船舶电站及自动化 讲稿.ppt

1、船舶电站及自动化 姜锦范,第一章 船舶电力系统与配电装置 第一节 船舶电力系统基本知识,一、 船舶电力系统的组成,第一节 船舶电力系统基本知识,电源,电源是将机械能、化学能等能源转变成电能的装置,配电装置,配电装置是对电源和负荷进行分配、监视、测量、保护、转换、控制的装置,电网,电网是联系发电机、主配电板、分配电板和负荷间的中间环节，是将电源的电能输送到负荷端的媒体,负荷,电动机、电加热器、照明等,二、船舶电力系统的特点及对其基本要求,第一节 船舶电力系统基本知识,1. 船舶电站容量较小,对船舶电力系统的稳定性提出了较高的要求,对自动控制装置的可靠性也提出了较高的要求,2. 船舶电网输电线路短

2、,可省掉一套对电网的过载、短路保护装置,3. 船舶电气设备工作环境恶劣,需满足船用条件,三、船舶电力系统的基本参数,第一节 船舶电力系统基本知识,1. 电制的选择,2. 额定电压的选择,动力电网 440V、380V 照明电网 220V、110V 弱电电网 24V,3. 额定频率的选择,50Hz、60Hz,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,1. 船舶运行状态及用电设备的分类,船舶运行工况一般可分为 航行工况、进出港工况（狭窄航道航行工况）、停泊工况、装卸货作业工况及应急工况,用电设备可分成,动力装置用辅机 甲板机械 舱室辅机 冷藏通风机械 机修机械 照明及

3、生活用电设备 无线电通讯、导航设备 其他设备,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,2. 电站容量的确定与发电机组台数的选择,. 满足船舶在各项运行工况下用电量的需求,. 每台发电机组的最高负荷为8085%左右,. 必须设有备用发电机组,. 一般应选用同容量同型号的发电机组,. 使用的发电机组台数应尽可能少些，一般选用三台发电机组,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,3. 三类负荷法,. 负荷分类,1）第类负荷：连续使用的负荷,2）第类负荷：短时或重复短时使用的负荷,3）第类负荷：偶然短时使用的负荷或按操作规程可在电站高

4、峰负荷时间以外使用的负荷,. 负荷的计算,1）电动机利用系数K1,K1= P2 / P1,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,2）机械负荷系数K2,K2 = P3 / P2,3）电动机负荷系数K3,K3 = P3 / P1 =K1 K2,4）电动机以额定功率运行时从电网吸收的功率P4,5）电动机实际消耗的功率P5,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,6）同一类负荷有n台机组时，所需电网供给有功功率P6,P6 P5n,7）同组用电设备所需电网供给有功功率P0,P0 = P6K0 = nK1K2K0P1 /,8）无功功率Q

5、0的计算,Q0 P0 tan,电动机的实际功率因数角,9）各组设备间总同时工作系数K0、K0,对第类负荷，考虑到各辅机和用电设备最大负荷的不同时性，同时系数K0通常可选0.80.9,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,一般同时工作系数K0在0.3左右,对第类负荷,10）计入电网损耗5%,11）某状态下需发电机供给的总功率,总有功功率 P=（K0P K0P）1.05,总无功功率 Q=（K0Q K0Q）1.05,12）该状态下平均功率因数cos,tanB Q / P B tan 1Q/ P,13）第类负荷计算时可不计，但应注意高峰负荷时可能该状态下短时需要的最

6、大负荷,Pmax =PP,四、船舶电站容量的确定和发电机组台数的选择,第一节 船舶电力系统基本知识,. 负荷表的编制,1）根据轮机、舾装等专业提供的数据选择电动机和电气设备，并计算各电动机和电气设备的额定所需功率,2）根据船舶类型选择所需计算工况，确定各工况下所需使用的电动机、电气设备和使用情况，并进行分类,3）确定负荷系数，并计算各用电设备的实际使用功率,4）计算每一工况下各类负荷的总功率,5）按其同时系数K0和K0并计及电网损耗5%，确定各状态所需电站功率,6）根据上述计算，选择发电机组的功率和数量，并核算各工况下发电机的负荷百分率，一般来说发电机应有1020%的储备功率，最后用Pmax来

7、校验发电机的过载能力是否满足,五、船舶电网,第一节 船舶电力系统基本知识,1. 船舶电网的线制,三相三线绝缘系统,三相四线系统,利用船体作中性线回路的三相三线系统,2. 船舶电网的供电网络,五、船舶电网,第一节 船舶电力系统基本知识,3. 船舶电网的配电网络,. 船舶配电网络分类,2）照明电网,3）应急电网,4）临时应急照明电网,5）弱电电网,一次配电网络 二次配电网络,1)动力电网,. 船舶电网一次配电网络结线方式,五、船舶电网,第一节 船舶电力系统基本知识,4. 船舶电网的保护,. 船舶电网的过载保护,. 船舶电网的短路保护,短路保护的选择性,按时间原则整定，则应有 t1 t2 t3,按电

8、流原则整定，则应有 I1 I2 I3,六、船舶配电装置,第一节 船舶电力系统基本知识,1. 船舶配电装置分类,. 主配电板,. 应急配电板,. 充放电板,. 岸电箱,. 分配电箱,2. 船舶主配电板,. 主配电板的功能,1）根据需要接通或断开电路（手动或自动）,2）当电力系统发生故障时，保护装置能按要求动作，切除故障设备或网络，或发出报警信号,3）测量和显示运行中个各电气参数，如电压、电流、功率、功率因数等,4）能对电站的电压、频率，以及并联运行的各发电机组的有功、无功功率进行调整,5）能对电路状态、开关状态以及偏离正常工作状态进行信号显示,六、船舶配电装置,第一节 船舶电力系统基本知识,.发

