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1、第16章 船舶电站自动化,16.1 概述 16.2 船舶电站自动控制装置的系统组成16.3 船舶电站自动化主要功能简介16.4 船舶中压电力系统简介,本章以实际的新型船舶自动化电站为例，从系统角度讲述常见船舶电站自动化系统的运行管理基本知识，即船舶电站自动化系统的基本组成，基本功能，实现这些基本功能的模块的工作原理。,内容简介,16.1 概述,随着科学技术的发展，船舶机舱从有人值守到自动化机舱的经历了几十年的发展过程。船舶电站自动化是实现机舱自动化、进而实现无人值班机舱的必要条件。,1、发电机组依据电站运行情况和实际负荷需要，按预定的顺序自动起动备用机组，并能自动投入、自动停机；2、故障状态下
2、自动解列、停机的控制；3、发电机组之间的自动并车、电压及无功功率的自动调节、并联运行中功率的自动分配、转移与电网频率的自动调整，重载询问(投入大负载时的自动询问装置)；,船舶电站自动化基本功能包括：,4、船舶电站的综合保护（包括发电机组机电故障的自动处理与报警）；5、运行状态显示及故障监视（包括全船断电，欠频监视），系统给定参数的监视与修改。实现上述基本功能的船舶电站自动化系统（也称作船舶电力自动管理系统）PMS-Power Management System,16.2 船舶电站自动控制装置的系统组成,16.2.1 电力自动管理系统的结构类型,船舶电站自动控制装置的控制任务分为,对每台发电机组
3、的起动、停机、自动并车进行控制，以及发生机电故障时对本台机组的处理等功能。（单机管理）在整个电站系统并联运行时，进行功率管理、也包括发生机电故障时对系统中其它机组发出控制要求（例如备用机组的自动起动或阻塞）及信息通讯等的管理控制。（整体管理）,早期由数字电路-模拟集成电路构成的电力自动管理系统大致可以分成总体控制方式和积木块式两种。总体控制方式中，有负责系统整体功能的总体控制单元和与其相连的对每台发电机组分别负责的起停控制器、并联运行控制器等子系统。积木式自动化电站由5种(4种)功能块组成，功能分别为自动起动-停车装置、并车装置、电网监视器、负荷控制器、功率分配器；功能块以独立或模块形式出现，
4、主要采用集成模拟技术和数字技术实现的。多数厂家已将并车装置与功率分配器合并成一个独立的并联运行控制器出现，即系统则由4个功能块组成。,各生产厂家的自动化电站产品在细节方面上会有不同，但其主要功能还是基本相近的。,TERASAKI公司的电力自动管理系统有 GAC-5 TYPE C、GAC-16M等,SIEMENS 公司基于PLC为核心的电力自动管理系统有SIMOS PMA 52、SIMOS PMA 53和SIMOS PMA 71。SIMOS PMA 52中PLC控制器是SIEMENS S5-115USIMOS PMA 53中PLC控制器是SIEMENS S5-95USIMOS PMA 71中PL
5、C控制器是SIEMENS S7-315-2DP,下面以SIMOS PMA 71型电力自动管理系统进行说明,近年来，安装在远洋船舶的大部分电力自动都是基于微机或PLC控制技术实现的。,16.2.2 SIMOS PMA 71型电力自动管理系统的系统组成,SIMOS PMA 71 型电力管理系统（以下简称为PMA 71）是SIEMENS公司的新一代电站自动化产品，安装于我国“泰安口”等许多远洋船舶。,主要功能：,船舶电网监视（全船断电，频率过低等）2.根据负载状况或故障(过电流，过负荷)状况自动起动发电机组 3.发电机的过电流、逆功率保护，按照三个等级对非重要负载自动卸载，依据电网功率余量自动或手动
