船舶电气设备及系统第16章船舶电站自动化

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1、船舶电气设备及系统,,2024/12/11,课 件,轮机学院电气及自动化教研室,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,际的新型,船,船舶自动,化,化电站为,例,例，从系,统,统角度讲,述,述常见船,舶,舶电站自,动,动化系统,的,的运行管,理,理基本知,识,识，即船,舶,舶电站自,动,动化系统,的,的基本组,成,成，基本,功,功能，实,现,现这些基,本,本功能的,模,模块的工,作,作原理。,内容简介,§16.1 概述,随着科学,技,技术的发,展,展，船舶,

2、机,机舱从有,人,人值守到,自,自动化机,舱,舱的经历,了,了几十年,的,的发展过,程,程。,船舶电站,自,自动化是,实,实现机舱,自,自动化、,进,进而实现,无,无人值班,机,机舱的必,要,要条件。,1、发电,机,机组依据,电,电站运行,情,情况和实,际,际负荷需,要,要，按预,定,定的顺序,自,自动起动,备,备用机组,，,，并能自,动,动投入、,自,自动停机,；,；,2、故障,状,状态下自,动,动解列、,停,停机的控,制,制；,3、发电,机,机组之间,的,的自动并,车、电压,及,及无功功,率,率的自动,调,调节、并,联,联运行中,功,功率的自,动,动分配、,转,转移与电,网,网频率的,自,

3、自动调整,船舶电站,自,自动化基本功能包括：,4、船舶,电,电站的综,合,合保护（,包,包括发电,机,机组机电,故,故障的自,动,动处理与,报,报警）；,5、运行,状,状态显示,及,及故障监,视,视（包括,全,全船断电,，,，欠频监,视,视），系,统,统给定参,数,数的监视,与,与修改。,实现上述,基,基本功能,的,的船舶电,站,站自动化,系,系统（也,称,称作船舶,电,电力自动,管,管理系统,）,）,PMS-Power ManagementSystem,,§16.2 船舶,电,电站自动,控,控制装置,的,的系统组,成,成,16.2.1,电,电力自动,管,管理系统,的,的结构类,型,型,船舶电

4、站,自,自动控制,装,装置的控,制,制任务分,为,为,对每台发,电,电机组的,起,起动、停,机,机、自动,并,并车进行,控,控制，以,及,及发生机,电,电故障时,对,对本台机,组,组的处理,等,等功能。,（,（单机管理）,在整个电,站,站系统并,联,联运行时,，,，进行功,率,率管理、,也,也包括发,生,生机电故,障,障时对系,统,统中其它,机,机组发出,控,控制要求,（,（例如备,用,用机组的,自,自动起动,或,或阻塞）,及,及信息通,讯,讯等的管,理,理控制。,（,（整体管理）,,早期由数,字,字电路-,模,模拟集成,电,电路构成,的,的电力自,动,动管理系,统,统大致可,以,以分成总,体

5、,体控制方,式,式和积木,块,块式两种,。,。,总体控制,方,方式中，,有,有负责系,统,统整体功,能,能的总体,控,控制单元,和,和与其相,连,连的对每,台,台发电机,组,组分别负,责,责的起停,控,控制器、,并,并联运行,控,控制器等,子,子系统。,积木式自,动,动化电站,由,由5种(4种)功,能,能块组成,，,，功能分,别,别为自动,起,起动-停,车,车装置、,并,并车装置,、,、电网监,视,视器、负,荷,荷控制器,、,、功率分,配,配器；功,能,能块以独,立,立或模块,形,形式出现,，,，主要采,用,用集成模,拟,拟技术和,数,数字技术,实,实现的。,多,多数厂家,已,已将并车,装,装

6、置与功,率,率分配器,合,合并成一,个,个独立的,并,并联运行,控,控制器出,现,现，即系,统,统则由4,个,个功能块,组,组成。,各生产厂,家,家的自动,化,化电站产,品,品在细节,方,方面上会,有,有不同，,但,但其主要,功,功能还是,基,基本相近,的,的。,TERASAKI,公,公司的电,力,力自动管,理,理系统有GAC-5TYPEC、GAC-16M等,SIEMENS,公,公司基于PLC为,核,核心的电,力,力自动管,理,理系统有SIMOS PMA 52,、,、 SIMOSPMA53和SIMOSPMA71,。,。,SIMOS PMA 52,中,中PLC,控,控制器是SIEMENSS5-1

7、15U,SIMOS PMA 53,中,中PLC,控,控制器是SIEMENSS5-95U,SIMOS PMA 71,中,中PLC,控,控制器是SIEMENSS7-315-2DP,下面以SIMOSPMA71型,电,电力自动,管,管理系统,进,进行说明,近年来，,安,安装在远,洋,洋船舶的,大,大部分电,力,力自动都,是,是基于微,机,机或PLC控制技,术,术实现的,。,。,16.2.2SIMOS PMA 71,型,型电力自,动,动管理系,统,统的系统,组,组成,SIMOS PMA 71,型,型电力,管,管理系统,（,（以下简,称,称为PMA 71,）,）是SIEMENS公司的,新,新一代电,站,站

8、自动化,产,产品，安,装,装于我国,“,“泰安口,”,” 等许,多,多远洋船,舶,舶。,主要功能,：,：,船舶电网,监,监视（全,船,船断电，,频,频率过低,等,等）,2. 根,据,据负载状,况,况或故障(过电流,，,，过负荷)状况自,动,动起动发,电,电机组,3.,发,发电机,的,的过电,流,流、逆,功,功率保,护,护，按,照,照三个,等,等级对,非,非重要,负,负载自,动,动卸载,，,，依据,电,电网功,率,率余量,自,自动或,手,手动停,止,止发电,机,机组,4.,发,发电机,自,自动并,车,车，自,动,动调频,调,调载,5.,短,短路保,护,护,6.,在,在液晶,显,显示操,作,作单元

9、,上,上可以,显,显示故,障,障诊断,信,信息,7.,大,大负荷,起,起动时,的,的自动,问,问讯控,制,制，停,机,机时具,有,有自动,逐,逐步转,移,移负载,功,功能，,在,在起动,发,发电机,组,组时，,可,可设置,多,多次起,动,动尝试,8.PMA71,还,还具有,和,和WGA 23d型,轴,轴带发,电,电机控,制,制装置,相,相连，,控,控制轴,带,带发电,机,机起动,、,、停车,以,以及和,柴,柴油发,电,电机组,并,并车切,换,换等功,能,能 。,⑦DC/DC,变,变换器,⑥OP71,液,液晶,显示操,作,作板,④通信模块,⑤GENOP71,发,发电机,保,保护和,并,并车模,块

