船舶电气设备及系统（共计1059页共计4部分）_部分4.pptx

第13章船舶同步发电机的并联运行 本章的主要讲解内容第一节概述第二节发电机并联运行的特点第三节船舶同步发电机的并联运行条件分析第四节船舶同步发电机手动并联运行分析第五节模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理 第一节概述 现代船舶大多采用交流电站 随着船舶吨位 电气化 自动化程度的提高 电站容量也日益增加 为了满足船舶供电的可靠性和经济性 一般的船舶电站均配置了两台以上的同步发电机组做为主电源 并且这两台以上的发电机可以通过公用母线向全船负荷供电 这就是通常所说的发电机并联运行 返回 第二节发电机并联运行的特点 1 两台发电机的有功功率和无功功率总是等于负载的有功功率p和无功功率q 即 2 当电网的用电负荷保持不变时 若单独增加一台发电机的输入的机械功率 可使该发电机输出的有功功率增加 与此同时 将引起另一台并联机组输出的有功功率自动减少 此外 由于输入的机械功率的增加使转速升高 而另一台机组因输出的有功功率的减少也使转速上升 结果将使电网的频率有所升高 如果单独减少一台机组输入的机械功率 则变化与上述相反 只有同时向相反方向调节两并联机组输入的机械功率时 才能保持电网的频率不变 船舶同步发电机的并联运行 多为两台或多台同容量发电机并联 这里以两台发电机并联运行为例来分析同容量发电机并联运行的一些特点 返回 3 单独增加一台发电机的励磁电流时 该发电机输出的无功功率增加 而另一台发电机输出的无功功率将自动减少 此外 增加励磁电流使空载电动势增大 而另一台发电机输出的无功功率的减少使其去磁效应减少 两者都使电网的电压有所上升 单独减少一台发电机的励磁电流 则其变化与上述相反 只有同时反方向调节两发电机的励磁电流 才能保持电网的电压不变 第三节船舶同步发电机的并联运行条件分析 返回 准确同步并车方式是目前船舶上普遍采用的一种并车方法 为了使并联运行的交流同步发电机保持稳定地工作 每台并联运行的发电机必须满足如下4个条件 1 待并机组的相序与运行机组 或电网 的相序一致 2 待并机组的电压与运行机组 或电网 的电压大小相等 3 待并机组电压的初相位与运行机组 或电网 电压的相位相同 4 待并机组电压的频率与运行机组 或电网 电压的频率大小相等 条件一 如图13 1如图13 2条件二 如图13 3条件三 如图13 4 实际并车时 除相序外 其他条件不可能做到完全一致 而且必须有一定的频差才能快速投入并联运行 下面来分析这3个并车条件 图中g1为已在电网运行发电机 g2为待并发电机 a 实际接线示意图 b 单相等效电路图图13 1并联运行连接示意图图 返回 图13 2电压不等时 并车瞬间的相量图 返回 图13 3初相位不一致时 并车瞬间向量图 返回 图13 4并车时的相量图 返回 第四节船舶同步发电机手动并联运行分析 返回 手动并车操作关键要检测和调整待并机的频率和初相位 使之满足准同步并车要求 一般通过 调速开关 来调节原动机转速 使待并机的频率接近运行机的频率 然后进一步检测待并机与原工作机组的频率差是否小于0 5hz 初相位是否一致 检测这两个并车条件的方法有同步指示灯和整步表法 1 灯光旋转法如图13 5 2 灯光明暗法 灯光熄灭法 如图13 5 一 同步指示灯法按照同步指示灯的连接方式分为有灯光明暗法和灯光旋转法两种 a 电路示意图 b 相量图图13 5灯光旋转法 返回 二 同步表法同步表法是用来指示待并机与电网的电压相位差 频率差及其方向的仪表 目前同步表有电磁式和数字式种 电磁式同步表根据产生旋转磁场的方式 有两线圈交叉成90 两线圈交叉60 和三线圈式等 图13 6所示为三线圈式同步表原理图 图13 7是船舶电站3台发电机同步表接线图 图13 6同步表接线原理图 返回 图13 7船舶电站3台发电机同步表接线图 返回 第五节模拟式船舶同步发电机自动并车装置的基本原理 返回 自动并车装置自动完成手动并车操作的全过程 它由频率预调 并车条件监视和提前时间或提前相角捕获电路等组成 图13 8是其原理框图 它可分为两大部分 一部分为频率预调 一部分为合闸控制 图13 8模拟式自动并车装置原理模框图 返回 1 频差脉动电压如图13 9如图13 102 频率预调如图13 113 合闸控制电路如图13 12 图13 9正弦波频差脉动电压电路及波形 a 返回 图13 10三角波频率脉冲电压 返回 图13 11移相法检测频率方向 返回 返回 第14章船舶同步发电机电压及无功功率自动调整 本章的主要讲解内容第一节概述第二节不可控相复励自励恒压励磁系统第三节电流叠加相复励自励恒压装置第四节电磁叠加的相复励自励恒压装置第五节带电压曲折绕组的相复励系统第六节晶闸管自励恒压励磁系统第七节可控相复励自励恒压励磁系统第八节无刷发电机励磁系统第九节船舶同步发电机组间无功功率自动分配 第一节概述 维持供电电压的稳定是保证供电质量的主要措施之一 然而 电网电压是会经常变化的 船舶电网电压波动比陆上大电网电压波动更为严重 其电压是否稳定取决于发电机的自动励磁调整装置 自动电压调节器 性能 励磁控制系统是发电机的重要组成部分 它的主要任务是根据发电机的各种运行状态 向发电机的励磁系统提供一个可调的直流电流 以稳定发电机的输出电压 性能优良 