船舶电站课程设计报告.docx

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船舶电站课程设计报告

摘要

船舶电网由主配电网和应急配电网组成，主配电网由NO.1、NO.2和轴带发电机供电，应急配电网由应急配电网直接供电，主配电网和应急配电网之间靠联络开关连接，船舶电网正常情况下由主配电网供电，当一台电机输出不够需要并联其他电机，船舶同步发电机组间的并车应满足一定的并车条件，同步发电机理想并车条件应为同步发电机与待并电网的电压一致，同步发电机与待并电网的频率一致，同步发电机与待并电网的相位一致，只有在此情况下，待并机组与电网间不会产生冲击电流，这是并车的理想情况。

当主电网失电后经过一段时间，联络开关断开，应急电机启动供电，应急照明分为大应急照明和小应急照明，大应急照明由应急电机供电，小应急照明由蓄电池供电，当船舶靠岸或者进入船坞修船时，需要用到陆地上的电源，即接用岸电，接通岸电时，一般将船上所有电机全部停机，待相序一致时，合上岸电开关，船上电网由岸电供电。

关键词：

应急发电机手动并车与解列自动并车与解列岸电上船

一、船舶电站模拟系统的认识

1、船舶电站控制方式和流程

船舶电站模拟系统采用“THLCZ-1型船舶电站综合控制实验系统”。

由模拟两台柴电机组的船舶电站，并设有岸电接入、应急发电机组供电及阻感性负载。

由两套发电机组、两套机组控制柜和一套实验屏组成。

其控制方式：

电压无功：

晶闸管自并励（带自动稳压与无功调差功能）频率有功：

设固定频率、下降曲线、功率均分、固定功率四种控制方式。

由可编程控制器内部PI运算实现。

主系统结构如图1所示：

图1

2、船舶电站模拟系统

核心技术是采用系统集成技术，现场总线网络技术，多媒体等计算机新技术。

电气设备及其控制具有相应的仿真界面和动态实时控制仿真电路，能够进行故障设置并产生相应的实时故障，大大强化教学效果和实时训练功能。

船舶电站模拟系统教学设备包括如下部分。

●二屏柴油主发电机控制屏；

●轴带发电机控制屏；

●并车屏和侧推器及岸电控制屏；

●二屏440V电力负载屏；

●应急发电机控制及应急负载电源操作屏；

●一只蓄电池充放电箱；

●一只岸电控制箱。

船舶电站模拟器作为整个轮机模拟器的组成部分——电站仿真子系统，它通过以太网与轮机模拟器的教员机及其它仿真子系统相连，并通过CAN总线与二台柴油发电机控制单元、一台轴带发电机控制单元及一台应急发电机控制单元相连，构成一个基于CAN总线的模拟电站仿真系统。

各控制屏上的显示仪表全部采用指针式仪表，并通过I2C与相应的CAN控制器相连，形成了全数字式船舶电站仿真系统。

与常规模拟电站相比，增加与修改部分包括：

1）采用现场总线型结构模式，每台发电机控制均采用一台独立的带CAN通信的嵌入式控制器。

2）所有显示仪表全部采用指针式仪表，仪表与CAN控制器之间采用I2C数字通信方式。

3）在并车屏上设有液晶显示屏，用于显示模拟电站仿真界面、参数，故障设置等。

4）柴油发电机和轴带发电机的机旁操作均通过软件界面实现。

5）增设电站控制电路实时动态仿真。

3、船舶电站模拟器的初步操作

（1）、检查确保设备连接完好，合上硬件IO电源开关（同步屏内），起动模拟电脑，进入启动界面。

（2）、用鼠标左键点击进入主界面。

（3）、将机组控制方式全至“手动”位置。

（4）、点击主界面“Engine/Generator”按钮进入发电机组检查燃油阀、冷却水阀和启动空气阀。

（5）、点击主界面“NonSimulatedM.S”按钮选择实际主开关或“SimulatedM.S”仿真主开关（一般选用仿真主开关）。

（6）、将照明旁通开关断开，使其处于仿真状态。

（7）、点击主界面柴油发电机组软控制液晶屏，按启动按钮，发电机运行。

（8）、待电压、转速正常后合闸。

（9）、将NO.1海水泵电源转换开关合上，点击NO.1海水泵软控制组合箱，将软控制组合箱上手自动转换开关转到手动，再按起停按钮观察电流变化。

（10）、合上NO.1空压机空气开关，观察电流表和功率表变化。

（11）、按主界面“Ge.CurveMdl”按钮，进入特性曲线界面，观察各特性曲线，并用鼠标左键按住“软负载有功功率”的滑块，拉到60%负载放掉，观察各曲线变化。