10、,块,①DI/DO开关量模块(发电机控制),②DI/DO开关量模块(柴油机控制),两台发,电,电机并,联,联运行,时,时的PMA71系,统,统布置,OLM-光纤,连接模,块,块,图中画,出,出了管,理,理两台,发,发电机,并,并联运,行,行时的PMA71,系,系统布,置,置,每一台,柴,柴油发,电,电机组,配,配置有,：,：,(1),一,一台SIMATICS7-315-2DP,型,型PLC控,制,制装置,(2),一,一台GENOP 71型发,电,电机保,护,护/并,车,车单元,和,和测量,传,传感器,(3),一,一只OP7型,液,液晶显,示,示操作,单,单元,(4),一,一只DC 24V/DC

11、24V,变,变流器,上述4,个,个单元,安,安装于,每,每台发,电,电机组,的,的配电,板,板上，,其,其中OP7型,液,液晶显,示,示操作,单,单元和,电,电压表,、,、电流,表,表、功,率,率表、,频,频率表,、,、控制,开,开关和,指,指示灯,等,等一样,，,，安装,于,于配电,板,板的正,面,面，以,便,便于操,作,作。,PMA-71,系,系统的,这,这种布,置,置既适,合,合分布,布,布置的,配,配电板,（,（即每1套PMA71装,置,置可以,安,安装于,每,每台分,布,布布置,的,的发电,机,机配电,板,板上）,，,，也适,合,合于在,控,控制多,台,台发电,机,机的集,中,中主配

12、,电,电板间,的,的布置,。,。,(1),一,一台SIMATICS7-315-2DP,型,型PLC控,制,制装置,PS,(,可选,),CPU,,IM,SM:,DI,SM:,DO,SM:,AI,SM:,AO,,FM:,-,计数,-,定位,-,闭环控制,,CP:,-,点-到-点,-,PROFIBUS,-,工业以太网,一台SIMATICS7-315-2DP,型,型PLC控,制,制装置,，,，包括,：,：,带MPI通讯,口,口的CPU模,块,块,Profibus,通,通讯口,模,模块,用于发,电,电机控,制,制的开,关,关量输,入,入/输,出,出模块,对柴油,机,机进行,控,控制的,开,开关量,输,输

13、入/,输,输出模,块,块,PLC,采,采集发,电,电机组,的,的现场,信,信息和,接,接受从GENOP71型发,电,电机保,护,护/并,车,车单元,或,或OP7液,晶,晶显示,操,操作单,元,元传递,来,来的信,息,息，负,责,责对本,台,台柴油,发,发电机,组,组（或,轴,轴带发,电,电机的,控,控制系,统,统）的,起,起停逻,辑,辑控制,负责电,网,网断电,、,、欠频,的,的监视,发电机,过,过负荷,的,的保护,各台发,电,电机的PLC,通,通过MPI多,口,口通讯,总,总线传,递,递信息,，,，组成了PMA71,系,系统的,控,控制核,心,心，实现对整个,电,电站的自动管,理,理，负责电

14、能,管,管理信息的处,理,理,功能：,(2)一台GENOP 71型发电机保,护,护/并车单元,可以单独工作,或,或与PLC一,起,起集成在PMA 71系统,中,中工作,负责电网三相,电,电压、发电机,三,三相电压、电,流,流等信号的采,集,集处理,具有发电机保,护,护（过电流分,级,级卸载，逆功,率,率或短路保护,）,）和自动并车,功,功能,能通过Profibus现,场,场总线将采集,和,和处理过的电,压,压、电流、功,率,率、差频脉动,电,电压等数字信,息,息输入到PLC,功能：,能接受PLC,通,通过Profibus现场,总,总线发出的指,令,令,可以使用OP7型液晶显示,操,操作单元变更

15、GENOP71的工作参,数,数，传送到PLC，然后再,由,由PLC传送,给,给GENOP71。,,功能：,(3)一只OP7型液晶显,示,示操作单元,系统的人机界,面,面,操作人员通过OP 7与PLC交换信息,，,，对PMA71系统进行,操,操作，并随时,显,显示系统运行,或,或故障状态和,用,用于对系统的,工,工作参数进行,修,修改,(4)一只DC 24V/DC 24V,变,变流器,为PLC、GENOP 71、OP 7,单,单元的工作提,供,供可靠的电源,每一台发电机,组,组中，所属的PLC、GENOP 71,和,和OP7各单,元,元之间通过高,速,速可靠的ProfibusDP 型现,场,场总

16、线相互通,讯,讯。,各台发电机之,间,间的控制信息,的,的通讯则是通,过,过所属PLC,上,上CPU模块,的,的MPI多口,通,通讯接口（类,似,似RS 485通讯）的光,纤,纤总线传递信,息,息,。,信息通讯,船舶还设置有,更,更高一级的计,算,算机集中监控,系,系统，电站自,动,动化系统还可,以,以作为上级监,控,控系统的一个,子,子系统来运行,。,。,每台发电机的,监,监控信息可以,通,通过所属PLC上的2个通,讯,讯模块，与上,位,位监控计算机,的,的通讯总线相,连,连（图中为冗,余,余布置的BUS-A，BUS-B两条通,讯,讯总线，工业,以,以太网），从,而,而可以在上级,监,监控系

17、统的显,示,示器界面进行,遥,遥控操作,信息通讯,16.2.3GENOP 71型发,电,电机保护/并,车,车单元,为了提高运行,速,速度和可靠性,，,，对一些要求,高,高的控制任务,往,往往采用专用,模,模块来实现,这些专用模块,在,在PLC的CPU工作的同,时,时，作为下一,级,级的模块，能,并,并行地处理自,己,己承担的控制,任,任务，也与PLC的CPU,模,模块交换控制,信,信息。,在PMA 71电力自动管,理,理系统中，GENOP 71单元就是特,别,别为发电机控,制,制设计的智能,模,模块。,GENOP71单元承担,对,对本台发电机,控,控制基本任务,：,：,发电机保护功,能,能,监

