第十三章 船舶電站系統自動化.

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1 第十三章 船舶電站系統自動化

2 第一節 概 述 前面幾章介紹的發電機自動並車、自動調壓及無功分配、自動調頻調載及繼電保護等方面的內容，都屬電站自動化範疇。隨著船舶自動化程度的不斷提高，電站自動化由局部的、就地的控制，必然發展到綜合的、集中的自動電站。

3 一、電站自動化等級 電站自動化從屬於輪機自動化。後者通常也叫機艙自動化。我國《鋼質海船人級與建造規範》對船舶的輪機自動化分為如下四個級別。
BRC標誌級：它是指推進裝置由駕駛室控制站遙控(通常叫主機遙控)，機器處所(機艙)有人值班。 MCC標誌級：它是指機艙集控站(室)有人值班，對機電設備進行監控。 AUT-1標誌級：它是指推進裝置由駕駛室控制站遙控，機艙集控站(室)至少有一人值班，對機電設備進行監控。

4 AUT-O標誌級：它是指推進裝置由駕駛室控制站遙控，機器處所包括機艙集控站(室)週期無人值班。週期通常有16h，24h，36h，48h等幾種。 AUT-O標誌級：是機艙自動化最高級別，通常也叫無人機艙。要求電站保證在無人值班的週期內連續正常運行，即要保證: 1.若由-台發電機組運行供電，在該機組發生故障時，則備用發電機組應能在45s內自動啟動合閘，向重要負載供電; 2.若由三台以上的發電機組並聯供電，在其中一台機組出故障時，則應有措施保證對重要負載連續供電;

5 3. 因短路故障停電後，備用機組的自動合閘只允許進行一次，若合閘失敗則應報警; 4
3.因短路故障停電後，備用機組的自動合閘只允許進行一次，若合閘失敗則應報警; 4.當運行發電機組超負荷時，應能自動卸載非重要負載，保證對重要負載供電;或自動啟動備用的發電機組並網供電; 5.自動電站應顯示電壓、頻率及應急蓄電池組向臨時應急照明供電的指示; 6.自動電站應實現電壓過高或過低報警、頻率過低報警、自動卸載動作時報警、自動合閘失敗報警、主開關脫扣報警、對地絕緣電阻低報警、應急蓄電池組向臨時應急照明供電時報警等。

6 二、自動電站基本功能 1.對有關的電氣參數和動作信號自動監測、報警、記錄、顯示，並有邏輯判斷功能去控制發電機組。
2.發電機組自動啟動。多台發電機組應裝有啟動控制程式，在某機組啟動失靈或不能合閘時，應能自動地將啟動指令轉移給另一台機組。船舶電站的備用發電機組應能隨時(不超過45 s)自動啟動，並自動投入電網供電(有兩台機並聯工作時，應能自動同步投人)。 3.在匯流排不帶電的狀態下，對發電機組自動接入電網，要限制在該狀態下有兩台機組或更多的機組同時接入及短路後多次接入的嘗試。

7 4.發電機組自動准同步並車。若電網上有機組供電，則機組自啟動成功後，即由自動准同步裝置與自動調頻調載裝置配合工作，將新啟動的機組自動投入電網並聯運行。 5.自動恆壓及無功功率自動分配。無論單機還是並聯運行，自動調整勵磁裝置應能保持電網電壓維持恆定，誤差不大於±2.5% UN。同時，能調整並聯運行發電機組的無功分配，使之合理分擔。 6.自動恆頻及有功功率自動分配。當兩台機組並聯運行時，自動調頻調載裝置與原動機調速器配合工作，使電網維持恆定頻率，偏差不大於±0.25 Hz。並使各機組承擔的有功功率按機組容量成比例分配。

8 7.自動分級卸載。自動分級卸載是指電站超負荷時，自動卸載一些非重要負載，可以實現多次卸載，以適應不同程度的過載條件，保證對重要負載的連續供電。 8.負載自動分級啟動。負載自動分級啟動有兩種含義:一是指電網從斷電狀態到恢復供電時，為限制過大的啟動衝擊電流，應使負載自動分級啟動，重要負載先啟動;二是指自動分級卸載後，被卸去的負載在保證不引起發電機組重新過載的前提下再次投入運行。 9.出現電氣及機械故障時應自動保護。

9 10.發電機組自動解列。發電機組並聯運行且輕載狀態下，按確定順序使運行機組逐台退出電網，直到其餘運行機組脫離輕載狀態為止。解列時應將其負載自動轉移至運行發電機組後，才自動停止解列機組。 11.發電機組自動停機。停機是指發電機組原動機的停機，分正常停機控制和緊急停機控制。 12.主電站與應急電站供電的自動轉換。

