《船舶电气与自动化（船舶电气）（二三管轮）》-第三章船舶发电与配电系统

第七节

发电机组的自动控制第八节

同步发电机的电压与无功功率的自动调节第九节

船舶岸电接用的操作注意事项第十节

高压电力系统第十一节

船舶照明系统船舶电气第一节

三相交流同步发电机

使用交流电制的船舶均采用三相交流同步发电机作为主电源设备。交流同步发电机是一种能量转换装置，它将原动机发出的机械能转换成电能。根据原动机的形式，通常有中速柴油机发电机组，有的也配有转速较高的汽轮机发电机组。集大轮机自动化转场式转枢式定子：机座、定子铁芯、三相电枢绕组转子：磁极，磁极绕组通入直流电定子：磁极，磁极绕组通入直流电转子：转子铁芯、三相电枢绕组船用一、三相交流同步发电机的构造与工作原理(一)三相交流同步发电机的构造1.定子电枢构造

定子为电枢的同步电机,定子铁芯是由硅钢片叠成。定子铁芯槽内嵌放的三相对称绕组也是依次相差120º空间电角度或120º/p空间机械角度,其中p为极对数。三相绕组又称电枢绕组,作为电力发电机基本上都采用Y形连接。定子结构由铁芯、绕组以及机座、端盖等附件组成,与异步电机定子基本相同。

2.转子隐极式：转速高（3000r/min、1500r/min）汽轮机

凸极式:转速较低（小于1000r/min）柴油原动机船舶电气

在三相电枢绕组中产生对称的三相正弦空载电动势(即开路相电压)，其瞬时值为eA=EmsinωteB=Emsin(ωt-120°)eC=Emsin(ωt+120°)空载电动势的有效值为E0=4.44fNφ0kW每相空载电动势E0=keΦ0n船舶电气(三)三相交流同步发电机的励磁方式按同步发电机的励磁电源的不同有两种基本类型，即自励和他励。设有专用励磁电源的称为他励方式。目前船舶同步发电机都采用自励形式，其直流励磁电流由自身输出的交流电经过整流并调节后获得。为降低滑环和碳刷装置带来的维护保养问题，近年来无刷发电机得到推广和使用。与普通发电机组相比，除具有相同的同步主发电机外，无刷发电机还由中频交流励磁机和旋转整流器组成。船舶电气(四)三相交流同步发电机的铭牌参数1.额定功率PN(W，kW，MW)，指发电机输出的额定有功功率；而船舶发电机常用额定容量SN(VA，kVA，MVA)来表示发电机的输出能力。2.额定电压

UN(V，kV)，指额定运行时发电机输出端的线电压。3.额定电流

IN(A，KA)，指额定运行时定子输出端的线电流。4.额定功率因数

cosφN，指额定运行时电机的功率因数。5.额定频率

fN(Hz)，指电机电枢输出端电能的频率，我国标准工频为50Hz。6.额定转速

nN(r/min)，指额定运行时电机的转速即同步转速。船舶电气7.绝缘等级，指电机的绝缘材料的等级，船用一般为E级以上。8.温升，指电机在额定负载运行时允许最高温升。9.励磁电压

UfN，指额定负载时所加励磁电压。10.励磁电流

IfN，指额定负载时所加励磁电流。二、同步发电机的空载运行及空载特性(一)同步发电机的自励起压船舶电气船舶电气(二)自励起压条件同步发电机自励起压过程是一种正反馈过程，整个过程并无外来输入量。要完成自励起压，必须具备下列条件：(1)发电机必须有足够的剩磁，这是自励的必要条件。新造的发电机无剩磁，长期不运行的发电机剩磁也会消失，这时可用其他直流电源进行充磁，注意直流电源充磁的磁场要与原剩磁一致。(2)要使自励过程构成正反馈，由剩磁电势所产生的电流建立的励磁磁势必须与剩磁方向相同，所以整流装置直流侧的极性与励磁绕组所要求的极性必须一致。(3)适当整定励磁回路阻抗，使励磁特性与空载特性配合恰当，获得空载电压Uo。船舶电气(三)自励起压存在的实际问题及措施对于自励同步发电机，上述自励起压过程只是一种理想状况。实际上，由于自励回路是一个非线性电路，在起压过程中其阻抗是变化的，是由整流二极管的正向导通电阻、碳刷与滑环的接触电阻及励磁绕组的直流电阻所组成的。起压初始阶段因剩磁电压所产生的励磁电流很小，故整流二极管的正向电阻和碳刷与滑环的接触电阻都呈高阻状态；以后随着电压增加，励磁电流增大时，回路呈低阻状态。所以实际励磁在起压时，初始电压不够高，可能无法克服高阻状态，励磁电流不能提高，发电机不能起压。船舶电气采用的方法：(1)提高发电机的剩磁电压。即给励磁回路充磁，当发电机靠本身建压失败时，按下主配电板发电机控制屏上充磁按钮，临时充磁来提高剩磁电压，从而实现起压。(2)降低伏安特性。实际工作中采取措施减少碳刷与滑环的接触电阻，以降低励磁回路电阻，使得剩磁产生的电压能够产生足够的电流以进一步提高电压。(3)利用复励电流帮助起压。在起压时临时短接一下主电路，利用短路产生的复励电流帮助起压；或利用升压变压器来向励磁回路供电起压。采用这两种方法，电压一旦建立应立即切除升压变压器或打开主电路，但操作不容易，实际上很少使用。船舶电气(四)同步发电机的空载运行与空载特性分析若定子绕组输出端开路，即为同步发电机的空载运行。如图3-5中1为同步发电机的空载特性曲线，由于E0

与φ0成正比，而φ0由If励磁产生，这两者之间关系即为磁化曲线，故E0与If之间的空载特性曲线与磁化曲线具有相同的形状。图3-5中Er为剩磁电压(在额定转速下使If=0时所测得的电枢开路电压)。

空载特性曲线不仅反映了发电机空载时输出端电压与励磁电流之间的关系，而且当发电机负载运行时，同样可以通过这一曲线及励磁电流来推算出电枢感应电势的数值。此外，空载特性曲线在研究、分析发电机自励起压的过程中也有着重要作用。空载特性曲线可通过实验方法测出。船舶电气三、同步发电机的负载运行及电枢反应(一)同步发电机的负载运行特点由于电枢感应电动势和电流取决于主磁极的旋转方向，而电枢磁场的旋转方向取决于三相定子绕组中的负载电流的相序，因此电枢磁场不仅与主磁极磁场速度相等，且方向相同，两者相对静止，做同步旋转。同步发电机负载运行时，其旋转磁场实际上是由转子主磁极磁通φ0

和定子电枢磁通φa

合成的结果，即空间上两个磁场矢量叠加，形成一个气隙磁场，合成的磁通φ的磁轴及大小与主磁极磁通φ0

相比都发生一定的变化。这种旋转的电枢磁场对磁极(励磁)主磁场的影响称为电枢反应。船舶电气(二)同步发电机的电枢反应分析由异步电动机工作原理分析可知，三相对称电流所产生的旋转磁场的轴线与电流达到最大值的绕组的轴线是重合的，即电枢磁通φa的相位取决于负载电流的相位，而磁极磁通φ0