18、视短路故障,、,、过电流、逆,功,功率，实现故,障,障工况下的非,重,重要负荷分级,卸,卸载或发电机,主,主开关延时跳,闸,闸。,自动并车功能,在接到PLC,单,单元或者来自,配,配电盘按钮发,出,出的同步并车,指,指令后，控制,发,发电机和电网,母,母线的自动并,车,车过程。,信号采集处理,和,和通讯功能,采集、处理发,电,电机和电网的,信,信号，通过Profibus现场总线把,数,数据传送到PLC单元，供PLC对整个,电,电站自动化控,制,制判断使用。,,输出端,输入端,工作电源,24VDC/230VAC,内部报警指示,自动卸载1，,自,自动卸载2,自动卸载3，,断,断路器脱扣1,断路器脱

19、扣2,，,，逆功率,系统故障（需,要,要复位）,发电机过流、,短,短路和逆功率,故,故障信号扩展,输,输出端(外部,报,报警等),发电机逆功率,或短路保护,PROFIBUS，RS232通信接口,发电机调速器,调,调频信号,R(Rise)-升,速,速，L(Lower)-,降,降速,发电机过流保,护,护,分三级自动卸,载,载,发电机合闸信,号,号,复位按钮，用,于,于复位,过流或逆功保,护,护记忆，,发电机手动同,步,步并车按钮及,合,合闸反馈输入,信,信号,发电机3相电,电,电流,用于发电机电,流,流、功率测量,经电流互感器,接,接入。过流和,过,过载及逆功率,保,保护等。,PROFIBUS通信

20、地址(拨码开关),电网汇流排和发电机3相电压,用于电压、频率测量和合闸时机检测,经电压互感器接入。,16.2.4OP 7,型,型液晶显示操,作,作单元和PLC单元,S7-315-2DP,OP,现场设备,PC,STEP 7,PROFIBUS-DP,1）OP 7,型,型液晶显示操,作,作单元,液晶窗口用于,显,显示系统的运,行,行状态、故障,信,信息和实际的,控,控制过程数值,。,。,操作键包括两,类,类：,一类是通常的,数,数字（字符）,键,键、“SHIFT”、“DEL”、“ESC”、“ENTER”和,光,光标移动键等,，,，用于在查询,和,和修改参数时,输,输入信息。,另一类是在PMA71系统

21、,中,中，专门定义,的,的功能键“AUTO”（自,动,动模式）、“SEMI”（,半,半自动模式）,、,、“START”（起动发,电,电机组）、“STOP”,（,（发电机组停,车,车）、“BREAK. ON”（发电机,主,主开关合闸）,、,、“BREAK. OFF,”,” （发电机,主,主开关断开）,、,、“DISPLAY”（显,示,示）、“CONFIRM”,（,（确认）。,这些专门定义,的,的控制功能键,用,用于向PLC,单,单元发出PMA 71系统,运,运行模式的选,择,择命令和在系,统,统运行于半自,动,动控制模式时,发,发出对发电机,组,组的控制命令,等,等。,使用这些功能,按,按键取代

22、了老,一,一代自动化电,站,站主配电板上,的,的常规选择开,关,关和按钮，并,用,用液晶显示板,来,来显示系统设,置,置改变之后的,状,状态，可以使,系,系统的自动功,能,能更加灵活，,各,各台发电机相,互,互控制的配合,更,更加方便，也,避,避免了传统硬,件,件手动选择开,关,关的位置不能,自,自动跟随软件,控,控制而变化的,技,技术缺陷。,在PMA 71系统的技术,手,手册中列出了,使,使用OP 7,单,单元对PMA71系统进,行,行操作的方法,和,和比较详细的,根,根据故障信息,进,进行故障判断,的,的方法，操作,人,人员必须掌握,。,。,PLC作为工,控,控系统的核心,和,和外部传感器

23、,、,、执行机构一,起,起组成了控制,系,系统。在PMA 71电力,自,自动管理系统,中,中，PLC单,元,元是系统的控,制,制核心，直接,采,采集发电机的,现,现场信息，还,接,接受GENOP71单元或OP7单元传,来,来的测量值或,操,操作命令，其,任,任务有两方面,：,：,1、负责对本,台,台柴油发电机,组,组(或轴周带,发,发 电机的控,制,制系统)的起,动,动、停车逻辑,。,。,2）PLC可,编,编程序控制器,2、各台发电,机,机的PLC一,起,起协同工作，,负,负责对电网断,电,电、欠频的监,视,视，发电机过,负,负荷的保护，,负,负责整个系统,电,电能管理信息,的,的处理。,根据

24、负载状况,或,或故障(过电,流,流、过负荷),状,状况，自动起,动,动备用发电机,组,组或实施停车,顺,顺序的逻辑控,制,制，向各台发,电,电机的GENOP71发出,并,并车指令和调,频,频指令，管理,并,并联运行中发,动,动机功率的自,动,动分配和电网,频,频率的自动调,整,整，以及大负,荷,荷起动时的自,动,动问讯控制等,。,。,§16.3,船,船舶电站自动,化,化主要功能简,介,介,GENOP71单元在PMA 71型电,力,力自动管理系,统,统中所承担的,发,发电机保护和,自,自动并车功能,之,之外，还对柴,油,油发电机组的,控,控制、船舶电,网,网的监视和发,电,电机的保护、,电,电网

25、功率的进,行,行管理。,在维修柴油机,、,、发电机、配,电,电板时，为了,防,防止机组的突,然,然起动以及发,电,电机接线端子,和,和空气断路器,的,的突然带电，,造,造成人员伤害,或,或设备的损坏,，,，电站的运行,管,管理维护人员,必,必须熟悉电站,工,工作的安全须,知,知、警告、维,修,修的步骤要求,。,。,16.3.1,对,对柴油发,电,电机组的控制,船舶付机一般,都,都是中、高速,柴,柴油机，采用,压,压缩空气起动,，,，喷入柴油机,气,气缸内的燃油,不,不是靠外界火,源,源点燃的(汽,油,油机为电火花,点,点燃)，而是,由,由活塞的压缩,冲,冲程，将已进,入,入气缸的空气,压,压缩

