船舶同步发电机（精选6篇）
船舶同步发电机 第1篇
1 时间同步方法
IEC61850对时间同步精确度定义了5个级别(见表1),以满足不同高级应用的需要。传统数据采集与监视控制(SCADA)系统进行高级应用的计算时,相对误差较大的SCADA数据仍起主导作用,少量高质量相量测量单元PMU(Phasor Measuremen Unit)的测量数据只能有限地提高计算结果准确度,而且其成本很高[1]。所以,要适应综合电力系统的发展需要,必须从根本上提高SCADA数据的质量。因此本文基于舰船能量管理网络,讨论将现场IED增加时间同步的功能,以提高数据的质量和高级应用计算结果的准确度。
传统电力系统的广域同步测量广泛使用GPS实现时间同步,其1 PPS(Pulse Per Second)时钟精度可达到200 ns,能够满足电力系统同步测控的需要。但因需要独立的天线和接收模块,成本较高,难以大规模应用到现场PMU和IED中,在封闭空间的舰船电力系统测控中存在局限性。
基于以太网的舰船电力系统同步测量的最好方法是借助监控网络本身实现。网络时间同步主要有NTP/SNTP[2,3]和IEEE1588协议。NTP/SNTP是近20年用于IP网络的主要的时间同步协议。NTP/SNTP协议的实现是假定客户机和服务器之间的报文传输时延相等。由于客户机和服务器处理能力不同,以及舰船监控网络的数据传输的非对称性,客户机和服务器之间的报文传输时延实际上并不严格相等,使得NTP/SNTP的时间同步精度只达到毫秒级,不能满足很多场合电力系统对时间同步的要求。IEEE1588定义了一种精确时间协议PTP(Precision-Time Protocol)[4,5],用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。因此在船舶综合电力系统能量管理网络平台上研究并实现IEEE1588协议具有重要意义。
2 IEEE1588协议
2.1 IEEE1588同步原理
IEEE1588标准规定了将一个分散在测量和控制系统内的分离节点上独立的运行时钟同步到一个高精度和准确度的时钟上的协议。这些时钟是在一个通信网络中互相通信的。按此基本格式,该协议要形成树形的管理,使系统内的这些时钟产生一个主从关系。IEEE1588定义了4种同步基本报文(Sync、Follow_up、Delay_req、Delay_resp)和一组管理报文。各从属时钟与主时钟之间通过交换报文估计时钟偏差,从而达到从属时钟与主时钟之间的精准同步。
同步过程分为如图1所示的偏移测量阶段和延迟测量阶段。
偏移测量阶段修正主时钟和从属时钟的时间差。在偏移修正过程中,主时钟周期性发出一个确定的同步信息(Sync),一般为1次/2 s,主节点测出Sync发送的准确时间t1,并在随后的Follow_up信息帧发送给从属时钟节点,而从属时钟测量出接收Sync的准确时间t2。这样,从属时钟使用Follow_up信息中的真实发出时间和接收方的真实接收时间,可以得到表达式:
延迟测量阶段测量网络传输造成的延迟时间。使用IEEE1588定义的延迟请求信息包测量网络的传输延时。从属时钟在收到Sync信息后,在t3时刻发出延迟请求信息包Delay_req,主时钟接收Delay_req命令,记录准确的接收时间t4,并使用命令Delay_resp发送给从属时钟,因此,可以得到表达式:
这样,从属时钟就可以非常准确地计算出网络延时tdelay和主、从节点间的时间偏差toffset:
从属时钟节点的时间可以修正为
2.2 时间同步精度控制
影响时间同步精度的因素有很多,包括晶振的稳定性、同步周期、时间戳精度、网络拓扑和负载流量。其中,报文时间戳的生成点是影响IEEE1588时钟同步精度的主要因素。从PTP协议栈可知有很多种获得IEEE1588消息帧时间戳的方法。
文献[6]验证软件(soft-only)实现时间戳的提取和实时时钟的控制方法,整个协议在应用层实现,给时间戳带来更多的误差,因此得到的精度最低,通常是几百微秒到几毫秒,这取决于操作系统的性能。