9、电机控制屏,Cosco Antwerp轮主配电板部分图片,. 负载屏,. 并车屏,. 汇流排,3. 配电装置的维护与保养,. 主配电板维护周期及技术要求,. 运行中船舶主配电板的日常管理,Cosco Antwerp轮主配电板,一、发电机的过载保护,第二节 发电机的保护,整定在过电流10%至50%之间的过载保护必须以不超过2 min的延时使发电机断路器脱扣,船级社建议整定在发电机额定电流的125%135%，延时1530秒断路器分断,二、发电机的外部短路保护,短路保护应整定在大于50%的过电流，但整定值应小于稳态短路电流；它必须具有一短暂延时以适应系统选择性保护要求,船级社建议整定短路保护动作值为

10、发电机额定电流的200%250%，延时时间最长为0.6秒（交流）,三、发电机的欠压保护,第二节 发电机的保护,发电机电压下降至额定电压的70%35%时，发电机断路器必须自动断开。欠电压保护装置必须有一与短路保护相协调的短延时,四、发电机的逆功率保护,原动机为柴油机时逆功率整定值在发电机额定功率的8%15%间某一区域,原动机为汽轮机时为2%6%间某一区域；延时时间在310秒间整定,一、框架式自动空气断路器 ACB（Air Circuit Breaker）,第三节 自动空气断路器,框架式自动空气断路器的方框图,三菱AE-SS型固定式、抽屉式框架式自动空气断路器外观图,AE-SS型ACB的内部构造图

11、,寺崎（TERASAKI）AT型框架式自动空气断路器外观图,一、框架式自动空气断路器,第三节 自动空气断路器,1. 框架式自动空气断路器结构简介,. 触头、灭弧系统,寺崎AT型框架式自动空气断路器的触头系统结构图,触头系统是由主触点、预接触点（付触点）、弧触头组成,接通次序：预接主 断开次序：弧预接主,一、框架式自动空气断路器,第三节 自动空气断路器,. 过流、失压、分励脱扣器,1. 框架式自动空气断路器结构简介,1）过流、失压、分励脱扣器脱扣原理简介,2）DW95电子脱扣器,SPGT电子脱扣器原理框图,5）Masterpact M系列之STR 68U型控制单元,3）AE-S系列之SPGT电子

12、脱扣器,4）Masterpact M系列之STR 58U型控制单元,.,一、框架式自动空气断路器,第三节 自动空气断路器,1. 框架式自动空气断路器结构简介,. 过流、失压、分励脱扣器,6）保护特性参数整定, TERASAKI公司的AH、AT系列ACB, 三菱公司AE系列的ACB, Schneider Electric 公司M系列的STR 58U、 STR 68U,. 自由脱扣机构,1）将手柄或电动合闸部分的操作传递给触头系统,2）当合闸操作完成后，维持触头系统处于合闸状态,3）自由脱扣机构脱扣，ACB即跳闸,自由脱扣机构一般都是由四连杆机构组成,只有当自由脱扣机构处于“再扣”（或称“复位”）

13、状态时，自动空气断路器才能合闸,一、框架式自动空气断路器,第三节 自动空气断路器,1. 框架式自动空气断路器结构简介,. 合闸操作机构,有三种合闸操作方式：手动合闸操作方式 电磁铁合闸操作方式 电动机合闸操作方式,AH型框架式自动空气断路器电磁铁合闸型自由脱扣机构、合闸操作机构原理图,AH型框架式自动空气断路器电动机合闸型自由脱扣机构、合闸操作机构原理图,. 合闸操作电路,1）电磁铁合闸操作电路,2）电动机合闸操作电路,. 锁扣装置,一、框架式自动空气断路器,第三节 自动空气断路器,2. 框架式自动空气断路器的维护要求,. 自动空气断路器在使用前应将各电磁铁工作表面（如失压脱扣器电磁铁吸合面）

14、的防锈油漆或油脂擦净，以免影响开关的动作值。,. 每隔一段时间（如每月或至少一个季度），应清除落于断路器表面及零件上的灰尘和黑烟，注意绝缘零件表面的清洁，以保证断路器绝缘良好与防止绝缘性能变坏。,. 操作机构在使用一段时间后（如每次清洁后），在传动机构部分应涂润滑油，以改善活动机构的磨损。,. 各部分的螺钉、螺栓均应紧固，不应有松动。如有磨损或损坏的零件应及时更换。,. 灭弧室在因短路分断后或较长时期（如每半年）使用后，应清除灭弧室内壁和栅片上的金属颗粒和黑烟灰。长期未使用的灭弧室（如配件），在需使用前应先烘一次，以保障良好的绝缘。,. 定期检查各脱扣器的电流整定值和延时时间，特别是半导体脱扣

15、器，应定期用试验按钮检查其动作情况。,. 断路器主触头使用一定次数后，如触头表面发现有毛刺、金属颗粒等，或每半年应拆卸主触头，用200#细砂纸研磨以保证良好的接触。如研磨后的触头厚度为原来的1/3以下时，须更换触头，且动静触头应同时更换。,一、框架式自动空气断路器,第三节 自动空气断路器,3. 框架式自动空气断路器常见故障的判别与排除,二、塑壳式自动空气断路器 MCCB (Molded Case Circuit Breaker), NFB (No-Fuse Circuit Breaker),接插型MCCB外形图,三菱的ABE-S型断路器,一、GG-21型逆功率继电器结构与工作原理,第四节 逆功