26、，产生高,温,温，然后喷入,雾,雾化燃油自行,发,发火。一旦发,火,火，切断起动,空,空气，柴油机,自,自行运转。,柴油机的起动,与,与停机的形式,、,、起动方式、,预,预润滑系统的,设,设计及柴油机,的,的操作机构等,均,均有关系。自,动,动控制的程序,可,可因船而异、,因,因机而异。,上止点,下止点,行程(冲程),，,，四冲程柴油,机,机两圈发火一,次,次，二冲程柴,油,油机一圈发火,一,一次。,四冲程柴油机,换,换气质量好，,燃,燃烧充分。采,用,用四冲程中高,速,速柴油机拖动,发,发电机。,压缩空气,在起动时，在,柴,柴油机膨胀冲,程,程送入压缩空,气,气推动活塞下,行,行，使柴油机,

27、运,运转。,柴油机转速转,速,速达到发火转,速,速后，开始喷,油,油，停止送入,起,起动空气。,发火转速-使,柴,柴油机能连续,运,运转的最低转,速,速(怠速)。,以上、下止点,为,为基准，用曲,柄,柄转角表示的,进,进排气阀、喷,油,油器、起动阀,开,开启和完全关,闭,闭的,气阀启闭时刻,称,称为配气定时,，,，喷油器开启,时,时刻称为喷油,定,定时。起动阀,启,启闭时刻称为,起,起动定时。,船舶自动化电,站,站对某台柴油,发,发电机组的控,制,制一般都设有,“,“机旁手动”、“遥控半自动”、“自动”三种操纵方,式,式的转换。在,不,不同的运行模,式,式下，该台发,电,电机组的起动,、,、停

28、车操作地,点,点和方法不同,，,，其他的功能,（,（例如同步并,车,车的方法、有,无,无自动调频调,载,载，有无备用,机,机组起动等）,也,也不完全相同,。,。,在机旁控制面,板,板上的“手动/自动”选择,开,开关放置“手,动,动”位置时，,该,该台发电机组,即,即被设置在“,机,机旁手动”运,行,行模式。通常,选,选择这种模式,，,，在维修时绕,过,过PMA71,在,在机旁控制柴,油,油机的起动或,停,停车。,此时，PMA71系统对该,发,发动机组的自,动,动控制功能或,从,从OP71液,晶,晶显示操作单,元,元上对系统进,行,行手动操作均,失,失去作用，但OP71的显,示,示功能依然有,效

29、,效，发动机的,调,调速和主开关,合,合闸只能在配,电,电盘上手动进,行,行。柴油机的,安,安全保护功能(超速、滑油,低,低压、冷却水,高,高温等引起的,自,自动停车)依,然,然有效。,1）“机旁手,动,动”运行模式,的,的功能,“机旁手动”,运,运行模式，,在机旁起动发,动,动机，在并车,屏,屏进行手动准,同,同步并车。在,全,全船电网停电,时,时，可直接在,配,配电盘上直接,按,按某发电机(,已,已运行)的合,闸,闸按钮，向电,网,网供电。,2）“遥控,半,半自动”运,行,行模式的功,能,能,在机旁控制,面,面板上的“,手,手动/自动,”,”选择开关,放,放置“自动,”,”位置，在,按,按

30、OP71,操,操作单元上,的,的“SEMI(半自动)”按钮，,该,该台发电机,组,组即被设置,在,在“遥控半,自,自动”运行,模,模式，在OP71面板,显,显示运行模,式,式为“遥控,半,半自动”。,此,此时，轮机,员,员即可在OP71上进,行,行发电机组,的,的起动、停,车,车和同步并,车,车等控制操,作,作。为了避,免,免误操作，,对,对于从OP71的按钮,发,发出的重要,指,指令，通常,要,要在预设的时间,内,内再按“CONFIRM(确认)”,按,按钮来确认,，,，否则，该,指,指令不会真,正,正执行。,在“遥控半,自,自动”运行,模,模式下，柴,油,油机的安全,保,保护功能(,超,超速

31、、滑油,低,低压、冷却,水,水高温等引,起,起的自动停,车,车)和发动,机,机的保护功,能,能依然有效,。,。在发生故,障,障时，该发,动,动机组将和,在,在“自动”,运,运行模式一,样,样停车，但,不,不会有备用,机,机组起动。,（1）机组,的,的起动,START,GENOP71,柴油机,起动,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,在OP7上,按“START(起,动,动)”按钮,且未有发,电,电机组运行,信,信号(PLC未收到“,达,达到发火转,速,速”或“发,电,电机电压超,过,过85%的,输,输入信号”)，则PLC发出柴油,机,机起动信号,，,，打开柴油,机,机起动空气,

32、阀,阀。,START,GENOP71,柴油机,起动,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,如果起动成,功,功,当PLC收到“达,到,到发火转速,”,”或“发电,机,机电压超过85%的输,入,入信号”，,则,则起动信号,撤,撤消。,START,GENOP71,柴油机,起动,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,如果因为气,源,源压力、气,路,路控制或者,柴,柴油机故障,，,，经过预设,时,时间(可设,置,置参数，如,５,５秒),仍,没,没有达到“,达,达到发火转,速,速”或“发,电,电机电压超,过,过85%”,的,的信号输入PLC，则PLC不再,继,继续发出柴,油

33、,油机起动信,号,号。,START,GENOP71,柴油机,起动,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,但如果系统,预,预先选择了,多,多次起动功,能,能，则系统,经,经过“等待,时,时间”(可,设,设置参数),，,，会再次发,出,出起动信号,。,。通常最多,３,３次重复起,动,动，满３次,还,还未起动成,功,功，发３次,起,起动失败信,息,息，并将该,机,机组阻塞(,从,从备用机组,中,中剔除)。,（2）开始,同,同步并车,在OP7上,按“BREAK.ON(断路器,合,合闸)”按,钮,钮,则自动,同,同步并车过,程,程开始，发,电,电机主开关,将,将自动合闸,，,，OP7上,

34、将,将显示相应,的,的运行信息,。,。,START,GENOP71,柴油机,,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,但是，在发,电,电机并网后,，,，不进行负,载,载自动分配(转移)，,必,必须在主配,电,电板上手动,负,负载转移。,START,GENOP71,柴油机,,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,如果，在“,遥,遥控半自动,”,”模式下，,起,起动发电机,组,组后，再将,该,该台发电机,的,的运行模式,切,切换到“自,动,动”模式，,在,在模式切换,后,后，发电机,会,会自动同步,并,并车，自动,合,合闸，自动,负,负载转移至,均,均功。,START