的相位又始终超前于空载感应电势90°电角度。因此，当负载性质变化时，即φa与φ0不同时，或φa

与φ0之间的相位差发生变化时，都会产生不同结果的电枢反应。船舶电气1.与同相位时的电枢反应——交轴电枢反应2.滞后于90°时的电枢反应——直轴去磁电枢反应3.超前于90°时的电枢反应——直轴增磁电枢反应

船舶电气(三)同步发电机的外特性及调节特性同步发电机的稳态运行特性包括外特性、调整特性和效率特性。从这些特性中可以确定发电机的电压调整率、额定励磁电流和额定效率，这些都是标志同步发电机性能的基本数据。1.同步发电机的外特性外特性表示发电机的转速为同步转速，励磁电流和负载功率因数保持不变时，发电机的端电压(相电压)与电枢电流之间的关系；即n=ns，If=常值，cosφ=常值时，U=f(I)。船舶电气图3-8表示带有不同功率因数的负载时同步发电机的外特性。船舶电气

船舶电气2.同步发电机的调节特性

静态电压变化率是同步发电机运行的一个重要指标，根据中国船级社《钢质海船入级规范》船舶同步发电机的静态电压变化率，主发电机为±2.5%，应急发电机为±3.5%。显然前述发电机的外特性不能满足要求，实际使用中需要不断地调整励磁电流，以使发电机输出电压稳定。同步发电机在额定转速和一定的负载功率因数下，为保持端电压基本不变，励磁电流If随负载电流I而变化的关系If=f(I)称为调节特性，即n=ns，U=UN，cosφ=常值时的If=f(I)。船舶电气

图3-9所示为带有不同功率因数的负载时同步发电机的调整特性。船舶电气第二节船舶电力系统的基本概念一、船舶电力系统的组成与特点(一)船舶电力系统的组成船舶电力系统是指由一个或几个在统一监控之下运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成并向负载供电的整体。换句话说，船舶电力系统是由电源装置、配电装置、电力网和负载按照一定方式连接的整体，是船舶上电能产生、传输、分配和消耗等全部装置和网络的总称。典型船舶电力系统简图如3-10所示。集大轮机自动化船舶电气1.船舶电源装置

船舶电源装置是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置。船舶常用的电源装置是发电机组和蓄电池组。2.船舶配电装置

船舶配电装置是对电源即发电机发出的电能、电力网和电力负载进行保护、分配、转换、控制和检测的装置。按用途分:总配电板(或称主配电板)、应急配电板、充放电板、岸电箱、分配电板；按结构分:防护式、防滴式、防水式三种，通常主配电板和应急配电板多采用防护式。船舶电气船舶主配电板是对电能进行集中控制、监测和分配的一种装置。它是由各种开关、自动控制与保护装置、测量仪表及互感器、调节和信号指示等电器设备按一定要求组合而成的一个整体。应急配电板的功能是控制和监视应急发电机组的工作状况，并向应急用电设备供电。应急配电板通常只有发电机控制屏和负载屏。船舶小应急照明、操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池，船舶须设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常供电。船舶电气交流岸电箱功能：船舶进厂及靠港检修或某些船舶靠港停泊时，可以用陆地的电源来供电。接岸电时，陆上电源通过电缆通常接到位于主甲板层的岸电箱，岸电箱一般都有岸电电源指示灯、断路器或开关加熔断器、岸电接线柱、相序指示灯(或负序继电器)、表明船电的额定电压与额定频率。分配电板是向成组用电设备进行供电的开关和控制设备的组合装置，对额定电流不超过16A的电气设备进行供电的开关板，也称为分电箱，主要有动力分配电板和照明分配电板两种。区域分配电板由主配电板或应急配电板馈电，是对耗电大于16A

的电气设备进行供电的开关板。船舶电气3.船舶电力网

船舶电力网是全船电缆和电线的总称。其作用是将各种电源与各种负载按一定关系连接起来。根据所连接负载性质分:动力电网、照明电网、应急电网和小应急电网等。4.负载船舶电力负载即用电设备，按系统大体可分为以下几类：动力装置用辅机，为主机和主锅炉等服务的辅机，如滑油泵、海水冷却泵、淡水冷却泵和鼓风机等。甲板机械，包括锚机、绞缆机、舵机、起货机、舷梯机和起艇机等。舱室辅机，包括生活用水泵、消防泵、舱底泵以及为辅锅炉服务的辅机等。船舶电气机修机械，包括车床、钻床、电焊机和盘车机等。冷藏通风装置，包括空调装置、伙食冷库等用的辅机和通风机等。厨房设备，包括电灶、电烤炉等厨房机械用辅机和电茶炉等。照明设备，包括机舱照明、住舱照明、甲板照明等照明设备和航行灯、信号灯以及电风扇等。弱电设备，包括无线电通信、导航和船内通信设备等。自动化设备及其他，例如，自动化装置、蓄电池充放电设备、冷藏集装箱和艏侧推装置、电力推进船舶或特种工程船舶使用的推进电动机、生产机械和专用设备等。船舶电气(二)船舶电力系统的特点

与陆地电力系统相比较，船舶电力系统有如下特点：1.船舶电气设备的工作条件比较复杂，工作环境比较恶劣

要求船舶电站的发电机、电器元件应当进行三防处理(防潮、防霉菌、防盐雾)，并具有抗振、抗倾斜的性能，以保证电站运行的可靠性。2.船舶发电设备与用电设备之间的距离很短，相互影响大

当电网某一点发生短路(特别是动力设备)，就可能直接影响发电站的运行，因此各级船舶电网均应设置短路保护环节，并具有选择性，以保证电站供电的连续性。3.船舶电站容量相对较小

要求船舶发电机组要有较大的承受过载和强行励磁的能力，以提高船舶电站运行的稳定性。船舶电气二、船舶电力系统的基本参数1.电流种类(电制)

船舶电力系统常采用的电制有交流和直流两种。2.额定电压等级

美国、韩国、日本采用450V、60Hz的电制，而我国和俄罗斯等均采用400V、50Hz的电制。

中国船级社《钢质海船入级规范》规定：非电力推进船舶的限制电压为500V，动力负载、具有固定敷设电缆的电热装置等的额定电压为380V，照明、生活居室的电热器限制电压为250V，额定电压为220V。3.额定频率等级

交流船舶电力系统的额定频率一般沿用各国陆地上的频率标准，我国采用50Hz，西欧、美国采用60Hz。船舶电气三、船舶电网分类、配电方式、电力系统的线制

船舶电力网泛指主配电板和应急配电板到用电负载之间的电缆连线。

由主配电板直接供电的电网称作一次配电网络，而由区、分配电板供电的网络叫二次配电网络。(一)船舶电力网的分类

根据供电电源的不同、负载的性质和用途不同，船舶电力网可分为：(1)动力配电网络。(2)正常照明配电网络。(3)应急电网。(4)小应急电网。(5)弱电网络。船舶电气(二)船舶电网的配电方式(接线方式)

电压等级在500V以下的船舶电网，一般采用枝状或环状配电方式，如图3-11所示为船舶电网配电方式。船舶电气

枝状配电方式的每一条馈电线均由主配电板直接引出，并且是各自独立的，它只向一个分配电板或一个用电设备供电。其主要特点是：①从主配电板出的各条馈电线路都安装有自动开关，便于集中控制；②由于用电设备很多，主配电板需要集中大量的电缆端头和自动开关，不仅电缆耗量多，而且主配电板的尺寸也需相应增大；③一旦馈电线路发生故障，则该线路的电气设备或分配电板就要停电，因此可靠性较差。船舶电气