10 13. 自動無功補償。自動無功補償是指通過控制投/切電容器組，使負載的功率因數保持在較高的狀態。 14
13.自動無功補償。自動無功補償是指通過控制投/切電容器組，使負載的功率因數保持在較高的狀態。 14.重載詢問。重載詢問是指在啟動大容量用電設備(一般指大於發電機單機額定功率15%的負載)之前，自動檢查電站中正在運行的發電機組是否能滿足它的用電及啟動要求。若能，則允許它立即啟動;否則，應先啟動一台備用發電機，使之並網，然後再允許它啟動。 15.具備模擬試驗的功能，可用模擬方式檢測自動電站的各項功能。

11 三、船舶電站自動化的技術特徵 1.自動化裝置採用計算機技術，包括可編程式控制器(PLC)，使控制部分的體積質量大大減小，工作可靠性大大提高，控制方式也由硬體控制變為以軟件控制為主，使功能的組合、擴展或修改變得很容易，維護方便，模塊通用性好。 2.計算機控制由大型機集中控制方式發展到多微機分散控制方式，使工作可靠性大大提高;進而出現由多級計算機構成的分佈式控制系統，應用光纖通信和網絡技術。 3.信號處理由類比量信號處理發展到盡可能多的數位量信號處理和通信。

12 4. 由就地人工分散控制發展到集中控制，特別是由駕駛室控制站對機艙的遙控，實現了無人值班機艙。 5
4.由就地人工分散控制發展到集中控制，特別是由駕駛室控制站對機艙的遙控，實現了無人值班機艙。 5.機電一體化。自動電站屬於自動機艙的一部分。就機艙自動化的內容來說，除了自動電站外，還有機艙參數的集中監測報警，主機遙控(由駕駛室遙控)，輔助設備如輔鍋爐、淨油機、泵、空壓機、油水分離機和焚燒爐等的控制，一些重要工況參數如溫度、壓力、液位、流量、黏度和轉速等的自動調節，火災自動報警等。自動機艙又屬於自動船舶的一部分。

13 全船自動化除了自動機艙以外，還有裝卸和船舶狀態的自動控制、航行自動化(包括自動駕駛系統、自動定位和導航系統及自動通信系統)、舾裝自動化(包括絞纜、防火和救生等)、船舶管理系統和專家系統。 6.從提高運行的經濟性和可靠性出發，目前更注重保障供電的連續性和使用電能的經濟性。

14 第二節 柴油機自動啟動控制 在船舶自動化電站中，為了使一套發電機組能自動並車投入運行，首要的工作是能自動地啟動或停止柴油發電機組，或者能在集中控制室遙控機組的啟動或停止。因此，柴油發電機組的自動控制是船舶電站自動化的重要內容之一。 船舶發電機的原動機大多是柴油機，在發電機的啟動和停機控制中，柴油機是控制對象，因此應瞭解柴油機的工作。下面介紹柴油機的啟停控制。

15 一、柴油機工作條件 船舶發電機組的柴油機啟動有兩種方式，電動啟動和壓縮空氣啟動。電動啟動一般用於應急發電機的原動機，油蓄電池供電給直流電動機，帶動柴油機轉動直到其啟動完畢;主發電機組一般採用壓縮空氣啟動，壓縮空氣經啟動控制閥送達柴油機，再由柴油機的空氣分配器按各汽缸發火的順序，依次將壓縮空氣引入各汽缸，推動活塞，使機器轉動；一旦汽缸運動產生高溫，自行發火運轉後，立即切斷氣源，柴油機即自行運轉。從柴油機啟動至達到額定轉速，需注意以下幾個問題。

16 1.啟動前的預潤滑 柴油機有滑油循環系統，包括由本機動力驅動的潤滑油泵、管路、過濾器和冷卻器等。在運行時，能自行建立滑油壓力，保證自身的滑油循環，使各部位得到良好的潤滑;停機後，滑油系統也停止工作。因此，長時間停機後，應有啟動前的預潤滑程式，以確保在啟動時，各運動部位有必要的滑油，避免幹摩擦。自動預潤滑控制有週期性預潤滑和一次性注入式預潤滑兩種方式。

17 (1)自動週期性預潤滑方式 是在柴油機滑油泵之外，另設一電動油泵，作為滑油循環系統的另一動力源。該預潤滑油泵應能實現自動控制，當柴油機停機後，每隔一定時間(例如4 h)接通預潤滑泵電源工作一段時間(如10 min)，週期性地實現預潤滑，以待隨時啟動柴油機。當柴油機投入運行後，預潤滑油泵斷開，由柴油機自身滑油泵潤滑。