16、率继电器,GG-21型逆功率继电器结构,工作原理,相量图,合成转矩,M K1uI Sin,K UW IW Sin,K UW IW Sin（90I）,K UW IW Cos（I）,K UW IW Cos,：继电器的内角 对GG-21, 30,一、GG-21型逆功率继电器结构与工作原理,第四节 逆功率继电器,二、GG-21型逆功率继电器接线与调整,由于M Cos,所以M具有方向性,P 0时 90 0 M 0,P 90 M 0,采用30接线法接线,1.接线,IU - UUW IV - UVU IW - UWV,二、GG-21型逆功率继电器接线与调整,第四节 逆功率继电器,2.调整,动作值的调整,粗调

17、：改变电流线圈的匝数,细调：改变游丝弹簧的反作用力矩,延时时间的调整,改变止挡块的位置,三、K2WR-R-S5型逆功率继电器,原理框图,接线图,四、ZFG92（SRG）型逆功率继电器,电路原理图,一、船舶电网绝缘检测,第五节 船舶电网绝缘检测,1. 船舶电网对地绝缘电阻的测量,. 接地灯,. 配电板式兆欧表,. 船舶电网绝缘监测仪,IS-3型电网绝缘监测仪的原理框图,接线图,2. 船舶电网对地绝缘电阻,二、船舶电网接地故障的查找,主要是电网电缆与船体间构成的分布电容的漏电阻,漏电阻应大于每伏100欧,一、换接岸电操作,第六节 岸电供电,二、接岸电注意事项,1. 岸电与船电的电流种类应一致,2.

18、 岸电的额定频率、额定电压应与船电相一致,3. 当岸电为三相四线制时，需将岸电的中性线接在岸电箱上接船体的接线柱上。只有船体与岸电中性线相联后，才可接通岸电,4. 岸电相序与船电相序应一致,5. 岸电与船电间应互相连锁,6. 经船级社（如GL）认可，可设有船电与岸电并联设施，仅允许船上供电系统和岸上电网作短暂的并联运行。,三、相序测定器,第六节 岸电供电,1. 相序判断,原理线路图,2. 相序测定器的工作原理,. 戴维南等值电路,由于两指示灯采用的是同型号同规格的产品，故电阻相同为R,2）电容C两端看进去的阻抗R0,R01/2R,戴维南等值电路图,三、相序测定器,第六节 岸电供电,2. 相序测

19、定器的工作原理,. 相量图,一、船舶主配电板,1. 船舶主配电板电路原理图,2. 主配电板与应急配电板间关系,集中训练时看,3. 船电与岸电间联锁关系,第七节 船舶主配电板及电网失电处理,二、船舶电网失电后处理,第七节 船舶主配电板及电网失电处理,1. 对于具有自动电力管理系统电网失电后的处理,2. 常规电站电网失电后的处理,. 并车操作时发生电网跳电,. 运行机组因机械故障跳闸电网失电,. 单机运行时起动大负荷或几乎同时起动几个较大负荷后（如用船上起货机进行装卸货作业）至发电机过载跳闸、电网失电,. 运行机组因发电机短路或失压保护跳闸电网失电,. 运行机组主开关误动作跳闸或因船舶电网选择性保

20、护不良而跳闸电网失电,. 燃油供给故障（如调速器失灵、断燃油等）至主开关跳闸电网失电,三、发电机保护主开关跳闸的判别,第七节 船舶主配电板及电网失电处理,1. 发电机过载保护的判别,2. 发电机欠压保护的判别,3. 发电机逆功率保护的判别,4. 发电机外部短路故障的判别,第八节 船舶电网短路电流计算,一、船舶电网短路电流计算的意义与目的,1. 电力系统短路,2. 产生短路故障的原因与后果,. 电力系统产生短路故障的原因主要有,1）由于绝缘的自然老化和机械损伤引起电气设备载流部分的绝缘损坏,第八节 船舶电网短路电流计算,一、船舶电网短路电流计算的意义与目的,2. 产生短路故障的原因与后果,. 电

21、力系统产生短路故障的原因主要有,2）误操作引起的短路,3）自然灾害引起的短路，如雷电、老鼠、鸟类等造成短路,. 短路故障所造成的后果,1）电动力引起的破坏,2）热负载引起的破坏,3）短路电弧引起的破坏,4）大的短路引起电网电压大大下降,. 计算短路电流的目的,1）校验所选用的配电开关电器（如自动空气断路器）的断流容量与接通容量,2）校验汇流排、支持绝缘子等电器元件的电动力稳定性,3）给电力系统短路选择性保护的整定提供数据,一、船舶电网短路电流计算的意义与目的,第八节 船舶电网短路电流计算,3. 船级社对短路电流计算的要求,. 满足最大需要功率的可能并联连接的所有发电机,. 需同时运行的所有电动

22、机,应考虑,一般应计算下列各处的短路电流,. 发电机输出端短路,. 主汇流排短路,. 应急配电板、区配电板以及分配电板的汇流排短路,. 电力和照明变压器次级短路,在缺乏精确数据的情况下，主汇流排处的短路电流可假定如下： . 满足最大功率的可能并联连接的所有发电机额定电流的10倍，加上需同时运行的所有电动机额定电流的3倍（对称方均根值），短路回路的功率因数假定为0.1,二、船舶电力系统短路电流计算方法,第八节 船舶电网短路电流计算,1. IEC方法,2 等效发电机方法,3. 日本电气协同研究会精密计算方法,4. 阻抗百分比方法,5. 图解方法,6. 美国海军标准计算方法,第二章 同步发电机自动电