环状配电方式的主馈电线是一个环形闭合回路，它经过串接在主馈电线路上的各个分线盒供电给用电设备或分配电板。其主要特点是：①每一个用电设备均可以从线路的两个方向获得供电，当一条主馈电线路出现故障，另一条馈电线路仍可以保持供电；②可以减少主馈电电缆的数量和长度及主配电板的尺寸；③不便于在主配电板上对各条馈电线路实行集中控制。

目前，除了少数对供电可靠性要求特别高的军舰和大型客船采用环状电网外，绝大部分船舶都采用枝状配电方式。船舶电气

船舶中压电网配电方式有四种。采用较多的是枝状和树干状，如图3-12(a)和图3-12(b)所示，枝状和树干状配电方式结构简单、可靠性不高，对重要负载在故障工况时有失电的可能。船舶电气

为了提高供电的可靠性，可采用桥状配电或者采用互为备用的桥状综合配电方式，如图3-12(c)和图3-12(d)所示，这两种网络不太复杂，但提高了供电的可靠性，只要有一台发电机正常工作，就可保证一些重要设备正常工作。船舶电气(三)船舶电网的线制对于船舶三相交流电力系统，其线制一般分为以下三种。1.三相三线绝缘系统

在三相三线绝缘系统中，动力系统与照明系统采用变压器隔离，两者之间没有电的直接联系，因此，即使照明系统的绝缘电阻下降也不会影响动力系统，且当系统发生单相接地时，不会影响三相电压之间的对称关系，系统仍可短时工作。因此绝缘性能相对较好，安全可靠，目前大多数船舶采用三相绝缘系统。船舶电气2.中性点接地的三相四线系统

特点是照明和动力系统由同一个电源供电，无须采用变压器，发生单相接地时会造成短路，从而使故障部分立即被保护装置断开，故障查找容易。但这种线制动力系统和照明系统直接接在一起相互影响大，而且照明系统单相接地故障多，容易造成停电而使供电可靠性降低、安全性差。船舶电气3.中性点接地的三相三线系统

利用船体作为中线形成回路，虽然节省电缆，但容易发生触电和短路故障，现在一般船舶不再采用这种线制。船舶电气第三节船舶主配电板一、船舶主配电板的组成与功能

船舶主配电板是对电能进行集中控制、监测和分配的一种装置。它是由各种开关、自动控制与保护装置、测量仪表及互感器、调节和信号指示等电器设备按一定要求组合而成的一个整体。主要功能是：(1)正常运行时，手动或自动接通或切断电源至用电设备间的供电网络，对电网供电或停止供电。(2)测量和监视电力系统的各种电气参数(电压、频率、电流、功率、功率因数、绝缘电阻等)。(3)调整电力系统的各电气参数值(例如电压、频率的调整)。集大轮机自动化(4)当电力系统发生故障或不能正常运行时，保护电路将自动地切断故障电路或发出报警信号。(5)对电路状态、开关状态以及偏离正常的工作状态进行信号显示。(一)船舶主配电板

主配电板是船舶电力系统最主要的配电装置，担负着对主发电机和用电设备的控制、保护、监测和配电等多种功能。

由多个金属结构的落地式箱柜组装而成，每一箱柜称为一个屏，屏与屏之间以螺钉固紧。每一个屏的面板上装有各种必需的配电电器和测量仪表。

主配电板主要由发电机控制屏、并车屏、负载屏和汇流排四部分组成。船舶电气船舶电气1.发电机控制屏

发电机控制屏是用于控制、调节、保护、监测发电机组的，每台发电机组均需配有单独的控制屏。发电机的控制屏面板常设计成上、下两部分。上部装有测量仪表、转换开关、指示灯、主要电源开关、原动机的调速开关和按钮等；下部一般安装有发电机主开关，有的船舶也装有发电机励磁控制装置。控制屏内还装有逆功率继电器和仪用互感器等。船舶电气2.并车屏

并车屏用于交流发电机组的并联运行、解列等操作。其主要由频率表(电网和待并机)、同步表与同步指示灯及其转换开关、调速开关、合(分)闸按钮、投切顺序选择和转换开关等组成。有的还设有汇流排分段隔离开关、粗同步并车电抗器、自动并车装置等。

对于没有独立并车屏的主配电板，一般将同步表、同步指示灯及其转换开关装于中间一台发电机控制屏的上部。船舶电气3.负载屏

功能是对各条馈电线路进行控制、监视和保护，通过装在负载屏上的馈电开关(一般为塑壳式自动空气断路器，对一些大负载或重要负载也有采用框架式自动空气断路器的)将电能供给船上各用电设备或分配电板。4.汇流排

配电板上主汇流排及连接部件是铜质的，连接处做了防腐或防氧化处理。汇流排能承受短路时的机械冲击力，其最大允许温升为45℃。船舶电气

交流汇流排按从上到下(垂直排列)、从左到右、从前到后(水平布置)的顺序依次为A相、B相、C相。汇流排的颜色依次为绿色、黄色、褐色或紫色，中线为浅蓝色(若有接地线则接地线为黄绿相间颜色)。

直流汇流排按从上到下(垂直排列)、从左到右、从前到后(水平布置)的顺序依次为正极、中线、负极。其正极颜色为红色，负极为蓝色，中线为绿色和黄色相间色。(二)船舶电站运行中的监视与管理要求

滚动轴承一般不超过80℃，滑动轴承不超过70℃

；注意观察发电机滑环的火花情况；对故障检修断开电源时，必须在其相应的开关上悬挂告示牌；配电板上同步表按短期工作设计，并车完毕后，应关闭；观察配电板上兆欧表或地气灯所显示的船舶电网绝缘情况。如有绝缘不良，应及时进行检查、排除。船舶电气(三)船舶电站停止运行后的管理要求

电站在将要长期停止运行或者发电机、配电板将进行厂修前均应测量绝缘电阻，并做好记录，以备查考；交流船舶接岸电时，应当查明电压及频率是否与本船电网电压及频率一致，并且要确定相序一致，确保船电失电后方能接通岸电；配电板停用期间，对有加热驱潮电阻装置者(空间加热器)，应通电加热，防止油、水溅入发电机和配电板内。二、重要负载的馈电方式

船舶重要负载是指与船舶航行、货物的保存、船舶及人身安全有关的电气设备。这些重要负载包括：主机滑油泵、冷却水泵、燃油输送泵、燃油分油机、空压机、循环水泵、锅炉给水泵和风机、舵机、锚机、主机控制装置、导航及通信设备和各种报警装置。船舶电气重要负载供电方式：主配电板直接供电方式，两路独立馈电线供电。如舵机、锚机、消防泵、消防自动喷淋系统、无线电电源板、陀螺罗经、航行灯控制箱、苏伊士运河灯等。船舶电气第四节船舶应急电源系统

船舶应急电站由应急配电板和应急发电机组组成。应急配电板通常由一个发电机屏和二或三个负载屏组成。

发电机屏上装设监视发电机运行的仪表，如电压表(带开关)、电流表(带开关)、功率表和频率表等(很少有装功率因数表和励磁电压、电流表的)，还装设发电机断路器、发电机和系统的继电保护以及其他诸如电站自动控制设备等。一、应急发电机与应急配电板功能、操作与管理要求(一)应急发电机