18 (2)一次性注入式預潤滑方式 是在柴油機潤滑系統中，接入一個柱塞式油泵，其中儲滿滑油，當柴油機接到啟動指令時，壓縮空氣先作用到柱塞式滑油泵，推動活塞將所貯滑油通過滑油管系，注入到機器的各潤滑部位，然後才開始啟動柴油機。 2.啟動時燃油的控制 柴油機的噴油量是由調速器和控制手柄控制的。啟動時，調速器尚未正常工作，這時的燃油量可用手柄來限制。

19 3.暖機 當啟動成功後，柴油機將在"點火轉速"運行一段時間以後再升速。這是為了減少熱應力，其作用就是暖機(或稱暖缸)。暖機時間依機型和輔機冷卻系統的不同而不同。在自動電站中，通常將各台柴油機的冷卻管系連成一體，運行機組的冷卻水(約65℃)也循環於備用機組中，使備用機組處於預熱狀態，這樣備用機組的啟動，就可以較快地加速(甚至無需暖缸)到額定轉速。 4.停機 切斷燃油供給，柴油機將自行停止運行。但應注意，某些機組要求在中速運行一段時間，待溫度逐漸降低後，才允許斷油停機。

20 二、柴油發電機組自動啟停控制主要功能 應有"自動"、"機旁"、"遙控"三種控制方式，並滿足"機旁"優先於"遙控"，"遙控"優先於"自動"的原則。 "自動"控制方式是指柴油發電機組，按既定的程式，自動啟動、停止機組。 "遙控"控制方式是指在駕駛台或集控室用按鈕對柴油機實行啟、停控制。 "機旁"控制方式是指在柴油機旁進行手動啟停機組 優先級的設置，意味著當轉換開關置"自動"時，仍能進行"遙控"或"機旁"操作;在"遙控"時，也可進行“機旁"的操作，但沒有"自動"控制的功能;在"機旁"時，"自動"及"遙控"功能均被封鎖。

21 自動啟動、停機控制器，最好具備"模擬試驗“的功能，使運行管理人員能在不影響柴油機的原始狀態下，檢驗控制功能是否正常。通常用轉換開關和指示燈來實現。柴油發電機組的自動啟動程式，見方框圖1所示。圖中包括了"暖缸"工況(虛線框)，這一步驟對某些柴油機可能不需要。在某些系統中，也可以做如下處理：將"啟動"指令安排成兩種方式，一種是"正常啟動"指令，讓機組有"暖缸"工況;另一種是"緊急啟動"指令，例如航行中電網突然失電，要求備用機組立即啟動供電，當程式控制器接到這種指令時，可以自動去掉"暖缸"程式。自動機的程式框圖如圖 2所示。

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24 柴油機啟、停控制程式可歸納為三種基本原則：①按時間原則控制，即模仿人的實際操作過程，按時間順序擬定控制程式;②按速度原則控制，即直接按速度參數擬定控制程式;③按滑油壓力控制，即根據不同轉速時滑油壓力的變化擬定控制程式。一般採用綜合方式控制，即在整個控制系統中，以上三種控制原則都有。

25 三、船舶柴油發電機組自動啟動/停車程 式控制實例
以應急電源135系列的柴油發電機組為例，它配套的自動啟、停控制裝置為ZK-135型。這種控制器的工作原理如圖3所示。下面以ZK-135型船舶應急發電機組自動控制裝置為例，說明船舶柴油發電機組自動啟車、停車控制過程。

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27 船舶在應急狀態下(例如機艙進水)，主電站不能供電時，為了盡快地給必需的負載供給電能，以便救災搶險，在大型船舶上都裝設有應急發電機組。它裝在救生艇甲板上，用來提供應急情況下的電源，一旦主電站停電，它就自動啟動，然後向應急電網供電。 135型柴油機是電動啟動方式的，由蓄電池供電給"啟動電動機"，後者通過離合器帶動柴油機旋轉，啟動成功後，啟動電動機通過離合器自動與柴油機轉軸脫離，並斷電停轉。啟動的關鍵是控制油門和啟動電動機，使柴油機運轉並加速。

28 1.控制功能 當船舶主電網失電後，經0~60s(可調)延時確認，該裝置立即投入工作，進行自動啟動控制。若一次啟動成功，從啟動開始經10s左右，就可以使發電機建立正常電壓，並向應急電網供電。若一次啟動不成功，可以在30s內自動控制啟動三次，以保證啟動成功的最大可能性。若三次啟動均失敗，裝置停止工作，發出聲、光報警。正常運行中，油壓、水溫不符合要求時，亦給出報警信號。 當船舶主電網恢復供電以後，自動裝置立即使應急發電機停車，一切恢復原始狀態，以備下次工作。

