第七章 船舶电站自动化基础知识

2.过载保护
• 是指发电机输出的功率或电流超过额定值 • 长时间过载运行后果：发电机组过热，绝缘老化，以及原动机使 用寿命缩短和零部件损坏等。 • 发电机本身能承担一定的过载电流：1.1倍额定电流为2h；1.25 倍30min；1.35倍5min.所以过载保护应有适当的延时时间。 • 对无自动分级卸载装置的发动机，过载保护动作电流可整定为发 电机额定电流的125％～135%,延时15～20秒。 • 解决发电机过载两种办法：增机并网和分级卸载保护 • 分级卸载：把用电设备按其重要性分成级别组，分级分时卸载。 一般为一级或两级。在采用二级卸载时，先卸一级（次要负载） 再卸二级。 • 分级卸载的时限应比过载保护延时短，对有分级卸载装置的发动 机，过载保护动作电流为额定电流的150％，延时10～20秒。而 一级卸载可按功率原则整定在100～125％额定功率，或按电流原 则可整定在100～110％额定电流，延时7～12秒卸载。
三、逆功保护
• 发电机变成电动机从电网上吸收有功功率 • 危害：另一台发电机过载，严重时跳闸 。 原动机转速升高，甚至超速，损害原动机。 • 逆功保护装置通过继电器把故障机组从电网上切 除。但在并车操作时可能会出现短暂的逆功现象， 此时不应该跳闸。 • 当柴油机作为原动机时，其逆功保护整定值为15 ％的额定功率，延时1～3秒。
• 一、发电机组调速系统及特性
• 双脉冲调速器接受两个信号：发电机的转速之差和发 电机的有功功率之差。 • 这种调速系统由于功差能参入原动机油门的控制，会 降低调速过程中转速的波动范围，提高调速性能，调 节过程结束能实现转速偏差和有功功率之差均为零。
二、并联运行机组的频率调节和有功功率的分配
• • • • 频率的调节与有功功率的分配与调速器的调速特性有关 调速器的调速特性分为有差特性和无差特性。 单机运行可采用无差调速特性 并机运行时，若两台均为无差，有功功率无法确定，很容易出现一台机 组过载，另一台空载，不稳定；若一台为无差，另一台为有差，有功功 率的变化只能由具有无差调速特性的机组来承担；实际应用并联机组均 为有差调速特性 •调差系数 KD= － ∆f/∆pr ∆P1 = ∆pr ∙KD /KC1 ∆P2 = ∆pr ∙KD /KC2 结论：1）发电机组间有功功率 分配与调差系数KC成反比，KC越 小，功率分配量越大 2）并联运行是稳定的，但频率 是变化的。 若KC1 = KC2 = KC 则 KD= KC /2 ∆P1 = ∆P2 = ∆pr /2
三、发电机间无功功率的自动分配
1.电压调差特性
• 电压调差特性：单台发电机端电压随 无功电流变化的过程 • 发电机间的无功功率的分配取决于发 电机的电压调差特性 • 调差系数：δ＝－△Uo/ △IQ δ =0,无差特性。 δ≠0，有差特性 ，水平 线 δ>0，正调差特性，向下倾斜； δ <0，负调差特性，向上倾斜。
一、过电流保护（短路和过载）
1.短路保护
• 属于发电机运行中的故障状态（产生巨大电流）。 • 它是不同相的导体直接碰在一起，有单相短路、两相短路和三相短 路，90％以上是三相短路（三相四线制）。 • 主要原因是绝缘老化、绝缘被机械损伤及误操作等。 • 发动机外部容易产生短路故障。
•选择性脱扣：为了保证不间断供电， 应使离开短路点最近的自动开关中 的过电流脱扣器动作。 •外部短路保护要求：短路延时保护 的动作电流为3～ 5倍的发电机额定 电流，动作时限整定为0.2 ～0.6秒； 短路瞬时保护动作的电流整定为5～ 10倍发电机额定电流，瞬时动作使 发电机跳闸。
2.电磁相加的相复励
BF为实现复励用的三绕组变压 器：电压绕组W1和电流绕组 W3构成原边绕组，W2为输出 绕组。 QC为起压用的谐振电容 C0 R0为整流电路的阻容保护
励磁系统有两个回路：电压回 路通过移相电抗器Xk、电压绕 组W1来反映发电机电压，以 实现自励，建立发电机空载电 压。电流回路（复励）通过电 流互感器W3来反映负载电流 的变化，并与电压回路共同作 用来反映负载功率因数的变化
第五节 船舶电站的综合保护
• 电站保护装置的基本任务： 当系统发生故障或非常运行 时，快速、准确地把故障从 系统中自动脱开，保证非故 障部分能继续正常运行。 • 船舶电站综合保护包括： 电气故障（发电机）、机 械故障（原动机）和自动控 制装置故障的保护 • 发电机故障保护包括： 短路保护、过载保护、 欠压保护和逆功保护。