客船和500总吨及以上的货船应设有独立的应急电源。它可以是发电机，也可以是蓄电池组。作为应急电源使用的发电机称为应急发电机。集大轮机自动化

应急发电机组应该具有独立的冷却装置和燃油供给单元，并设有满足规范要求的起动装置。当船舶发生火灾或其他灾害引起主电源供电失效时应急发电机组应能自动起动和自动连接于应急配电板，尽快地承载额定负载，最长时间不得超过45s。而主电源恢复供电后，应急发电机组便自动脱离。

应急发电机的日常检查要点主要有：定期进行应急发电机组独立的冷却装置和燃油供给系统工作状态检查；定期对应急发电机组的自动起动系统(起动马达、起动蓄电池及备用起动装置)进行检查，并进行模拟主配电板失电后应急发电机自动起动，自动向应急负载供电的测试实验。船舶电气(二)应急配电板

应急配电板的功能是控制和监视应急发电机组的工作状况，并向应急用电设备供电。它与应急发电机组安装在同一个舱室内，一般位于艇甲板层。应急配电板通常只有发电机控制屏和负载屏，应急配电板上面安装的电器仪表与主配电类似，只是应急发电机不需要并联运行而无须逆功率继电器和同步表。

应急配电板的接线应该保证在主发电机、应急发电机和岸电开关之间具有电气联锁，目的是防止非同步合闸(在几个电源之间)。电气联锁主要是通过这些电源开关的辅助触点实现的。船舶电气船舶主电网与应急电网间联锁控制船舶电气

中国船级社《钢质海船入级规范》规定，应急电源供电范围为：航行灯及《国际海上避碰规则》所规定的其他各种信号灯；白昼信号探照灯及无线电测向仪、无线电电台(按国际航行要求)；各通道、梯道出口处的应急照明，每个登艇处的甲板和舷外应急照明，救生艇、筏，救生浮储存处的照明；机舱主机操纵台、锅炉水位表、气压表、主配电盘前、应急发电机室、舵机等处照明；驾驶台、海图室、无线电室、消防设备控制站的照明；船员、旅客公共舱室的照明；紧急集合报警装置；电动应急消防泵；固定式潜水舱底泵等。船舶电气(三)主电网与应急电网的连接方式

船舶重要设备除在正常条件下由主电网供电外，还须备有在应急情况下的应急电源供电。例如舵机、航行灯和通信之类设备都分别有独立的馈电线与主电网及应急电网相连，应急电网视为主电网的一个组成部分。船舶电气二、船用蓄电池的维护保养

船舶小应急照明、操纵仪器和无线电设备的电源均采用蓄电池供电，船舶须设置充放电板对蓄电池进行充电、放电，实现向用电设备正常供电。主要用途：1）小应急电源(应急照明、航行灯)及内部通信电源；2）机舱巡回监视报警系统的备用控制电源；3）应急柴油发电机的起动电源；4）救生艇柴油机的起动电源；5）无线电收发报机的电源。船舶电气1.酸性蓄电池的结构和工作原理酸性蓄电池主要由容器、极板、隔板三部分构成容器的作用是盛储电解液和支撑极板；极板分正极板和负极板两种，正极板是二氧化铅(PbO2)，负极板是海绵状铅(Pb)；隔板使正、负两块极板互相绝缘，其上有小孔，以利于电解液流通。船舶电气可见：——

电解液参与化学反应，前后比重发生变化。电解液：27%～37%稀硫酸溶液，比重为1.28～1.31。原理：铅、二氧化铅和硫酸化学反应，储存和释放电能。化学方程式：判断充放电状态方法（两个）：①测量电动势E；②测量比重d：比重d与电动势关系：E=0.84＋d。

PbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O＋PbSO4

（正极）（电解液）（负极）

（正极）（电解液）（负极）放电充电

电流与放电时间的乘积叫作蓄电池的容量，容量是描述蓄电池储存电能能力的物理量，单位为安培小时(Ah)。Q=It(Ah)

酸性蓄电池通常以10h的放电电流为标准放电电流(即经过10h使蓄电池放完电的放电电流)，因此，额定容量被定义为在电解液温度为

25℃

，以10h放电电流连续放电至终了电压时所输出的容量。

碱性蓄电池一般是以

8h作为标准放电电流。船舶电气2.蓄电池的日常维护、保养(1)蓄电池维护的周期、内容与要求对于酸性蓄电池：①每10天要检查一次电压、电解液的相对密度及高度，并做好记录。如果低于规定值，应及时补充蒸馏水后进行充电，然后清洁表面。②不经常使用的蓄电池，每月至少要检查一次，并进行补充电。③蓄电池表面，每3个月进行一次彻底清洁。清洁时先用温水擦除接头处的氧化物，然后再涂上牛油或凡士林，防止氧化。船舶电气对于碱性蓄电池：①每15天要检查一次电压、电解液相对密度及高度，并做好记录。如果低于规定值，应及时补充蒸馏水，进行充电，然后清洁表面。②每2个月检查一次蓄电池螺丝塞和透气橡皮套管。如果弹性失效，应换新。③每

6个月要彻底清洁一次蓄电池的外表面。如果有锈蚀，应用煤油擦光，再涂上一层无酸凡士林。(2)蓄电池维护保养注意事项①注意保持蓄电池表面及整体清洁。不要有油渍污垢在上面，决不允许在上面放置金属工具、物品，以防造成短路，损坏蓄电池。船舶电气②保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁。如出现电极接头腐蚀或氧化物等应及时擦拭干净，以保证导电的可靠性。平时应将这些零件表面涂上凡士林，防止锈蚀。③平时注意盖好注液孔的上盖，以防止船舶航行时电解液溢出，或海水进入到蓄电池里，必须保持气孔畅通。④蓄电池放电终了，应及时按要求进行充电。⑤蓄电池室内严禁烟火。⑥碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防止进入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年或使用过

50~100次充放电循环，应更换一次电解液，要注意保持排气胶管畅通，定期打开气塞排气，防止气体聚集太多而造成蓄电池膨胀。船舶电气第五节发电机主开关的基本结构和原理船舶电站主开关：万能式自动空气断路器(抽屉式或框架式)。主要形式有：国产的DW10、DW94、DW95、DW98型；日本TERASAKI(寺崎)公司生产的AM、AH、AT型；ABB、西门子、施耐德等公司生产的不同型号的开关。特点：在正常运行时作为接通和断开主电路开关电器，在不正常运行时对主电路进行过载、短路和失(欠)电压保护，自动断开电路。集大轮机自动化一、发电机主开关的基本结构

一般都是由触头系统、灭弧装置、自动脱扣机构、操作机构和保护装置组成。船舶电气1.触头和灭弧系统

组成：主触头、辅助触头和弧触头。主触头承担电路的正常工作电流，弧触头是为了防止主触头接通和断开电路时产生的电弧烧坏主触头而设置的。合闸时：弧触头先接通，然后依次是辅助触头和主触头。分闸时：主触头先断开，然后是辅助触头和弧触头。自动空气断路器大多是采用灭弧栅进行灭弧。2.自由脱扣机构作用：使触头保持完好闭合或迅速断开船舶电气