可靠性高的励磁系统是保证发电机安全发电 提高电力系统稳定性所必须的 引起电网电压波动的主要原因是负载变动 负载电流幅值变化或负载性质变化都将引起发电机的电枢反应发生变化 从而引起发电机端电压的变化 船舶负载多是感性的 且变化无规律 返回 可见 当不变 而变化 即电流幅值变化或与的夹角变化时 都将引起电压的幅值变化 当忽略发电机电枢电阻 用同步电抗来表征发电机电枢反应的程度时 电压平衡方程式为 基于船舶工作环境的特殊性 对自动励磁调整装置的基本要求是 简单可靠 灵敏度高而稳定 保证电压为给定水平 具有一定的强行励磁能力 合理地分配无功功率以及充分地考虑经济等方面的因素 在一般稳定调整的情况下 船舶电力系统电压的暂态调整过程如图14 1所示 一 对船用自动励磁装置的要求 1 静态和动态特性的要求当负载在一定范围内变化时 在不同的负载下 调压器应保证稳定状态时的电压在允许的范围内 这个静态指标 用静态电压调整率 uw来衡量 当较大负载突变时 瞬时电压变化很大 此瞬时电压也要在规定的允许范围之内 而且恢复的时间越快越好 这个动态指标 用瞬态电压调整率和电压恢复时间来衡量 2 强行励磁由提高发电机并联工作稳定性和电动机运行稳定性以及继电保护装置动作的准确性等动态稳定性的观点出发 要求调压器的动作要迅速 解决这个问题的方法之一就是实行强行励磁 也就是要求励磁系统应能保证最短的时间内 把励磁电流升高到超过额定状态时的最大值 3 电磁兼容性这是描述电气设备在规定的电磁环境中有效工作的能力 对励磁装置的电磁兼容性要求主要体现在不干扰其它设备的正常工作这一方面 4 自励起压性能这是对自励类型的励磁装置的要求 保证发电机依靠剩磁从静止起动后能迅速顺利地发出规定的电压 自励类型的励磁装置应用最为普遍 二 自励恒压装置的分类及调压原理 1 按发电机电压偏差调节发电机在运行中 由于某种原因使得发电机输出电压与给定的电压出现偏差时 调节器将根据偏差电压的大小和极性输出校正信号 对发电机励磁电流进行调节 由于被检测量和被调量都是发电机端电压 恒压装置与发电机构成一个闭环调节系统 稳态特性比较好 静态电压调整率一般均在土1 以内 晶闸管自励恒压装置属于这种类型 2 按负载电流i和功率因数调节发电机电压的波动 是由于负荷的变化和故障所引起 如果被测量是发电机的负载电流i及功率因数 再经调压器去调节励磁电流来稳定发电机电压 这时被测量和被调量不同 故构成一个开环调节系统 静态特性比较差 但动态特性较好 不可控相复励自励恒压装置属于这种类型 第二节不可控相复励自励恒压励磁系统 返回 一 自励同步发电机自励起压基本原理 同步发电机按其励磁方式可分为他励和自励的两大类 他励同步发电机的励磁电流是由同步发电机本身之外的单独电源供电 通常是由一小容量的同轴励磁机供电 目前在船舶中普遍使用的是带交流励磁机 经过旋转整流桥的他励发电机励磁系统 称为无刷同步发电机励磁系统 如图14 2所示 自励同步发电机的励磁电流 是由同步发电机本身的定子交流电 通过静止的整流元件供给 自励同步发电机自励回路的单相原理图 如图14 3所示 自励同步发电机的自励起压特性曲线 如图14 4所示 其中曲线1为同步发电机的空载特性曲线 曲线2为自励回路的理想励磁特性曲线 同步发电机建立正常空载电压后 在船舶主开关合闸带负载时 由于电枢反应的去磁作用和内部阻抗压降 其端电压必然要降低 如图14 5发电机外特性中曲线1所示 因此 必须采用恒压措施 既然是负载电流变化引起了发电机端电压的变化 因而也就可以利用进行复式励磁的方法 以附加励磁电流来调整 二 不可控相复励恒压的基本原理 图14 6复式励磁 图14 7电流叠加相复励调压图14 8相复励矢量图 图14 9电磁迭加相复励图14 10电势迭加相复励 第三节电流叠加相复励自励恒压装置 返回 假设发电机磁路不饱和 发电机转速恒定 则相复励的控制规律就可用下式表示 图14 11是电流叠加相复励装置原理图 图14 12为单相电流叠加相复励等值电路图 图14 13是励磁电流的相量图 图14 13励磁电流的相量图 第四节电磁叠加的相复励自励恒压装置 图14 14所示为电磁叠加的相复励自励恒压装置 该装置共有三套绕组 又称为三绕组相复励变压器 返回 相复励装置的调试 发电机空载电压 可通过调节电压分量来调整 发电机带负载后电压 可通过调节电流分量来调整 第五节带电压曲折绕组的相复励系统 有电压曲折绕组相复励自励恒压装置的原理接线图 如图14 15所示 该装置与前述三绕组相复励装置相比 该装置的te中又多了一套绕组n4 因此该装置又称为四绕组相复励变压器 绕组n4称为电压曲折绕组 n4与n1在同一个三相铁芯柱a b c上 n1的三相a b c分别与n4的三相b c a反接串联 它的联接规律是n1总是与滞后相铁芯柱上的n4反接串联 电压曲折绕组n4的作用是进一步加强功率因数变化时的相位补偿 以提高调压器的静态调整特性 返回 第六节晶闸管自励恒压励磁系统 晶闸管自励恒压装置原理 如图14 16所示 返回 晶闸管自励恒压装置原理主要由测量移相比较环节 触发控制环节及励磁主回路三大环节组成 1 测量比较环节测量比较环节中包括测量滤波及比较两个回路 其作用是采样发电机电压并经整流器变换为直流电压 与给定的基准电压值相比较 得出偏差信号 该偏差信号经放大后去控制发电机的励磁 所以 测量比较环节的性能 