6、停止发电机组,4.发电机自动并车，自动调频调载5.短路保护 6.在液晶显示操作单元上可以显示故障诊断信息7.大负荷起动时的自动问讯控制，停机时具有自动逐步转移负载功能，在起动发电机组时，可设置多次起动尝试,8.PMA 71还具有和WGA 23d型轴带发电机控制装置相连，控制轴带发电机起动、停车以及和柴油发电机组并车切换等功能。,DC/DC变换器,OP 71 液晶显示操作板,GENOP71 发电机保护和并车模块,两台发电机并联运行时的PMA 71系统布置,OLM-光纤连接模块,图中画出了管理两台发电机并联运行时的PMA 71系统布置,每一台柴油发电机组配置有：,(1)一台SIMATIC S7-3
7、15-2 DP 型PLC控制装置(2)一台GENOP 71型发电机保护/并车单元和测量传感器(3)一只OP7型液晶显示操作单元(4)一只DC 24V/DC 24V变流器,上述4个单元安装于每台发电机组的配电板上，其中OP7型液晶显示操作单元和电压表、电流表、功率表、频率表、控制开关和指示灯等一样，安装于配电板的正面，以便于操作。,PMA-71系统的这种布置既适合分布布置的配电板（即每1套PMA 71装置可以安装于每台分布布置的发电机配电板上），也适合于在控制多台发电机的集中主配电板间的布置。,(1)一台SIMATIC S7-315-2 DP 型PLC控制装置,一台SIMATIC S7-315-
8、2 DP 型PLC控制装置，包括：带MPI通讯口的CPU模块 Profibus 通讯口模块 用于发电机控制的开关量输入/输出模块 对柴油机进行控制的开关量输入/输出模块,PLC采集发电机组的现场信息和接受从GENOP71型发电机保护/并车单元或OP 7液晶显示操作单元传递来的信息，负责对本台柴油发电机组（或轴带发电机的控制系统）的起停逻辑控制,负责电网断电、欠频的监视,发电机过负荷的保护,各台发电机的PLC通过MPI多口通讯总线传递信息，组成了PMA 71系统的控制核心，实现对整个电站的自动管理，负责电能管理信息的处理,功能：,(2)一台GENOP 71型发电机保护/并车单元,可以单独工作或与
9、PLC一起集成在PMA 71系统中工作 负责电网三相电压、发电机三相电压、电流等信号的采集处理 具有发电机保护（过电流分级卸载，逆功率或短路保护）和自动并车功能 能通过Profibus现场总线将采集和处理过的电压、电流、功率、差频脉动电压等数字信息输入到PLC,功能：,能接受PLC通过Profibus现场总线发出的指令 可以使用OP7型液晶显示操作单元变更GENOP 71的工作参数，传送到PLC，然后再由PLC传送给GENOP 71。,功能：,(3)一只OP7型液晶显示操作单元,系统的人机界面,操作人员通过OP 7与PLC交换信息，对PMA 71系统进行操作，并随时显示系统运行或故障状态和用于
10、对系统的工作参数进行修改,(4)一只DC 24V/DC 24V变流器,为PLC、GENOP 71、OP 7单元的工作提供可靠的电源,每一台发电机组中，所属的PLC、GENOP 71和OP7各单元之间通过高速可靠的Profibus DP 型现场总线相互通讯。,各台发电机之间的控制信息的通讯则是通过所属PLC上CPU模块的MPI多口通讯接口（类似RS 485通讯）的光纤总线传递信息。,信息通讯,船舶还设置有更高一级的计算机集中监控系统，电站自动化系统还可以作为上级监控系统的一个子系统来运行。每台发电机的监控信息可以通过所属PLC上的2个通讯模块，与上位监控计算机的通讯总线相连（图中为冗余布置的BU
11、S-A，BUS-B两条通讯总线，工业以太网），从而可以在上级监控系统的显示器界面进行遥控操作,信息通讯,16.2.3 GENOP 71型发电机保护/并车单元,为了提高运行速度和可靠性，对一些要求高的控制任务往往采用专用模块来实现,这些专用模块在PLC的CPU工作的同时，作为下一级的模块，能并行地处理自己承担的控制任务，也与PLC的CPU模块交换控制信息。,在PMA 71电力自动管理系统中，GENOP 71单元就是特别为发电机控制设计的智能模块。,GENOP 71单元承担对本台发电机控制基本任务：,发电机保护功能监视短路故障、过电流、逆功率，实现故障工况下的非重要负荷分级卸载或发电机主开关延时跳