23、压调整器,第一节 概述,第一节 概述,一、自动电压调整装置的作用,1. 电压控制,2. 无功功率分配控制,二、对调压装置的基本要求,1. 稳态和动态特性,主发电机：稳态电压调整率2.5%,应急发电机：稳态电压调整率3.5%,稳态指标,动态指标,波动幅值： Umax 120 % UN Umin 85% UN,恢复时间： t 1.5 秒,第一节 概述,二、对调压装置的基本要求,2. 无功分配,同容量机组：Q 10% QN,不同容量机组： . 最大发电机额定无功功率的10% . 最小发电机额定无功功率的25% 两者取较小值,3. 强行励磁,强励倍数 K = I L max / I L N 2,三、调

24、压装置的分类,1. 按扰动（负载）进行调节,开环系统,静态特性 差,动态特性 好,静态电压调整率一般在35%之间,不可控相复励调压装置,第一节 概述,三、调压装置的分类,2. 按负反馈（电压偏差）进行调节,闭环系统,静态特性 好,动态特性 稍差,静态电压调整率,70年代： 1.5以内,80年代： 1以内,90年代： 0.5以内,按发电机输出电压的偏差U进行调节的,可控硅调压装置,3. 按复合原理进行调节,按扰动与电压偏差的综合信号进行调节,开环 + 闭环系统,静态特性 好,动态特性 好,静态电压调整率,70年代： 1.5以内,80年代： 1以内,90年代： 0.5以内,可控相复励调压装置,第二

25、节 不可控相复励调压装置,一、不可控相复励装置自励恒压基本原理,1. 自励起压基本原理,解决起压困难的措施,在转子磁极上加恒磁插片,临时充磁,谐振法,利用升压变压器,临时短接主电路,2. 恒压基本原理,设发电机磁路未饱和，则E与励磁电流IE成正比,二、电流迭加相复励调压装置,第二节 不可控相复励调压装置,电流迭加相复励装置单线图,存在三种形式电流迭加、电势迭加与电磁迭加,二、电流迭加相复励调压装置,第二节 不可控相复励调压装置,1. 原理线路图,2. 线路分析,取其一相的等值电路图,运用迭加原理来求解,电流源IG单独作用时，则电压源UG应作短路处理,二、电流迭加相复励调压装置,第二节 不可控相

26、复励调压装置,由于移相电抗器ZL的电抗值XL大于大于其电阻值RL与等效励磁回路电阻RE之和，所以忽略这两个电阻,上式可表示为,3. 相量分析,4. 移相电抗器LR的作用,5. 频率变化的影响,二、电流迭加相复励调压装置,第二节 不可控相复励调压装置,6. 电流迭加相复励装置恒压理论依据,设计电抗器时，使ZL = KE - RE，,则式（2-3）与式（2-2）相等，既可保持电压不变,三、相复励装置参数的调整,空载电压调整,若电压低,说明励磁电流中电压分量少了，则应减小XL值，即或减小ZL的匝数或增加ZL铁心气隙,带负载后电压调整,若电压低,说明励磁电流中电流分量少了，则应增加电流分量值，就是K值

27、，即减小TA付边的匝数，进一步可采用不对称调整法调整。,四、不可控相复励装置存在问题与改进措施,第二节 不可控相复励调压装置,加电压校正器AVR,第三节 可控硅调压装置,可控硅调压装置原理框图,一、基本环节介绍,第三节 可控硅调压装置,1. 测量环节,变压器降压整流滤波,一、基本环节介绍,2. 比较电路,. 双稳压管桥式比较电路,输出开路时,当输入电压UG DC小于稳压管DZ稳压值时,Ue UG DC,当输入信号大于等于稳压管稳压值时,Ue UR UZ UG DC 2UZ,第三节 可控硅调压装置,一、基本环节介绍,第三节 可控硅调压装置,2. 比较电路,. 单稳压管比较电路,输出开路时,当输入

28、电压UG DC小于稳压管DZ稳压值时,当输入信号大于等于 稳压管稳压值时,一、基本环节介绍,第三节 可控硅调压装置,3. 误差信号调节环节,4. 移相电路,5. 触发脉冲形成电路,可控电阻移相及单晶管 自激振荡器电路原理,6. 晶闸管整流电路,7. 其它,二、可控硅调压装置调节过程,一、电压校正器AVR主要控制（校正）方式,第四节 可控相复励调压装置,1. 对相复励装置的输出进行分流控制,AVR的分流控制一般有四种方式,2. 控制电力电流互感器（或相复励变压器）的变比,相复励装置被调整在过励状态,第四节 可控相复励调压装置,二、电压校正器AVR的简要原理,一、无刷同步发电机的组成,第五节 无刷

29、发电机励磁系统,同步发电机 + 交流励磁机 + 旋转整流器,（旋转磁极式） （旋转电枢式）,N,S,S,N,S,二、无刷励磁方式,第五节 无刷发电机励磁系统,1. 直接可控励磁,2. 可控复励励磁,三菱BE-22型无刷发电机励磁系统原理框图,第五节 无刷发电机励磁系统,第六节 大洋FE（FEK）型无刷发电机,一、大洋FE（FEK）型无刷发电机结构,结构示意图,1. 定子、转子,定子、转子外形见图,FE（FEK）8极铁芯示图,旋转整流器,2. 静止励磁装置,碳化硅管状电阻,二、大洋FE（FEK）型无刷发电机励磁系统,第六节 大洋FE（FEK）型无刷发电机,1.大洋FE（FEK）型无刷发电机自动电