二、瘫船应急发电机自动启动

对于船舶来说，在航行过程中会出现船舶主机的突然设备故障的情况导致整个船舶失电。

对于这种情况来说，由于应急发电机处于自动挡会出（AUTO）应急发电机会自动启动为船舶供电。

如下图所示：

具体过程：

进入船舶电站模拟系统,打开NO.1发电机组对船舶进行供电，假定此时的船舶处于正常工作的状态，按下分闸按钮将一号发电机断开电网。

此时全船失电，蜂鸣器进行报警。

主照明熄灭，小应急照明亮。

（由蓄电池进行供电）。

失电一段时间（此时船舶处于瘫痪状态）。

应急发电机会自动启动，为整个船舶应急供电。

小应急照明关闭（此时蓄电池供电停止）。

此时在应急供电屏上按下分闸按钮不起作用。

但按下主配电板和应急配电板的联络开关，主照明灯亮说明主发电机与应急发电机不在同一条母线上。

三、单台发电机手动启动

1．将NO.1发电机控制屏手自动转换开关转到手动位置；

2．点击主界面“Engine/Generator”按钮进入发电机组检查燃油阀、冷却水阀和启动空气阀。

3．显示发电机启动控制软界面，按启动按钮启动发电机组；

4．调节调速开关使频率达到60Hz左右，电压440V；

5．此时发电机控制屏上发电机主开关分闸灯亮，主开关合闸灯灭。

6．按下1号机主开关合闸按钮进行合闸供电，则发电机运行、主开关分闸灯灭，主开关合闸灯亮表示合闸成功。

7．将NO.1海水泵电源转换开关合上，点击NO.1海水泵软控制组合箱，将软控制组合箱上手自动转换开关转到手动，再按起停按钮观察电流变化。

8．合上NO.1空压机空气开关，观察电流表和功率表变化。

四、两台发电机的并车和功率减少的解列

1．在2号发电机组的控制屏上起动发电机组。

2．将2号发电机组电压频率调整至440V、60HZ左右。

3．把并车屏上并车选择开关扳至待并发电机上，同时观察同步表指示器的的转向；

4．调节待并发电机的频率，使同步表按顺时针转且以3～5秒转一圈时，当转到11点钟时按下待并机合闸按钮，机组合闸并列运行。

5．并车成功后，把并车屏上并车选择开关扳至OFF位置；

6．调节2号发电机组（待并机组）调速开关使其往增速方向转动，同时1号发电机组调速开关往减速方向转动，这样将1号发电机组一部分功率转移到2号发电机组（这种调节方法只转移功率而频率能保持不变），最后使两机组功率按额定容量比例分配（各机组所分配的功率比例=该机组额定功率/并联机组额定功率总和）。

并达到均衡。

8．如果要解列1号发电机组，则将1号发电机组调速开关使其往减速方向转动，同时将2号发电机组调速开关使其往增速方向转动，这样将1号发电机组大部分功率转移到2号发电机组，当1号发电机组功率减小到10%的额定功率时，就可以将1号发电机组分闸。

分闸后，调节1号发电机组调速开关，分段减小频率并空转一段时间，最后将其停机。

五、轴带发电机手/自启动

联网运行时，待主机转速大于80%，按下轴带发电机准备按钮，当启动条件满足时其灯亮，再按轴带发电机启动按钮，待频率、电压达到正常值后，按其它发电机并联操作进行并网。