29 2. 應急發電柴油機自啟動及停機的程序 (1)電網失電後經延時確認，開始自啟動操作。 (2)將油門桿拉到"低速"位置。 (3)經6s延時，啟動電動機得電，定時運行4s，啟動柴油機。

30 (4)柴油機啟動發火後，將油門桿拉到"全速“位置，柴油機加速直到額定轉速建立電壓，應急發電機向電網供電。 (6)啟動成功後，設置柴油機滑油低壓、冷卻水高溫監視。 (7)一次啟動不成功，可以連續三次啟動。若三次失敗，則發出聲、光報警。 (8)主電網復電後或柴油機三次啟動均失敗時，應急發電機自動停機，將油門桿自行拉到"停機"位置，控制電路復位，以備再次執行應急任務。

31 3.主要元件及環節(參看圖3) (1)延時繼電器 KT1：用於控制主電網失壓到本裝置投入工作的延時，可在0~60s內任意整定。一般整定為2s。 KT2：用於計量三次啟動總需時間，及報警持續時間。其延時約50s。 KT3：三次啟動總計時，並通過K5接通報警電路。其延時約32~35s，大於連續三次啟時間之和。 KT4：控制兩次啟動間的時間間隔(6s)。 KT5：控制每次啟動時，啟動電動機運轉的持續時間(4s)。

32 4.工作過程簡述(見圖3) 原始狀態：柴油機油門桿控制電機M處於"停機"位置，凸輪開關A閉合，B、C、D均斷開，KS常閉觸頭閉合，其餘各繼電器均如圖示狀態。準備工作時，將開關QS合上。 若主電網失電，各主發電機的主開關QF的輔助觸頭均閉合，K1得電，經KT1延時，開始自啟動操作。

33 (1)一次啟動成功的過程 ①KT1延時後，KT2得電，開始計時(50s)，準備三次啟動失敗後控制報警和系統復位。KT3得電，計三次啟動所需時間(32s左右)。K7得電，它的三個常開觸頭分別使M獲得勵磁；(20~21)號電路被暫時短接；K2得電。K2得電後，使執行電動機M正轉，將油門拉桿拉到"低速"位置。同時，凸輪開關SA使A斷開，B、C、D均閉合，所以M仍有勵磁。但K2因A斷開而失電，K2觸頭復位，M的電樞短接制動，準確停於"低速"位置。

34 ②與此同時，KT4有電，延時6s(在延時內油門已處於"低速"，K6得電。接通KM，由接觸器KM的觸頭接通啟動電動機(圖中未畫這一部分)，開始啟動。
③與K6得電的同時，KT5也得電，延時4s使KT4已失電。啟動環節復位，啟動電動機斷電。 ④柴油機在啟動電動機啟動下發火運行，轉速上升，當達到250 r/min時，速度繼電器KS常閉觸頭斷開，使21號電路失電，其所控各繼電器均復位。

35 ⑤當轉速上升到600~7O0r/min時，KS常開觸頭閉合，K4得電。K4有兩個觸頭:常開觸頭K4閉合，使K2得電，再次接通M正轉，直到把油門稈拉到"全速"位置。這時凸輪開關B斷開，C、D閉合，使K2釋放，M短接制動。油門處於"全速"，柴油發電機逐漸加速到全速運行並向應急電網供電。K4的另一個轉換觸頭，接通9~17，使報警繼電器K5處於准備工作狀態，若出現滑油壓力低或冷卻水溫高時。則由KP或KTE動作，使K5得電，接通聲、光報警電路。

36 (2)三次啟動的控制 若一次啟動位元元未成功，則速度繼電器KS仍處於原位。當啟動時間超過4s，柴油機還沒發火，則KT4的常閉觸頭斷開，使啟動環節復位。一旦復位，KT4又得電，經6s後，第二次啟動又開始。所以每次啟動時間間隔為6s，啟動電動機運轉時間為4s，三次啟動總時間為30s。若第三次又失敗，則KT3延時(32s左右)結束，切斷啟動環節同時接通K5，發出啟動失敗報警。

37 (3)應急柴油發電機組的停機及控制系統復位 ①三次啟動失敗後，系統復位的過程：當啟動過程進行50s後，KT2延時結束，KT2的常閉觸頭斷開22，23號電路，KT3斷電，警報信號停止；同時，因KT2恆有電，故使啟動環節斷而且形成阻塞，必須手動斷開電源開關QS，系統才能復位。KT2的常開觸頭閉合，使K3有電。K3的轉換觸頭接通M反轉的電路，將油門桿拉回"停機"位置。此時，凸輪觸頭C、D斷開，K3失電，停轉。 繼電器K8的作用：K8的常開觸頭與凸輪開關的觸頭D並聯，當油門桿拉回到"停機"位置時，因C、D被斷開，使K3復位，K8也失電；