35、,GENOP71,柴油机,,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,当发生船舶电网,断,断电的情况时，,可,可以直接按OP7上按“BREAK.ON(断,路,路器合闸)”按,钮,钮，或将该台发,电,电机的模式切换,到,到“自动”模式,，,，都可以使发电,机,机断路器合闸。,START,GENOP71,柴油机,,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,（3）使发电机,组,组停车,在OP7上,按,“,“STOP”按,钮,钮,且该台发电,机,机组正处于与其,他,他机组并联运行,状,状态，系统将自,动,动执行“减负荷,过,过程”。 OP7上显示“延时,停,停车”信息，PLC向

36、GENOP71单元发出,“,“减速”指令，,使,使该台机组的负,荷,荷减少到“发电,机,机断路器最小功,率,率”的限制值。,START,GENOP71,柴油机,减速,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,当该发动机负荷,低,低于限制值时，PLC通过GENOP71单元,发,发，使发电机断,路,路器断开。然后,，,，PLC向柴油,机,机发出“停机”,信,信号，“停车”,信,信号将一直持续,到,到柴油机转速低,于,于发火转速，且,超,超过预定的停车,等,等待时间(可设,置,置，30秒)才,会,会撤销。柴油机,停,停机，待到“停,车,车”指令结束，,发,发电机组进入备,用,用状态。,S

37、TART,GENOP71,柴油机,减速,运行,OP7,PLC,发电机,Profibus DP,（4）使发电机,断,断路器断开,在OP7上,按,“,“BREAK.ON(断路器合,闸,闸)”按钮,且,该,该台发电机组正,处,处于与其他机组,并,并联运行状态，,系,系统将自动执行,“,“减负荷过程”,。,。 OP7上显,示,示“延时停车”,信,信息，PLC向GENOP71,单,单元发出“减速,”,”指令，使该台,机,机组的负荷减少,到,到“发电机短路,器,器最小功率”的,限,限制值。当该发,动,动机负荷低于限,制,制值时，PLC,通,通过GENOP71单元发，使,发,发电机短路器断,开,开。,3）“

38、自动”运,行,行模式的功能,在机旁控制面板,上,上的“手动/自,动,动”选择开关放,置,置“自动”位置,，,，在按OP71,操,操作单元上的“AUTO(自动)”按钮，该台,发,发电机组即被设,置,置在“自动”运,行,行模式，在OP71面板显示运,行,行模式为“自动,”,”。在自动”运,行,行模式，柴油发,电,电机组的起动(,备,备用机组的起动)和停车(紧急,停,停车、故障停车,、,、低负荷停车),都,都是自动进行的,。,。,（1）柴油发电,机,机组的起动,在“自动”运行,模,模式,如果某台,机,机组选定为备用,机,机组，且由于全,船,船断电或从另一,台,台机组发出起动,备,备用机组请求，,则,

39、则系统会自动开,始,始该台机组的起,动,动进程。PLC,发,发出柴油机起动,信,信号，打开柴油,机,机起动空气阀。,如,如果起动成功，,当,当PLC收到“,达,达到发火转速”,或,或“发电机电压,超,超过85%”的,输,输入信号，则起,动,动信号撤销，OP7显示“运行,”,”信息。,如果因为气源压,力,力、气路控制或,者,者柴油机故障，,经,经过预设时间(,可,可设置参数，如,５,５秒),仍没有,达,达到“达到发火,转,转速”或“发电,机,机电压超过85%”的信号输入PLC，则PLC不再继续发出,柴,柴油机起动信号,。,。但如果系统预,先,先选择了多次起,动,动功能，则系统,经,经过“等待时间

40、,”,”(可设置参数)，会再次发出,起,起动信号。通常,最,最多３次重复起,动,动，满３次还未,起,起动成功，发３,次,次起动失败信息,，,，并将该机组阻,塞,塞(从备用机组,中,中剔除)。,（2）柴油发电,机,机组的停车,在“自动”运行,模,模式,机组停车,有,有两种情况：,当由紧急停车保,护,护、发电机短路,、,、逆功率引起的,柴,柴油机立即停车,，,，发电机短路器,会,会立即脱扣。,当发电机组的停,车,车是由于过载保,护,护或者是某台发,电,电机组应该执行,延,延时停车，而该,台,台发电机正处于,和,和其他机组并联,运,运行的状态，系,统,统将自动执行“,减,减负荷停车过程,”,”。OP

41、7显示,“,“延时停车”信,息,息，PLC向GENOP71单,元,元发出“减速”,指,指令，使该台机,组,组的负荷减少到,“,“发电机短路器,最,最小功率”的限,制,制值。当该发动,机,机负荷低于限制,值,值时，PLC通,过,过GENOP71单元发，使发,电,电机短路器断开,。,。,4） 起动失,败,败的处理,无论系统在“遥,控,控半自动”或“,自,自动”运行模式,，,，如果经过预设,的,的几次起动尝试,，,，PLC仍没有,收,收到“柴油机达,到,到发火转速”或,“,“发电机电压超,过,过85%”的信,号,号，系统会对该,台,台机组发出“停,机,机”命令。同时,，,，在OP7上显,示,示“起

42、动失败”,故,故障信息和“该,台,台机组被阻塞”,的,的操作信息，把,该,该台机组阻塞。,如,如果该台机组处,于,于“自动”运行,模,模式，系统自动,地,地向下一台备用,机,机组发出起动命,令,令。,经过预定的停车,等,等待时间限制之,后,后，“停车”命,令,令消失。然后可,将,将该台机组控制,模,模式转换为“遥,控,控半自动”或“,机,机旁手动”模式,，,，对故障进行复,位,位，使该机组重,新,新准备运行。,上述情况如果是,在,在某些故障状态,时,时，该台发电机,组,组将被自动阻塞,。,。此外，在PMA71系统中，,也,也可根据(如维,修,修)需要，在机,组,组没有运行，且,被,被选定在“遥