其并车的过程与二号发电机相同。

启动时由于励磁方式的不同需要有启动的准备。

如图2

图2

六、岸电上船

当船舶靠岸或者进入船坞修船时，需要用到陆地上的电源，即接用岸电，接通岸电时，一般将船上所有电机全部停机，待相序一致时，合上岸电开关，船上电网由岸电供电。

1、接用岸电应注意的事项

（1）、岸电的基本参数（电制、额定电压、额定频率）与船电系统参数必须一致才能接用。

（2）、岸电接入的相序必须与船电的一致，否则三相电动机将反转。

必须是对称三相电，即不可以缺相。

（3）、三相四线制岸电的地线或零线必须用电缆引入岸电箱的船体接线柱上。

（4）、确认船舶电网已经无电后才能将岸电与船舶电网接通。

2、相序的监视与保护

用相序指示器监测和指示岸电的相序，用逆序继电器对岸电的相序和缺相序行保护。

为确保接用的岸电相序正确，同城用相序指示器来检测岸电的相序。

若相序正确，相序指示灯的白灯亮；若错误则相序指示灯的红灯亮。

当红灯亮时，应改变三相中的任意两根线的接线次序，知道三相相序正确。

3、船舶电站模拟器岸电上船

进行岸电操作时，到岸电箱上合上岸电箱上电源空气开关，检测岸电相序是否正常，如不正常，打开岸电箱将任何岸电电源两相对换，相序正常后，检查同步屏上岸电允许合闸指示灯是否亮，并确保主发电机、应急发电机都没有合闸，最后合上岸电屏上的岸电合闸空气开关，如合闸成功，则岸电供电指示灯亮，此时汇流排有电对外供电。

如图3所示：

图3

七、对船舶电气电子的认识

随着现代科学技术的不断进步，大量的新技术、新工艺、新设备被广泛应用在新型船舶上，使得现代船舶电力系统及相关设备在很多方面都发生了很大的变化。

在优化船舶的航行性能的同时还大大的提高了船舶收益。

1、船舶电气发展概况

在系统的电压等级方面，新建的一些大型船舶和海洋工程结构物都已采用中高压系统;其次是在船舶电气设备方面，从传统的结构复杂、体积庞大、操作困难的机电设备走向智能化、模块化、集成化的高智能型设备;在电气自动化技术方面，传统的简单的机电式控制方式逐步被智能型、网络化、数字化的控制手段所取代。

2、船舶电力系统

采用中高压系统的原因随着技术的进步和人类发展需求的不断变化，在目前被广泛采用的船舶低压交流电力系统中，出现了如下一些问题:

（l）随着系统容量的增大，发生故障时系统的短路电流也逐步增加，对传统断路器与保护装置的分断能力的要求越来越高，实现难度越来越大。

（2）国际上一般将2000一2500kw确定为低压（380V）工频发电机组的容量上限。

因为在低压等级上设计制造2.5MW以上的发电机不仅技术上很难实现，而且经济上也不合理。

而现代大型船舶的容量很多己超过10MW，目前国内船用低压发电机的单机容量均不超过1.SMW（特殊船舶除外），在一艘船上安装七八套甚至更多的发电机组显然是不合理的。

（3）随着船舶电力系统容量的增加，低压系统的机组数量不断增加，网络结构也日趋复杂。

要对大容量、多机组、复杂结构的系统进行高效的保护和控制也比较困难。

（4）船上空间有限，可供设备安装的空间非常狭小。

而低压系统由于容量的增大，使得发电机的额定电流不断增加，不仅电缆的发热量大，线路损耗严重，而且供电线路需要几十根电缆并联。

这对电缆的进出接线提出了很高的要求，不仅占用空间多，而且给安装及使用维护都带来极大的困难。

为此，提高供电系统的电压等级成为电站向大容量方向发展所必须考虑的问题。

有关中压电力系统的定义，世界各处以及在不同领域的标准不完全一致。

对于目前新建的大型船舶，如汽车运输专用滚装船、半潜船、客滚船、豪华游船等，由于系统容量非常大，大多都采用中高压系统。

国内外此类新型船舶的设计、施工、交验及运营等实践表明，中压电网应用到现代船舶上取得了很好的效果，体现了未来船舶电力系统电制的发展方向，必将成为未来大型船舶电力系统主干网络的主流电制。