直接影响励磁系统的动态和静态特性 通常要求测量比较电路具有较好的稳定性 线性度 足够的灵敏度 以及优良的动态性能 1 测量回路该系统测量回路主要由测量变压器tc 和整流滤波电路vd组成 测量回路通常采用单相全波桥式整流 三相全波桥式整流 六相全波桥式整流 整流相数越多 则输出电压越平稳 图14 17为单相全波桥式整流 三相全波桥式整流 六相全波桥式整流电路图 为了得到平稳的直流电压需要滤波电路 滤波电路通常有t型滤波 双t型滤波和桥式滤波等几种 2 比较电路比较电路大多采用桥式比较电路 其作用是把测量整流电路输出的电压与基准电压相比较 得到一个反映发电机电压偏差的直流电压信号 由于稳压管具有恒压特性 它常被用作比较电路的基准电压元件 图14 18为双稳压管桥式比较电路及特性 2 移相触发环节及励磁主回路 1 移相触发环节触发控制回路 主要由移相及脉冲形成电路组成 根据比较电路输出的偏差电压uk的大小和极性 移相电路对晶闸管发出相应控制触发角的脉冲 调整晶闸管的导通角 由于三相桥式可控整流器能随电压偏差而输出相应的励磁电流 使电压保持恒定 所以具有良好的静态电压调整特性 2 励磁主电路励磁装置中的可控整流电路与一般的可控整流电路相同 如图14 19所示有单相半波 单相桥式 三相桥式可控整流电路等几种 第七节可控相复励自励恒压励磁系统 返回 前述的相复励装置 虽然具有动态性能好 强励能力强等特点 但其调压精度不高 调压特性的线性度差 为此在按进行不可控相复励调压的基础上 又加上了一个按进行微调的自动电压调节器avr automaticvoltageregulator 这就是所谓可控相复励自励恒压励磁系统 其原理图如图14 20所示 可控相复励自励恒压装置 采用在电磁迭加相复励装置的三绕组变压器中加一个直流磁化绕组的方法 自动电压调节器avr通过改变直流磁化绕组中的电流来改变变压器铁芯的磁化程度 从而控制相复励变压器的各交流励磁线圈的电抗 以控制相复励变压器的输出电流 如图14 21所示 一 可控相复励变压器式可控相复励装置 二 可控移相电抗器式可控相复励装置 可控移相电抗器式调压器原理图如图14 22所示 这种装置的基本励磁装置为电流相加的相复励装置 不同的是移相电抗器用饱和电抗器取代固定电抗器 avr按电压偏差输出相应的直流来控制饱和电抗器的饱和程度 以调节相复励装置交流侧电流 从而消除电压的偏差 图14 23所示为可控电抗器分流的调压器的单相原理图 它在整流器的交流侧并联一个三相饱和电抗器 进行交流侧的分流控制 当出现电压偏差时 avr的电流it控制饱和电抗器的饱和程度 从而改变分流 以达到调压的目的 返回 三 可控电抗器分流的调压器 图14 24所示为交流侧晶闸管分流的调压器单线原理图 晶闸管并联在相复励装置的交流侧实现交流侧的分流 当电压出现偏差时 avr输出与电压偏差相应的触发电流 改变晶闸管的导通角进行分流 通常在晶闸管电路中串联一适当的阻抗 以限制晶闸管导通时的分流电流 与饱和电抗器交流侧分流的电路相比 晶闸管分流是断续的 而饱和电抗器交流侧分流是连续的 返回 四 交流侧晶闸管分流的调压器 直流侧晶闸管分流的调压器单线原理图如图14 25所示 它与交流侧晶闸管分流的可控相复励装置不同的是晶闸管并联在直流侧 工作原理大致相同 返回 五 直流侧晶闸管分流的调压器 第八节无刷发电机励磁系统 同步发电机转子的励磁电流 是通过电刷和滑环引进发电机励磁绕组 由于电刷的磨损 增加了维护和保养工作 磨损产生的碳粉又会导致发电机绝缘下降 产生的电火花不仅会影响无线电通讯 在油轮上使用极为危险 为从根本上解决这一问题 采用了具有同轴交流励磁机和旋转硅整流器的无刷同步发电机 图14 26为无刷同步发电机励磁系统 返回 第九节船舶同步发电机组间无功功率自动分配 当两台并联运行发电机的电压不相等 而频率 相位相等时 则在两机组之间将产生一个无功性质的环流 其结果将使电压较高的发电机输出无功功率增大 而电压较低的发电机输出的无功功率减少 发电机负载电流功率因数低的 无功功率大 功率因数高的 则无功功率小 由此可见 当同步发电机并联运行时 通过改变发电机的励磁电流来调节其电势 即能调整无功输出 实现无功功率转移 通常同步发电机都配有自励恒压装置来自动调整发电机的电压 因此同步发电机有一定的电压调整规律 也称电压调整特性 图14 27为电压调整曲线 电机端电压ug随无功电流iq变化的规律 图14 28为并联运行无功功率分配 返回 1 直流均压线图14 29是直流均压连接线路图 直流均压连接法又称转子均压连接法 它只适用于同容量同型号发电机的并联运行 它是将并联运行发电机的励磁绕组用两根均压线并联起来 均压线的接通和断开与发电机主开关相互连锁 图中ka1和ka2为均压线连接接触器 分别由主开关常开副触头控制 有了直流均压线后 就能使励磁电流随无功负载的变化而相应变化 以保证无功负载分配均匀 例如 当一台发电机励磁电流大于另一台的励磁电流时 均压线上产生均衡电流 均衡电流是从励磁电流较大的发电机流向励磁电流较小的发电机 使前者励磁电流减少 后者励磁电流增加 直至两台发电机励磁电流接近相等时为止 图14 29中也有的加入电阻r0 其作用是减小并车时产生的冲击电流 2 交流均压线对容量不同的同步发电机并联运行 可采用交流均压线 如图14 30所示 图中 两台发电机调压装置的移相电抗器通过均压线并联 