38 由於與K8線圈並聯電容C2的作用，將使K8的釋放稍有延時，以便在凸輪觸頭D斷開時，仍短時地提供磁場，可以獲得較好的制動效果。 ②在應急柴油發電機組運行中，若主電網恢復供電，應急發電機自動退出工作的過程是：當主電網復電時，K1失電、復位。其常閉觸頭使K3得電，以後的過程同上所述。M反轉，將油門桿拉到"停機"位置，柴油機因失去供油，自動停機。K1的常開觸點斷開20號電路，使整個裝置復位。 (4)運行監視 當啟動成功後，由KS使K4得電，接通9~17號電路，接入滑油壓力和冷卻水溫的監視，兩者任一個出現超限不正常時，均將使K5得電·發出聲、光報警。

39 第三節 左右電站監控及故障處理 就常規電站而言，根據保護的需要，己有對過流、欠壓、逆功率和對地絕緣等多種參數的監測報警和控制；電壓、頻率、電流、功率、功率因數等參數及主開關通斷狀態等也在主配電板上有指示，但這樣的監測基本上是屬模擬量處理方式，就地監測，而且不能記錄。自動電站的監測系統則應將這些電力參數納入其監控範圍。微型計算機的監視報警系統一次顯示多行資訊並可方便控制，如換頁、定參數顯示等，系統還有較完善的自診斷功能。微機系統雖然也採用巡迴檢測方式，但它運行速度極快，必要時還可進行分級或並行處理，故檢測點數不受限制，而且無論模擬量還是開關量均能檢測。

40 根據海船規範對無人機艙級船舶的要求，著重點是"保證供電的連續性"。規範規定：電站的自動控制系統應保證供電的連續性，並符合下列要求：①如由一台發電機組供電，當該機組發生故障時，備用發電機組應能在45s內自動啟動併合閘，向重要負載供電；②如由兩台或兩台以上發電機組並聯供電，當其中一台機組出故障時，應有措施保證對重要負載的連續供電。

41 一、電力參數的監控 監控系統的結構如圖4所示。這裡有三台發電機，每台機組的控制單元都可擔任電力參數的監測和自動化控制。

42 電網信號由A線輸入；發電機運行信號由B和C線輸入；柴油機運行信號由D線輸入；操作信號由E線輸出；ACB和柴油機的狀態信號由F線輸入；各備用機組設置信號由G線輸入，如果有功率管理功能，還要接受大功率電動機啟動的詢問，由H線作為詢問和閉鎖信號線。 對輸入到控制單元的信號要進行處理，這種處理稱為適配或匹配，即把電壓、電流、頻率、功率、轉速以及開關量等轉換成系統能識別的信號，例如0~5V、4~20 mA等。 控制單元還具有並聯運行控制功能，如自動同步、功率自動分配、恆頻調節等。控制單元根據設置的操作程式，對運行狀態進行邏輯判斷，輸出相應的控制信號。

43 二、備用機組的自動投入 電網或機組出現故障時，備用機組應自動啟動並投入電網。備用機組的台號由"備機選擇"開關(圖4中S1)設定。
船舶電站的發電機數目一般在三台以上。-台機組運行時，不運行機組的備用設置存在排序問題。例如一個有四台機組的電站，2號機在供電運行，如果設定3號機為第一備用，餘下的機組究竟哪台機作為第二備用呢?一般是採用順序後續的方法。如果設定3號機為第一備用，4號機就自動成為第二備用，1號機就成為第三備用。

44 對不能參與運行的機組(待修、檢修和有故障等)，控制箱上的"手動/自動"選擇開關可置於手動位置，後續備用的設置將自動"轉移"，例如3號機組設定為第一備用，而3號機卻置於手動位置，則備用設置自動轉移到4號，4號機就成為第一備用，1號機成為第二備用。

45 三、電網的故障處理 屬於監控系統處理的電網故障有三種：電壓過高或過低、頻率過高或過低和失電。對電網故障的處理要遵循"連續供電"的原則。
電網失電後，必須立即啟動備用發電機投入供電運行。檢測的指標是電壓等於零，備用機組啟動建立起電壓可以供電時，還要滿足所有發電機的ACB都在分閘位置時才允許合閘。 電壓和頻率在什麼情況下可視為故障，這是處理的依據。