12、闸。,自动并车功能在接到PLC单元或者来自配电盘按钮发出的同步并车指令后，控制发电机和电网母线的自动并车过程。,信号采集处理和通讯功能采集、处理发电机和电网的信号，通过Profibus现场总线把数据传送到PLC单元，供PLC对整个电站自动化控制判断使用。,输出端,输入端,内部报警指示自动卸载1，自动卸载2自动卸载3，断路器脱扣1断路器脱扣2，逆功率系统故障（需要复位）,发电机过流、短路和逆功率故障信号扩展输出端(外部报警等),发电机逆功率或短路保护,发电机调速器调频信号R(Rise)-升速，L(Lower)-降速,发电机过流保护分三级自动卸载,发电机合闸信号,复位按钮，用于复位过流或逆功保护记
13、忆，,发电机手动同步并车按钮及合闸反馈输入信号,发电机3相电电流用于发电机电流、功率测量经电流互感器接入。过流和过载及逆功率保护等。,PROFIBUS通信地址(拨码开关),16.2.4 OP 7型液晶显示操作单元和PLC单元,1）OP 7型液晶显示操作单元,液晶窗口用于显示系统的运行状态、故障信息和实际的控制过程数值。,操作键包括两类：一类是通常的数字（字符）键、“SHIFT”、“DEL”、“ESC”、“ENTER”和光标移动键等，用于在查询和修改参数时输入信息。,另一类是在PMA71系统中，专门定义的功能键“AUTO”（自动模式）、“SEMI”（半自动模式）、“START”（起动发电机组）、
14、“STOP”（发电机组停车）、“BREAK.ON”（发电机主开关合闸）、“BREAK.OFF”（发电机主开关断开）、“DISPLAY”（显示）、“CONFIRM”（确认）。,这些专门定义的控制功能键用于向PLC单元发出PMA 71系统运行模式的选择命令和在系统运行于半自动控制模式时发出对发电机组的控制命令等。使用这些功能按键取代了老一代自动化电站主配电板上的常规选择开关和按钮，并用液晶显示板来显示系统设置改变之后的状态，可以使系统的自动功能更加灵活，各台发电机相互控制的配合更加方便，也避免了传统硬件手动选择开关的位置不能自动跟随软件控制而变化的技术缺陷。,在PMA 71系统的技术手册中列出了使
15、用OP 7单元对PMA 71系统进行操作的方法和比较详细的根据故障信息进行故障判断的方法，操作人员必须掌握。,PLC作为工控系统的核心和外部传感器、执行机构一起组成了控制系统。在PMA 71电力自动管理系统中，PLC单元是系统的控制核心，直接采集发电机的现场信息，还接受GENOP71单元或OP7单元传来的测量值或操作命令，其任务有两方面：1、负责对本台柴油发电机组(或轴周带发电机的控制系统)的起动、停车逻辑。,2）PLC可编程序控制器,2、各台发电机的PLC一起协同工作，负责对电网断电、欠频的监视，发电机过负荷的保护，负责整个系统电能管理信息的处理。根据负载状况或故障(过电流、过负荷)状况，自
16、动起动备用发电机组或实施停车顺序的逻辑控制，向各台发电机的GENOP71发出并车指令和调频指令，管理并联运行中发动机功率的自动分配和电网频率的自动调整，以及大负荷起动时的自动问讯控制等。,16.3 船舶电站自动化主要功能简介,GENOP71单元在PMA 71型电力自动管理系统中所承担的发电机保护和自动并车功能之外，还对柴油发电机组的控制、船舶电网的监视和发电机的保护、电网功率的进行管理。,在维修柴油机、发电机、配电板时，为了防止机组的突然起动以及发电机接线端子和空气断路器的突然带电，造成人员伤害或设备的损坏，电站的运行管理维护人员必须熟悉电站工作的安全须知、警告、维修的步骤要求。,16.3.1
17、 对柴油发电机组的控制,船舶付机一般都是中、高速柴油机，采用压缩空气起动，喷入柴油机气缸内的燃油不是靠外界火源点燃的(汽油机为电火花点燃)，而是由活塞的压缩冲程，将已进入气缸的空气压缩，产生高温，然后喷入雾化燃油自行发火。一旦发火，切断起动空气，柴油机自行运转。柴油机的起动与停机的形式、起动方式、预润滑系统的设计及柴油机的操作机构等均有关系。自动控制的程序可因船而异、因机而异。,上止点,下止点,行程(冲程)，四冲程柴油机两圈发火一次，二冲程柴油机一圈发火一次。,四冲程柴油机换气质量好，燃烧充分。采用四冲程中高速柴油机拖动发电机。,压缩空气,在起动时，在柴油机膨胀冲程送入压缩空气推动活塞下行，使