该连接处在三相整流器之前的交流侧 当两台发电机电势不相等时 通过交流均压线的联接可使发电机输出电压均衡 以保持无功功率均匀分配 3 电流稳定装置在按电压偏差进行调压的励磁系统中 调差系数kc一般是很小的 甚至几乎接近是无差的 这样 在发电机并联运行时 就会使无功功率的分配不稳定 为了使调压特性曲线为具有足够倾斜度的有差调整特性 且kc相同 稳定平均的分配无功功率 所以在调压器上加装了可以改变调差系数的装置 因其作用就是利用电流信号 通过调压器作用 以使无功电流的分配稳定 故称做电流稳定装置 图14 31是电流稳定装置原理图 图14 32是某船两台发电机无功分配连接图 判断两机之间的无功功率分配是否均匀 可以采用以下两种方法 1 机组并联运行 两台发电机功率表 有功 指示基本相同而电流表指示相差太大时 说明无功分配装置存在故障 2 机组并联运行 两台发电机功率表 有功 指示基本相同而功率因数表 cos 表 指示相差较大时 说明无功分配装置存在故障 在发电机并联运行时 其无功功率的分配是由自动电压调整器来自动完成的 但是如果电器元件出现故障 也会使无功分配装置出现故障 下面以均压线连接为例来分析故障排除的方法 重点检查均压接触器 1 检查接触器是否通电动作 检查线圈本身 发电机主开关常开辅触点 熔断器 导线及相应接线柱等 或修复或更新 2 检查接触器触点是否可靠闭合 或打磨修理或更新 如果触头接触不良 会使均压线断路 并车时不易并上 即使空气开关能合闸 发电机也不能稳定地并联运行 两台发电机的电流可能同时急剧上升 直至发电机的主开关保护动作而跳闸 返回 图14 1船舶电力系统电压暂态调整特性曲线 返回 图14 2无刷励磁控制系统原理图 返回 图14 3自励同步发电机自励回路的单相原理图图14 4自励起压特性曲线 返回 图14 5外特性曲线 图14 6复式励磁 返回 图14 7电流叠加相复励调压图14 8相复励矢量图 返回 图14 9电磁迭加相复励图14 10电势迭加相复励 返回 图14 11电流叠加相复励装置原理图 返回 图14 12单相电流叠加相复励等值电路图 返回 图14 14电磁迭加相复励自励恒压装置 返回 图14 15带有电压曲折绕组相复励自励恒压装置的原理图 返回 图14 16晶闸管自励恒压装置原理图 返回 图14 17单相全波桥式整流 三相全波桥式整流 六相全波桥式整流电路图 返回 a 直流测量电桥比较电路 b 特性输出 图14 18双稳压管桥式比较电路及特性 返回 a 单相全波半控 b 三相半波半控 c 三相全波半控 图14 19励磁系统主回路 返回 图14 20可控相复励自励恒压励磁系统原理图 返回 图14 21相复励变压器式可控相复励装置 返回 图14 22可控移相电抗器式可控相复励装置 返回 图14 23可控电抗器分流的调压器 返回 图14 24交流侧晶闸管分流的调压器 返回 图14 25直流侧晶闸管分流的调压 返回 图14 26无刷同步发电机励磁系统 返回 图14 27电压调整特性曲线图14 28并联运行无功功率分配 返回 图14 29直流均压连接线路图 返回 图14 30交流均压线接法 返回 图14 31电流稳定装置原理图 返回 14 32实船两台发电机无功分配连接图 第15章船舶电力系统频率及有功功率自动调整 本章的主要讲解内容第一节船舶电力系统有功功率自动调整基础知识第二节发电机并联运行的有功功率分配第三节有功功率的转移操作第四节自动调频调载装置基本原理第五节自动分级卸载第六节同步发电机的短路与振荡 第一节船舶电力系统有功功率自动调整基础知识 一 电力系统频率波动的原因及其影响 电网频率与发电机组转速有如下关系式 设原动机输入功率为pt 发电机负荷功率为p 忽略内部损耗 当pt p时输入与输出功率平衡 系统转速 即频率 不变 如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加 pf 而由于机械惯性 原动机的输入功率还来不及变化 这时 为了保持功率平衡 机组把转子的一部分动能转换成电功率 使机组转速降低 系统频率下降 可见系统频率的变化 是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致 返回 二 电力系统的负荷调节效应 当系统频率变化时 整个系统的负荷功率也随之改变 即 在电力系统中功率平衡被破坏引起频率变化时 负载吸收功率的变化起着补偿的作用 使系统能在另一个频率值下得到新的平衡 这种现象称为电力系统的负荷调节效应 负荷调节效应 对于限制系统频率变化是有利的 但只依靠这个效应 频率的变化将是很大的 为了保证系统的频率变化在一定的允许范围内 发电机组必需配置调速器 电力系统要求频率能维持在一定范围之内 因此调速器应是一种 定速调速器 即通过调速器调节维持原动机转速不变 调速器种类有机械式 液压式和电子式等 但无论哪种型式 其工作原理都是测出偏差后 根据偏差的大小和极性去调节原动机 使原动机在负载从零到额定值范围内变化时 维持转速在允许的范围内 三 调速器及其调速特性 1 调速器的结构和动作原理 图15 1离心式调速器示意图1传动轴 2轴 3飞铁 4拨爪 5滑套筒 6弹簧 7杠杆 8拉杆 9涡轮涡杆 10伺服电动机 11油门控制机构 2 调速器的特性 图15 2静态调速特性 图15 3动态调速特性 