四连杆自由脱扣机构是触头系统和操作传动装置之间的联系机构。正常触头闭合状态如图3-22(a)所示。图3-22(b)为分闸位置，由于衔铁动作，使顶杆向上逆动，撞击连杆接点，四连杆刚性连接被破坏，脱扣机构动作，使主触头断开。图3-22(c)为准备合闸位置。在脱扣后，需再次合闸时，应先将手柄向下拉，使四连杆机构成刚性连接状态，做好合闸准备。一旦需要合闸，只需将手柄往上推即可。船舶电气3.操作机构

操作机构用于控制自由脱扣机构的动作，实现触头闭合或断开。

自动空气断路器的操作传动装置常见的有手柄式、连杆式、电磁式、电动式等。但是无论哪一种操作方式，合闸前都必须先将储能弹簧储能，使自由脱扣机构处于“再扣”位置，然后利用储能弹簧释放能量实现快速合闸，减小电弧。二、发电机主开关的基本工作原理1.手动操作

各种类型的自动空气断路器都有手动合闸操作手柄，通常有转动和上、下扳动两种形式。船舶电气国产的DW-94型自动空气断路器合闸时，先将手柄摇38圈左右，通过蜗轮蜗杆传动将储能弹簧拉长储能，自由脱扣机构“再扣”之后再摇2~4圈，使储能弹簧释放，以实现合闸。DW-95型和DW-98型主开关合闸时，需先将手柄逆时针转110°和90°，然后再顺时针转一定角度，使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再继续顺时针转一定角度即实现合闸。AH型主开关合闸时首先将手柄向下扳，使储能弹簧储能，自由脱扣机构“再扣”，再将手柄扳向上方，即实现合闸。各类自动开关都有手动机械脱扣按钮，分闸时，只要按下“分闸”按钮即可实现分闸操作。尚有一些自动开关，利用扳动手柄储能，使用手动机械合闸按钮合闸。船舶电气2.电磁或电动合闸DW-94型电动合闸主开关采用电动操作时，DW-94电动合闸操作线路原理如图3-23所示。船舶电气DW-95、DW-98型电动合闸采用电磁操作，DW-98电磁合闸操作线路原理如图3-24所示。船舶电气AH型采用电磁铁直推式合闸，AH型电磁合闸操作线路原理如图3-25所示。船舶电气3.保护元件

万能式自动空气断路器通常设有电流脱扣器、失电压脱扣器及分励脱扣器，通过它们对自由脱扣机构的作用来实现对主电路的短路、过载、失电压、欠电压等保护及遥控分励操作。脱扣器原理示意图如图3-26所示。船舶电气第六节同步发电机的并联运行船舶同步发电机并联运行时特点：(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P1+P2=P和Q1+Q2=Q

由于发电机以及船舶电网的容量都是有限的，当大容量的用电设备投入船舶电网或从船舶电网被切除时，会直接引起并联机组的有功功率和无功功率同时发生变化，同时也会引起电网电压和频率的变化。集大轮机自动化(2)当电网的用电负荷保持不变时，若单独增加一台发电机输入的机械功率，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而使转速上升，结果将使电网的频率有所升高。(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。只有同时向相反方向调节两台发电机的励磁电流，才能保持电网的电压不变。船舶电气

两台及两台以上的交流同步发电机要保证完全稳定的并联运行，对拖动发电机运行的原动机的要求是：(1)各并联运行发电机组的原动机必须有相同且均匀的角速度(2)参与并联运行发电机的原动机具有合适的有差特性的速度变化率(3)参与并联运行发电机的各原动机其调速器的灵敏度要适当船舶电气一、同步发电机并联运行的条件(1)待并发电机的电压有效值U2与运行发电机的电压有效值U1

相等，即U2=U1

。(2)待并发电机的频率f2

与运行发电机的频率f1相等，即f2=f1

。(3)待并发电机电压的相位δ2

与运行发电机电压的相位δ1

一致，即

δ2=δ1

。(4)待并发电机电压的相序与运行发电机的相序相同。

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。图中G1为已在电网运行发电机，G2为待并发电机。船舶电气船舶电气

并联条件不满足的分析：设1#运行、2#待并机

1.电压不等（但）：

由相量图可见，会引起无功环流，此环流可使电压相等通过电枢反应）。

———均压环流。操作时允许△U＜10％UN

，且U2＞U1

。

但否则有功冲击太大。2.相位不等（但）

由相量图见，环流中有有功环流和无功环流。其中有功环流起自整步作用，可使相位相等；无功环流对两台发电机均有去磁作用。3.频率不等（但）：

a)当t=0时b)经△t后

由相量图可见，同相位不同时的情况。有功环流具有自整步作用。但。二、同步发电机并联运行操作(1)交换机组时的短期并联运行；(2)满足电网负载需求时的长期并联运行；(3)满足航行安全(例如进、出港)需求时的长期并联运行。

发电机并联运行有两个主要内容：投入并联时的同步操作和投入并联后的功率分配操作。

在自动运行的情况下还要考虑到电网无电压时无须同步地直接投入操作；退出并联运行前的卸载(负载转移)操作，并在功率小于一定值时解列某台机组。船舶电气船舶电气

原理：从相量图可知，相位条件满足时，指示灯两端电压为零，即熄灭。

特点：3个灯同时亮、灭；亮灭周期反映频差大小，但不反映频差方向。接线：——3灯为同名相灯。(一)手动准同步并车装置1.同步指示灯分为灯光熄灭法和灯光旋转法两种。①灯光熄灭法

特点：从相量图可知，相位条件满足时，同名相灯两端电压为零，即熄灭。

接线：1个“同名相灯”，2个“异名相灯”。

原理：3个灯轮流亮和灭。亮灭周期反映频差大小，亮灭顺序反映频差方向。(2)灯光旋转法2.同步指示器(1)电磁式同步指示器

是一种电磁式仪表。表盘上标有快、慢方向的指示箭头，并在12点钟处标有一根红线，指针转到这个位置上表示同相位。指针离开红线的角度即为相位差角。船舶电气

同步表：指针位置反映相位差，指针转动快慢和转向反映待并机与电网的频差大小和方向。

接线与操作：接线如图。接通同步表，调节待并机油门，使指针朝“快”的方向以3～5s转的速度旋转，在“11点”处合闸。注意：同步表为短时工作制(15分钟)。船舶电气(2)带指示灯的同步指示器船舶电气(二)手动并车操作过程(1)起动待并机的原动机，使其加速到大致接近额定转速。(2)通过主配电板上的电压表观察待并机的电压，看是否接近额定电压(一般可不必进行调整，因有自动调压器的作用)。(3)接通同步表(同步表选择开关置待并机位置)，检测电网和待并发电机的差频大小和方向，并据此对待并发电机转速进行调整，使差频小于允许值。精确调节待并机的原动机转速，使待并发电机的频率比电网频率稍高(约0.3Hz)，此时可看到同步表的指针沿顺时针“快”方向缓慢转动，3~5s转动一圈。船舶电气(4)观察同步表指示的相位差，在将要到达“相位一致”时，即同步表指针转到上方11点位置时，立即按下待并机的合闸按钮，此时ACB立即自动合闸，待并发电机投入电网运行。合闸后，断开同步表的开关。(5)从主配电板上的功率表看到只带了少量负载，为此，还要同时调节两台发电机的调速控制旋钮，使刚并入的发电机加速，原在网的发电机减速，在保持汇流排频率为额定值的条件下，使两台机组均衡负荷。

