2500t起重船电站的设计研究

2012-07-23欧才杰倪国春

船舶与海洋工程 2012年1期

刘波，欧才杰，倪国春

（江南重工股份有限公司，上海 200023）

0 引言

船舶电站自动化装置，从上世纪 60年代采用继电器控制技术及其后来的晶体管分立元件控制技术，到70年代的小规模集成电路及其后来的中大规模集成数字、模拟电路控制技术，至80年代的微处理控制技术，90年代的可编程控制器(PLC)控制技术，至今船舶电站已形成了较为完善的船舶电站管理系统，其高精度、全自动化的控制功能为电站安全、可靠、经济运行提供了支撑，同时也大大地降低了船员的工作强度，使我国船舶电站自动化进入了一个崭新的阶段。

1 船舶概况

2500t起重船总长 105.6m，型宽 42.0m，型深 8.0m。该船机舱配置了 4台作业发电机，原动机为KTA38-D(M)-880kW，发电机为HFC6502-44E - 800kW；1台停泊发电机，原动机为6CTA8.3- GM155-135kW，发电机为1FC2282-4SB43。主甲板上设有4台300kW起升绞车、4台315kW变幅绞车、4台55kW索具绞车和9台110kW系泊定位绞车。在机舱监控室内设主配电板共12屏，向外围设备集中供电。

2 自动电站系统的构成

该船4台主发电机和1台停泊发电机组成一个强大的发电系统。每台发电机分别由丹麦DEIF公司的multi-line 2并车保护单元（PPU）独立控制，见图1。该控制器功能完善，可以测量并显示发电机三相电压、汇流排三相电压、发电机三相电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、发电机相频率和汇流排相频率。5台PPU配合西门子公司S7-300系列PLC构建成电站管理系统（PMS），主站由PS307电源模块、CPU313、3块SM323输入/输出模块、1块SM322输出模块和1块SM321输入模块组成[1]，根据不同工况的电力需求，PLC通过逻辑运算后发出控制命令给对应发电机组PPU（从站），以实现相应发电机（从站），以实现相应发电机的起停、并网、负荷分配、负载转移与解列等功能。主站的上位机为西门子TP170系列触摸屏，该触摸屏实时监控并直观显示各发电机的各种参数，见图2。

图1 主配电板

3 自动电站系统的实现

起重船复杂的作业工况，要求其电站能根据负载情况自动并车、停车。而实现船舶同步发电机组准同步并联运行，必须满足3个条件，即待并机和在网机电压一致、频率一致和相位一致[2]。

3.1 自动并车

一般情况下，一台主发电机工作，当网上负载达到90%的额定功率时，PMS会依次起动备用发电机组、自动同步、自动合闸、自动功率分配。考虑到船上某些大功率设备在起动瞬间会造成短时的过电流，为防止备用机组误起动，在PLC程序里设置了一个10s的延时动作，当负载持续达到90%额定功率超过10s后，PMS才发出并机信号。

图2 1号发电机监控界面

图3 功率问询一

该船设有“功率问询一”（见图3）和“功率问询二”2个按钮，当大的负荷即将投入运行时，通过功率问询按钮进行操作，即2个主钩工作时，因负荷要求需2台发电机供电，起升前按下“功率问询一”，PMS将根据电网上已有发电机数量来判断是否需要额外开机；2个以上的主钩工作时，需4台发电机同时供电，起升前按下“功率问询二”，此时PMS将根据电网上已有发电机数量来判断是否需要额外开机以及计算开机数量。

3.2 自动解列

柴油机最佳、最经济、利用率最高的运行工况是在70%～90%（额定功率）之间。为此，4台主发电机并联运行时，当负载功率小于60%的额定总功率时，3min后PMS发出在网发电机负荷转移信号、分闸信号，无误后延时3min发出停车信号解列1台发电机。3台主发电机并联运行时，负载功率小于50%的额定总功率，2台主发电机并联运行时，负载功率小于35%的额定总功率，均按同样的方式解列。将上述转化为PLC程序块见图4。