使用硬件辅助方法可以获得较准确的时间戳值,减少协议栈带来的不确定时延,从而显著提高了同步精度。文献[7]基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)在以太网的MAC(Media Access Control)层和物理层PHY(PHYsical layer)之间接口MII(Medium Independent Interface)获得时间戳,同步精度可达20 ns。这样的设计使用现有标准的以太网和控制器器件,由于增加了硬件,系统的结构复杂,成本较高,而且在MII获得IEEE1588时间戳仍有不确定的发送或接收时延。
文献[8]提出将IEEE1588协议中对时间敏感的部分嵌入物理层。这至少包括IEEE1588率受控时钟(rate-controlled clock)和获取接收发送信息的时间戳单元。然后这种物理层可以与任何带有以太网MAC层的微控制器、FPGA和ASIC(Application Specific Intergrated Circuits)结合。在物理层获得的时间戳消除了MAC层和物理层之间不确定时延所带来的误差,可以获得<10 ns的同步精度。
可见,不同的方法获得的时间戳精度也各不相同,从而影响时间同步的精度,越接近协议栈的底层越精确。
3 同步测量系统的实现
3.1 同步测量系统网络拓扑
和其他同步测量系统一样,舰船电力监控系统要求同步测量网络能够支持多种拓扑,并具有较高的容错性能,当网络拓扑发生变化后可快速重新配置。IEEE1588协议可以很容易满足这些要求。IEEE1588协议将整个网络内的时钟分为主时钟MC(Master Clock)、普通时钟OC(Ordinary Clock)、边界时钟BC(Boundary Clock)、透明时钟TC(Transparent Clock)等。MC和OC只有一个PTP通信端口,MC为网络内OC(如同步采集设备)提供精准的时间源。BC及TC都是物理机制,为交叉多端口网络设备,如网桥、路由器和中继器等提供了精准的PTP协议,用来划分子网的网络设备,防止这些网络设备产生大的延迟抖动。BC可以服务于某一端口的MC设备,并像MC设备一样作用于所有其他端口,每个PTP端口提供独立的PTP通信。TC不是用作一个主或从设备,而是转交PTP的事件消息并提供桥之间的阻滞时间的校正。在所有情况下,每个TC或边BC都包含一单一PTP时钟用于精确地同步网络中的设备。当网络结构发生改变或MC失效时,可根据最佳MC算法BMC(Best Master Clock algorithm)快速配置时钟从属关系,达到较高的容错性能。文献[9-12]讨论了这种多层高可靠性网络的同步性能,使用TC/BC能达到满意的效果。
舰船综合电力系统监控网络平台一般采用交换式以太网,构成冗余环形拓扑结构,如图2所示,系统可以采用多个MC,起到冗余作用。只需在标准交换机上实现BC/TC时钟,在各同步采样设备节点上实现BC,即可以实现各节点与MC的时间同步。
3.2 同步测量节点设计
同步测量节点需要具备较高的同步精度和合理的同步刷新速率。本文以一个同步测量装置说明IEEE1588的基本实现方法,其结构如图3所示,主要由信号调理、A/D采样模块、采样脉冲发生模块、控制单元和以太网收发器模块组成。
同步测量节点主要完成3个功能。
a.时间同步。
实现测量节点与MC的时间同步,为准确获取IEEE1588消息帧时间戳,采用NS公司的以太网收发器芯片DP83640。DP83640是一款由美国国家半导体公司推出的集成IEEE1588精确时钟协议硬件支持功能的以太网收发器。芯片内置高精度IEEE1588时钟,并设有由硬件执行的时间标记功能,可为接收及发送信息包印上标记。因此,控制器采用带MII接口的DSP处理器,需要实现IEEE1588应用层、收发IEEE1588报文,计算时钟偏差,并校正本地时钟。为获得较高的同步精度,在硬件设计上采用了较为稳定的晶振为系统提供外置频率,在软件上可设定较短同步周期(1 s)。
b.同步测量。
