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    船舶电站运行自动化.pptx

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    船舶电站运行自动化.pptx

    项目八 船舶电站运行自动化,任务8.1 船舶电站自动化系统要求 任务8.2 船舶电站自动化系统的自动化操作 任务8.3 某轮船电站的自动控制系统的操纵程序 任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止 任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,任务8.1 船舶电站自动化系统要求,船舶电站自动化的主要任务是保证供电的安全可靠和改善劳动条件,同时也能提高运行的经济性。具体要求已在各国的船舶建造规范中反映出来。现归纳如下:(1)船舶发电站的备用发电机组应能随时迅速(不超过45 s)自动启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)各发电机的自动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,并发出启动指令,使备用发电机组迅速自动启动,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。(5)能自动启动的多台发电机组应装有程序启动系统或人工选择开关,程序启动系统在某机组启动失灵或不能合闸时,应能自动将启动指令转移到另一机组。,下一页,返回,任务8.1 船舶电站自动化系统要求,(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(机旁)。(7)瞬态条件所反应的信号(如电动机的自启动电流)不应使发电机组产生不必要的自动启动。(8)当故障断电后又恢复供电时,各电动机负载应能按程序启动,以免产生过大的冲击电流而使主开关跳闸。(9)废气透平发电机系统应能控制加热器循环水,使主机功率变化时仍能保证正常供电。(10)控制台应能启动和停止发电机组,接通或切断跨接汇流排,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。,上一页,返回,任务8.2 船舶电站自动化系统的自动化操作,船舶自动化电站一般能实现下列自动化操作:(1)自动启动任意一台发电机组。当柴油发电机处于停车状态时,而且发电机主开关也没有合闸,如有令发电机启动的信号时,该机就能实现自动启动。(2)自动准同步并车。若电网上有机组供电,则机组自动启动成功后,即由自动准同步装置与自动调频调载装置配合工作,将新启动机组自动投入电网,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,使电网维持恒定频率,偏差不大于0.25 Hz,并使两台机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,才接收跳闸指令,实现自动解列。,下一页,返回,任务8.2 船舶电站自动化系统的自动化操作,(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压,误差不大于e 2.5%U。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启动装置。当电网负载超过额定负载时,可分为一次或二次卸掉次要负载。当电网失电后又恢复供电时,有使重要负载按顺序启动的自动装置。(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、转换开关等。在船舶自动化电站中有很多自动化测量装置,它依靠各种传感器能对电站系统中大量参数进行测量,如电压、电流、功率、温度、压力、转速等,有些能连续而自动地进行巡回测量、数字显示、监视、报警和记录。同时还可以输出信息,通过相应的自控设备去控制有关机器的运行。具体对柴油发电机组,记录和报警内容如表8.1 所示。,上一页,返回,任务8.3 某轮船电站的自动控制系统的操纵程序,该轮船是我国自动化程度较高的集装箱货轮,其电站自动化系统由电磁元件及半导体元件混合组成,功能比较完善。该轮船电站有三台600 kVA 的同容量柴油发电机组,正常航行时,用一台机组即可满足全船供电。各台柴油机(包括主机)的冷却水系统连通,利用运行机组的余热预热备用机组,还装设了实现周期性预润滑的电动润滑油泵及自动控制装置。备用机组的启动,有“机旁”“半自动”(遥控)和“自动”三种方式。当备用机组置于“自动”时,只要电网一停电,就形成启动指令。柴油机用压缩空气启动,可以实现“三次启动”。成功后,若电网无电,能直接自动合闸;停机的控制是由电磁铁切断燃油供给而实现的,控制系统具有“模拟试验”的功能。图8.1 所示为该轮船电站自动操纵时的程序方框图。,下一页,返回,任务8.3 某轮船电站的自动控制系统的操纵程序,三台机组中,1 号机为运行机,2 号和3 号机分别为第一和第二备用机组。由图8.1 可知,对运行机的故障,分为电气故障和机械故障两类。电气故障包括过流、逆功、欠压和短路;机械故障有润滑油压力低和柴油机超速。当发生电气故障时,发电机主开关将跳闸,考虑到电气故障有可能是瞬时性的,故控制系统有一次重合闸的功能;若是机械故障或一次重合闸不成功,则形成停机指令,并给出报警和记录。不论何种故障,只要是电网失电,备用机组立即接收启动指令。