船舶高压电站电力管理系统及其使用

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随着现代船舶电气化水平的不断提高，船上用电设备日益增多，用电负荷快速上升。目前很多大型船舶电力系统的总装机容量已达数十兆瓦，一些海洋工程船及专用船舶的系统容量甚至已达一百多兆瓦，在这些船上，高压电已经成为船舶电力系统的首选。

高压、大功率电力系统必须配备安全、可靠的网络型发电控制和监视系统，其核心就是电力管理系统。网络型电力管理系统的主要特点表现为：

·每台发电机通过完全独立的控制单元，来保证机组的可靠运行与控制。每台发电机之间的数据通信通过现场总线（如CAN-BUS、PROFIBUS 、MODBUS）网络实现，与机舱监视与报警系统（如K-CHIEF500）之间的所有通信信号也通过现场总线传递，从而可以有效地减少电缆，并可以在机舱监视与报警系统的操作站上方便地对整个电站进行操作和控制（包括参数修改）。

·电力管理系统的硬件通常包括主单元、显示单元和操作单元，这些单元安装在发电机控制屏上，从而可以减少主配电屏的尺寸并方便操作；

·系统具有完善的发电机控制功能，并能对发电机控制电路、原动机和发电机实现保护；

·系统具有完善的显示功能，显示内容包括发电机的运行数据、事件、原动机运行时间、发电机供电时间、报警内容和发生的时间等，并可以在显示单元上修改设定值和报警限值。

中海集团大型集装箱船舶的高压电力系统，采用日本JRCS公司的JACOM-22型电力管理系统，体现了当前船舶高压电站电力管理系统的技术水平。

1.电力管理系统的组成

JACOM-22型电力管理系统是基于CAN现场总线技术的全分布式智能型PMS系统，其拓扑结构如图1所示。

·报警接口单元：可以向TERASAKI公司SMS系列以外的其他机舱监测报警系统（如K-CHIEF500）提供外部报警信号。

2.系统主要功能

2.1 控制功能

JACOM-22可以同时控制发电机和原动机，实现发电机组的遥控手动控制、半自动控制和PMS全自动控制，并能实现对发电机控制电路、原动机和发电机的保护。

JACOM-22主要的控制功能包括：频率控制、负荷分配控制、逆功率保护、发电机组起动/停车控制、发电机原动机保护、重载询问、机组运行时间定时器、VCB分闸/合闸计数器、轴带发电机SG起动/停车控制、SG转速负荷控制等。

JACOM-22的操作单元面板如图2所示，电站的手动、半自动和全自动控制的切换操作在操作单元面板上完成。

按下“MANU”按钮，“MANU”灯发光，通过右下角的“START”和“STOP”按钮可以进行发电机组的手动起动和手动停车操作（在同步屏上也可以进行手动起动和手动停车操作）。

按下“AUTO”按钮，“AUTO”灯发光，通过“AUTO”区域中的“START”、“STOP”、“SYN.”、“LOAD SHIFT”4个按钮可以进行半自动的起动、停车、同步和负荷转移的操作。

2. 2监视功能

JACOM-22能够监视汇流排、发电机和原动机的运行状态，旦发生故障，可以通过显示单元和机舱监视报警系统发出报警号并做出相应地保证正常供电的措施。

其监视功能分为：

（1）主汇流排监视功能

包括：主汇流排高电压、主汇流排低电压、主汇流排高频率、主汇流排低频率。

（2）发电机监视功能

包括：过电流、过载、低负荷、逆功率、发电机电压不正常跳闸、发电机未起压、发电机起动期间未建立频率、自动同步合闸失败、VCB无法合闸、VCB故障跳闸、VCB分闸失败。

（3）系统监视功能

包括：控制电源（DC24V）低压、发电机电压互感器VT监视（副方绕组电压不平衡）、发电机电流互感器CT监视（副方绕组电压不平衡）、主汇流排电压互感器监视（副方绕组电压不平衡超过50%）、自检功能（CPU、CAN-BUS、A/D转换器、线路不正常监视）。