上述几个主要步骤中，准确掌握合闸的时机是并车成功的关键。根据实践经验。船上在进行并车操作时应尽可能在负荷较平稳时进行，避免在起货机起吊货物、起锚机起锚时并车。船舶电气(三)粗同步并车

工作原理是在待并发电机的频率、电压调整到大致接近于网上的运行发电机的频率和电压时，在不考虑相位差大小的情况下，将待并发电机经一串联电抗器接入电网，经一段延时后待冲击电流减小时，将ACB合闸，然后再将电抗器切除。这样可避免由于电压差、相位差而造成的巨大冲击电流。这种装置对电压和频率的调整要求没有准确同步那样高，因此又称为“粗同步并车装置”。由于粗同步并车参数预调是手动的，合闸是自动的，所以又称为“半自动粗同步并车装置”。其特点是操作简便、可靠。船舶电气船舶电气第七节发电机组的自动控制一、船舶发电机组自动控制的功能1.发电机组操作方式的选择

自动电站中每一台发电机组应有三种可供选择的操作方式：机旁、遥控和自动，并且按次序前者应优先于后者。仅当某机组确定使用“自动”方式时，它才纳入总体控制系统的范围。在机组发生故障的情况下，应能自行“退出自动”(即所谓“阻塞”)，非经管理人员排除故障并自动控制“复位”，不得自行恢复“自动”功能。集大轮机自动化2.发电机组的自动起动3.自动准同步并车4.自动恒频及有功功率自动分配5.自动恒压及无功功率自动分配6.自动分级卸载7.重载询问8.重要负载分级起动9.自动解列10.巡回检测及保护船舶电气柴油发电机组巡回检测、报警及保护的内容有：①对于柴油机：零转速、点火转速、中速运行、额定转速；润滑油压力的低和过低；冷却水出口温度高和过高；各缸排烟温度；柴油机运行时数累计等。②对于发电机：电压、频率、功率、电流、功率因数；ACB的储能、合闸、断开。③对于电网：汇流排电压、短路、绝缘状态。④对系统状态及工作过程的监视与指示：原动机的预热、预润滑；起动空气压力；运行控制方式选择；正在起动；起动成功或失败；正在停机过程中；停机成功或失败；机组完车以及控制系统的工作电源等。船舶电气二、柴油发电机组的自动起动与自动增机船舶电站中各台主发电机组一般都是采用互为备用的原则，备用机组的燃油及压缩空气备好、盘车杆归位、有预热和预润滑、无起动阻塞、操作选择开关置“自动”位置、燃油手柄在“自动”位置，则认为机组已处于“备好”状态，“准备好起动”指示灯亮起，可以进行起动操作。柴油机都具有滑油循环系统，包括由本身的动力带动的润滑油泵(机带泵)、管路、过滤器和冷却器等。在运行时，能自行建立一定的滑油压力，保证自身的滑油循环，使各主要润滑部位都有良好的润滑；停机后，滑油系统也停止工作。因此，经较长时间停机后，应有起动前的预润滑程序，确保在起动时，各相互接触的运动部位有必要的滑油，避免发生干摩擦。船舶电气自动预润滑控制有周期性自动预润滑、非周期性预润滑和一次性注入式预润滑等方式。周期性自动预润滑是在柴油机机带滑油泵之外，另设一台电动油泵，作为柴油机润滑油循环系统的另一个动力源。该电动油泵应能实现自动控制，在柴油机停机后，电动油泵就开始工作，保证每隔一定时间(例如4h)接通电源使油泵工作一段时间(例如10min)，周期性地实现预润滑，以保证机组随时可以起动。当柴油机投入运行后，自动预润滑油泵的控制电源立即断开，由柴油机自带泵润滑。对于非周期性预润滑，只要机组一停，预润滑油泵就开始自动起动运行，直至机组起动成功油泵才停止运行。船舶电气一次性注入式预润滑是在柴油机润滑系统中，接入一个柱塞式滑油泵，其中储满滑油。当机器接到起动指令时，压缩空气先作用到柱塞式油泵，推动活塞，将其中所储滑油通过滑油管系注入机器需要润滑的各部位，然后才开始起动柴油机。在自动化电站中，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(水温约65℃)也循环于备用机的冷却系统中，使备用机组处于预热状态，当备用机组起动成功后，可以较快地加速(甚至无须暖缸)直到额定转速运行，这对于增强自动化电站的功能，保证供电连续性、可靠性非常有利。船舶电气(一)机组自动起动控制装置功能船舶自动化电站对主柴油发电机组的控制一般都有“机旁”“遥控”“自动”三种操纵方式的转换。且“机旁”优先于“遥控”，“遥控”优先于“自动”。“自动”是指柴油机的操作方式转换开关置于此位置时，主柴油发电机组自动控制系统投入工作，按既定的程序自动起动、停止机组；“遥控”是指在驾驶台或集控室用按钮对柴油机实行起、停控制；“机旁”是指在柴油机旁进行常规的手动起、停机组。“优先”是指当转换开关置于“自动”时，也应能“遥控”或“机旁”操作；置“遥控”时，也可实现“机旁”操作，但不能有“自动”的功能；置“机旁”时，“自动”及“遥控”功能均被取消。船舶电气主柴油发电机组自动起动控制装置必须具有以下功能：①对自动起动的各种准备工作进行逻辑判断和监视。例如：转换开关已置于“自动”位置、盘车杆归位、有预润滑、预热、有足够起动动力、本机是处于静止状态等才能自动起动。②接到起动指令时能自动起动柴油机。当转速达到发火转速时，发出起动成功信号。③一个起动指令，可以允许三次起动，若三次失败，应给出起动失败信号，并向控制单元发出“起动失败”信号，以便由控制单元判断采取其他措施。④适当控制起动时的给油量，柴油机自行发火后，应切断起动动力源。船舶电气⑤“中速运行”和“加速”控制。若柴油机需要有“暖缸运行”的程序时，应将油门控制于“暖缸转速”下进行暖缸，并给予一定的“暖缸时间”控制，待时限到达后，再予以加速，直到接近额定转速。对于不需要暖缸的柴油机，可直接加大油门，使转速迅速上升到额定转速附近。⑥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，应自动切断本机的预润滑系统，并经适当延时(几十秒)以后，接入对本机的滑油压力监视。这是因为柴油机自带的滑油泵，在润滑系统中建立一定的油压需要一定的时间，刚起动时，滑油压力尚未达到应有数值，这是正常现象。若不经延时接入监视，它将立即发出“滑油压力低”的信号，造成不必要的报警，甚至自动停机。柴油机所需的其他监视，无须延时。船舶电气⑦具有超速保护。即当柴油机转速超过额定值15%时，延时2~3s