30、压调整器概况,系统原理图,励磁电流相量图,二、大洋FE（FEK）型无刷发电机励磁系统,第六节 大洋FE（FEK）型无刷发电机,2. 电压校正器,电压校正器电路原理图,. 测量电路,. 比较电路,Y/连接的三相变压器降压、整流、滤波,单稳压管桥式比较电路,二、大洋FE（FEK）型无刷发电机励磁系统,第六节 大洋FE（FEK）型无刷发电机,. 误差电压调节电路（PID调节器）,2. 电压校正器,. 相位控制和同步控制电路,相位控制、触发脉冲形成、晶闸管整流等部分电路的相关波形,. 触发脉冲形成电路,. 晶闸管电路,3. 调压器调节过程,. 相复励部分的调节过程,. 电压校正器AVR的调节过程,第三

31、章 同步发电机组的并联运行,第一节 同步发电机组的并车,一、同步发电机的并车条件,1. 理想并车条件,. 待并发电机组的电压与电网（或运行机组）电压的大小相等，即UG = UB；,. 待并发电机组的频率与电网（或运行机组）频率相等，即fG = fB,. 待并发电机组电压的相位与电网（或运行机组）电压的相位一致，即 G = B,2. 实际并车条件,. 仅当电压不等时并车,并车瞬间所产生的冲击电流具有均压作用。,要求： U 10 % UN,一、同步发电机的并车条件,第一节 同步发电机组的并车, 仅当相位不一致时,2. 实际并车条件,并车瞬间所产生的冲击电流具有自整步作用。,要求： 15, 仅当频率

32、不一致时,并车瞬间所产生的冲击电流同样具有自整步作用。,要求： f 0.5 Hz,二、手动准同步并车,第一节 同步发电机组的并车,三、同步表,电磁式同步表接线与结构原理,四、其它方法,1. 同步指示灯法,.灯光明暗法,. 灯光旋转法,2. 电抗同步并车,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,一、并联运行发电机间无功负荷自动分配基本原理,1. 无功功率的调整是通过改变发电机的励磁电流实现的,从隐极发电机简化相量图推出的有功功率表达式,当式中P、m、U、 f不变时，E0Sin为常数,一、并联运行发电机间无功负荷自动分配基本原理,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,2. 电压调整特

33、性与无功分配关系,理想的线性化的电压调整特性,调压调差系数ku,kU 0时，U U0，呈下倾的调压特性,kU= 0时，U =U0，呈水平的调压特性,kU U0，呈上翘的调压特性,两台发电机组并联运行时无功分配,可见调压调差系数较小者，并联时承担的无功功率较多,一、并联运行发电机间无功负荷自动分配基本原理,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,3. 空载电压对无功负荷分配的影响,二、无功负荷自动分配装置,1. 均压线,2. 环流补偿装置, IWU Iv, Uo UWU +Iv RP1,二、无功负荷自动分配装置,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,3. 带差动电流互感器的环流补偿

34、装置,三台发电机组并联运行时带差动电流互感器环流补偿装置接线图,三、电压调整特性测试方法,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,1. 柴油发电机组电压调整特性的测试,2. UIQ坐标上点的线性化常用方法,. 在坐标上作一根直线，将坐标上的点大致均分在该直线的两侧,. 从U0向点集中上下两侧最大离散点画出两根直线1与2，然后在额定无功电流IQN所对应U处取其平均值UN，画出从U0至UN间直线3,三、电压调整特性测试方法,3. 线性回归法,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,. 数据采集,将采集的数据填入IQU表格内,. 回归方程的获得,发电机电压U与无功电流IQ间的数学期望关系

35、式为,U = a IQ + b,一元线性回归方程,. 由得到的直线斜率a与U轴上的截距b，就可在UIQ坐标上画出电压调整特性曲线,四、电压调整特性的应用,第二节 并联运行发电机组间无功负荷的自动分配,第三节 并联运行发电机组间有功负荷分配及频率的调整,一、有功负荷分配及频率调整的基础知识,1. 发电机功角特性,隐极发电机简化相量图,U Cos = E Cos ,U Sin= IG Xa Cos ,U Sin= IG Xa U Cos / E,角的物理意义,. 与频率变化无关的负荷。如照明、电热器具、整流负荷等,一、有功负荷分配及频率调整的基础知识,第三节 并联运行发电机组间有功负荷分配及频率的

36、调整,2. 电力系统负荷的功率频率静特性,. 与频率的一次方成正比的负荷。如压缩机、往复式水泵、绞缆机、机床等,. 与频率的三次方成正比的负荷。如通风机、静水头阻力不大的循环泵等,. 与频率的更高次方成正比的负荷。如静水头阻力很大的给水泵等,电力系统的负荷功率频率静特性曲线,3. 发电机组的功率频率静特性,. 发电机组功频静特性,线性化的理想的功频静特性,功频静特性的性能可用功频静特性系数Kf,，也可用调频调差系数Rf来衡量,一、有功负荷分配及频率调整的基础知识,第三节 并联运行发电机组间有功负荷分配及频率的调整,3. 发电机组的功率频率静特性,. 发电机组功频静特性,按相对变化率来表示时Rf

37、表达式,. 功频静特性与有功负荷分配关系,1）空载频率相同,一般Rf%值在(46)% 通常船舶付机大多整定在5%,2）空载频率不一致,一、有功负荷分配及频率调整的基础知识,第三节 并联运行发电机组间有功负荷分配及频率的调整,3. 发电机组的功率频率静特性,3）功频静特性的二次调节,4. 电力系统的功率频率静特性及频率的一次调整,系统的频率降低 f = fN - f1,发电机功率增加 PG = P2 - P1,PG = Kf f,功率增加量与频率变化量的关系为,系统的频率降低f引起了系统的负荷将按功频特性降低PD,PD = KD f, PG = P - PD, Kff =P - KDf,(Kf