指标要求
• 负荷从满载到空载，再从空载到满载，稳态电压变化率 不超过±2.5%,应急发电机±3.5% • 从空载到50％的额定负载（电流），瞬态电压变化率< ±15%，且达到97％额定电压（相差3％）的时间< 1秒
自动电压调节器类型
• 按扰动量（负载电流）进行调节的开环控制系统，习惯 上称相复励系统 • 按电压偏差进行调节的闭环控制系统 • 按电压偏差和负载电流进行调节的复合控制系统，习惯 上称为可控相复励系统
第七章 船舶电站自动化基础知识
船舶电站自动化基本功能
• • • • • • 发电机组能自动起动及自动停车等 发电机组能自动并车 电压及无功功率的自动调节 频率与有功功率的自动调节 重载询问 船舶电站的综合保护
第一节 发电机组的自动起动
一、起动前的准备
• 预热 冷却水管连通 • 预润滑 包括周期性自动预润滑和一次性注入预润滑
LH电流互感器，输出 Ii与负载电流成正比且 同相 Zk移相电抗器，输出 Iu与电网电压成正比， 相位落后90度 Zk为0，不能实现复励， Zk为纯电阻，不能实 现相复励
二、相复励原理
LH电流互感器，输出Ii与负载电流成正比且同相 Zk移相电抗器，输出Iu与电网电压成正比，相位落后90度 Zk为0，不能实现复励， Zk为纯电阻，不能实现相复励
• 自动准同步并车的主要内容
• • • • • 脉动电压（频差电压）的检测 恒定超前角的获得 频差的大小和方向的检测 电压差闭锁环节 自动准同步并车装置的基本构成
第三节 电压与无功功率的自动调节
需要调节的原因
• 船舶电站容量小，发电机与用电设备之间影响大 • 机舱用电设备主要是感性负载，负载↑ 无功电流↑电枢 去磁作用↑ U↓(能导致用电设备过热)
一、复励的基本概念
• 自励（直流发电机）：需要并激绕组BQ（产生磁场） • 复励：加串激绕组CQ，用负载电流变化（扰动量）补，所以，自励分量和 复励分量必须在交流侧相加 • 相复励类型 电流相加，电磁相加，电势相加 1.电流相加的相补偿
二、自动起动与停止指令的形成
• 增机指令的形成 • 减机指令的形成 • 重载询问
三、发电机组自动起动顺序的选择
第三节 同步发电机的自动并车
并车基本要求
• 并车过程中冲击电流不能超过允许值 • 发电机投入电网后能迅速拉入同步
并车操作条件
• 频率条件 频差不超过1％ 0.5Hz • 电压条件 电压差小于10％ • 相位条件 相位差小于15度
3.均压线（两种连接方法）
• 另一种是在交流侧均压线连接，将各个移相电抗器并 接起来，适用于不同容量的发电机并联运行
第四节 频率与有功功率的自动调节
• 频率与转速成正比 f =P∙n/60 • 频率变化的主要原因是系统中有功功率不平衡，即原 动机输出功率与发电机功率不相等 • 对调速器的要求：当突然卸去满负载，或突然加上满 负载的60％稳定后在加上余下的40％，满足：瞬时调 速率不大于10％；稳定调速率不大于5％；稳定时间不 大于7秒。 • 对有功功率分配规定：并联运行的交流发电机，当负 载在总额定功率的20％～100％内变化时，能稳定运行。 各发电机实际承担的有功功率与按发电机总额定功率 分配比例值之差，应不超过发电机额定有功功率的 ±10%（相同额定功率）；最大发电机额定有功功率 ±10% 和最小发电机额定有功功率±20% （不同额定 功率）
• 分级卸载原理框图
由电源、电压检测、电流检测、鉴幅器和延时电路等组成
二、欠压保护
• 电网电压下降原因：持续性短路故障，或自动电压调 整装置失灵 • 危害：发电机电流增大、过热、绝缘损坏。 电动机转矩下降、转速下降，会发热或堵转。 • 欠压保护任务：从电网上自动脱开或并电时合不上闸， 是通过发电机主开关中的欠压脱扣器实现的 • 发电机欠压保护是发电机外部短路的后备保护 • 有延时的欠压保护的整定值为70～80％额定电压，延 时1.5～3秒跳闸，低于70％额定电压瞬时动作跳闸； 无延时时的欠压保护装置，瞬时动作跳闸的整定值为 40～75％的额定电压
2.并联发电机组无功功率分配
• 均为δ =0，无功功率不能稳定分配 • 均为δ <0 ，发电机组不能稳定运行 • 若一台δ <0 ，另一台 δ =0，则总的无 功功率的变化全由δ =0发电机承担 • 实际应用： 每台均δ>0，且各δ尽量相 等
3.均压线（两种连接方法）
一种是在直流侧（励磁绕组）均压线连接，是将转子的激磁绕组并联起来，适 用于相同容量的发电机并联运行（不同容量需串接电位器）