18、柴油机运转。柴油机转速转速达到发火转速后，开始喷油，停止送入起动空气。发火转速-使柴油机能连续运转的最低转速(怠速)。,以上、下止点为基准，用曲柄转角表示的进排气阀、喷油器、起动阀开启和完全关闭的气阀启闭时刻称为配气定时，喷油器开启时刻称为喷油定时。起动阀启闭时刻称为起动定时。,船舶自动化电站对某台柴油发电机组的控制一般都设有“机旁手动”、“遥控半自动”、“自动”三种操纵方式的转换。在不同的运行模式下，该台发电机组的起动、停车操作地点和方法不同，其他的功能（例如同步并车的方法、有无自动调频调载，有无备用机组起动等）也不完全相同。,在机旁控制面板上的“手动/自动”选择开关放置“手动”位置时，该台
19、发电机组即被设置在“机旁手动”运行模式。通常选择这种模式，在维修时绕过PMA71在机旁控制柴油机的起动或停车。此时，PMA71系统对该发动机组的自动控制功能或从OP71液晶显示操作单元上对系统进行手动操作均失去作用，但OP71的显示功能依然有效，发动机的调速和主开关合闸只能在配电盘上手动进行。柴油机的安全保护功能(超速、滑油低压、冷却水高温等引起的自动停车)依然有效。,1）“机旁手动”运行模式的功能,“机旁手动”运行模式，在机旁起动发动机，在并车屏进行手动准同步并车。在全船电网停电时，可直接在配电盘上直接按某发电机(已运行)的合闸按钮，向电网供电。,2）“遥控半自动”运行模式的功能,在机旁控制
20、面板上的“手动/自动”选择开关放置“自动”位置，在按OP71操作单元上的“SEMI(半自动)”按钮，该台发电机组即被设置在“遥控半自动”运行模式，在OP71面板显示运行模式为“遥控半自动”。此时，轮机员即可在OP71上进行发电机组的起动、停车和同步并车等控制操作。为了避免误操作，对于从OP71的按钮发出的重要指令，通常要在预设的时间内再按“CONFIRM(确认)”按钮来确认，否则，该指令不会真正执行。,在“遥控半自动”运行模式下，柴油机的安全保护功能(超速、滑油低压、冷却水高温等引起的自动停车)和发动机的保护功能依然有效。在发生故障时，该发动机组将和在“自动”运行模式一样停车，但不会有备用机组
21、起动。,（1）机组的起动,在OP7上,按“START(起动)”按钮,且未有发电机组运行信号(PLC未收到“达到发火转速”或“发电机电压超过85%的输入信号”)，则PLC发出柴油机起动信号，打开柴油机起动空气阀。,如果起动成功,当PLC收到“达到发火转速”或“发电机电压超过85%的输入信号”，则起动信号撤消。,如果因为气源压力、气路控制或者柴油机故障，经过预设时间(可设置参数，如秒),仍没有达到“达到发火转速”或“发电机电压超过85%”的信号输入PLC，则PLC不再继续发出柴油机起动信号。,但如果系统预先选择了多次起动功能，则系统经过“等待时间”(可设置参数)，会再次发出起动信号。通常最多次重复
22、起动，满次还未起动成功，发次起动失败信息，并将该机组阻塞(从备用机组中剔除)。,（2）开始同步并车,在OP7上,按“BREAK.ON(断路器合闸)”按钮,则自动同步并车过程开始，发电机主开关将自动合闸，OP7上将显示相应的运行信息。,但是，在发电机并网后，不进行负载自动分配(转移)，必须在主配电板上手动负载转移。,如果，在“遥控半自动”模式下，起动发电机组后，再将该台发电机的运行模式切换到“自动”模式，在模式切换后，发电机会自动同步并车，自动合闸，自动负载转移至均功。,当发生船舶电网断电的情况时，可以直接按OP7上按“BREAK.ON(断路器合闸)”按钮，或将该台发电机的模式切换到“自动”模式