第一备用机组启动成功后,若电网无电,则可直接自动合闸。若因运行机重合闸成功,则因电网已有电,备用机组将因为不能在限定的时间内自动合闸,只好自动停机;反之,若第一备用机组先合闸成功,则运行机不能再合闸,也将在规定时限内自动停机。若电网断电,第一备用机组未准备好或其启动失败或合闸失败,则将启动第二备用机组。至于三台机组中,哪一台作为运行机组,可以用转换开关进行选择。第一备用和第二备用则将按机舱中机组的固定编号顺序依次而定。,上一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,1.船舶柴油发电机启动事项船舶发电机大多由柴油机拖动,船舶发电机的自动启、停主要牵涉柴油机的启、停。船舶发电机用的柴油机一般有电动启动和压缩空气启动两种方式。电动启动一般用于应急电站、发电机的原动机,由蓄电池供电给直流伺服电动机,带动柴油机转动直到启动完毕。主发电机组一般采用压缩空气启动,压缩空气启动控制阀到达柴油机,再由柴油机的空气分配器按各气缸发火的顺序,依次将压缩空气引入各气缸,推动活塞,使机器转动。一旦由进入气缸的压缩空气产生高温,自行发火运转后,立即切断气源,柴油机即自行运转。从柴油机开始启动直到在额定转速下工作需注意以下几个问题:,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,(1)启动前的预润滑。柴油机都具有润滑油循环系统,包括由自己的动力带动的润滑油泵、管路、过滤器和冷却器等。在运行时,能自行建立一定的润滑油压力,保证自身的润滑油循环,使各主要润滑部位都有良好的润滑;停机后,润滑油系统也停止工作。因此,经较长时间停机后,应有启动前的预润滑程序,确保在启动时,各相互接触的运动部位有必要的润滑油,避免发生干摩擦。预润滑的方式有两种:周期性自动预润滑,在柴油机润滑油泵之外,另设一电动油泵,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,当柴油机停机后,就开始工作,保证每隔一定时间(如4 h)接通电源泵油工作一段时间(如10 min),周期性实现预润滑,以待随时启动。当柴油机投入运行,自动预润滑油泵的控制电源立即断开,由柴油机自行润滑。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,一次性注入式预润滑。在柴油机润滑系统中,接入一个柱塞式润滑油泵,其中储满润滑油,当机器接到启动指令时,压缩空气先作用到柱塞式油泵,推动活塞,将其中所储润滑油通过管系,注入机器需要润滑的各部位,然后才开始启动。(2)启动时燃油控制。柴油机的喷油量是由调速器和控制手柄控制。启动时,调速器尚未正常工作,这时的燃油量可用手柄来限制。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,(3)暖机。当启动成功后,柴油机将运行在略高于最低稳定转速上,称为点火转速,以后再予以升速,一般为减少热应力,让机器先在中速下运行一段时间,这就是暖机(或称为暖缸)。暖机所需时间依机型和辅机冷却系统的设计而不同。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。当备用机组启动成功后,可以较快地加速(甚至无须暖缸),直到额定转速运行。此对于增强自动电站功能,保证供电连续性、可靠性是有帮助的。柴油机的停机,只需控制切断燃油供给,机器即自行停机。但也需注意不同形式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,待温度逐渐降低,然后才允许断油停机。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,2.柴油发电机组的自动启、停功能及程序柴油发电机组自动启、停机的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”。“自动”是指柴油机的操作方式转换开关置于此位置时,柴油发电机自动控制系统投入工作,按既定的程序,自动启动、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启、停控制。“机旁”是指在柴油机旁进行常规的手动启、停机组。优先是指转换开关置于“自动”时,也能做“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。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,(2)对自动启动的各种准备工作设置逻辑判断和监视。例如,需确认机组已检修完毕,转换开关已置于“自动”位置,有预润滑、预热,有足够的启动动力,本机是处于静止状态等,才能自动启动。(3)接收启动指令时,按应有的程序自动启动。(4)一个“启动”指令,可以允许试行三次启动,若三次失败应发出警报信号,并向总体逻辑控制单元汇报“启动失败”,以便由“总体”判断采取其他措施。(5)适当控制启动时的给油量。(6)柴油机自行发火后,应切断启动动力源。(7)“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。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,(8)当转速上升到额定值的90%时,可认为整个启动加速程序完成了,应自动切断本机的预润滑系统,经适当延时(几十秒)后,接入对本机的润滑油压力监视。