 0 v 负载屏s 1 2 的电路主开关包含：# 1 组合起动屏主开关( 舱室 风机) ，# 2 组合起动屏主开关( 舱室风机) ，# 3 组合起动屏主开关( 舱室风机) ， # 4 组合起动屏主开关( 舱室风机) ，# 4 电力分电箱主开关( 船用空调器) ，# 8 组 合起动屏主开关，# 5 电力分电箱主开关，# 3 电力分电箱主开关，舱室水喷淋控 制箱主开关，# 2 主照明变压器主开关，冷水机组控制箱主开关( 2 个) ，备用主 开关( 3 个) 。 右1 号组合起动屏s 1 3 的电路包含：主机缸套水预热泵电路，# 1 辅机舱送 风机电路，压载泵电路，# 2 主机滑油泵电路，# 2 辅机舱风机起动器电路( 可逆) ， # 2 机舱风机起动器电路( 可逆) 。 右2 号组合起动屏s 1 4 的电路包含：# 2 主冷却海水泵电路，# 2 低温冷却淡 水泵电路，# 2 主机缸套水冷却淡水泵电路，# 3 机舱送风机电路，消防泵电路。 1 号a c 2 2 0 v 负载屏s 1 5 的电路主开关包含：火警控制单元主开关，娱乐设 备分电箱主开关，网络交换机分电箱主开关，局域网电脑插座分电箱主开关，阀 门遥控液位测量控制台分电箱主开关，# 1 电力分电箱主开关( 舱室风机) ，电源 分电箱主开关，助航分电箱主开关，抗横倾控制单元主开关，减摇鳍主开关，备 用主开关( 2 个) ；仪表开关包含；电流表，兆欧表，电压表，电流表测量开关， 电压表测量开关，控制方式选择开关，变压器合闸按钮( 2 个) ，变压器分闸按 钮( 2 个) ，绝缘测试按钮，接地指示灯( 3 个) 。 1 号a c 2 2 0 v 负载屏s 1 6 的电路主开关包含：g s p 主开关( 2 n 热电源) ( 4 个) ， # l 教学实习台a c 2 2 0 v 电源分电箱主开关，照明分电箱主开关( 1 7 个) ，# 2 3 电 力分电箱主开关，冰柜冰箱分电箱主开关，机舱设备分电箱主开关，无线电设备 主开关，a c 2 2 0 v 电源分电箱主开关( 集控室) ，信号灯分电箱主开关，# 8 号电力 电站管理系统设计 分电箱主开关，备用主开关( 1 9 个) 。 2 3 船舶主配电板电路功能 在前一节已经指出船舶主配电板具备许多功能，这些功能的实现离不开内部 电路的支持。下面就以i 号柴油发电机控制屏的部分电路为例介绍其电路的基本 控制工作原理。 l 号柴油发电机控制屏的组成电路有很多个，第一个基本电路是控制电源电 路，它指明了柴油发电机各组成电路之间的联系情况。如图2 4 所示： 图2 4 控制电源电路 f i g 2 4c o n t r o lp o w e rc i r c u i t 控制电源电路图的左下方为发电机三相输出端r 、s 、t ，发电机三相输出端 r 、s 、t 经发电机主开关a c b 与左上方的4 4 0 v 主汇流排相连。在发电机主开关 q f 与汇流排之间每一相电路都有一个电流互感器，产生的电流被送到仪表测量 及检测电路中的p p u 的电流端口。在发电机三相输出端与q f 之间引出一组三相 电路( 等同于直接从发电机三相输出端引出) ，经过三个熔断器后分为三部分电 路：第一路送到仪表测量及检测电路中的p p u 的柴发电压端口；第二路经过控制 1 7 船舶主电站系统述 变压器后分成3 路，分别为断路器控制及辅助继电器电路、计时器电路和指示灯 电路，其中前两路是2 2 0 v 而后一路是2 4 v ；第三路则送到同步控制屏的同步选 择及测量电路，其作用是同步并车时测量待并机的参数与电网的参数比较“”。 仪表测量及检测电路的原理图如图2 5 所示。图中从左至右的虚线框分别表 示p p u 单元、功率表、功率因数表、电流表转换开关和电压表转换开关。