23、，都可以使发电机断路器合闸。,（3）使发电机组停车,在OP7上,按“STOP”按钮,且该台发电机组正处于与其他机组并联运行状态，系统将自动执行“减负荷过程”。OP7上显示“延时停车”信息，PLC向GENOP71单元发出“减速”指令，使该台机组的负荷减少到“发电机断路器最小功率”的限制值。,当该发动机负荷低于限制值时，PLC通过GENOP71单元发，使发电机断路器断开。然后，PLC向柴油机发出“停机”信号，“停车”信号将一直持续到柴油机转速低于发火转速，且超过预定的停车等待时间(可设置，30秒)才会撤销。柴油机停机，待到“停车”指令结束，发电机组进入备用状态。,（4）使发电机断路器断开,在OP7
24、上,按“BREAK.ON(断路器合闸)”按钮,且该台发电机组正处于与其他机组并联运行状态，系统将自动执行“减负荷过程”。OP7上显示“延时停车”信息，PLC向GENOP71单元发出“减速”指令，使该台机组的负荷减少到“发电机短路器最小功率”的限制值。当该发动机负荷低于限制值时，PLC通过GENOP71单元发，使发电机短路器断开。,3）“自动”运行模式的功能,在机旁控制面板上的“手动/自动”选择开关放置“自动”位置，在按OP71操作单元上的“AUTO(自动)”按钮，该台发电机组即被设置在“自动”运行模式，在OP71面板显示运行模式为“自动”。在自动”运行模式，柴油发电机组的起动(备用机组的起动)
25、和停车(紧急停车、故障停车、低负荷停车)都是自动进行的。,（1）柴油发电机组的起动,在“自动”运行模式,如果某台机组选定为备用机组，且由于全船断电或从另一台机组发出起动备用机组请求，则系统会自动开始该台机组的起动进程。PLC发出柴油机起动信号，打开柴油机起动空气阀。如果起动成功，当PLC收到“达到发火转速”或“发电机电压超过85%”的输入信号，则起动信号撤销，OP7显示“运行”信息。,如果因为气源压力、气路控制或者柴油机故障，经过预设时间(可设置参数，如秒),仍没有达到“达到发火转速”或“发电机电压超过85%”的信号输入PLC，则PLC不再继续发出柴油机起动信号。但如果系统预先选择了多次起动功
26、能，则系统经过“等待时间”(可设置参数)，会再次发出起动信号。通常最多次重复起动，满次还未起动成功，发次起动失败信息，并将该机组阻塞(从备用机组中剔除)。,（2）柴油发电机组的停车,在“自动”运行模式,机组停车有两种情况：当由紧急停车保护、发电机短路、逆功率引起的柴油机立即停车，发电机短路器会立即脱扣。当发电机组的停车是由于过载保护或者是某台发电机组应该执行延时停车，而该台发电机正处于和其他机组并联运行的状态，系统将自动执行“减负荷停车过程”。OP7显示“延时停车”信息，PLC向GENOP71单元发出“减速”指令，使该台机组的负荷减少到“发电机短路器最小功率”的限制值。当该发动机负荷低于限制值
27、时，PLC通过GENOP71单元发，使发电机短路器断开。,4）起动失败的处理,无论系统在“遥控半自动”或“自动”运行模式，如果经过预设的几次起动尝试，PLC仍没有收到“柴油机达到发火转速”或“发电机电压超过85%”的信号，系统会对该台机组发出“停机”命令。同时，在OP7上显示“起动失败”故障信息和“该台机组被阻塞”的操作信息，把该台机组阻塞。如果该台机组处于“自动”运行模式，系统自动地向下一台备用机组发出起动命令。经过预定的停车等待时间限制之后，“停车”命令消失。然后可将该台机组控制模式转换为“遥控半自动”或“机旁手动”模式，对故障进行复位，使该机组重新准备运行。,上述情况如果是在某些故障状态
28、时，该台发电机组将被自动阻塞。此外，在PMA71系统中，也可根据(如维修)需要，在机组没有运行，且被选定在“遥控半自动”运行模式时，可以在OP7单元，从液晶显示屏幕找到相应的菜单，人工输入阻塞或解除阻塞(有的机组是在柴油机旁的控制面板上设有阻塞选择开关)。被阻塞后的机组将不能被起动，也不能被直接切换为“自动”模式。此外，也可选择系统中某些选项功能，如，可使柴油机在发电机断路器断开后，无负载继续运行一定时间，以符合某些柴油机的停机要求等。,5）柴油机的预润滑功能,柴油机起动前，通常需要预润滑(由非机带泵-电动滑油泵完成，正常润滑由机带泵完成)，以保证备用机组的柴油机达到随时起动的要求，PMA71