本文采用固定时间间隔的采样方式,这需要提供精准的同步采样时钟。DP83640提供一个同步时钟信号给外部设备使用,输出时钟信号可以是250 MHz除以N之后的任意频率,N=2～255,提供频率980.4 kHz～125 MHz。脉冲发生器使用FPGA实现,对输入频率进一步同步计数分频可获得需要的采样频率。
c.数据的处理和发送。
控制器除了实现IEEE1588应用层协议,还负责数据的采集处理。在采样控制电路控制下,A/D芯片按等时间间隔采样,控制器获得的数据可以在本地进行处理或按组存放,也可通过网络发送至远程计算机进行处理,数据均使用世界标准时间(UTC)进行标识。
3.3 同步性能测试
为测试同步测量节点的同步性能,用多层支持IEEE 1588的交换机构建测试系统,如图4所示。交换机使用罗克韦尔Stratix 8000型交换机,配置为BC节点。2个从时钟测量节点同步于同一MC,并对同一信号源进行采样测量,DSP检测采样信号,并将每周期信号发送至远程计算机,以计算正序电压过零点的时间值,以此比较2个测量节点的同步性能。
将不同数量BC交换机相连的系统,分别统计了100 000次记录结果,得出不同数量交换机下的节点同步性能,如表2所示。
节点间同步误差包括了采样、处理、记录等过程误差,但2节点采用了相同的硬件器件和控制程序,所以获得的过零点时间值差别不大,由结果可见其同步误差<1μs,完全可以满足IEC61850关于同步测量的需求。
4 结论
本文主要讨论了IEEE1588的特点及实现方法,提出实现舰船电力系统同步测量的方案。IEEE1588协议主要针对本地化网络化控制系统,与其他同步方法相比,IEEE1588在不显著增加成本的基础上,能够提供实时、高精度、严格同步的量测量,满足基于局域网的舰船电力系统监控网络时间同步的需要。同步测量在电力系统高级应用计算中非常重要,可显著提高系统分析计算结果的准确性,因此,在IEEE1588协议在电力系统监控网络中的应用愈来愈广。
摘要：通过比较各种时间同步协议的优缺点,提出基于IEEE1588协议实现船舶综合电力系统同步数据采集的方案。分析了IEEE1588协议的偏移测量和延迟测量原理,指出时间戳是影响同步精度的主要因素,并比较了在不同协议层获取时间戳的同步性能。给出了基于环形冗余工业以太网实现主、从时间同步的网络拓扑结构,并基于DP83640芯片设计了同步测量节点,实现了数据的同步采集与网络传输。设计过零检测实验并测试同步性能,同步精度低于1μs。结果表明,使用IEEE1588协议可以在不显著增加成本的基础上,为电力系统提供实时、高精度、严格同步的量测量,满足基于局域网的舰船电力系统监控和计算的需要。
关键词：船舶综合电力系统,能量管理系统,同步测量,IEEE1588协议,时间戳
参考文献
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船舶同步发电机 第2篇
船舶电力系统低绝缘对发电机影响分析
通过对低绝缘引起的接地故障电流及其通路的分析,以及模拟实验,探讨了接地故障电流对调压器产生干扰的机制.实验表明,调压器采用合适的安装方式或改变故障电流通路参数可以显著改善调压器抗干扰能力.
作 者：朱海波 潘俊民 ZHU Hai-bo PAN Jun-min 作者单位：上海交通大学,上海,40 刊 名：自动化应用 英文刊名：AUTOMATION APPLICATION 年，卷(期)： “”(1) 分类号：U6 关键词：低绝缘 接地故障 发电机船舶同步发电机 第3篇
关键词：动态跟踪 失火 漂移船舶
1 救助过程回顾
1.1遇险船资料
（1）船名：和海6
（2）船籍港：中国 南京
（3）船舶类型：油 船（汽油船）
（4）主尺度：115.80×17.60×6.50米
（5）总吨：5 067
（6）装载情况：空载
（7）满载排水量：10 154吨
（8）航线：江苏南通港至山东岚山港
1.2 险情情况
（1）遇险时间：2011年12月10日12：20
（2）接警时间：2011年12月10日14：52
（3）遇险位置：长江口以北约70海里（概位：3217N/12242E）
（4）遇险类型：机舱失火
（5）船舶状况：失去动力漂移，船员弃船