p p u 左 侧的端口7 3 、7 5 、7 7 接受由电流互感器产生出的三相电流信号，上侧端口7 9 、 8 1 、8 3 接受柴油发电机三相输出端的电压信号，上侧端口8 5 、8 7 、8 9 接受汇流 排三相电压信号。p p u 的端口7 4 经功率表、功率因数表、电流表选择开关及电 流表连接到地线上，端口7 6 直接回地线，端口7 8 经功率表、电流表选择开关及 电流表连接到地线上。柴油发电机三相输出端的电压信号还被引到功率表、功率 因数表、电压表选择开关上，其中，功率因数表只用了两相；电压表选择开关与 电压表和频率表组成回路。 图2 5 仪表测量及检测电路 f i g 2 5m e t c r 蛳a s i ma n dd c t e c tc 疵i l i t 当电流表选择开关置于r 档时，其接线端口3 与4 通路，电流表显示r 相电 流；当电流表选择开关置于t 档时，其接线端口7 与8 通路，电流表显示t 相电 流；当电流表选择开关置于s 档时，其接线端口3 与4 、7 与8 同时通路，电流 表显示由r 相、t 相叠加而成的s 相电流；当电流表选择开关置于o f f 档时，电 流表不显示电流值。电压表选择开关的工作过程原理与电流表选择开关的工作过 程原理基本相似，在此不多作赘述。 电站管理系统设计 柴油发电机控制屏的断路器主开关控制电路是电路组成中比较重要的部分， 其电路原理如图2 6 所示： 互，击i 南 i 噍白 ? 瓤兰竺”r _ ， 1 崔一 。 l r - f 0 1 ，。 灞 _ ： 眦t 亡 t ” 帮 世一 南 f 网网一 _ 葛瓣鬻* 图2 6c b 控制电路 f i g 2 6c bc o n t r o lc i r c u i t 图中左上方为柴油发电机的主断路器开关，虚线部分表示与各支电路之间存 在机械连接。左起第一个支电路是其内部控制单元，由同步屏提供d c 2 4 v 的控制 电源。第二个支电路为合闸控制电路，当电站管理模式是手动模式时继电器辅助 触点k 1 0 5 5 闭合，此时按下手动合闸按钮s b l 0 4 3 2 - 能够实现发电机手动合闸； 若是p p u 单元的同步合闸触点m 1 0 3 2 闭合，发电机合闸动作由p p u 单元自动完成； 发电机合闸后，辅触点k 1 0 5 2 2 由闭合变为断开，此时就阻止了再次合闸的操作。 第三个支电路为马达储能电路，当转换触点c h 闭合时，马达工作，主开关的储能 弹簧进行储能，在主开关的自由脱扣机构再扣动作发生之后，储能弹簧释放就能 够实现主开关合闸。第四个支电路为分闸控制电路，在该电路的右侧线路上有一 系列的辅触头连接在一起，组成了分闸电路的逻辑控制功能“d 3 。 此控制电路从上面起首先是四个串联的辅触点：公共停车辅触点k 1 0 7 5 、分 闸辅触点k 1 0 5 7 、p p u 逆功率辅触点m 1 0 3 2 、岸电开关辅触点k 2 9 3 3 1 。这四个辅 触点的任何一个发生动作断开后，分闸控制电路就不能够执行发电机的分闸动 作。紧接下来是一组由四个辅触点并联而成的部分，包括2 号柴油发电机主开关 辅触点k 1 2 5 2 1 、3 号柴油发电机主开关辅触点k 1 4 5 2 1 、轴带发电机主开关辅触 船舶主电站系统述 点k 1 6 5 2 1 、分区主开关辅触点k 1 9 8 3 ；只有当这四个辅触点同时处于断开状态 时，分闸控制电路才不能够执行发电机的分闸动作，也即当只剩下一台发电机供 电时，这台发电机是不允许进行分闸操作的，若一定要进行分闸操作则必须起动 另一台备用发电机组进行供电。 最下面的这部分电路是一个混合电路，首先是汇流排无电辅触点k 1 9 2 4 、同 步测量选择开关辅触点s a 2 0 0 3 和自动同步辅