43、控,半,半自动”运行模,式,式时，可以在OP7单元，从液,晶,晶显示屏幕找到,相,相应的菜单，人,工,工输入阻塞或解,除,除阻塞(有的机,组,组是在柴油机旁,的,的控制面板上设,有,有阻塞选择开关)。被阻塞后的,机,机组将不能被起,动,动，也不能被直,接,接切换为“自动,”,”模式。,此外，,也,也可选,择,择系统,中,中某些,选,选项功,能,能，如,，,，可使,柴,柴油机,在,在发电,机,机断路,器,器断开,后,后，无,负,负载继,续,续运行,一,一定时,间,间，以,符,符合某,些,些柴油,机,机的停,机,机要求,等,等。,5）,柴,柴油,机,机的预,润,润滑功,能,能,柴油机,起,起动前,

44、，,，通常,需,需要预,润,润滑(由非机,带,带泵-,电,电动滑,油,油泵完,成,成，正,常,常润滑,由,由机带,泵,泵完成)，以,保,保证备,用,用机组,的,的柴油,机,机达到,随,随时起,动,动的要,求,求，PMA71系统,具,具有控,制,制柴油,机,机实现,预,预润滑,的,的功能,。,。借助OP7,单,单元可,以,以预先,选,选择以,下,下几种,不,不同种,类,类的预,润,润滑方,式,式或不,设,设预润,滑,滑：,(1),、,、周期,性,性的自,动,动预润,滑,滑,(2),、,、起动,前,前进行,预,预润,滑,滑,(3),、,、连续,的,的预润,滑,滑,(1),、,、周期,性,性的自,动

45、,动预润,滑,滑,在这类,预,预润滑,方,方式下,，,，当柴,油,油机不,运,运行时,，,，系统,对,对柴油,机,机按照,预,预设的,间,间隔时,间,间进行,预,预润滑,。,。在OP7上,可,可设定,预,预润滑,时,时间和,间,间隔时,间,间(2,小,小时),。,。,(2),、,、起动,前,前进行,预,预润,滑,滑(某,些,些机型,上,上称“,一,一次性,注,注入,使,使润滑,”,”),若柴油,机,机长期,未,未用或,较,较长时,间,间没有,预,预润滑,，,，柴油,机,机先润,滑,滑一定,时,时间，,然,然后起,动,动。若,柴,柴油机,未,未润滑,的,的时间,未,未超过,许,许可时,间,间，则

46、,柴,柴油机,可,可直接,起,起动。,许,许可时,间,间可在OP7,上,上设置(如5,分,分钟),。,。,(3),、,、连续,的,的预润,滑,滑,在该方,式,式下，,当,当柴油,机,机不运,行,行时，,系,系统对,该,该系统,的,的预润,滑,滑连续,进,进行。,当,当PLC检,测,测不到,“,“柴油,机,机达到,发,发火转,速,速”或,“,“发电,机,机电压,超,超过85%”,的,的信号,时,时，开,始,始预润,滑,滑。,此外，,在,在PMA71,系,系统中,，,，对于,需,需要进,行,行预热,的,的备用,机,机组柴,油,油机，,在,在投入,运,运行前,，,，还可,设,设置预,加,加热功,能,

47、能，或,还,还可以,在,在柴油,机,机起动,时,时，采,用,用慢转,起,起动功,能,能。,6）,对,对柴,油,油机的,安,安全保,护,护功能,PMA71系,统,统可以,取,取代柴,油,油机原,有,有的安,全,全保护,系,系统。,为,为此通,常,常需要4个开,关,关量(,常,常开触,点,点)输,入,入信号,：,：,“柴油机,超,超速”，“滑油低,压,压”，“冷却水,高,高温”或“冷却水,低,低压”等故,障,障信号,。,。系统,对,对信号,源,源设置,了,了短线,报,报警的,自,自检功,能,能。在,每,每个常,开,开触点,两,两端并,联,联一个,阻,阻值为5.6KΩ的,电,电阻，,系,系统根,据,

48、据测得,的,的输入,电,电路的,电,电阻值,来,来判断,输,输入信,号,号的状,态,态。,阻值=0,触,点,点闭合,。,。发应,急,急停车,信,信号。,阻值=5.6KΩ，,触,触点断,开,开。无,故,故障不,发,发停车,信,信号。,阻值>=8K,Ω,Ω，,输,输入,电,电路,断,断线,故,故障,或,或触,点,点断,开,开且,无,无,电,电阻,并,并联,。,。,此外,，,，为,了,了避,免,免瞬,间,间脉,冲,冲引,起,起紧,急,急停,车,车，,对,对于,滑,滑油,低,低压,或,或冷,却,却水,高,高温,引,引起,的,的紧,急,急停,车,车通,常,常设,有,有延,时,时环,节,节，,通,通常,延

49、,延时,时,时间,为,为1,秒,秒。,如果,上,上述,紧,紧急,停,停车,信,信号,出,出现,，,，它,将,将导,致,致柴,油,油机,停,停车,，,，阻,塞,塞该,台,台发,电,电机,组,组，,并,并且,如,如果,机,机组,被,被设,置,置在,“,“自,动,动”,模,模式,，,，将,随,随即,自,自动,起,起动,备,备用,机,机组,。,。,在某,些,些柴,油,油机,辅,辅助,中,中，,由,由于,在,在柴,油,油机,不,不运,行,行时,或,或柴,油,油机,刚,刚开,始,始运,行,行的,起,起始,时,时刻,，,，工,作,作状,态,态不,稳,稳定(滑,油,油压,力,力),，,，参,数,数不,正,正常

50、,，,，为,了,了避,免,免引,起,起不,必,必要,的,的报,警,警，,需,需要,对,对监,视,视报,警,警功,能,能的,投,投入,设,设置,延,延时,。,。在,延,延时,期,期间,，,，对,报,报警,信,信号,进,进行,阻,阻塞,。,。,PMA71系,统,统中,，,，有,相,相应,的,的参,数,数可,以,以设,置,置，,如,如将,滑,滑油,低,低压,紧,紧急,停,停车,的,的信,号,号设,置,置为,在,在柴,油,油机,转,转速,超,超过,发,发火,转,转速,之,之后15,秒,秒再,投,投入,工,工作,。,。,16.3.2,船,船舶,电,电网,的,的监,视,视和,发,发电,机,机的,保,保护,