（6）海域气象：西北风6-7级，中到大浪
1.3 救助过程
12月10日12：20，“和海6”轮由江苏南通港开往山东岚山港途中，航行至长江口以北约70海里处机舱失火，船上17名船员在采取封舱和释放大型固定CO2灭火系统自救无效后弃船逃生，“和海6”轮受风流影响以2.5节速度往东南方向漂移。
15：44，“东海救116”轮接到救助指令后迅速备车由长江口鸡骨礁水域赶赴事发现场。航行途中开展了以下相关准备工作：检查对外消防系统、消防员装备、燃料克星、测氧测爆仪、红外感温仪、查询事故现场水文资料等，同时通过各种途径了解“和海6”轮遇险情况信息，制订救助方案。
20：20，“东海救116”轮抵达现场，此时“和海6”轮驾驶台、尾甲板后部及生活区等部位火势较旺。“东海救116”轮经过短暂时间观察后，冒着遇险船随时可能发生爆炸的危险，从上风侧“丁”字形接近“和海6”轮，利用驾驶台顶上两门消防水炮（1 200-1 700立方/小时，扬程150米）对明火部位实施喷水灭火。经过近4个小时的灭火作业，“和海6”轮甲板和舱室外部明火被扑灭，但舱室内仍有浓烟冒出，“东海救116”轮保持与遇险船相对位置用消防水炮对甲板及舱室喷水冷却降温。
在喷水灭火救助作业中，“东海救116”轮始终保持与“和海6”轮的相对位置，对其左舷、船尾等重点部位进行喷水灭火和冷却降温，并取得明显的效果。作业中“东海救116”轮指派专人保持对“和海6”轮吃水变化的观察，防止消防炮的水太多进入机舱。
12月11日10：00许，“东海救116”轮发现“和海6”轮机舱烟囱的一个百叶窗和驾驶台下一层舱室下风舷还有烟雾冒出，随即调整船位对冒烟位置间歇性喷水。13：55，消防水炮暂停作业观察“和海6”轮的烟雾情况，发现原来浓厚的烟雾已变为淡淡的白烟。（如图1-4）。
为了确保消防灭火、降温效果和防止死灰复燃，“东海救116”轮使用红外点温仪对“和海6”轮船体外板和生活区各层甲板表面温度进行遥控点测，测得温度在14-21度之间，经现场分析评估，复燃风险系数较小。随后“东海救116”轮采取了艏部保持在“和海6”轮艉部10-30米距离动态同步跟踪的态势，并派出救助船员将消防皮龙拉上“和海6”轮对冒烟重点部位实施近距离喷水冷却降温，确保消除火势复燃和蔓延的可能，避免“和海6”轮爆炸等次生危险的发生。
11日20：00许，经连续不间断的观察，“和海6”轮全船已无明火和烟雾冒出，红外点温仪测量舱室和甲板等表面温度与环境温度接近，现场评估确认该船火势已完全被扑灭，无复燃可能。“东海救116”轮随即实施带缆拖救作业，并于12日20：45将“和海6”轮拖至舟山安全水域。
2 救助特点分析
2.1失火危险品船救助风险大
汽油船的危险特点体现在汽油的挥发性高、闪点和爆炸极限低等特性。汽油船的火灾事故主要有明火事故、静电放电事故、电气火花事故、机械火花事故、电磁感应放电事故以及雷击事故等多种类型。了解到汽油船的特点和火灾的主要种类，就可以清楚地了解到灭火扑救的危险程度：
（1）“和海6”轮机舱失火近8个小时，封舱效果欠佳将导致火势的蔓延，如果火势在强风等作用下蔓延至燃油舱（约200吨燃油）和货油舱附近，存在燃爆的可能性，对救助船近距离救助作业安全构成极大威胁；
（2）甲板和舱室外板的温度已经明显上升，如不及时有效控制将逐渐接近闪点温度；
（3）“和海6”轮卸完货油后，舱内残留汽油产生的油气浓度未知，发生爆燃的可能性和几率未知。
2.2救助作业操作难度大
（1）由于强冷空气的影响，海上的涌浪较大对于近距离操控船舶救助作业存在一定的难度；
（2）现场风力影响到消防水炮水柱的有效距离，在消防水炮的射程距离内水柱必将被吹散而无法有效对准灭火部位，这就要求救助船尽量接近遇险船；
（3）遇险船随风流的影响漂移轨迹多变（漂移方向和速度时刻变化），在近距离喷水过程中要时刻注意其变化，既要长时间保持相对位置满足灭火作业需要，又要防止两船距离过近造成紧迫局面和危险；
（4）由于遇险船机舱失火并蔓延至甲板舱室，外围的喷水灭火效果欠佳。灭火过程中既要保证有一定量的水进入着火舱室，起到灭火和冷却降温等作用，又要控制进水量，防止大量海水进入舱内产生自由液面，导致船舶严重倾斜甚至倾覆。这就需要在作业中不断观察和调整两船相对位置、消防水炮角度等，确保适量的消防水能够进入到舱内；