图15 4调速器的不灵敏区 图15 5频率调节 四 单机运行时频率的调整 图15 6频率的再调节 第二节发电机并联运行的有功功率分配 返回 图15 7不同调速特性并联运行 第三节有功功率的转移操作 返回 图15 8负荷转移图 第四节自动调频调载装置基本原理 一 自动调频调载装置的原理 调整原动机转速及机组的负荷需要根据转速 频率 和负载 功率 的信号 来实现调节 尽管目前自动调频调载装置的品种很多 并且还在不断的更新换代 但基本环节都是由频率变换器 有功功率变换器 有功功率分配器和调整器等组成 返回 1 频率变换器它用来检测电网的实际频率f 并将测量值f与额定频率fe进行比较得出偏差 f 频率变换器将 f变换为相应的与频差成正比的直流电压信号 送到调整系统去进行综合比较 图15 9为频率变换器及其特性 图15 10为基于波形变换的频率变换器的原理图 2 有功功率变换器图15 11图15 12 3 有功功率分配器有功功率分配器是一种有功分配运算电路 为实现按比例或均匀分配有功功率而设置的 运算环节主要由比较放大器和加法器组成 它的作用是根据电网总的功率 计算每台发电机应承担功率以及各台发电机实际承担的功率值与平均值之差 4 调整器图15 13 返回 图15 9频率变换器及其特性 返回 图15 10基于波形变换的频率变换器的原理图 返回 图15 11功率变换器及其特性 图15 12单相功率变换器原理电路 返回 返回 图15 13调整器方框图 二 自动调频调载方法 1 有差调节法有差调节法 如上节所述 是仅依赖有差调速特性的调速器来稳定电网的频率和有功负荷分配的方法 这种方法没有外加的再调节 因此不能保持频率恒定 有功负荷分配通常也不均匀 2 虚有差法图15 141 频率的调整图15 14图15 152 有功功率分配的调整图15 14图15 16 3 主调发电机法 主调发电机法 是指在并联运行的发电机组中有一台机组上装有调频器 作为主调发电机 其任务是当负荷变化而引起电网频率出现频差时 由它再次调节改变油门 维持电网的频率为额定值 并承担系统负荷的变化量 而其余的发电机则总是保持运行于接近额定值 称为基载发电机 返回 图15 14虚有差法方框图 返回 图15 15均功时系统的等效电路 返回 图15 16恒频时系统的等效电路 第五节自动分级卸载 返回 自动分级卸载保护装置是一种发电机过载保护装置 当发电机出现过载时 自动卸载装置动作 将部分次要负载自动切除 以保护发电机正常工作 并保证重要负载不间断供电 它是提高供电能力的一种有效措施 图15 17为一种自动分级卸载装置 zfx一1型 的原理框图 返回 图15 17zfx一1型自动分级卸载装置原理图 第六节同步发电机的短路与振荡 返回 同步发电机在运行过程中 往往由于故障原因或输入输出功率的突然变化 使稳定运行的平衡条件遭到破坏而引起暂态过程 由于发电机电路中的电磁能量不能跃变而发生电磁暂态过程 由于转动系统的机械能量不能跃变而发生机电暂态过程 严重的暂态过程对发电机的安全和并联运行的稳定性都会产生极为不利的影响 一 三相突然短路 三相突然短路是指同步发电机出口近端的对称短路 了解三相突然短路的特点有助于理解其他原因 如突加突卸大的负载等 引起的暂态过程 假设短路前发电机空载 电枢电流为零 当突然发生三相短路时 其暂态过程有以下一些特点 1 在短路的暂态过程中三相短路电流为非对称三相电流 图15 18a2 在暂态过程中强制交流分量的幅值也是逐渐衰减的 最后进入幅值不变的稳定短路状态 见图15 18b 图15 18c 表明短路电流有效值随时间变化的情况 3 暂态短路电流远大于稳态短路电流 图15 18c4 三相突然短路的电磁暂态过程虽然极为短暂 约0 1s 0 3s 但其影响较大 返回 图15 18同步发电机突然三相短路的短路电流 一相 二 并联运行发电机的振荡 并联运行同步发电机的振荡往往是由于原动机或励磁等系统的故障所引起的机电瞬变过程 转子的振荡有自由振荡和强制振荡 1 自由振荡 2 强迫振荡 第十六章船舶电站自动控制 第一节船舶电站自动控制系统概述第二节柴油机自动起停控制第三节船舶电站自动控制第四节电站自动控制装置第五节gac 16m船舶电站管理系统的运行与控制功能 第一节船舶电站自动控制系统概述 船舶建造规范及ccs对船舶电站自动控制系统的要求 1 船舶电站的备用发电机组应能随时迅速 不超过45s 自动起动并自动投入电网供电 有两台机并联工作时 应能自动同步投入 2 各发电机的主开关应能防止短路时的重复合闸 3 当电网电压 频率持续变低及负荷持续超过预定的最大值时 或运行机组发生故障时 应在集控室的主 辅机控制台发出警报 并发出起动指令 使备用发电机组迅速自动起动 并自动投入电网供电 4 当船舶电站过载时 应能自动卸除次要负载 返回 5 能自动起动的多台发电机组应装有程序起动系统或人工选择开关 程序起动系统在某机组起动失灵或不能合闸时 应能自动地将起动指令转移给另一台备用机组 6 船舶电站的自动控制或遥控失灵时 应能进行手动控制或就地控制 7 瞬态条件所反映的信号 如电动机的自起动电流 不应使发电机组产生不必要的自动起动 8 在主配电板应能起动和停止发电机组 接通或切断跨接母线 控制两路独立供电电源的转换 并有测量及显示机组运行情况的仪表和报警设备 应能控制各电动机负载按程序起动 以免过大的冲击电流而使主开关跳闸 