（4）原动机监视

包括：超速、滑油低压、冷却水高温、起动失败、原动机停车失败。

当船舶电力系统发生故障时，JACOM-22能够监视控制发电机和原动机，根据相应的故障等级，实现自动起动和切换发电机。自动起动的备用发电机数量可以根据故障等级同时进行设定。JACOM-22系统可以将故障划分为7种等级，根据相应的故障等级，实现监视控制，以最大限度地保证船舶供电。船舶用户可以通过系统参数规定故障对应的等级。

·故障等级0：LCD报警显示，同时输出外部报警信号；·故障等级1：备用发电机自动起动并自动同步合闸。过程：故障发生备用机组起动自动同步合闸。

·故障等级2：备用发电机自动起动并自动同步合闸，故障发电机转移负荷、VCB脱扣。过程：故障发生备用机组起动自动同步合闸故障发电机自动负荷转移、VCB跳闸。

3.1 测量数据

在显示单元面板上，通过VIEW键和键，可以使测量数据在显示器的第1、2行得到比配电盘仪表更详细的显示，测量数据包括：发电机三相电压、发电机三相电流、发电机功率因数和功率、发电机有功功率和无功功率、发电机频率和线电压、汇流排频率和线电压。

3.2 报警显示和事件显示

当发生单个或多个同时报警，可按动ALARM INFO键，显示所有当前报警。查看历史报警，按动LOG键，可以在显示器的第2、3、4行分别显示事件、事件发生的时间、第一个和最后一个事件等详细信息。按动键，可以进行滚动显示100个事件，在选择最早和最晚的事件后，按下SEL键，可以确认最早和最晚事件的信息。

3.3 系统参数

系统参数可以分成4种：保护功能参数（PORT）、控制功能参数（CTRL）、电力管理参数（POWER）、系统参数（SYST）。船舶用户可以通过系统参数修改，来改变故障对应的等级实现监视控制。所有参数都有用户密码或JRCS密码保护，因此没有授权就不能改变数值。

按动BACK键，返回初始屏幕界面。按动< >方向键，可以在显示器的第4行PORT、CTRL、POWER和SYST中选用所需的参数类型，通过按动SEL键确定。

保护、控制、电力管理和系统四类参数均有各自的分组号（Group Ch. no.），每个分组又包括若干个具体参数（Ch. no.）。在按下JUMP键和SEL键之后，如果对所请求的通道进行设定，则可以直接寻找通道。

（1）保护参数[PROT]： ch.no.1xxx

保护参数的分组包括：汇流排电压高1、汇流排电压高2、汇流排电压高3、汇流排电压低1、汇流排电压低2、汇流排电压低3、汇流排频率高1、汇流排频率高2、汇流排频率低1、汇流排频率低2、发电机逆功率、发电机过电流、发电机过载、发电机轻载、发电机不平衡电压、发电机不平衡电流等。

（2）控制参数[CTRL]： ch.no.2xxx

控制参数的分组包括：同步控制参数、频率/功率调节参数、频率控制参数、功率控制参数等。

（3）功率管理参数 [POWER]： ch.no.3xxx

功率管理参数包括：发电机重载、发电机轻载、大容量负载（重载询问）设定等。

（4）系统设定参数 [SYST]： ch.no.4xxx

系统设定参数包括：发电机额定值参数、电压和电流互感器变比值参数、CAN 通信参数等。

JACOM-22型电力管理系统是一个集控制、监测、保护和管理于一体的综合性系统，该系统包含了多项先进技术，如：传感与变送技术、网络通信技术、控制与调节技术、信息处理与显示技术等。JACOM-22型电力管理系统功能完善、性能可靠、

参考文献

[1]JACOM-22 Intelligent Generator Plant Control System Instructions （Fourth Edition） JRCS MFG . GO. LTD 2004

[2]孟宪尧等. 海上作业多用途工作船自动控制系统[M]. 大连：大连海事大学出版社. 2004.11

[3]Delomatic Multi-Function Systems For Marine Plants Basic Applications 2001.9

[4]徐丹铮等. 大功率电力系统船舶的电气设计[J]. 船舶 2009.10 第5期