46 發電機由調壓器保證的電壓調整率在±2.5%以內；發電機電壓應比設備額定電壓高5%；電器設備應能在電壓變化-10% ~ +6%的範圍內正常運行。由這三個數據看，電壓超過調壓器所保證的靜態指標數據，可認為是不正常狀態或故障。考慮到與設備承受能力的協調，一般把電壓故障的監測值定在±5%，即電網電壓超過+5%或低於-5%，並持續一段時間作為故障信號。確認的時間一般都定為5s。處理的方式是報警、啟動備用機組。

47 柴油機由調速器保證的靜態調速特性為5%，所對應的頻率變化也是5%；電氣、電子設備應能在頻率靜態變化±5%的範圍內正常工作。一般頻率的檢測值定在±2.5%。當頻率超過這個檢測值並持續一段時間就作為故障信號。確認時間為5 ~ 60s。處理的方式是報警、啟動備用機組。

48 有的設計把故障分為兩級。1級故障為：電壓是±5%、持續時間5s，頻率是±2
有的設計把故障分為兩級。1級故障為：電壓是±5%、持續時間5s，頻率是±2.5%，持續時間5s；2級故障為:電壓是±10%、持續時間5s，頻率是±5%。1級作為輕度故障；2級作為嚴重故障。發生1級故障時，備用機組啟動，同步操作投入並聯運行，故障機組解列退出運行，實現不停電的交換機組。發生2級故障時，備用機組啟動，故障機分閘，備用機合閘投入運行。實現短時停電的交換機組。

49 四、發電機組的故障處理 處於備用狀態的機組，柴油機啟動成功後，發電機而能自動投入運行，如果不能合閘，說明有下列故障。 1.起勵失敗
也稱為電壓不能建立。柴油機啟動成功後在規定的時間內電壓不能建立，就應作為故障處理。檢測值與電網電壓、頻率的1級故障檢測值相協調，如果是上述定值，則起勵失敗的檢測值是：電壓≦97%，頻率≦98%，時間為3s。處理的方式是報警和啟動後續備用機組。

50 2.自動同步失敗 發電機電壓建立後系統發出自動同步指令，在規定的時間內若不發出合閘指令，就說明系統自動同步操作有故障。一般設定的允許操作時限是60s。處理的方式是報警、啟動後續備用機組。 3.合閘失敗 系統發出合閘指令後在規定的時間內ACB不能合閘，就作為合閘失敗處理。一般設定允許操作時限是3s。處理的方式是報警啟動後續備用機組。 這三個故障通常組合成一個報警信號"起勵、合閘失敗"輸出。 處於運行狀態的發電機組，有可能發生下列故障：過電流、短路、過載、逆功率、過電壓、欠電壓、頻率高、頻率低和ACB異常脫扣等。

51 電壓和頻率故障表現在電網上，由電網檢測處理。 過電流和過載的處理方式是根據負載的數值，啟動備用機組、卸去部分次要負載和跳閘。過電流所採取的保護措施與ACE所附加的保護對有的電站顯得重複，似乎可以省去一個。從規範角度看，屬於發電機的保護應是獨立的，只要發電機運行，所有保護必須有效工作，不允許因某個系統退出而失敗。因此，如果監控裝置的發電機保護功能在系統退出時也失效，獨立的發電機保護是不能省去的。保護的定值請參考船舶發電機保護一節。

52 4.ACB異常脫扣 ACB正常分閘是手動分閘或解列時的自動分閘，由於保護動作或其他原因引起的脫扣都算異常脫扣，應作為故障處理。單機運行時異常脫扣引起的故障是電網失電，多機並聯運行時異常脫扣可引起運行機過載。處理的方式是報警、啟動備用機組投入運行。

53 五、柴油機的故障處理 必須處理的故障有：滑油壓力低(也稱油壓低)、冷卻水溫度高(也稱水溫高)和超速。
超速是嚴重故障，必須跳閘、停機。一般整定在額定值的1.15~1.20倍。 滑油壓力和冷卻水溫度的檢測，有的設計把故障分為兩級，發生1級故障以不斷電交換機組的方式處理；發生2級故障以短時斷電交換機組的方式處理。有人值班機艙對這兩個故障處理的方式是只報警，通知值班人員處理。因此，現在的設計較多的是只設1級故障處理。

54 滑油一般由機帶油泵輸送，機組啟動運轉後才能建立壓力，機組在啟動過程中必須對滑油壓力信號作阻塞處理。柴油機滑油壓力信號由自己的控制系統控制，信號由壓力開關直接輸入。 冷卻水溫度的升高需要一定的時間，機組啟動時無需阻塞。