29、系统具有控制柴油机实现预润滑的功能。借助OP7单元可以预先选择以下几种不同种类的预润滑方式或不设预润滑：(1)、周期性的自动预润滑(2)、起动前进行预润滑(3)、连续的预润滑,(1)、周期性的自动预润滑在这类预润滑方式下，当柴油机不运行时，系统对柴油机按照预设的间隔时间进行预润滑。在OP7上可设定预润滑时间和间隔时间(2小时)。(2)、起动前进行预润滑(某些机型上称“一次性注入使润滑”)若柴油机长期未用或较长时间没有预润滑，柴油机先润滑一定时间，然后起动。若柴油机未润滑的时间未超过许可时间，则柴油机可直接起动。许可时间可在OP7上设置(如5分钟)。,(3)、连续的预润滑在该方式下，当柴油机不运
30、行时，系统对该系统的预润滑连续进行。当PLC检测不到“柴油机达到发火转速”或“发电机电压超过85%”的信号时，开始预润滑。此外，在PMA71系统中，对于需要进行预热的备用机组柴油机，在投入运行前，还可设置预加热功能，或还可以在柴油机起动时，采用慢转起动功能。,6）对柴油机的安全保护功能,PMA71系统可以取代柴油机原有的安全保护系统。为此通常需要4个开关量(常开触点)输入信号：“柴油机超速”，“滑油低压”，“冷却水高温”或“冷却水低压”等故障信号。系统对信号源设置了短线报警的自检功能。在每个常开触点两端并联一个阻值为5.6K的电阻，系统根据测得的输入电路的电阻值来判断输入信号的状态。,阻值=0
31、,触点闭合。发应急停车信号。阻值=5.6K，触点断开。无故障不发停车信号。阻值=8K，输入电路断线故障或触点断开且无电阻并联。此外，为了避免瞬间脉冲引起紧急停车，对于滑油低压或冷却水高温引起的紧急停车通常设有延时环节，通常延时时间为1秒。如果上述紧急停车信号出现，它将导致柴油机停车，阻塞该台发电机组，并且如果机组被设置在“自动”模式，将随即自动起动备用机组。,在某些柴油机辅助中，由于在柴油机不运行时或柴油机刚开始运行的起始时刻，工作状态不稳定(滑油压力)，参数不正常，为了避免引起不必要的报警，需要对监视报警功能的投入设置延时。在延时期间，对报警信号进行阻塞。PMA71系统中，有相应的参数可以设
32、置，如将滑油低压紧急停车的信号设置为在柴油机转速超过发火转速之后15秒再投入工作。,16.3.2 船舶电网的监视和发电机的保护功能,1）船舶电网的监视,（1）电网断电的监视,每个PMA 71系统使用一个电网检测装置，如果检测到电网断电，则下一台备用机组自动起动，并且在发电机电压达到额定值的85%之后，延时合闸供电。,（2）电网频率过低的监视,机组在“自动”模式时，当电网频率超出预定的各档许可限值时，会触发下表的动作,如果频率过低是由于原动机的功率下降或故障，并且第一次备用机组的投入并不能恢复电网频率的正常，则可以进一步通过非重要负荷的卸载来恢复频率的正常。,表示备用机组连接电网的执行是在准备好
33、通过全船断电的情况下进行切换,但是如果电网频率的数值离正常值太远，新起动备用机组的调速装置将不允许在此频率工作，无法进行同步并车，因而新起动的发电机与电网的连接要在准备好全船断电的情况下进行切换。机组在“遥控半自动”模式时，电网频率过低会发出故障信息，但是不会有机组自动加入电网。,（3）电网电压过低或者过高的监视,表示发电机去磁表示备用机组连接电网的执行是在准备好通过全船断电的情况下进行切换,机组在“自动”模式时，当电网电压超出预定的各档许可限值时，会触发下表的动作(发电机脱扣)对全船电网保护。,如此时进行并车操作，由于机组间电压调整器的不同设置将引起无功功率和发电机电流的极大增加，系统将不会
34、进行并联操作。因此，备用发电机组与电网的连接要在准备好全船断电的情况下进行切换。机组在“遥控半自动”模式时，电网电压不正常会发出故障信息，但是不会有机组自动加入电网。,2）发电机的保护功能,PMA 71系统对发电机的保护功能包括在发生短路时或者发生过电流、过负荷、逆功率时，为保护发电机自动采取的措施。,（1）短路保护,在PMA71系统中，发电机电流的短路检测是由GENOP71单元承担。当发生短路时，GENOP71单元用于控制发电机断路器脱扣的输出继电器被触发，使发电机断路器跳闸。,发电机短路保护故障的记忆必须通过手动应答，当发电机组停车后，要在OP 7液晶显示操作单元上手动复位。,（2）发电机