38、+KD )f =P,K = (Kf + KD ) = P/f,二、电力系统有功功率的分配与频率的二次调整,第三节 并联运行发电机组间有功负荷分配及频率的调整,1. 单机运行时频率的调整,2. 并联运行时有功功率的分配与频率的调整,主调发电机法,最佳负荷分配法,均功恒频调整法,三、发电机组的功频静特性的调整,第四章 轴带发电装置,轴带发电装置连接形式,第一节 轴带发电装置概况,一频率变动型轴带发电装置,二频率稳定型轴带发电装置,第一节 轴带发电装置概况,1. 定速类,涡流联轴器式、油马达驱动式、油压多板离合器式、电磁转差离合器式、无级调速齿轮箱式等多种形式,2.非定速类,. 晶闸管变换器式,.

39、电动发电机式,二频率稳定型轴带发电装置,第一节 轴带发电装置概况,. 异步发电机式,三轴带发电电动装置,四复合轴带发电装置,第一节 轴带发电装置概况,一晶闸管变换器式轴带发电装置简要工作原理,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,1. 晶闸管变换器式轴带发电装置,VG ：轴带发电机的输出电压（V）,Vi ：变换器交流端电压（V）,E1 ：整流器直流端电压（V）,E2 ：逆变器直流端电压（V）,PX ：变换器输出功率（W）,PO ：轴发装置输出功率（W）,PC ：同步调相机驱动功率（W）,R ：直流电路等效电阻（）,Idc ：直流电路电流（A）,CONV.：换流器（晶闸管整流器）,INV.：变换器

40、（晶闸管无源逆变器）,DCL：直流电抗器,ACL：交流电抗器,SC：同步调相机,一晶闸管变换器式轴带发电装置简要工作原理,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,2. 同步调相机的功能,. 维持电网电压的恒定,. 同步调相机的另一个主要作用是向全船用电设备提供所需的无功功率及向晶闸管逆变电路提供所需的无功功率,. 向电力系统中短路点提供短路电流,. 同步调相机输出的电压用作逆变器的同步信号电压,. 限制谐波电流，改善电压波形,第n次谐波电流的大小In与基波电流I1间的关系为,. 当电网有功负荷变化瞬间，电网负荷的增加（或减少）量由同步调相机临时消化、吸收，即靠调相机转子动能的变化来实现的,. 若同

41、步调相机采用普通柴油发电机组，则在轴带发电装置不工作时，可作为辅助发电机使用,一晶闸管变换器式轴带发电装置简要工作原理,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,3. 轴发装置频率与输出功率特性,. 变换器的输出功率,P X I dc E2, I dc （E1E2）/ R, P X E2（E1E2）/ R,其中 E1 （32 / ）VG Cos,E2 （32 / ）Vi Cos,轴带发电装置的输出功率,PO PX PC,可见，改变、VG、Vi可改变轴发装置的输出功率,显然对CONV(整流)而言，应取0值不变否则为降低轴发装置的效率,改变Vi值，会导致电网电压的改变，所以是不可取的,因此轴发装置的输出

42、功率是通过改变、VG来实现的,VG的改变是通过改变SG的励磁电流实现的,一晶闸管变换器式轴带发电装置简要工作原理,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,. 轴带发电装置的频率,3. 轴发装置频率与输出功率特性,. 轴带发电装置的功频静特性,二SIEMENS WGA 23 d 轴带发电电动装置简介,1. WGA 23 d 轴带发电电动装置系统组成,WGA 23 d 轴带发电电动装置系统图,二SIEMENS WGA 23 d 轴带发电电动装置简介,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,. WGA 23 d 轴发装置的负荷特性,2. WGA 23 d 轴发装置发电机运行,区域，在主机转速75100%范围

43、内时，轴发装置能发出100%额定功率向电网供电。,区域，在主机转速4075%范围内时，轴发装置的输出功率随着主机转速的下降成线性递减至50%额定功率。,区域，当主机转速低于40%时，轴发装置从电网切除，不供电。,区域，当电网负荷增加超过额定功率时，轴发装置的输出功率被限制在30秒内才增加至120%额定功率，在过载发生达10秒时，轴发装置发出起动备用柴油发电机组，投入电网并联运行。,二SIEMENS WGA 23 d 轴带发电电动装置简介,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,2. WGA 23 d 轴发装置发电机运行,. 并联运行与负荷分配,. 主机减速或停车操纵时特性,图4-12 主机减速曲线

44、原理图,二SIEMENS WGA 23 d 轴带发电电动装置简介,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,2. WGA 23 d 轴发装置发电机运行,图4-13 WGA 23 d 短路电流波形图,. 短路特性,3. WGA 23 d 轴发装置电动机运行,4. WGA 23 d 的数字 控制系统,. 发电机运行,1）变换器主通道,2）励磁回路,3）励磁电流限制控制,4）逆变角控制,二SIEMENS WGA 23 d 轴带发电电动装置简介,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,4. WGA 23 d 的数字控制系统,. 电动机运行,5. 信号状态的监视,系统故障处理方式,WGA 23 d 操作显示板,图

45、4-16 WGA 23 d 操作显示板,三轴带异步发电机简介,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,1. 系统结构,图4-17 晶闸管变换器式轴带发电装置与轴带异步发电装置系统对照图,1. 主机,2. 齿轮箱,3. 轴带发电机,4. 滤波器,5. 频率变换器,5.1. PWM逆变器,5.2. 电网侧变换器,6. 滤波电容器,7. 系统电抗器,8. 同步调相机,三轴带异步发电机,第二节 晶闸管变换器式轴带发电装置,2. 异步发电机简要工作原理,异步发电机定、转子间频率关系式,f s p f m + f L,式中 fs 为定子频率 p 为极对数 fm 为旋转频率主机转速n /60 fL 为转子频率,