3.1船舶电气设备的发展历程

船舶电气设备的发展经历了由直流到交流，从辅助设备逐步成长为包含主动力的全电气化过程。

期间还度过了机电各自为政，电气设备强电弱电界限分明的阶段。

如今船舶设备已经发展为机电一体化，其中船舶动力方面的变化最引人注目。

近年来国际上不仅船舶的辅机设备已大都采用电力驱动，而且船舶的主动力也有采用电力驱动的趋势。

这一变化为实现船舶完全的电气化打下了坚实基础。

3.2电力推进装置的发展及其应用

过去一直只局限于专用船只采用的电力推进，现今己扩展到几乎所有的民船和军船领域，如水面舰艇、各种豪华客船及商船等都有应用电力推进的实例。

目前，吊舱式电力推进已成为被人们广泛接受的推进方式。

电力推进具有可原配多种原动机、机动性能好、维护方便、噪声低、生命力强、容易实现自动化等一系列优点。

然而，如何进一步提高效率和降低设备成本，仍是人们十分关注的问题。

由于在功率电子器件、交流调速及电机制造等方面仍受到技术制约，因此，电力推进的应用仍有一定的局限性。

就推进功率而言，目前的电力推进装置仍难以满足当今世界超级油船和超级集装箱船的要求。

但是，随着工程技术的不断进步，电力推进最终必将成为各型船舶的主动力。

4船舶电气自动化

船舶电气自动化主要是指船舶电站自动化，它是随着通信技术、微处理技术、控制技术的进步而不断发展的。

进入21世纪后，由于计算机辅助设计、制造与通信技术的日益成熟，计算机技术在驾驶、机舱管理和装货等方面得以全面应用。

如今舶舶自动化己发展为集机舱自动化、航行自动化、机械自动化、装载自动化等于一体的多功能综合系统。

该系统通常由2个工作母站、若干分控制系统及若干工作分站组成，通常1个工作母站设在机舱控制室，另1个设在驾驶室。

2个工作母站完全独立，可同时或单独操作，并互为备用。

分控制系统将根据船舶的种类和自动化程度而定，如主机遥控、机舱监测报警、电站管理、泵控制、液位遥测和压载控制、冷藏集装箱监控、自动导航等。

所有工作母站和分控制系统采用高速传输技术组成综合网络系统，在网络上根据需要连接一定数量的工作分站，以达到在船舶重要部位对各设备进行监测、控制和操纵等目的。

船舶自动化的发展带给船舶巨大的提升空间，从电力系统的革新，到各种电子元器件的使用，大大的提高的船舶的实用性，并对船舶的以后发展增加了很好的发展方向和发展前景。

设计感想：

这两周的设计，巩固了课堂上学到的知识，同时也学到很多在理论课上学不到的知识，加深了对船舶电站的总体认识，学会处理很多状况，比如应急操作，合闸，分闸，岸电上船等等

除了加深了对船舶电站的总体认识，让我们认识到英语的重要性，因为几乎所有的操作面板都是英文的，现在对船舶电站的控制面板很熟悉了，课程设计的英语晨会给我们一个自由发挥英语水平的平台，在这里我们可以用英语交流自己心得体会，大家畅所欲言，营造了一个良好的学习英语的环境。