55 六、監控系統故障處理程式 綜上所述，電網和發電機組運行的故障表現形式有三種：1級故障、2級故障和失電。1級故障以不斷電形式交換機組，2級故障以短時斷電形式交換機組，失電是在斷電的情況下交換機組。 1級故障的運行流程如圖5所示。這裡假設有三台機組，1號機組正在運行，選擇2號機組為備用機組。發生1級故障需用時間t1來確認(不同參數的故障確認時間不同)。確認後發出啟動指令，2號機組被選擇，接受指令，啟動。在時間t2內轉速達到發火速度(假設是33%)以上，說明啟動成功(否則失敗)。

56 調速器的作用使轉速上升接近額定速度。經過一段時間t3，發電機起勵，電壓應上升至額定值左右，即超過95%(否則失敗)。自動同步進入操作運行，即自動同步調速，檢測到符合同步條件時發出合閘指令。同步操作的時限為t4，在這段時間內發不出合閘指令，作同步失敗處理。合閘指令發出後ACB應合閘。如果經過t5，時間未合閘，作合閘失敗處理。合閘後進人並聯運行狀態。有故障的1號機組進入卸載操作，把負載轉移給接替的2號機組。當1號機組的負載卸到小於或等於5%時，1號ACB分閘，退出運行，2號機組供電，完成不斷電交換機組。

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58 2級故障的運行流程如圖6所示，仍假設有三台機組，1號機組正在運行，備用機組。選擇2號機組，2級故障有的需要時間確認，有的不要。故障發生後發啟動指令，啟動成功建立電壓後，發分閘指令，有故障的1號機分閘，然後發合閘指令使接替的2號機合閘，2號機組供電，完成短時斷電交換機組。

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60 失電故障的運行流程如圖7所示。仍假設有三台機組，1號機組正在運行，發生ACB異常脫扣，電網失電。兩台機組同時啟動，啟動和建壓過程與上述一樣。圖中表示，2號機組從啟動到建壓過程比3號的快，先發合閘指令，使2號ACB合閘，同時阻塞3號機合閘，2號機組供電，完成斷電後的交換機組。

61 第四節 無人值守電站自動化系統 在具有多台機組並聯做電的電站中，若要滿足“無人機艙"的要求，實現電站自動化，必須將各個自動環節有機地聯繫起來，組成一個總體控制系統，用來收集來自各柴油機、發電機、斷路器、匯流排以及各主要負載的必要的資訊及參數，加以分析、判斷，在一定的條件下，自動地採取符合邏輯的措施，以處理電站運行中可能出現的各種情況，確保電力系統安全可靠、經濟地運行。

62 圖8為電站總體控制系統方框圖。其主要功能在框圖中已反映出來。現就幾點加以說明。

63 一、發電機組操作方式 自動電站中每一台發電機組應有三種可供選擇的操作方式："機旁"、"半自動" (遙控)、"自動"。並且按次序前者應優先於後者。僅當某機確定為"自動"方式時，它才被納人總體控制系統的範圍。在機組發生故障的情況下，應能自行“退出自動" (即所謂"阻塞")，非經管理人員排除故障並手動控制"復位"，不得自行恢復"自動"功能。

64 二、備用發電機組的控制 船舶電站中各發電機一般都是互為備用的，因此發電機組可供備用的條件應當是：燃油、壓縮空氣備好，有預熱和預潤滑，無阻塞，操作選擇開關置"拍動"位置。當同時滿足這些條件時，則認為機組已進入"備好"狀態。

65 當出現下述任一條件(這是一組是"或門"條件)時，控制系統就應發出"增機"指令，啟動備用機組。 1. 經延時判斷，確認運行機組重載。 2
當出現下述任一條件(這是一組是"或門"條件)時，控制系統就應發出"增機"指令，啟動備用機組。 1.經延時判斷，確認運行機組重載。 2.運行機組的滑油壓力低。 3.運行機組冷卻水出口溫度高。 4.電網突然斷電。 5.經重載詢問，儲備容量不夠。 6.正要啟動的備用機組阻塞。 7.備用機組啟動失敗或合閘失敗。 電站中對於各備用機組的啟動必須安排一個順序，通常是按機組的編號依次排序。

66 三、空氣斷路器的合閘和分斷 發電機主開關有直接自動合閘、自動並車合 閘和自動重合閘三種閘方式。
當電網無電時，剛啟動成功的發電機組建立電壓後，其主開關即可直接合閘。 電網有電時，備用發電機組啟動成功並建立電壓後，應經過自動並車裝置，使待並發電機經自動整步之後投入。並車後利用自動空氣斷路器的輔助觸頭，接通均壓線及自動調頻調載裝置，實現無功及有功功率的分配及頻率的自動調整。

