船舶模擬電站實(shí)訓(xùn)案例分析

李家淦 王明雨＊ 趙恩蕊 苑仁民 于光宇

（山東交通學(xué)院 船舶與輪機(jī)工程學(xué)院，山東 威海264200）

在《STCW78/95》公約中規(guī)定海事方向輪機(jī)工程專業(yè)、船舶電子電氣工程專業(yè)在校生及社會(huì)船員晉升必須要經(jīng)過船舶輪機(jī)模擬器的培訓(xùn)，其中船舶模擬電站是輪機(jī)模擬器的核心內(nèi)容之一，以其高效、安全、成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為航海專業(yè)教育與培訓(xùn)的重要平臺(tái)和教育手段[1-6]。為更好的服務(wù)航運(yùn)事業(yè)、培養(yǎng)更加優(yōu)秀的船員，本中以山東交通學(xué)院船舶與輪機(jī)工程學(xué)院船舶模擬電站為探討平臺(tái)，介紹了模擬電站并車操作方法及并車過程中可能發(fā)生的故障，并以并車過程中可能出現(xiàn)的故障為案例，提出了相應(yīng)的解決方法，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)和學(xué)習(xí)。

1 船舶模擬電站發(fā)電機(jī)并車介紹

船舶電站隨著船舶航行狀態(tài)的不同，其對(duì)應(yīng)輸出功率、用電量相差很大，現(xiàn)代船舶電站一般都配有二臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)組；當(dāng)船舶電網(wǎng)負(fù)荷較低、承載較小時(shí)，船舶電網(wǎng)由單臺(tái)發(fā)電機(jī)組供電；當(dāng)船舶電網(wǎng)負(fù)荷增加、承載較大時(shí)，需要起動(dòng)兩臺(tái)或多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)供電，從而不僅能保證船舶電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，同時(shí)還提高了船舶電網(wǎng)供電的質(zhì)量[7-12]。因此，在船舶電站控制系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)組的并車操作是輪機(jī)員、電子電氣員培訓(xùn)的重點(diǎn)。

為了保證船舶電站并車操作的可靠性，船舶上一般配有并車監(jiān)測(cè)裝置輔助船員并車操作，山東交通學(xué)院船舶與輪機(jī)工程學(xué)院船舶模擬電站以船舶常用的同步表作為并車監(jiān)測(cè)裝置，這種裝置操作簡(jiǎn)單、易于掌握，以下將對(duì)船舶模擬電站并車方法和并車常見故障做簡(jiǎn)單探討。

2 船舶模擬電站的并車條件及操作方法

2.1 船舶同步發(fā)電機(jī)組并車條件

同步發(fā)電機(jī)組并車操作必須具備以下（準(zhǔn)同步并車）條件[13-14]：

（1）兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的相序要一致（船舶在建造時(shí)已確定發(fā)電機(jī)組相序，默認(rèn)并車時(shí)相序一致）；

（2）兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組之間電壓差≤10%UN；

（3）兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組電壓的相位差≤15°；

（4）兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的頻差≤0.5Hz。

圖1 為船舶配電裝置，培訓(xùn)學(xué)員練習(xí)并車操作過程如下：首先啟動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)，待調(diào)整電壓、頻率至額定參數(shù)后，閉合主開關(guān)把電源送至匯流排，然后增加電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)到單機(jī)容量的75-80%時(shí)啟動(dòng)另一臺(tái)待并發(fā)電機(jī)組，調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)組的參數(shù)，當(dāng)滿足準(zhǔn)同步并車條件下合閘并車。

圖1 船舶配電裝置

2.2 手動(dòng)并車操作

發(fā)電機(jī)組并車操作有三種模式（手動(dòng)、自動(dòng)、半自動(dòng)），在此我們主要培養(yǎng)學(xué)員手動(dòng)并車操作方式。所以首先選擇手動(dòng)并車模式，然后將待并車選擇開關(guān)置于需要并車的機(jī)組，再通過電壓表、頻率表、同步表判斷并車條件是否滿足。在并車過程中主要調(diào)節(jié)的設(shè)備是待并機(jī)的油門，當(dāng)待并機(jī)的頻率接近額定頻率時(shí)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓器使得電壓參數(shù)達(dá)到額定值，通過電壓表和頻率表進(jìn)行判斷電壓和頻率是否滿足電壓差≤10%UN、頻差≤0.5Hz，當(dāng)電壓和頻率滿足條件后，我們選擇同步表進(jìn)行相位差檢測(cè)；若相位差不滿足并車條件時(shí)，調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的油門旋鈕（改變頻率）讓其旋轉(zhuǎn)指示燈向FAST 順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)頻率要求小于0.25Hz（即旋轉(zhuǎn)一周大于4s），當(dāng)旋轉(zhuǎn)指示燈轉(zhuǎn)到同步表11 點(diǎn)方向（相位差滿足條件）時(shí)，果斷按下合閘按鈕，實(shí)現(xiàn)待并機(jī)組并車運(yùn)行。