总之，通过两个周的课程设计，让我对将来船电方向的工作充满信心。

八、参考文献

《船舶辅机电气控制系统》，赵殿礼，大连海事大学出版社

《船舶电气设备及系统》，史际昌，大连海事大学出版社

《船舶电站及自动化》张平慧编，大连海事大学出版社

《船舶电站及其自动装置》（第二版），黄伦坤等编，人民交通出版社

《山东交通学院船舶电站系统仿真说明书》

九、附录

1为1#主海水泵电源开关；2为1#主海水泵起停控制箱；3为主滑油泵起停控制箱；4为1#主滑油泵电源开关；5为1#低温淡水泵电源开关；6为1#低温淡水泵起停控制箱；7为1#凸轮轴滑油泵起停控制箱；8为1#凸轮轴滑油泵电源开关；9为1#高温淡水泵电源开关；10为1#高温淡水泵起停控制箱；11为1#燃油供给泵起停控制箱；12为1#燃油供给泵电源开关；13为1#锅炉给水泵电源开关；14为1#锅炉给水泵起停控制箱；15为1#然油增压泵起停控制箱；16为1#然油增压泵电源开关；17为1#空压机电源开关；18为甲板绞缆机电源开关；19为甲板集装箱电源插座开关；20为2#空压机电源开关；21为分配电箱电源开关；22为空调电源开关；23为舵机电源开关；24为压载泵电源开关；25为1#发电机电流表；26为1#发电机功率表；27为1#发电机电压表；28为1#发电机电流表切换开关；29为1#发电机频率表；30为1#发电机电压表切换开关；31为1#发电机控制器；32为1#发电机分闸按钮；33为1#发电机合闸按钮；34为1#发电机故障复位按钮；35为1#发电机充磁按钮；36为1#发电机加热器指示灯；37为1#发电机手/自动操作切换开关；38为1#发电机加热器开关；39为1#发电机主开关模型；40为1#发电机机逆功率设置值调整。

41为2#发电机电流表；42为2#发电机功率表；43为2#发电机电压表；44为2#发电机电流表切换开关；45为2#发电机频率表；46为2#发电机电压表切换开关；47为2#发电机控制器；48为2#发电机分闸按钮；49为2#发电机合闸按钮；50为2#发电机故障复位按钮；51为2#发电机充磁按钮；52为2#发电机加热器指示灯；53为2#发电机手/自动操作切换开关；54为2#发电机加热器开关；55为2#发电机主开关模型；56为2#发电机机逆功率设置值调整；57为双频率表；58为同步并车表；59为双电压表；60为1#发电机调速开关；61为2#发电机调速开关；62为轴带发电机调速开关；63为同步表切换开关；64为汇流排/待并机电压切换开关；65为1#发电机合闸按钮；66为2#发电机合闸按钮；67为轴带发电机合闸按钮；68为消音按钮；69为1#发电机分闸按钮；70为2#发电机分闸按钮；71为轴带发电机分闸按钮；72为试灯按钮；73为侧推器停止指示灯；74为侧推器运行指示灯；75为主配电板/应急配电板联络指示灯；76为应急发电机运行指示灯；77为侧推器停止按钮；78为侧推器启动按钮；79为主配电板/应急配电板联络合闸按钮；80为主配电板/应急配电板联络分闸按钮；81为岸电允许合闸指示灯；82为岸电合闸指示灯；83为岸电合闸空气开关。

103为轴带发电机电流表；104为轴带发电机功率表；105为轴带发电机电压表；106为轴带发电机电流表切换开关；107为轴带发电机频率表；108为轴带发电机电压表切换开关；109为轴带发电机控制器；110为轴带发电机分闸按钮；111为轴带发电机合闸按钮；112为轴带发电机故障复位按钮；113为轴带发电机充磁按钮；114为轴带发电机加热器指示灯；115为轴带发电机手/自动操作切换开关；116为轴带发电机准备按钮；117为轴带发电机启动按钮；118为轴带发电机停止按钮；119为轴带发电机加热器开关；120为轴带发电机主开关模型；121为轴带发电机主机转速设置；122为2#主海水泵电源开关；123为2#主海水泵起停控制箱；124为2#主滑油泵起停控制箱；125为2#主滑油泵电源开关；126为2#低温淡水泵电源开关；127为2#低温淡水泵起停控制箱；128为2#凸轮轴滑油泵起停控制箱；129为2#凸轮轴滑油泵电源开关；130为2#高温淡水泵电源开关；131为2#高温淡水泵起停控制箱；132为2#燃油供给泵起停控制箱；133为2#燃油供给泵电源开关；134为2#锅炉给水泵电源开关；135为2#锅炉给水泵起停控制箱；136为2#然油增压泵起停控制箱；137为2#然油增压泵电源开关；138为3#空压机电源开关