船舶自动电站大多可以实现下列自动化操作 1 自动起动任意一台发电机组 当柴油发电机处于停机状态时 而且发电机主开关也没有合闸 如有令发电机组起动的信号时 该机就能实现自动起动 2 自动准同步并车 若电网上有机组供电 则机组自动起动成功后 将新起动之机组自动投入电网并联运行 3 自动恒频及有功功率自动分配 当两台机组并联运行时 自动调频调载装置与原动机调速器配合工作 使电网维持恒定频率 偏差不大于0 25hz 并使两台机组承担的有功功率按机组容量成比例分配 4 欲使一台机解列时 自动装置应将其负载自动转移至运行发电机后 才接受跳闸指令实现自动解列 5 自动恒压及无功功率自动分配 无论单机还是并联运行 自动调整励磁装置总能保持电网电压维持恒定 误差不大于2 5 同时能调整并联运行发电机的无功分配 使之合理分担 6 有自动分级卸载装置及按程序顺序起动装置 当电网负载超过额定负载时 可分一次或二次卸掉次要卸载 当电网失电后又恢复供电时有使重要负载按顺序起动的自动装置 7 集控室中设有监视仪表 信号指示灯 报警设备和人工控制按钮 复位按钮和转换开关等 第二节柴油机自动起停控制 船舶辅柴油机可以有电动起动和压缩空气起动两种方式 电动起动一般用于应急发电机的原动机 主发电机组一般采用压缩空气起动 从柴油机开始起动直到在额定转速下工作需要注意以下几个问题 1 起动前的预润滑 自动控制预润滑有周期性自动预润滑和一次性注入式预润滑两种方式 返回 2 起动时燃油的控制 柴油机的喷油量是有调速器和控制手柄控制的 起动时 调速器尚未正常工作 这时的燃油量可用手柄来限制 3 暖缸 在自动电站中 通常是将各台柴油机的冷却淡水管系连成一个整体 运行机组的冷却水 约65 也循环于备用机的冷却系统中 使备用机组处于预热状况 当备用机组起动成功后 可以较快地加速 甚至无需暖缸 直到额定转速运行 4 停机 不同型式的机器可能有不同的要求 突然停机 也许是某些机器的性能不能接受的 它要求在中速下先运行一段时间 一般要求为180s 待温度逐渐降低 然后才允许断油停机 柴油发电机组自动起动和停机控制应包括以下功能 1 应有 自动 机旁 遥控 操作方式的转换并能满足 机旁 优先于 遥控 遥控 优先于 自动 2 对自动起动的各种准备工作设置逻辑判断和监视 3 接到起动指令时能自动起动柴油机 当转速和滑油压力达到规定值时 能发出起动成功信号 4 一个起动指令 可以允许三次起动 若三次失败 应给出起动失败信号 并向总体逻辑控制单元汇报 起动失败 以便由 总体 判断采取其他措施 5 适当控制起动时的给油量 柴油机发火后 应切断起动动力源 6 中速运行 和 加速 控制 7 当转速上升到额定值的90 时 即可认为整个起动加速程序完成了 应自动切断本机的预润滑系统 并经适当延时 约几十秒 以后 接入对本机的滑油压力监视 8 具有超速保护 9 运行机组接到 停机 指令后 即按应有的程序自动停机 停机完成后 发出 停机成功 信号 并应自动接通预润滑系统 做好下次起动的一切准备 10 自动起动 停机控制器 最好具备 模拟实验 的功能 使运行管理人员能在不影响柴油机原始状态下 校核控制器的工作是否正常 通常用组合开关和指示灯来实现 柴油机发电机组的自动起动程序 可以用方框图16 1表示 自动停机的程序框图如图16 2所示 图16 1自动启动程序框图 返回 图16 2自动停机程序图 返回 第三节船舶电站自动控制 一 总体控制功能 在具有要求多台机组并联供电的电站中 若要满足 无人机舱 的要求 实现电站自动化 必须将各个自动环节有机地联系起来 组成一个总体控制系统 用来收集来自各台柴油机 发电机 断路器 汇流排以及各主要负载的必要的信息及参数 加以分析 判断 在一定的条件下 自动地采取符合逻辑的措施 以处理电站运行中可能出现的各种情况 确保电力系统安全可靠 经济的运行 图16 3为电站自动控制系统方框图 返回 图16 3电站自动控制系统方框图 返回 1 发电机组操作方式的选择 2 备用发电机组的控制 3 空气断路器的合闸和分断 4 解列 5 重载询问 6 重要负载分级起动 7 巡回检测 二 微机控制电站 以微机控制三台发电机组成的电站为例 其单线原理见图16 4 概括地说明微机在电站自动控制系统中所占的地位以及能够实现的基本功能 并非固定模式 随着自动电站的进一步发展以及微型计算机的应用 将使电站自动控制系统的功能更加完善 图16 4微机控制电站单线原理图 返回 自动电站的计算机软件系统能完成下列10种控制功能 1 母线电压自动控制 avc 2 发电机无功功率自动控制 arpc 3 母线频率自动控制 afc 4 发电机有功功率自动控制 apc 5 发电机自动准同步并车控制 asyc 6 故障机组自动解列 acc 7 负载分级切除 ptc 8 发电机运行台数控制 arc 9 原动机自动起动 easc 10 故障监视及报警 monit 第四节电站自动控制装置 图16 5为电站自动控制装置结构框图它主要由8098单片机 可编程电路 信号检测处理单元 驱动单元 保护单元 指示单元以及信号输入输出接口电路等组成 返回 图16 5电站自动控制装置结构框图 返回 电站自动控制装置在计算机软件系统的控制下能实现以下主要功能 1 控制交流发电机组的首机投入 2 自动并车 3 自动调频调载 4 自动解列 5 保护功能 6 参数测量 