35、的过电流保护,在PMA71系统中，发电机的过电流保护也是由GENOP71单元承担。发电机断路器的脱扣功能是由GENOP71单元直接发出，但是，其它诸如通过切除非重要负载等来进行过电流保护的功能是通过PLC单元来实现的。,表示该功能由GENOP71 承担，独立于PLC,（3）发电机的功率过载保护,船舶电网的功率是由GENOP 71发电机保护和同步单元进行测量，然后由PLC单元进行监视。经不同延时时间，分三级切除非重要负荷，进一步断开发电机短路器，发出机组停机指令和阻塞指令，并将该台机组切换到“遥控半自动”运行模式。,表示该功能由GENOP71 承担，独立于PLC,（4）逆功率保护,对逆功率的检测
36、是由GENOP71单元承担的，如果发电机的逆功率超出预设的限值，并且超出故障的延时时间，PMA 71系统将断开发电机断路器，发出机组停机指令和阻塞指令，将该台机组切换到“遥控半自动”运行模式，并且起动备用机组。,16.3.3 PMA 71的功率自动管理功能,PMA 71系统的功率自动管理功能包括：,在过电流、过载或电网频率过低时，自动起动备用机组；决定备用机组的起动顺序；当电网低负荷需要减少机组时，自动对机组进行负荷转移后，进行解列；决定机组的解列顺序；对并联运行的机组，进行电网频率和有功功率的自动调节；调节并联运行机组的无功功率分配；,1）备用机组的自动起动和低负荷时的自动解列,（1）备用机
37、组的起动顺序和机组停机的解列顺序 一般在由集成电路构成的自动化电站中，主配电板含有共用的同步并车控制屏，通过并车屏的选择开关可以设置备用机组的起动顺序。,PMA 71系统充分利用了设置在每台发电机控制屏上的PLC单元之间的相互通讯能力，取消了共用的自动并车控制屏，起动顺序的选择可以在任何一台发电机的OP 7液晶显示操作单元上，按照显示屏菜单的提示，使用按键进行设定。所选择的结果将自动传送到每台发电机的PLC单元中，而机组的停机解列顺序则会自动地被设定为与起动顺序相反。如果在执行过程中，某台机组运行模式不在“自动”模式，或者所选机组的运行状态不对(如执行解列命令时，该机组正在停机状态)，则系统会
38、跳过该台机组，顺序中的下台机组将执行起动或者解列操作。,（2）过流、过载、或电网频率过低引起的备用机组自动起动,引起过电流、过载或者电网频率过低的故障原因，大部分是由于运行机组可以提供的总功率不能满足当前电网负荷总量的地要求。前面叙述的过电流、过负荷或电网频率过低时，系统实施的分级卸载，从减少电网负荷的角度来维持功率需求的平衡，以保护发电机。本节则从功率管理的角度，在过电流、过载或者电网频率过低时，自动起动备用机组、增加电能供给来满足功率需求的平衡。,在表16-1中可看出，在过电流、过载或者电网频率过低时，自动起动备用机组的判断值都是设置为三个等级，而相对应的动作时间，则与限值的大小呈反时限特
39、性。超过额定值的百分比越小，动作的延时越大；超过额定值的百分比越大，动作的延时越小。系统中，电流、功率、电网频率都是由GENOP 71发电机保护/并车单元采集，然后传送到PLC单元，在PLC单元进行监视是否超过预设的限值。,2）并联机组的功率分配和电网频率的自动调整,在PMA 71系统中，各台发电机的PLC单元接受GENOP 71单元传送过来的发电机功率和电网频率信号，综合后在负载控制程序和频率控制程序中进行计算，分别得出负载控制输出信号和频率控制输出信号，然后送到权值程序对负载控制信号和频率控制信号的权值作进一步的处理。最后综合生成“升速”或者“降速”输出信号，通过PROFIBUS分别传送到