67 自動電站可設計成具有重合閘功能，也可以不設置這一功能。若有重合閘的功能，應保證只有一次重合閘，以免在永久性故障的情況下，發生一再重複合閘的有害過程。同時應防止在這種情況下，同時啟動兩台以上的機組去作合閘的嘗試。 不論哪種合閘方式，都有"成功"或"不成功“兩種可能。這兩種情況的信號都應設法取得，因為它是作為"指示"和"控制"都不可少的信號。

68 發電機自動空氣斷路器的分斷有"正常分斷“與"保護動作分斷"。前者指手控分斷或經自動解列、負荷轉移完畢後的分斷；後者指因各種發電機保護動作而引起的自動跳閘。 機組的停機亦可分為"正常停機"與"緊急停機"。前者一般都是在自動空氣斷路器"正常分斷“後，按正常停機程式進行的；後者一般是當柴油機發生滑油壓力低或超速時，為了保護機器不至於損壞，控制柴油機直接斷油而實現停機的。此時，自動空氣斷路器可能是逆功率脫扣(並聯運行時)，也可能是失壓脫扣(單機運行時)。

69 四、解列 當兩台及兩台以上機組並聯運行，若因電網負荷降低到可以停掉-台機組時應自動發出"解列"指令。或者，運行中的某機組因發生運行不正常(例如冷卻水出口溫度偏高等)時，自動控制系統可以先啟動備用機組，並車後再轉移負載，解列指令發出後，通過自動調頻調載裝置將待停機組的負載轉移給其他運行機組後，再將該機主開關跳閘，這就是解列操作。 對於因電力系統負載降低而形成的解列指令，究竟解列哪一台機組最好呢？為了使電站中各台機組累計的運行時數趨於一致，最好做到總是解列先投人運行的機組。

70 對於第二種情況當然是運行不正常的機組屬於解列對象。在這種情況下，為了盡可能地不斷電，對於"運行不正常"現象的識別信號，可以分為兩級：一級作為預報；一級作為保護裝置的動作極限。預報級信號可以用來要求啟動備用機，以便贏得時間，等待各備用機組啟動和並車後再取代"不正常"的機組。當然，這種期望是建立在不正常的機組還可以堅持運行一段時間的基礎上。顯然，這一段時間決定於兩方面：一方面是備用機組的啟動、加速、並車所需的總時間越短越好；另一方面是不正常現象發展的速度，當它發展到保護裝置的動作極限時，如果並車尚未成功，則造成因保護系統動作而停電。

71 五、重載詢問 現代大型船舶上，單機功率達數百千瓦的動力負荷已屢見不鮮。例如其電動首側推進器、大型絞纜機、大型消防泵、大型提升機以及工程船舶上的其他動力負荷，其容量往往可與發電機的單機容量相比擬。當需要啟動任何這樣一個大負荷時，應先詢問運行發電機功率貯備是否滿足其用電和啟動要求，若不能滿足時，則應先啟動備用機組並車後才允許該負荷接入電網。

72 六、重要負載分級啟動 當船舶電網困故障失電又得電時，為避免因負荷同時啟動造成的電流衝擊，甚至使發電機主開關再次跳閘。自動電站應能夠對重要負荷進行分級啟動。按照在緊急狀況下各負荷的重要性排好先後次序。並按其啟動電流大小分組，然後按程式逐級啟動，每兩級啟動之間的間隔為3~6s。

73 七、巡迴檢測 為了對電站進行實時控制，自動控制系統通常依靠各種傳感器對電力系統中的大量參數連續而自動地進行巡迴測量、數字顯示、監視、報警和記錄，同時輸出信號。通過計算機或其他相成的自動控制設備去控制有關機器的運行。柴油發電機組巡迴檢測的項目和報警內容如下。 (1)對柴油機 零轉速、點火轉速、中速運行額定轉速；潤滑油壓力：低和過低；冷卻水出口溫度：高和過高；各缸排煙溫度；柴油機運行時數累計等。 (2)對於發電機 電壓、頻率、功率、電流、功率因數；對於斷路器；儲能、合閘、斷開。

74 (3)對於電網 匯流排電壓、短路、絕緣監視。 (4)對系統狀態及工作過程的監視與指示機組的預熱、預潤滑；啟動空氣壓力；各機組控制方式選擇；正在啟動；啟動成功或失敗;正在停機過程中；停機成功或失敗；機組用由以及控制系統的工作電源等。 為了便於檢查某些邏輯功能，最好對控制系統的各主要部分可以進行模擬試驗。 以上介紹了電站自動控制系統的組成及其一般功能，其中每一部分都有相對的獨立性，由總體控制系統將各部分工作有系統地協調起來，在系統的安排上，應充分利用各單元的獨立性，使系統運用起來更加靈活。例如，當某部分出現故障時，仍可用其他單元實現局部自動化或半自動化。