51、功,功能,1）,船,船舶,电,电网,的,的监,视,视,（1,）,）电,网,网断,电,电的,监,监视,每个PMA71,系,系统,使,使用,一,一个,电,电网,检,检测,装,装置,，,，如,果,果检,测,测到,电,电网,断,断电,，,，则,下,下一,台,台备,用,用机,组,组自,动,动起,动,动，,并,并且,在,在发,电,电机,电,电压,达,达到,额,额定,值,值的85%之,后,后，,延,延时,合,合闸,供,供电,。,。,（2,）,）电,网,网频,率,率过,低,低的,监,监视,机组,在,在“,自,自动,”,”模,式,式时,，,，当,电,电网,频,频率,超,超出,预,预定,的,的各,档,档许,可,可

52、限,值,值时,，,，会,触,触发,下,下表,的,的动,作,作,,限值,（%）,延时,时间,起动,命令,一级,卸载,二级,卸载,三级,卸载,主开脱扣,阻塞,机组,停机,半自动,换自动,,电,网,频,率,97.5,60,是,,,,,,,,95,8,是,,,,,,,,6,,是,,,,,,,10,,,是,,,,,,15,,,,是,,,,,90,1,是③,是,是,是,,,,,15,,,,,是,是,是,是,如果,频,频率,过,过低,是,是由,于,于原,动,动机,的,的功,率,率下,降,降或,故,故障,，,，并,且,且第,一,一次,备,备用,机,机组,的,的投,入,入并,不,不能,恢,恢复,电,电网,频,频

53、率,的,的正,常,常，,则,则可,以,以进,一,一步,通,通过,非,非重,要,要负,荷,荷的,卸,卸载,来,来恢,复,复频,率,率的,正,正常,。,。,③表示备,用,用机组连,接,接电网的,执,执行是在,准,准备好通,过,过全船断,电,电的情况,下,下进行切,换,换,但是如果,电,电网频率,的,的数值离,正,正常值太,远,远，新起,动,动备用机,组,组的调速,装,装置将不,允,允许在此,频,频率工作,，,，无法进,行,行同步并,车,车，因而,新,新起动的,发,发电机与,电,电网的连,接,接要在准,备,备好全船,断,断电的情,况,况下进行,切,切换。,机组在“,遥,遥控半自,动,动”模式,时,时

54、，电网,频,频率过低,会,会发出故,障,障信息，,但,但是不会,有,有机组自,动,动加入电,网,网。,,限值,（%）,延时,时间,起动,命令,一级,卸载,二级,卸载,三级,卸载,主开脱扣,阻塞,机组,停机,半自动,换自动,电网电压,110,5,是②,,,,,,,,105,5,是③,,,,,,,,90,5,是③,,,,,,,,60,1,,,,,是,是,是,是,（3）电,网,网电压过,低,低或者过,高,高的监视,②表示发,电,电机去磁,③表示备,用,用机组连,接,接电网的,执,执行是在,准,准备好通,过,过全船断,电,电的情况,下,下进行切,换,换,机组在“,自,自动”模,式,式时，当,电,电网电

55、压,超,超出预定,的,的各档许,可,可限值时,，,，会触发,下,下表的动,作,作(发电,机,机脱扣),对,对全船电,网,网保护。,如此时进,行,行并车操,作,作，由于,机,机组间电,压,压调整器,的,的不同设,置,置将引起,无,无功功率,和,和发电机,电,电流的极,大,大增加，,系,系统将不,会,会进行并,联,联操作。,因,因此，备,用,用发电机,组,组与电网,的,的连接要,在,在准备好,全,全船断电,的,的情况下,进,进行切换,。,。,机组在“,遥,遥控半自,动,动”模式,时,时，电网,电,电压不正,常,常会发出,故,故障信息,，,，但是不,会,会有机组,自,自动加入,电,电网。,2）发电,

56、机,机的保护,功,功能,PMA71系统,对,对发电机,的,的保护功,能,能包括在,发,发生短路,时,时或者发,生,生过电流,、,、过负荷,、,、逆功率,时,时，为保,护,护发电机,自,自动采取,的,的措施。,（1）短,路,路保护,在PMA71系统,中,中，发电,机,机电流的,短,短路检测,是,是由GENOP71单元承,担,担。当发,生,生短路时,，,，GENOP71,单,单元用于,控,控制发电,机,机断路器,脱,脱扣的输,出,出继电器,被,被触发，,使,使发电机,断,断路器跳,闸,闸。,发电机短,路,路保护故,障,障的记忆,必,必须通过,手,手动应答,，,，当发电,机,机组停车,后,后，要在O

57、P 7,液,液晶显示,操,操作单元,上,上手动复,位,位。,（2）发,电,电机的过,电,电流保护,在PMA71系统,中,中，发电,机,机的过电,流,流保护也,是,是由GENOP71单元承,担,担。发电,机,机断路器,的,的脱扣功,能,能是由GENOP71单元,直,直接发出,，,，但是，,其,其它诸如,通,通过切除,非,非重要负,载,载等来进,行,行过电流,保,保护的功,能,能是通过PLC单,元,元来实现,的,的。,,限值,（%）,延时,时间,起动,命令,一级,卸载,二级,卸载,三级,卸载,主开脱扣,阻塞,机组,停机,半自动,换自动,,发电机电流,95,30,是,,,,,,,,,100,5,是,

58、,,,,,,,5,,是①,,,,,,,10,,,是①,,,,,,15,,,,是①,,,,,120,1,是,是①,是①,是①,,,,,110,30,,,,,是①,是,是,是,①表示该,功,功能由GENOP71 承,担,担，独立,于,于PLC,（3）发,电,电机的功,率,率过载保,护,护,船舶电网,的,的功率是,由,由GENOP 71发电机,保,保护和同,步,步单元进,行,行测量，,然,然后由PLC单元,进,进行监视,。,。经不同,延,延时时间,，,，分三级,切,切除非重,要,要负荷，,进,进一步断,开,开发电机,短,短路器，,发,发出机组,停,停机指令,和,和阻塞指,令,令，并将,该,该台机组,