这是因为柴油机自带的润滑油泵,在润滑系统中建立必要的油压需要一定的时间,刚启动时,润滑油压力尚未达到应有数值。若不经延时,接入监视,它将立即发出“油压低”的误会信号,造成不必要的报警,甚至自动停机。(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,做好下次启动的一切准备。如果因为柴油机本身故障(一般有启动失效、润滑油压力低、冷却水温高、排烟温度高、超速等)而导致停机时,应发出“阻塞”信号,使该机的自动启动阻塞,并发出声光报警。待工作人员排除了故障,手动“解除阻塞”后,才恢复自动功能。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,(10)自动启动。停机控制器最好具备“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。柴油发电机组的自动启动程序可以用下列方框图8.2 表示。图8.2 中包括了“暖缸”工况(虚线框),在某些系统中,也可以将“启动”指令安排成两种方式:一种是“正常启动”指令,让机组有“暖缸”工况;另一种是“紧急启动”指令,如航行中电网突然失电,要求备用机组立即启动供电。当程序控制器接到这种指令时,可以自动去掉“暖缸”程序。,上一页,下一页,返回,任务8.4 船舶电站、柴油发电机组启动与停止,自动停机的程序框图如图8.3 所示,柴油机启、停程序制定一般有三种基本原则:按时间原则控制,即模仿人的实际操作过程;按速度原则控制,即直接按速度拟定控制程序;按润滑油压力控制,即根据不同转速时润滑油压力的变化拟定控制程序。一般采用综合方式控制,即在整个控制系统中,以上三种控制原则都有。,上一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,1.总体控制系统方框图前面已经介绍了电站自动化各主要环节的功能。在具有要求多台机组并联供电的电站中实现电站自动化,还必须将各个自动环节有机地联系起来,组成一个总的系统,即总体控制系统。其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信息及参数,加以分析判断,在一定条件下,自动采取符合逻辑的措施,以应付电站运行中可能出现的各种情况,确保电力系统安全、可靠、优质、经济地运行。总体控制系统一般设置在集控室,安装在专门的控制箱中,其方框图如8.4 所示。,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,2.功能分析下面对总体控制系统的功能进行分析。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”“半自动”(遥控),“自动”,并且按次序前者应优先于后者,仅当某机确定为“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手动控制“复位”,不得自行恢复“自动”功能。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,2)判断是否需要启动备用机组这是一组“或门”条件,即当出现下述任一条件时,就应发出“增机”指令,启动备用机组。(1)经延时判断,确认运行机组重载。(2)运行机组的润滑油压力低。(3)运行机组冷却水出口温度高。(4)电网突然断电。(5)经重载询问,储备容量不够。(6)正要启动的备用机组阻塞(启动指令应递续)。(7)备用机组启动失效或合闸失败。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,3)发电机组备用的条件及备用机组顺序的安排(1)备用机组条件。船舶电站中各发电机组一般都是互为备用,因此发电机组可供备用的条件是:燃油、压缩空气备好,有预热和预润滑,无阻塞,操作选择开关置“自动”位置。当同时满足上述条件时,认为机组已进入“备好”状态。(2)备用机组顺序选择。对于备用机组的启动必须安排一个顺序,通常是按机组的编号依次循环。例如,一个具有三台发电机组的自动电站按1231 的循环来决定备用机组。只要在电网上已有一台机组在运行,即可按负荷的需要或按运行机组的技术状态产生的“增机指令”,顺序启动下一台机组。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,在电站中只有三台机组的情况下,增机情况大约有:单机运行不正常或重载,要求增机,按顺序启动下一台。单机运行突然跳闸,电网失电,启动下一台。单机运行要求增机,但第一备用机组“阻塞”,或启动合闸失效,“增机指令”应递续给最后的一台。并联运行要求增机,则启动最后一台备用机组。上述后两种情况发生时,则是系统的机组“已经用完”,故自动电站还应设置监视“系统用完”的信号指示电路,以便引起管理人员的注意。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,4)空气断路器的合闸发电机主开关有三种合闸方式:(1)直接自动合闸。当电网无电时,刚启动成功的发电机组建立电压后,其主开关即可直接合闸。(2)自动准同步合闸。电网有电时,备用发电机组启动成功并建立电压后,应经过自动并车装置,使待并发电机经自动整步之后投入,并车后,利用自动空气断路器的辅助触头,接通均匀线及自动调频调载装置,实现无功及有功功率的分配及频率的自动调整。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,(3)自动重合闸。