（5）救助船保持近距离同步动态跟踪遇险船，确保救助船员在遇险船上利用消防皮龙进行近距离、逐层逐舱的喷水降温冷却和清理火场。
3 动态同步跟踪漂移船
3.1 分析判断漂移姿态
失去动力的船舶在海上受到风扭转力矩和水动力扭转力矩发生偏转，同时在风流的作用下产生漂移。科学分析风流合力对漂移船的作用就可以较好地操控救助船舶动态同步跟踪实施救助作业。失去动力漂移船在漂移过程主要受到风、潮流的影响，同时在漂移中受到水阻力的影响。船舶在风致偏转力矩和水动力矩的影响下，水动力中心（W），风动力中心（A）点逐渐向（G）点靠近，直至Na+Nw合力矩为零不发生偏转。船舶在漂移过程中的速度、方向取决于风、流的大小和方向对其的影响，漂移时有首迎风、尾迎风、正横受风漂移等几种姿态。通过现场观察和简单分析“和海6”轮基本是正横受风、尾部偏下风漂移。
3.2 推算漂移方向和速度
“东海救116”轮抵达现场时（10日20：20）海域西北风（约325度）6-7级，估算“和海6”轮受风影响漂移速度Vs 1.0-1.2节，根据海图流花图和潮汐预报估算西北流约1.0节，依据风流推算判断“和海6”轮的漂移方向为偏南或南偏西。从“东海救116”轮21：00时的COG-206°、SOG-0.4节、STW-1.2节（如示意图1）可以清楚看出原来的判断基本正确，接近“和海6”轮（前后吃水为3.20/5.20米）跟踪一段时间后，更准确地掌握了其漂移方向和速度。“和海6”轮为尾机型船，估算风压中心在中心偏后，其在风流合力作用下基本正横受风漂移，艏向在060°～080°之间。在风力、风向相对稳定的情况下，“和海6”轮的漂移方向和速度决定于潮流的大小和方向，由于该水域处于佘山回转流的影响，可以从示意图2清楚看出其运动方向，也可以从附表中“东海救116”轮的COG清楚地看到随着流的变化本船的航迹变化。
示意图1 12月10日2100时同步动态跟踪的相对态势
Fa= 1/2ρaCaVa²·Ba
Vs=K（Ba/Bw）1/2*Va （K 0.038-0.041）
风动力（Fa）主要取决于风速（Va）、风舷角以及侧投影面积，Vs受风影响的漂移速度和风速，以及受风的水上侧面积和水下侧面积之比有关。
流致漂移主要取决水流的速度（Vw）和方向等因素。从佘山潮流的变化可以清楚看出Vw是顺时针旋转，所以“东海救116”轮动态跟踪“和海6”的轨迹图也呈顺时针旋转，清楚了解这个变化就可以随时控制本船靠近“和海6”轮实施灭火作业。因为在动态跟踪过程中两船的航迹向和对地速度等都在变化，特别是在第二天风变小的情况下，“和海6”轮受流影响比较大，有时还有后退速度，水动力中心（W）也随之发生变化移至重心（G）之后，艏向发生偏转直至（A），W逐渐向G靠近，直到Na+Nw为零时保持艏向稳定向下风漂移。
示意图2 “东海救116”轮动态跟踪“和海6”轮灭火轨迹图
3.3动态同步跟踪漂移船
掌握了“和海6”轮的漂移姿态、漂移速度和方向以及变化趋势，可以较容易达到动态同步跟踪。首先是通过调整本船的风舷角来改变Ba，改变受风影响的Vs， 即基本保持和“和海6”轮约20度的交叉角度（如示意图1），通过利用关门舵、车、侧推等手段操控救助船靠近并保持与遇险船的相对位置实施消防喷水灭火。主要操作经验如下：
（1）“东海救116”轮抵达现场后在“和海6”轮上风舷“丁”字形接近，利用对外消防水炮喷水迅速将明火扑灭，防止火势蔓延扩散造成其他次生危险，同时对货油舱等部位进行喷水冷却。
（2）正确分析“和海6”轮受风流影响漂移姿态、漂移方向和速度等，保证了救助船动态同步跟踪实施近距离灭火。
（3）在动态同步跟踪中利用关门舵、侧推、车等操控救助船，根据本船受风流影响决定靠近角度，基本可以不使用侧推就能较
（4）动态同步跟踪中雷达的使用和正确操作很重要。