46、f Lf s p f m,f Lf s p f m,第五章 船用蓄电池,第一节 概述,船用蓄电池主要用途,1. 船舶电网断电时短时提供必要的应急照明,2. 向船舶各类自动化装置、报警装置提供工作电源或作其备用电源,3. 向发电机励磁绕组提供充磁直流电源,4. 向船用电话交换机提供工作电源,5. 向船舶通讯、导航设备提供工作电源,6. 用作应急柴油发电机组起动电源,酸性蓄电池的结构,正极板活性材料：棕红色二氧化铅,负极板活性材料：灰色绒状纯铅,隔板：带有微孔的橡胶或塑料板,电解液：1.285稀硫酸,额定电压：2 V,内阻小可以大电流放电,第一节 概述,镉镍碱性蓄电池的结构,碱性蓄电池分为铁镍蓄电

47、池、镉镍蓄电池、银锌蓄电池等系列,正极由氧化镍粉、石墨粉组成,石墨主要是用来增强导电性，不参与化学反应,负极由氧化镉粉和氧化铁粉组成,掺入氧化铁粉的目的是使氧化镉粉具有较高的扩散性，防止结块，并增强极板的容量,正负极上的活性物质分别包在穿孔钢带中，加压成型后成为正、负极板,正、负极板间是用耐碱的硬橡胶绝缘棍隔开,碱性蓄电池的电压一般为1.25V,内阻较大，不能大电流放电,电解液：氢氧化钾,第二节 蓄电池的充放电,一. 酸性蓄电池的充放电,1. 酸性蓄电池充放电基本知识,如果正极板已全部转化成PbO2，负极板全部还原成Pb后，那末继续充电将不再发生上述化学反应，改而成了电解水的反应,充电结束的标

48、志：,电解液的比重上升至1.2751.30,可见电解液参与了化学反应,按二阶段恒流充电法充电蓄电池电压的变化规律,刚充电时： 电压上升至2.1V,一段时间内（35小时）电压保持不变,继续充电，电压开始缓缓上升，至10小时电压约上升至2.3V,改用第二阶段电流充电35小时，电压约上升至2.6V左右,一. 酸性蓄电池的充放电,第二节 蓄电池的充放电,放电结束的标志：,电解液的比重下降至1.181.13,1. 酸性蓄电池充放电基本知识,电压变化的规律,刚放电时，电压即下降至2.01.95V,一段时间内电压保持不变（视负荷大小而定）,随着放电时间的增长，电压缓缓下降至1.9V,继续放电，电压很快下降至

49、1.81.7V，说明已放完电,一. 酸性蓄电池的充放电,第二节 蓄电池的充放电,2. 酸性蓄电池充电,. 初充电,. 经常充电,二. 碱性蓄电池的充放电,第二节 蓄电池的充放电,1. 碱性蓄电池充放电基本知识,通常充电结束的标志,每个蓄电池电压上升到1.41.8V时，且继续充电1小时内不变,可见电解液不参与化学反应,放电终止时的标志,一般电压降至1V，当大电流放电时可降至0.7V,2. 碱性蓄电池充放电, 初次充电, 经常充电,三. 充电方法,第二节 蓄电池的充放电,1. 恒压充电法,2. 恒流充电法,3. 分段恒流充电法,4. 浮充电法,5. 快速充电法,四. 电解液的配制,1. 酸性蓄电池

50、电解液的配制,2. 碱性蓄电池电解液的配制,3. 电解液比重的测量,五. 蓄电池过充电与蓄电池过充,第二节 蓄电池的充放电,过充电方法：,蓄电池过充电：修复电瓶轻微硫化的一种方法,蓄电池过充是蓄电池充电充过头的一种故障 现象：电瓶需经常添加蒸馏水，且透气孔有电解液冒出,在正常充电之后，停止充电1小时，再改用正常充电率的一半电流充电，至冒汽泡后停止1小时后再充，如此反复进行，直到充电装置刚一合闸蓄电池就发出强烈汽泡为止。,一. 蓄电池维护保养要求,第三节 蓄电池的维护与保养,1. 对酸性蓄电池的维护保养要求,. 每七天左右检查一次电压、电解液高度及比重，并作好记录。如低于规定值应及时补充蒸馏水、

51、进行充电，然后清洁表面。,. 不经常使用的蓄电池，每月至少检查一次，并进行补充电。,. 蓄电池表面，每三个月进行一次彻底清洁，清洁时先用干净布擦除接头处的氧化物，然后再涂上牛油或凡士林、防止氧化。,2. 对碱性蓄电池的维护保养要求,. 每十五天检查一次电压、电解液比重及高度，并作好记录。如低于规定值，应及时补充蒸馏水，进行充电，然后清洁表面。,. 每二个月检查一次蓄电池螺丝塞和透气橡皮套管，如弹性失效应换新。,. 每六个月要彻底清洁一次蓄电池的外表面，如有锈蚀，应用煤油擦光，再涂上一层无酸凡士林。,二. 蓄电池维护保养注意事项,第三节 蓄电池的维护与保养,1.注意保持蓄电池表面清洁，不要有油渍