40、各台发电机的GENOP 71单元，控制发电机的调速器，达到自动调频调载的功能。,（1）并联机组负载分配的控制,PMA 71系统允许选择两种不同的负载分配控制方案：,A.按比例负载分配法（当各台机组的容量相同时，也称作均功分配法）,比例负载分配法是指并联运行的机组以各机组额定容量的相同百分比分担电网负荷。目前柴油发电机组的船舶电站都是采用比例负载分配法。,B.不平衡负载分配法（Unbalanced Load Sharing,简称UBL）,在这种负载分配模式下，一台机组承担尽可能多的负荷，但是不能超过预先设置的最大限定值；而另外的机组则被安排为承担尽量少的负载，但是不能少于所设定的最小允许负荷。,
41、(2）电网频率的调整,PMA 71系统允许选择两种不同的频率调整模式：,恒频模式的频率调整模式选择为恒频模式时，电网的频率将被调整到接近船舶电网的额定频率 50Hz或 60Hz。B.带下降特性的频率调整模式选择为带下降特性的频率调整模式时，电网的频率的调整将依赖于电网承担的负载，两者的关系是一条下降曲线。通常的下降曲线斜率是：当负载是 70%-80%时，频率为额定频率（50Hz或 60Hz）；而负载是 0%时，频率要高出 2Hz。,16.4 船舶中压电力系统简介(简述),常用的IEEE标准100规定中压交流电力系统的定义是指额定电压大于1000V，小于10000V的电力系统。,目前国内外建造的
42、大多数是440V，或380V低压交流电力系统。,以2002年底新建成的“泰安口”半潜式电力推进特种运输船的中压电力系统为例，简单介绍中压电力系统的结构和运行模式特点。,中压主电力系统电源：3台5200KVA，720rpm，60Hz的主发电机组，柴油机为Warsila 9L32，可以单独或者并联向中压电网供电。,其中No.1主发电机在装载需要50Hz中压电源供应的货物时，可以切换为2030KVA，600rpm，50Hz的模式运转，单独为50Hz的货物负载电源供电，图中用于中压汇流排连接的断路器KS1应该处于分闸状态。,中压主电力系统负载：船尾左右舷各一台吊舱式电力推进器SSP的4.7 MW永磁同
43、步电动机及为其变频调速服务的变压器组、晶闸管装置；,左右舷各一台侧推器的800KW电动机及为其变频调速服务的变压器组、晶闸管装置；,为450V的辅助低压系统供电的2台900KVA、将电压从6.6 KV转变为450V的旋转变流器。,低压辅助电力系统的电源由三个来源提供：航行时，电源来自中压系统的旋转变流器（机组），图中旋转变流机组两端的断路器KS3、KS4、KS5、KS6都处于合闸位置。,当旋转变流机组发生故障或检修时，以及在码头没有载货物时，电源来自1台1125KVA，900rpm，60Hz的辅助发电机组，柴油机是Warsila 6L20，此时图16.7中旋转变流机组两端的断路器KS3、KS4
44、、KS5、KS6都处于分闸位置。,另外，在港内还可以连接岸电。,在应急工况下，应急发电机供电。,“泰安口”半潜式电力推进船电力系统的运行模式,航行模式；装载50Hz货物的模式；机动操纵模式；动态定位模式1；动态定位模式2；港内停泊模式1（不需要50Hz中压货物电源）；港内停泊模式2（需要50Hz中压货物电源）；应急工况；港内停泊模式3(功率回馈模式)。,不同运行模式的设置，是靠电力系统中发电机组、汇流排的不同连接组合实现的。,不同船舶常见的低压电力系统，由于断路器的断开点在外部是看不见的，中压电力系统为了保证在维修时操作人员的人身安全，系统在中压主发电机断路器与中压汇流排连接点之间、在中压汇流
45、排连接断路器两端、在旋转变流机组的断路器与中压汇流排连接点之间，都串联了隔离开关。隔离开关是具有可见断开点的开关，但是没有灭灭弧装置，因此不能带负荷分合闸。在使用时，断路器的分、合闸操作次序有先后规定，有时也与断路器有机械或者电气的连锁。,此外，为了确保维修人员正在接触的线路无电，在中压供配电线路上还安装了多处接地开关。接地开关(三相)的一端与母线相连，另一端与地可靠相连，与隔离开关相同，接地开关也没有灭弧装置，不可以带电分合闸。在停电维修某一段线路时和设备时，合上相应的接地开关，能保证被维修的线路和设备可靠的接地，防止线路上电荷的积累，或者在断路器以外合闸时，由于线路三相接地，短路电流使断路器立即跳闸。,