7 联锁功能 第五节gac 16m船舶电站管理系统的运行与控制功能 一 发电机控制功能 gac ums 1 发电机监视 1 发电机电压监视 2 发电机系统控制中的故障检测 3 发电机能自动起动 停机控制的检测 2 电网监视 1 电网电压监视 2 电网频率监视 3 两级电网监视 返回 3 发电机自动起动控制 1 发电机设备顺序的设定 2 备用发电机起动控制方案 3 备用机组自动起动原因与起动控制 4 发电机自动停机 1 自动停机顺序选择 2 自动停机控制 5 自动负荷分配控制 6 负荷分配控制类型 1 按比例负荷分配控制 2 最佳负荷分配控制 3 负荷转移控制 7 自动频率控制 8 发电机引擎伺服马达控制 9 发电机自动同步功能 二 发电机功率管理功能 gac pms控制功能是指发电机功率管理功能 它是由gac 16mc和gac 16mg共同完成实现 1 网上柴油发电机组台数的控制 gac pms g 运行机组合台数的管理 大致有两种方式 1 每台发电机组的最大负荷率为一定值的方式管理 2 按电站功率余量为一定值的方式管理 2 最佳负荷分配控制 gac pms tg sg 例16 1 图16 6是tg sg dg1和dg2进行最佳负荷分配的一个方案图 图16 6发电机运行状态图 例16 2 图16 7是tg和dg进行最佳负荷分配的一个方案图 tg也可以用sg来代替 图16 7最佳负荷分配控制图 3 大容量电动机起动控制 gac pms m 图16 8是大功率电机起动电路 图16 8大功率电机起动电路 第十七章船舶照明系统及信号灯系统的管理 第一节船舶照明系统管理第二节船舶常用灯具与控制线路第三节灯光信号设备第四节船舶照明系统的维护保养第五节船舶照明系统的常见故障检查 第一节船舶照明系统管理 一 照明系统概述 本章主要介绍船舶照明系统的有关规范 分类 基本参数 船用照明灯具的结构和特点 船舶照明控制路线 船舶照明日常维护和常见故障的处理方法 船舶照明通常包括确保航行安全和人员安全照明 如航行灯 信号灯 登放艇区域照明 船舶工作场所照明 如驾驶室 机舱和甲板装卸照明 以及生活区域照明等 返回 二 船舶照明系统分类 船舶照明按其功能大致可作如下分类 1 室内照明 舱室主体照明 局部辅助照明 娱乐美化气氛照明 2 室外照明 室外通道照明 室外工作照明 甲板照明 3 探照灯和投光灯 4 航行信号灯 也可按供电方式作如下分类 1 正常照明 船舶主电源供电 2 应急照明 应急电源供电 其中应急照明供电又可分为 应急发电机供电 蓄电池组供电 3 临时应急照明 俗称小应急照明 蓄电池组供电半小时 4 航行信号灯 正常和应急两路供电 三 船舶照明系统特点及要求 1 正常照明系统 主照明系统 船舶主照明系统分布在船舶内外各个生活和工作场所 提供各舱室和工作场所以足够的照度 特点 主配电板上照明汇流排直接向各照明分电箱供电 然后由照明分电箱向邻近舱室或区域的照明灯具供电 照明电压一般为交 直流110v或220v 不同舱室和处所均有不同的照度要求 所有照明灯具均设有控制开关 正常照明包括 1 舱室主照明 如顶灯的大部分 2 局部或辅助照明 如床灯 壁灯 盥洗灯等 3 装卸货强光照明 4 室内外走道半数以上的照明 5 各舱室必须备有的插座等 电风扇 冰箱和舱室电取暖器等定额等于或小于0 25kw的非重要设备也可包括在正常照明系统内 2 应急照明系统 大应急照明 船舶应急照明系统主要分布于机舱内重要处所 船员和旅客舱室 艇甲板及各人员通道 它在主配电板失电 主照明系统故障情况下作应急照明使用 应急发电机通过应急配电板及专用线路供电 特点 灯点较少 无照度要求 照明电压与主照明系统相同 需要足够的用电量 对于客船 应急电源的供电时间应大于36小时 对于货船 应急电源供电时间一般应大于18小时 3 临时应急照明 小应急照明 在主照明和应急照明系统发生故障时 临时应急照明系统应能发挥作用 主要分布在驾驶室 船舶重要通道 扶梯口和机舱重要处所 特点 它的灯点少 无照度要求 灯具涂以红漆标志 馈线上不设开关 小应急照明由蓄电池组供电 与主 应急照明系统之间有电气联锁 它应能连续供电30分钟以上 四 航行灯信号灯系统 1 航行灯由前桅灯 主桅灯 艉灯 左右舷灯和前后锚灯组成 用于船舶夜航和指示船舶的状态和相应位置 驾驶室设置专用的航行灯控制箱 由主配电板和应急配电板两路供电 航行灯泡一般为60w的双丝白炽灯 每盏灯具都为双套 其中一个作备用 可在控制箱上切换 2 信号灯一般采用两路电源供电 在驾驶室实现控制 为了适应某些国家的港口和狭小水通道的特殊要求 远洋船舶的信号灯设置比较复杂 这些信号灯通常安装在驾驶台顶上专设的信号桅或雷达桅上 按照规定十数盏 8 12盏 红 绿 白等颜色的环照灯分成两行或三行安装 第二节船舶常用灯具与控制线路 一 船舶常用灯具的基本类型 1 防护型 用于干燥舱室 如船员和旅客的居住舱 休息室 餐厅 驾驶室 报务室等 防护等级为ip2x 2 防潮型 用于有较大潮气的场合 如走道 厨房 洗衣间等 防护等级为ip3x ip4x 3 防水型 用于有水滴 溅水和凝水的场所 如机炉舱 干货舱 轴隧 管弄 露天甲板等 防护等级为ip5x ip6x 4 防爆型 用于可能积聚易燃易爆气体和各有关危险区域 其密封性能最好 用于装有易燃性物体和存在爆炸性气体的舱室 如蓄电池室 