59、切,切换到“,遥,遥控半自,动,动”运行,模,模式。,,限值,（%）,延时,时间,起动,命令,一级,卸载,二级,卸载,三级,卸载,主开脱扣,阻塞,机组,停机,半自动,换自动,,发电机功率,95,30,是,,,,,,,,,100,5,是,,,,,,,,5,,是,,,,,,,10,,,是,,,,,,15,,,,是,,,,,110,1,是,是,是,是,,,,,-10,6,,,,,是①,是,是,是,①表示该,功,功能由GENOP71 承,担,担，独立,于,于PLC,（4）逆,功,功率保护,对逆功率,的,的检测是,由,由GENOP71,单,单元承担,的,的，如果,发,发电机的,逆,逆功率超,出,出预设的

60、,限,限值，并,且,且超出故,障,障的延时,时,时间，PMA 71系统将,断,断开发电,机,机断路器,，,，发出机,组,组停机指,令,令和阻塞,指,指令，将,该,该台机组,切,切换到“,遥,遥控半自,动,动”运行,模,模式，并,且,且起动备,用,用机组。,16.3.3PMA 71的功率自动,管,管理功能,PMA 71,系,系统的功率自,动,动管理功能包,括,括：,在过电流、过,载,载或电网频率,过,过低时，自动,起,起动备用机组,；,；,决定备用机组,的,的起动顺序；,当电网低负荷,需,需要减少机组,时,时，自动对机,组,组进行负荷转,移,移后，进行解,列,列；,决定机组的解,列,列顺序；,对

61、并联运行的,机,机组，进行电,网,网频率和有功,功,功率的自动调,节,节；,调节并联运行,机,机组的无功功,率,率分配；,1）备用机组,的,的自动起动和,低,低负荷时的自,动,动解列,（1）备用机,组,组的起动顺序,和,和机组停机的,解,解列顺序,一般在由集成,电,电路构成的自,动,动化电站中，,主,主配电板含有,共,共用的同步并,车,车控制屏，通,过,过并车屏的选,择,择开关可以设,置,置备用机组的,起,起动顺序。,PMA 71,系,系统充分利用,了,了设置在每台,发,发电机控制屏,上,上的PLC单,元,元之间的相互,通,通讯能力，取消了共用的,自,自动并车控制,屏,屏，起动顺序的选,择,择

62、可以在任何,一,一台发电机的OP 7液晶,显,显示操作单元,上,上，按照显示,屏,屏菜单的提示,，,，使用按键进,行,行设定。所选,择,择的结果将自,动,动传送到每台,发,发电机的PLC单元中，而,机,机组的停机解,列,列顺序则会自,动,动地被设定为,与,与起动顺序相反。,如果在执行过,程,程中，某台机,组,组运行模式不,在,在“自动”模,式,式，或者所选,机,机组的运行状,态,态不对(如执,行,行解列命令时,，,，该机组正在,停,停机状态)，,则,则系统会跳过,该,该台机组，顺,序,序中的下台机,组,组将执行起动,或,或者解列操作,。,。,（2）过流、,过,过载、或电网,频,频率过低引起,的

63、,的备用 机组,自,自动起动,引起过电流、,过,过载或者电网,频,频率过低的故,障,障原因，大部,分,分是由于运行,机,机组可以提供,的,的总功率不能,满,满足当前电网,负,负荷总量的地,要,要求。前面叙,述,述的过电流、,过,过负荷或电网,频,频率过低时，,系,系统实施的分,级,级卸载，从减,少,少电网负荷的,角,角度来维持功,率,率需求的平衡,，,，以保护发电,机,机。本节则从,功,功率管理的角,度,度，在过电流,、,、过载或者电,网,网频率过低时,，,，自动起动备,用,用机组、增加,电,电能供给来满,足,足功率需求的,平,平衡。,,在表16-1,中,中可看出，在,过,过电流、过载,或,或

64、者电网频率,过,过低时 ，自,动,动起动备用机,组,组的判断值都,是,是设置为三个,等,等级，而相对,应,应的动作时间,，,，则与限值的,大,大小呈反时限,特,特性。超过额,定,定值的百分比,越,越小，动作的,延,延时越大；超,过,过额定值的百,分,分比越大，动,作,作的延时越小,。,。,系统中，电流,、,、功率、电网,频,频率都是由GENOP 71发电机保护/并车单元采,集,集，然后传送,到,到PLC单元,，,，在PLC单,元,元进行监视是,否,否超过预设的,限,限值。,2）并联机组,的,的功率分配和,电,电网频率的自,动,动调整,在PMA 71系统中，各,台,台发电机的PLC单元接受GEN

65、OP71单元传送,过,过来的发电机,功,功率和电网频,率,率信号，综合,后,后在负载控制,程,程序和频率控,制,制程序中进行,计,计算，分别得,出,出负载控制输,出,出信号和频率,控,控制输出信号,，,，然后送到权,值,值程序对负载,控,控制信号和频,率,率控制信号的,权,权值作进一步,的,的处理。,最后综合生成,“,“升速”或,者,者“降速”,输,输出信号，通,过,过PROFIBUS分别传,送,送到各台发电,机,机的GENOP 71单元,，,，控制发电机,的,的调速器，达,到,到自动调频调,载,载的功能。,（1）并联,机,机组负载分,配,配的控制,PMA 71系统允许,选,选择两种不,同,同

66、的负载分,配,配控制方案,：,：,A. 按比,例,例负载分配,法,法（当各台,机,机组的容量,相,相同时，也,称,称作均功分,配,配法）,比例负载分,配,配法是指并,联,联运行的机,组,组以各机组,额,额定容量的,相,相同百分比,分,分担电网负,荷,荷。目前柴,油,油发电机组,的,的船舶电站,都,都是采用比,例,例负载分配,法,法。,B. 不平,衡,衡负载分配,法,法（Unbalanced Load Sharing, 简称UBL）,在这种负载,分,分配模式下,，,，一台机组,承,承担尽可能,多,多的负荷，,但,但是不能超,过,过预先设置,的,的最大限定,值,值；而另外,的,的机组则被,安,安排为承担,尽,尽量少的负,载,载，但是不,能,能少于所设,定,定的最小允,许,许负荷。,(2）电网,频,频率的调整,PMA 71系统允许,选,选择两种不,同,同的频率调,整,整模式：,恒频模式的,频,频率调整模,式,式,选择为恒频,模,模式时，电,网,网的频率将,被,被调整到接,近,近船舶电网,的,的额定频率50Hz,或,或 60Hz。,B. 带下,降,降特性的频,率,率调整模式,选择为带下,降,降