停机，同时发出报警信号，禁止柴油机再次起动。⑧如果因为柴油机本身的故障(一般有：起动失败、滑油压力低、冷却水高温、排烟温度高、超速等)而导致停机时，应发出“阻塞”信号，使该机的自动起动控制程序阻塞，并发出声光报警。待轮机员排除故障，手动“解除阻塞”后，才能恢复自动功能。⑨自动起动、停机控制器，具备“模拟试验”的功能，使运行管理人员能在不影响柴油机的原始状态下，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。船舶电气(二)备用机组起动条件当出现下述任一条件时，自动控制系统就应发出“增机”指令，自动起动备用机组，起动次数应不超过3次。(1)汇流排失电；(2)经延时判断，确认运行机组重载；(3)经重载询问，电网功率余量不够；(4)运行机组机械故障报警；(5)汇流排参数异常；(6)备用机组起动失败或合闸失败。(三)自动增机流程1.主柴油发电机组自动起动程序流程当船舶电站置于自动模式，机组处于“备好”状态，电站PMS系统按照图3-37所示进行自动增机流程。船舶电气船舶电气2.因汇流排失电增机流程如果一备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断，电压正常建立后，主开关迅速合闸恢复对电网的供电，自动进行恒频控制。如果一备机组三次起动不成功，系统会发出“起动失败”报警；或者虽然起动成功，但是电压不能正常建立或者不能正常合闸，则系统会发出“开关不能合闸”报警。系统发出报警的同时，向二备机组发出起动指令。如果二备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断，电压正常建立后，主开关迅速合闸恢复对电网的供电，自动进行恒频控制。船舶电气如果二备机组也出现“起动失败”或“开关不能合闸”报警，则程序结束。船舶电气3.因运行机组重载增机流程图如图3-39所示，汇流排处于有电状态，运行机组出现重载(达到运行机组额定负载的85%，延时20s)。如果一备机组三次起动不成功，系统会发出“起动失败”报警；或者虽然起动成功，但是电压不能正常建立或者不能正常合闸，则系统会发出“开关不能合闸”报警。系统发出报警的同时，向二备机组发出起动指令。如果二备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断。电压正常建立后，控制器重新判断运行机组是否仍重载，若仍重载，自动同步并车单元投入工作，满足合闸条件后发出主开关合闸指令，并车成功后自动进行调频调载。如果二备机组也出现“起动失败”或“开关不能合闸”报警，则程序结束。船舶电气船舶电气4.因重载询问增机流程图如果一备机组三次起动不成功，系统会发出“起动失败”报警；或者虽然起动成功，但是电压不能正常建立或者不能正常合闸，则系统会发出“开关不能合闸”报警。系统发出报警的同时，向二备机组发出起动指令。如果二备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断。电压正常建立后，自动同步并车单元投入工作，满足合闸条件后发出主开关合闸指令，并车成功后自动进行调频调载。如果二备机组也出现“起动失败”或“开关不能合闸”报警，则程序结束。船舶电气船舶电气5.因运行机组机械故障报警增机流程图如图3-41所示，汇流排处于有电状态，运行机组出现滑油压力低、冷却水温度高等机械故障报警信号时，系统发出第一备用发电机组的起动指令。如果一备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断。电压正常建立后，自动同步并车单元投入工作，满足合闸条件后发出主开关合闸指令，并车成功后自动进行解列控制，满足解列条件后将故障机组分闸、停机。如果一备机组三次起动不成功，系统会发出“起动失败”报警；或者虽然起动成功，但是电压不能正常建立或者不能正常合闸，则系统会发出“开关不能合闸”报警。船舶电气系统发出报警的同时，向二备机组发出起动指令。如果二备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断。电压正常建立后，自动同步并车单元投入工作，满足合闸条件后发出主开关合闸指令，并车成功后自动进行解列控制，满足解列条件后将故障机组分闸、停机。如果二备机组也出现“起动失败”或“开关不能合闸”报警，则程序结束。要注意的是：如果运行机组出现滑油压力低、冷却水温度高、超速等机械故障停机信号时，系统应发出备用机组自动增机、故障机组停机、主开关分闸信号。船舶电气船舶电气6.因汇流排参数异常增机流程图如图3-42所示，汇流排处于单机有电状态，汇流排参数出现异常(汇流排电压偏离额定值5%或频率偏离额定值

2.5%，延时5s)，系统发出第一备用发电机组的起动指令。如果一备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断。电压正常建立后，首先使造成参数异常的运行机组直接分闸，然后发出一备机组主开关合闸指令，主开关迅速合闸恢复对电网的供电，自动进行恒频控制。如果一备机组三次起动不成功，系统会发出“起动失败”报警；或者虽然起动成功，但是电压不能正常建立或者不能正常合闸，则系统会发出“开关不能合闸”报警。船舶电气系统发出报警的同时，向二备机组发出起动指令。如果二备机组在三次起动操作内能够起动成功，系统控制器对发电机电压进行判断。电压正常建立后，首先使造成参数异常的运行机组直接分闸，然后发出二备机组主开关合闸指令，主开关迅速合闸恢复对电网的供电，自动进行恒频控制。如果二备机组也出现“起动失败”或“开关不能合闸”报警，则程序结束。船舶电气船舶电气(四)重载询问功能

当重载设备投入工作前首先要进行重载询问，电站控制器收到重载询问指令后，对电网剩余功率进行计算，控制系统将比较电网剩余功率与拟投入工作的大功率设备功率的大小。如果电网剩余功率能够符合大功率设备的起动要求，则允许大功率设备投入使用；如果电网剩余功率不能符合大功率设备的起动要求，控制系统先判定机组有无剩余，如果有备用机组，则控制备用机组起动、并入电网供电。然后控制器再进行电网剩余功率计算，确认电网剩余功率能符合大功率负载起动要求后，允许重载设备投入使用。如果没有剩余备用发电机，则延时20s后，禁止大功率设备的起动并发出报警信号。船舶电气三、柴油发电机组的自动减机与停机功能当出现下述任一条件时，控制系统就应发出“减机及停机”指令，按程序自动解列或直接分闸。控制柴油机停机时，只需切断燃油供给，一般要求在中速下先运行一段时间(180s)，待温度逐渐降低，然后才允许断油停机。(一)经延时判断，确认电网轻载图3-43所示是因电网轻载自动减机的程序流程图。以两台机组并联运行为例，若因电网负载降低到单台机组额定负载的

70%，延时10min，可以停掉一台机组时，自动发出“解列”指令。当要解列的机组功率剩余5%时，再次判断电网是否轻载。若仍轻载，发出主开关分闸指令，使解列机组脱离电网，空转冷却10min后停机；船舶电气船舶电气(二)运行中的某机组出现机械故障报警某运行机组出现冷却水出口温度偏高、滑油压力偏低等机械故障报警时，自动控制系统首先起动备用机组，并车后再转移负载，解列指令发出后，通过自动调频调载装置将待解列机组的负载转移给其他运行机组后，再将待解列发电机主开关分闸，冷却后停机。为了尽可能地不中断供电，对于“运行不正常”现象的识别信号，可以分为两级：第一级作为预报；第二级作为保护装置的动作极限。预报级信号可以要求起动备用机组，以便赢得时间，等待备用发电机组起动和并车后再解列“不正常”的发电机组。当然，这种期望是建立在不正常的发电机组还可以坚持运行一段时间的基础上。船舶电气显然，这一段时间决定于两方面：一方面是备用发电机组的起动、加速、并车和负载转移所需的总时间，当然越短越好；另一方面是不正常现象发展的速度，当它发展到保护装置的动作极限时，如果并车尚未成功，则保护装置动作使“不正常”的发电机主开关分闸。(三)单机运行时，汇流排参数异常发电机单机运行时，出现电压或频率偏离正常设定值，自动控制系统先起动备用机组，起动成功正常建立电压后，直接分闸运行机组主开关，合上备用机组主开关，原运行机组停机。船舶电气四、柴油发电机组的自动并车、负荷分配与解列功能(一)自动并车控制功能