圖2 手動(dòng)并車用同步表

3 船舶模擬電站并車失敗分析及處理

船舶發(fā)電機(jī)組并車操作時(shí)，只要滿足準(zhǔn)同步并車條件，按照并車步驟及要求操作，一般都能實(shí)現(xiàn)正常并車操作；但是有些工況和操作等因素也會(huì)造成并車失敗，甚至引發(fā)全船失電等大的事故，現(xiàn)將并車操作過程中可能引起并車失敗的原因總結(jié)分析如下：

3.1 船舶電網(wǎng)電壓、頻率波動(dòng)造成并車失敗

當(dāng)船舶進(jìn)、出港，處于機(jī)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，或者電網(wǎng)負(fù)荷劇烈變動(dòng)時(shí)，引起電網(wǎng)功率大范圍變化，造成船舶電網(wǎng)電壓、頻率大幅度波動(dòng)，此時(shí)待并發(fā)電機(jī)的電壓和頻率參數(shù)將難以滿足準(zhǔn)同步并車條件，如果此時(shí)進(jìn)行合閘并車操作，將會(huì)在兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組間產(chǎn)生巨大的沖擊電流而使主開關(guān)保護(hù)跳閘，船員在實(shí)船操作時(shí)應(yīng)避免電壓和頻率大幅度波動(dòng)。

3.2 船舶電網(wǎng)空載運(yùn)行時(shí)并車易造成失敗

當(dāng)船舶電網(wǎng)在網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組帶載非常小、近似空載運(yùn)行時(shí)，如果此時(shí)將另一臺(tái)發(fā)電機(jī)組并車，由于電網(wǎng)負(fù)載較小，并車時(shí)小的波動(dòng)都會(huì)在兩臺(tái)機(jī)組間造成大的影響，使得其中一臺(tái)機(jī)組逆功率運(yùn)行，引起逆功率保護(hù)跳閘；同時(shí)從經(jīng)濟(jì)上分析，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行將造成資源和能源的浪費(fèi)；通常當(dāng)電網(wǎng)單機(jī)運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到單機(jī)額定容量的75-80%或當(dāng)船舶將要起動(dòng)大型負(fù)荷時(shí)，再起動(dòng)另一臺(tái)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行并車，以保證船舶電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

3.3 船員操作不當(dāng)造成并車失敗

當(dāng)船舶電站進(jìn)行粗同步并車時(shí)，操作人員常誤以為可以隨意并車，而忽略了合理的并車條件。雖然粗同步并車有電抗器進(jìn)行限流，但是在實(shí)際并車操作時(shí)如果兩臺(tái)機(jī)組的相位差大于90°時(shí)，機(jī)組間所產(chǎn)生的的沖擊電流仍可使發(fā)電機(jī)的主開關(guān)保護(hù)跳閘。因此，我們?nèi)孕枰Y(jié)合準(zhǔn)同步并車條件操作粗同步并車。

3.4 并車后未能及時(shí)轉(zhuǎn)移負(fù)荷造成并車失敗

對(duì)于常規(guī)電站，發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)之后，如果各臺(tái)發(fā)電機(jī)無法及時(shí)合理分配負(fù)荷，此時(shí)如果電網(wǎng)出現(xiàn)大的波動(dòng)，將有可能造成逆功率故障，使得主開關(guān)跳閘。所以，為保證并車的順利進(jìn)行，當(dāng)并車后應(yīng)及時(shí)的轉(zhuǎn)移負(fù)荷，同時(shí)應(yīng)做好各部門間的溝通避免在并車操作時(shí)起動(dòng)大負(fù)荷。

3.5 并車裝置或均壓線不正常造成并車失敗

對(duì)于新建造或經(jīng)過大修的發(fā)電機(jī)組，有時(shí)可能由于并車裝置有故障或均壓線接錯(cuò)而使并車失??；我們需要重點(diǎn)檢查確保無問題后再并車，如相序及均壓線的極性是否正確，所有接線端是否緊固，如電抗器連接的觸頭、均壓線連接的觸頭、主開關(guān)連接的主副觸頭等是否接線可靠，當(dāng)接觸不良時(shí)應(yīng)及時(shí)排除故障，然后再進(jìn)行并車操作。

4 結(jié)論

當(dāng)并車條件不滿足或并車操作不當(dāng)時(shí)，都會(huì)造成并車失敗，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致全船失電，甚至造成發(fā)電機(jī)組的損壞，所以一定要使其滿足準(zhǔn)同步并車條件，并嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行操作才能達(dá)到預(yù)期的效果。

通過對(duì)模擬電站并車條件、并車操作方法和對(duì)并車失敗原因的分析，使參加培訓(xùn)人員進(jìn)一步掌握船舶電站的操作，從而更好的服務(wù)于航運(yùn)事業(yè)、培養(yǎng)更多優(yōu)秀的船員。