油漆贮藏室 分油机室 舱底花铁板之下和油舱的第二类区域 返回 二 船舶照明属具 1 开关 一般舱室灯开关应安装在门开启边 有的舱室有二扇门 可采用双联开关 储藏室 蓄电池室 油漆间 消防设备控制站等舱室开关不应设在室内 厕所 浴室等处开关通常设在门外 冷库 粮库 行李舱 邮件舱等处开关应设在门外且开关上应带接通指示灯 2 插座 在居住舱室的台灯 冰箱 电取暖器旁 餐厅 厨房 配餐间 机器处所及各种工作舱室 主配电板 应急配电板及大型控制设备近旁 计程仪 测深仪舱 轴隧 起货机桅房等 内外走道适当处所 应装设插座 对不同电压等级的插头 插座应选用不同的结构形式 三 油船及特殊船舶的附加要求 1 在油船危险区域或处所内固定安装的照明灯具应采用隔爆型 增安型 正压型 空气驱动型灯具 这些照明灯具的开关应能分断所有绝缘极 并应设置在安全区域或处所内 2 油船及特殊船舶的危险区域或处所内可携式照明应采用带有独立蓄电池的本质安全型 增安型 隔爆型 空气驱动型灯具 危险区内不应使用由电缆供电的可携式照明 3 货泵舱 毗临于货油舱的隔离空舱 直接位于货油舱上面的封闭和半封闭处所以及储放输油管的舱室 可以通过固定装在舱壁上或甲板上的玻璃窗进行照明 照明灯具及其配线固定安置在非危险处所 4 安装在露天甲板或扩大危险区域或处所的插座 应选用带联锁的型式 使开关在接通位置时 插头不能插入或拔出 并且开关应能分断所有绝缘极 5 油船上严禁挂彩灯 四 船舶照明系统控制线路 1 照明控制线路 1 单联控制 图17 1单个开关控制系统 2 双联控制 图17 1所示是单个开关控制的线路图 图17 2是篷顶灯的控制图 双联控制有两种接线方式 图17 3为电源线进开关的双联开关控制图 图17 4为电源线进灯具的双联开关控制图 a 正常照明电路 b 应急照明电 c 接线原理图图17 2蓬顶灯的控制电路 返回 图17 3电源线进开关的双联开关控制图 返回 图17 4电源线进灯具的双联开关控制图 返回 3 荧光灯控制线路 船用的荧光灯采用双线圈镇流器以改善启动性能 延长灯管寿命 图17 5为双线圈镇流日光灯接线原理图 4 双管制和三管制的荧光灯接线 图17 6为双管制日光灯接线图 图17 5双线圈镇流日光灯接线原理图 图17 6双管制日光灯接线图 返回 第三节灯光信号设备 一 号灯的特性 表17 1为海船号灯的种类和特性 二 号灯的型式 第1类号灯适用于50m和50m以上船舶 分为单 双层两个系列 使用船舶号灯专用灯泡 表17 2为第1类号灯规格表 返回 表17 2第1类号灯规格表 返回 三 号灯的控制 船上通常设航行灯控制箱 板 和信号灯控制箱 板 分别控制航行灯和信号灯 1 航行灯的控制 2 信号灯的控制 图17 7为k7型航行灯控制器原理图 图17 8为fxu10型10路信号灯开关箱原理图 3 闪光灯的控制 图中n01 n02表明该控制器由两路电源供电 由sa9开关实行转换 ka1 ka7是电流继电器 当航行灯工作正常时 继电器触头断开 双丝灯泡的航行灯只要有一路发生故障断开 电流继电器失电 触头闭合 蜂鸣器ha就鸣响 工作人员确认哪路灯丝断开后 把该路转换开关切换 就能使电路恢复正常 图中还设有电源电压测试点 图17 7k7型航行灯控制器电气原理图 返回 图17 8fxu 10型10路信号灯开关箱原理图 返回 四 自动雾号汽笛 1 雾笛 根据 国际海上避碰规则 的要求 船上应设有雾笛等 雾笛有两种 一种是气动的 另一种是电动的 气动雾笛的频率约在200hz 350hz 大船采用较低的频率 2 信号控制器 信号控制一般有声信号控制和光信号控制两部分 表17 3为声信号一览表 表17 4为光信号一览表 表17 3声信号一览表 返回 表17 4光信号一览表 返回 一 照明系统的维护周期和要求 对普通照明及可携式灯具应测量线路的绝缘电阻 正常情况下大于0 5m 检查灯头接线是否老化和开断 对于室外灯具应检查其水密性能与锈蚀 凡有损坏的应及时更换 通常周期每半年一次 对应急照明 则每月进行一次效能试验 每半年测量一次绝缘电阻 每次开航前 应检查航行灯信号灯的供电电源 灯具及故障报警装置 探照灯 运河灯在使用前应检查其电源 开关 连接电缆和灯具的水密性能及绝缘电阻情况 第四节船舶照明系统的维护保养 返回 二 船舶照明系统维护保养注意事项 1 尽量避免带电更换灯泡 更换的灯泡应与电源电压一致 功率不能超过灯具允许的容量 2 在检修某些特殊部位 例如辅锅炉内部 柴油机曲拐箱 压载舱 储水柜等地方时 需用临时照明时 必须使用带有安全网罩的36v以下的低压行灯 装卸易燃危险货物时 不可使用携带式货舱灯 3 应急照明灯具应涂以红漆标记 以示区别 经常检查灯泡是否良好 损坏的应及时更换 4 甲板 船桥等露天投光灯具 开灯前应先脱去帆布 用完要及时将帆布罩妥 5 室外水密插座 通电前先检查插头螺母是否旋紧 取出插头前检查电源是否切断 用毕后应旋紧防水盖 6 需要张挂彩灯时 要考虑到供电线路和开关的载流量 各相电流分配是否平衡 并要配备好保护装置 油轮严禁张挂彩灯 第五节船舶照明系统的常见故障检查 船舶照明系统的常见故障一般分为三类 短路故障 接地故障 断路故障 船舶照明系统的短路故障往往是线路受潮或绝缘受损造成的 这种故障的常见现象是 一通电 空气开关就跳开或熔断丝烧断 检查时 应先切断电源 将万用表置r 1档 把