自动并车控制功能需要由船舶电站管理系统的自动并车装置(模块)来完成，是能够完成手动准同步并车操作全部逻辑程序的自动装置。自动准同步并车装置的主要功能是：(1)频差方向鉴别

检测待并发电机电压与电网运行发电机电压的频率差，并根据频差的大小和方向自动地对待并发电机组发出增速或减速信号，进行频率预调，使待并发电机组频率接近并略高于电网运行发电机组频率，减小频差，创造合闸条件。船舶电气(2)鉴别合闸条件

设置一个合闸与门，检测待并发电机与电网运行发电机的电压差、频率差和相位差，当任一条件不符合并车要求时，实现闭锁，不允许发出合闸指令。(3)捕捉合闸时刻

当电压差、频率差在允许范围内时，需要考虑发电机主开关的固有动作时间，相应地在同步点之前提前发出合闸指令，实现自动准同步。(4)自动并车装置的附加功能①单机投入②允许同步操作时限③电压差超限报警④内部故障检测⑤正频差投入船舶电气(二)并联运行发电机组有功功率分配与频率调节

中国船级社《钢质海船入级规范》对频率(转速)的要求是：带动发电机的柴油机须装有调速器。当加上或卸去最大梯级负荷时，电网的瞬时频率变化应不大于额定频率的10%，恢复到稳态的时间不超过5s；当突然卸去额定负荷时，瞬时调速率不大于额定转速的10%，稳定调速率不大于额定转速的5%；在空负荷状态下突然加上50%额定负荷，稳定后再加上余下的50%

负荷时，其瞬时调速率不大于额定转速的

10%，稳定调速率不大于额定转速的5%；稳定时间(即转速恢复到波动率为±1%范围的时间)不超过5s。船舶电气

中国船级社《钢质海船入级规范》对有功功率分配的要求是：

“并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当负载在总额定负载的20%~100%范围内变化时，各机组所承担的有功负载与总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：①最大机组额定有功功率的±15%；②最小机组额定有功功率±25%。”

发电机组调速系统是属于定值控制系统。采用机械调速器的调速系统是按转速偏差进行调节的反馈控制系统。其调节特性是比例控制的有差调节，即当有功功率增大时，所对应的原动机转速略有下降。船舶电气双脉冲电液调节器接收两个信号：发电机的转速信号和发电机有功功率(主扰动量)信号。它具有良好的调速性能，双脉冲电液调速器的原理框图，如图3-44所示。双脉冲调节器由转速和功率检测环节、综合放大环节，PID校正环节及电/液转换器等四部分组成。船舶电气1.原动机调速器的调速特性图3-45中曲线1的调速特性，转速n(或频率f)是随负荷有功功率P的增加而下降，称为下倾的有差调速特性。图中曲线2的调速特性，转速不随负荷有功功率P而变化，称为“无差调速特性”。船舶电气

由于一次调节不能保持转速(频率)的恒定，为维持额定转速(频率)，还需进行二次调节，即由自动调频调载装置(或手动)调节调速器弹簧的预紧力，改变油门的大小。反映在坐标平面上就是将调速特性曲线做上、下平移，如图3-46所示。船舶电气有差调速特性的倾斜度可用调差系数K

来表示。船舶电气瞬时调速率要求小于±10%;转速恢复到稳定值所需时间T要求小于5s;2.并联运行发电机之间有功功率的分配及对调速器调差特性的要求船舶电气3.自动调频调载装置

电网频率的自动调节和自动控制负荷分配，按其工作原理可分为有差调节法、虚有差法和主调发电机法等。(1)有差调节法(2)虚有差法(3)主调发电机法(三)机组的自动解列控制

机组的解列是指系统负荷下降达到要减机的要求或机组产生一般故障时，发电系统管理模块根据程序设定自动转移某机组负荷，负荷接近空载(如小于等于5%Pe)时控制该机组分闸，若分闸无效，则发出报警。分闸后根据发电机组停机要求，发停机指令，停机无效发出报警。船舶电气(四)并联运行同步发电机组有功功率分配与调节手动操作方法船舶电气当两台发电机组并联运行需解列一台时，也应同时反向调节原动机的调速控制开关。在电网的频率保持不变的情况下，将负荷全部转移至运行的机组。当需解列的机组的有功功率接近为零时，将该发电机的主开关断开。在并联运行中若出现功率分配偏差较大时，也要按上述操作根据发电机容量比例进行功率均匀分配。如果出现电网频率偏离额定值时，可同时、向同方向操作两台机组的调速开关，使频率上升或下降。船舶电气第八节同步发电机的电压与无功功率的自动调节一、自励恒压装置的作用和基本要求为了维持同步发电机的端电压恒定(额定电压)及合理分配发电机间的无功功率，发电机的励磁电流必须适时地做出相应的调整。在船舶电网发生短路故障时，为提高船舶电力系统发电机并联运行的稳定和某些保护继电器动作的可靠性，亦需要励磁系统适时地进行强行励磁。集大轮机自动化综上所述，励磁自动调整装置的任务可归纳为：(1)在船舶电力系统正常运行工况下，维持电网电压在某一个容许范围内；(2)在船舶同步发电机并联运行时，合理分配发电机间的无功功率；(3)在船舶电网发生短路故障时，有强行励磁功能，加速短路后恢复速度，保持电力系统运行的稳定性和继电器保护装置动作的可靠性。(一)励磁自动调整装置的技术指标(1)发电机稳态电压变化率。交流发电机连同其励磁系统，应能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。船舶电气发电机稳态电压变化率可按下式计算：船舶电气(2)发电机动态特性中国船级社《钢质海船入级规范》对动态指标规定为：“交流发电机在负载为空载、转速为额定转速、电压接近额定值的状态下，突加或突卸60%额定电流及功率因数不超过0.4(滞后)的对称负载时，当电压跌落时，其瞬态电压值应不低于额定电压的85%；当电压上升时，其瞬态电压值应不超过额定电压的120%，而电压恢复到与最后稳定值相差

3%以内所需的时间，则不应超过

1.5s。”发电机动态电压变化率可按下式计算：船舶电气

中国船级社《钢质海船入级规范》对并联运行的各交流发电机组的无功功率的分配要求为：“并联运行的各交流发电机组均应能稳定运行，且当负载在总额定负载的20%~100%范围内变化时，各机组所承担的无功负载与总无功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：①最大机组额定无功功率的±10%；②最小机组额定无功功率的±25%。”(二)自动调整装置的分类船用同步发电机励磁自动调整装置种类:不可控相复励自励装置、可控相复励自励装置、可控硅励磁自动调整装置、用于无刷发电机的励磁自动调整装置、用于谐波励磁发电机的励磁自动调整装置。船舶电气励磁调整方法大都是按照电压偏差(ΔU)、负载电流(I)、电流相位(φ)这三个原则来实现的。依被检测量的不同可分为：按电压偏差调整；按负载电流大小及相位调整；按电压偏差、电流大小及相位的复合调整。同步发电机是由直流电流励磁建立磁场，需要提供直流励磁电源。把原动机的机械能转换成直流电能的装置称为换能器。按换能器类型分类有：旋转电机励磁系统和静止励磁系统。船舶电气(三)励磁自动调节系统的调节原理

励磁机有两种：直流励磁机和交流励磁机。目前，船舶大多采用交流励磁机励磁系统。发电机的励磁电源由发电机本身提供