52、污垢在上面，决不 允许在上面放置金属工具、物品，以防短路损坏蓄电池。,2.保持极柱、夹头和铁质提手等处的清洁，如出现电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，以防船舶航行时电解液溢出，或海水进入到蓄电池里。必须保持通气孔畅通。,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保持蓄电池室通风良好,7.碱性蓄电池充电时，不要取下气塞，以防进入大量碳酸气，而使电解液失效。一般每年或使用过50100次充电循环，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

53、胀。,三. 蓄电池常见故障及处理方法,第三节 蓄电池的维护与保养,船员能在船处理的蓄电池的常见故障就是极板轻微硫化,在船采取的措施：过充电,第二篇 船舶电站自动化,第六章 船舶电站自动化概述,自动电力管理系统功能：,1.发电机组停机状态下的准备工作,2.发电机组的自动起动控制,3.发电机组的自动并车操作,4.并联运行中功率的自动分配、转移与电网频率的自动调整,5.取决于负荷大小的发电机组运行台数管理,6.大功率负荷投入管理,7.发电机组机、电故障的自动处理与报警,8.发电机组自动、故障状态下解列、停机控制,9.发电机的保护,10.运行状态显示及故障监视,11.运行中系统给定参数的监视与修改,第

54、一节 自动电力管理系统的结构与组成,一. 数字模拟集成电路构成的自动电力管理系统,1. 采用总体控制方式,2. 积木块式,二. 基于微机或PLC控制的自动电力管理系统,第一节 自动电力管理系统的结构与组成,1. 由一套微机控制的系统结构,2. PLC控制的系统结构,3. 集散控制形式,4. 局域网控制形式,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,一付机起动前的准备工作,1. 非周期性预润滑,2. 周期性预润滑,3. 一次注入式预润滑,4. 预热,二付机自动起动控制,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,三自动并车,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,四并联运行中的功率分配与频

55、率的调整,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,五运行机组台数的管理,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,1. 仅有柴油发电机组的船舶电站,. 按每台发电机组的最大负荷率为一定值的方式管理,增机时，最大负荷率k一般取0.80.85,减机时负荷率应比增机负荷率小，大致小0.050.1,. 按电站功率余量为一定值的方式管理,运行状态图,可见这种管理方式随着并联机组台数的增加，电网的功率储备量跟着增加，因此该方式主要适用于需并联的机组小于等于3台的场合,这种管理方式随着并联机组台数的增加，机组的最大负荷率跟着增加，因此主要适用于需并联机组台数大于等于3台且没有单机运行的场合,五运行机组

56、台数的管理,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,2. 最佳负荷分配法,. 最佳负荷分配原理,. 最佳负荷分配管理原理框图,运行状态图,六大功率负荷投入管理,七. 发电机组机、电故障的自动处理与报警,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,故障处理,模式1 当发生会危害机组但尚不太严重机电故障时，首先起动备用机组投入电网并报警，然后解列故障机组,模式2 当发生危害机组的严重机电故障时，立即跳闸、停机、报警， 同时起动备用机组投入电网,模式3 当发生不会危害机组的普通不正常现象，仅作报警处理,模式4 当发生短路至ACB跳闸时，机组即从“自动”位自动转入“手动”位且报警停机处理；或跳闸停

57、机，同时起动备用发电机组合闸供电，若备用机组ACB合不上（合上即跳），系统立即从“自动”位转入“手动”位，报警停机处理,八. 发电机组自动、故障状态下解列、停机控制,第二节 自动电力管理系统功能及相应控制流程,1. 自动停机,2. 故障停机,九. 发电机的保护,十. 运行状态显示及故障监视,十一. 运行中系统给定参数的监视与修改,第七章 控制系统中的信号处理,一、电压、电流的变换,第一节 电压、电流与转速信号的检测与处理,1. 电压的变换,2. 电流的变换,第一节 电压、电流与转速信号的检测与处理,二、转速检测,1. 测速发电机检测转速,. 转速阀值信号发生器,. 转速阀值信号发生器,第一节

58、电压、电流与转速信号的检测与处理,二、转速检测,第一节 电压、电流与转速信号的检测与处理,1. 测速发电机检测转速,. CDZ-5转速检测环节,二、转速检测,第一节 电压、电流与转速信号的检测与处理,2. 磁性传感器检测转速,. 磁性传感器,当Z等于60时，感应电势的频率f为,f /60 60/60 z,间隙值一般在0.550.83 mm范围内,二、转速检测,第一节 电压、电流与转速信号的检测与处理,. 整形放大电路,2. 磁性传感器检测转速,. 频率电压变换电路（f 变换器）,oMCfi,二、转速检测,第一节 电压、电流与转速信号的检测与处理,3. 电压测频检测转速,一、频差变换器,第二节

59、频率变换,频差变换器的输出与输入间关系应具有,f ff,1. 谐振式频差变换器,1,f ff,f 0,P是调零电位器,是改变R1、R2可改变输出信号的线性度,一、频差变换器,第二节 频率变换,2. 基于波形变换的频差变换器,当ffN时，其平均值为0,当f fN时，其平均值为正,当f fN时，其平均值为负,f（o2oo）,fo（1/ f1/ fN）, ff,一、频差变换器,第二节 频率变换,2. 基于波形变换的频差变换器,波形变换电路原理框图,3. 实例分析,EEA-22中频差变换电路,第二节 频率变换,D点电平：当VB为1电平时，R15与R17相当于并联,当VB为0电平时，R15与R16相当于并联,二、频率变换器,第二节 频率变换,一、形式之一,第三节 有功功率变换,P = P,U 1kUiUu U 2kU uUi,U1 k OM U2 k ON UP = U1-U2 kMN 2 kUiCos 2kkiICos KPP,二、形式之二,第