由直接自动合闸的条件可知,当发电机在某些非正常情况下跳闸后,若使电网失电,就可能又构成了直接合闸的条件,这就自然地可能发生“重合闸”。作为自动化电站,可以设计成为具有重合闸功能,也可以不设置这一功能。若有重合闸功能,应保证只有一次重合闸。以免在永久性故障的情况下,发生一再重复合闸的有害过程。同时应防止在这种情况下连续启动两台以上的机组去做合闸的尝试。无论哪种合闸方式,都有“成功”或“不成功”两种可能,这两种情况的信号都应设法取得,因为它是作为“指示”和控制机能都不可少的信号。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,5)解列当两台及以上机组并联运行,若因电网负荷降低到可以停掉一台机组时,应自动发出“解列”指令。或者,运行中的某机组因发生运行不正常,应自动发出“解列”指令。或者,运行中的某机组因发生运行不正常(如冷却水出口温度偏高等)时,自动控制系统可以先启动备用机组,并车后再转移负荷。解列指令发生后,通过自动调频调载装置将待停机组的负载转移给其他运行机组后,再将该机主开关跳闸,这就是解列操作。对于运行不正常的机组属于解列对象。在这种情况下,为了尽可能不断电,对于“运行不正常”现象的识别信号,可以分为两级,一级作为预报,一级作为保护装置的动作极限。预报级信号可以用来要求启动备用机以便赢得时间,等待备用机组启动和并车后再取代“不正常”的机组。当然,这种期望是建立在不正常的机组还可以坚持运行一段时间的基础上。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,显然,这一段时间决定于两方面:一方面是备用机组的启动、加速、并车所需的时间,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,则造成因保护系统功能而停电。6)空气断路器的分断和停机发电机自动空气断路器的分断有“正常分断”与“保护动作分断”。前者指手控分断或经自动解列、负荷转移完毕后的分断。后者指因各种发电机保护动作而引起的自动跳闸。机组的停机亦可分为“正常停机”与“紧急停机”,前者一般都是在自动空气断路器“正常分断”后,按正常停机程序进行。后者一般是当柴油机发生润滑油压力低或超速时,为了保护机器不至于损坏,控制柴油机直接断油而实现停机。此时,自动空气断路器可能是逆功率脱扣(并联运行时),也可能是失压脱扣(单机运行时)。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,7)重载询问当欲启动大负荷时,应先询问运行发电机功率储备是否满足其用电和启动要求。若不能满足,则应先启动备用机组,并车后才允许该负荷接入电网。重载询问的基本原理如图8.5 所示。根据发电机测功器的功率变比,在电位器的动触头上取一电压信号,使之相当于准备投入的大负载功率(应考虑到启动时的冲击)即所谓“模拟负载”。经按钮A 接到运放,与发电机测功器的输出信号(它对应发电机的实际负载功率)相加,再由鉴幅器来检测求和的结果。鉴幅器的鉴幅电平可以设定在相当于发电机容量的某一百分值(如80%),当鉴幅器动作时,表明储备容量不够,即可发生“要求增机”信号。若鉴幅器未动作,则表明储备够用,大负载可以启动。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,8)重要负载分级启动当船舶电网因故障失电又获电时,为避免因负荷同时启动造成的电流冲击,甚至使发电机主开关再次跳闸,自动电站能够对重要负荷进行分级启动。按照在紧急情况下各负荷的重要性排好先后次序,并按其启动电流大小分组,然后按程序逐级启动,每两级启动之间的间隔为36 s。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,9)监视、报警和打印记录为了取出自动电站做适时控制所需的信号,也为了对系统运行情况做必要的了解,通常的发电系统需做如下的检测与监视。(1)对于柴油机:转速:零转速点、大转速、中速运行,额定转速;润滑油压力:低或过低;冷却水出口温度:高和过高;各缸排烟温度;柴油机运行时间累计。(2)对发电机:电压、频率、功率、电流、功率因数;对于断路器;能合闸、断开。(3)对电网:汇流排电压、短路、绝缘监视。,上一页,下一页,返回,任务8.5 自动电站的总体控制系统及其功能,(4)对系统状态及工作过程的监视与指示:机组的预热、预润滑;启动空气压力;各机组控制方式选择;正常启动,启动成功或失败;正常停机过程中,停机成功或失败;机组用完以及控制系统的工作电源等。为了便于检查某些逻辑功能,最好能使控制系统的各主要部分可以进行模拟试验。10)自动电站控制功能流程图自动电站的功能较多,其中每一部分都有相对的独立性。由总体控制,将各部分工作有机地协调起来,组成一个系统。在系统的安排上,应充分利用各单元的独立性,使系统运用起来更加灵活。当某部分出现故障时,仍可利用其他单元实现局部自动化或半自动化。图8.6 所示为三台机组的自动化电站功能流程图,但并非固定模式。随着自动电站进一步发展,使自动电站功能更趋完善。,上一页,返回,表8.1 记录和报警内容,返回,图8.1,返回,图8.2 自动启动程序框图,返回,图8.3 自动停机的程序框图,返回,图8.4 总体控制系统方框图,返回,图8.5 重载询问的基本原理,返回,图8.6 三台机组的自动电站功能流程图,返回,

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