a.设置危险警戒报警圈。消防作业中，由于水炮长时间持续出水加上风的影响等，有时会导致消防水炮形成的水雾遮挡船长和瞭望人员等的视线，在动态同步跟踪过程中雷达设置活动距标圈（设置在0.03海里左右，这样保持船首部和难船保持在15米左右，可根据风、浪、流情况和两船安全作业距离等设定）和启用报警功能很重要，保持本船和遇险船之间的距离在设定距标圈以外，可以起到安全警戒作用。报警功能可以在船长操控船舶反应和体能等方面受到影响时，对事先设置的危险进行有效提醒，防止意外的发生。
b.把雷达的雨雪抑制开到较大，使消防水炮喷出的水柱回波受到抑制，这样可以从雷达上比较清楚判断两船的相对位置，防止水柱和水雾回波干扰判断。
c.调大运动矢量时间和尾迹时间，可以清楚知道船舶漂移运动方向和速度变化等，以及时调整本船艏向、速度操控船舶达到动态同步跟踪。
4 结束语
海上救助的特殊性、复杂性和危险性，需要有先进、优良和适用的装备保障，更需要富于冒险精神、恪尽职守、敬业奉献的专业救助人员实施完成。实践中要针对不同的救助类型，及时总结、加强积累，共享经验和成果，有效应对和处置海上各类事故险情，将事故损失和影响降到最低。
探究船舶发电机智能故障诊断系统 第4篇
目前, 船舶发动机组设备正在朝着高速化、集成化、精密化和大型化的方向不断的发展, 而且其具有越来越强的工作负荷、越来越多的功能和越来越复杂的设备结构, 由于船舶发电机需要持续的工作, 具有较长的工作时间, 这样就使得发电机发生故障的几率得以加大。在这种情况下, 船舶发电机智能故障诊断系统的应用发挥了重要的作用。
1 故障诊断系统概述
在一定的条件下, 故障诊断系统能够利用各种手段将发生问题的系统查明, 明确问题的性质和解决方法, 并且对某个问题的发展程度进行科学地预测, 利用表面现象对问题的本质进行判断, 通过过去的现象和现在的现象对未来可能发生的故障进行预测。船舶发电机智能故障诊断系统能够利用船舶不同部件的运行情况和各项可测量的参数对发电机设备的运行状况进行准确地判断, 一旦发现异常, 能够对其故障原因和位置进行判断, 并且做好预防性措施。总之, 故障诊断系统主要是对各项部件的参数等信息进行检查, 从而全面地识别设备的状态, 将诊断设备的过程完成。由于智能故障诊断技术在获取信息的时候更加的方便, 还可以避免出现不必要的麻烦, 因此其与人们的要求更加符合[1]。
2 船舶发电机智能故障诊断系统的软件和硬件设计
2.1 船舶发电机智能故障诊断系统的软件设计
2.1.1 采集信号
通过传感器对船舶发电机的运行状态进行检测, 并且使其转变成为电信号, 随后对其进行预处理和A/D转换。在监测和诊断发电机故障时发电机传感器的子系统属于重要的信息来源, 需要采集的信息主要包括静态参数、动态参数和运行参数等,
2.1.2 分析和处理信号
分析和处理信号主要就是在分析信号之后, 将其中有用的特征数据提取出来, 比如抑制干扰、提取特征值和频谱分析等, 从而将可靠的数据提供给故障的诊断工作。在将采集数据的工作完成之后, 就要向机舱的控制计算机数据库传递这些数据, 并且做好分析和处理的工作。船舶发电机的现场和数据处理单元之间本身具有一定的距离, 在传输数据的时候主要是通过CAN总线与以太网来实现[2]。
2.1.3 诊断单元
分析并且比较处理之后的故障判定数据、规程、历史数据和数据, 并且对船舶发电机的故障部位和运行状态进行判断, 从而将可靠的数据提供给下一步的维修工作, 在诊断发电机故障的时候, 不仅要具备完善的诊断策略, 同时还要深入地研究故障机理。目前对发电机故障机理进行研究的主要方法包括实验室模拟、计算机仿真和现场实验等, 其主要诊断的策略就是如何通过检测到的故障数据诊断船舶发电机的故障。
2.2 船舶发电机智能故障诊断系统的硬件设计
船舶发电机智能故障诊断系统的硬件包括船舶发电机、控制计算机、监控节点、执行机构、CAN总线、以太网、传感器等。其中的传感器的主要作用就是采集船舶发电机的信号, 随后利用以太网和CAN总线向控制计算机传输这些信号, 在经过相应的处理和分析之后, 最终可以将船舶发电机的故障结果诊断出来。
3 船舶发电机智能故障诊断系统的相关技术
3.1 MATLAB结构和VC++语言的结构交互
作为一种可以面向对象概念的先进的设计语言, VC++语言的设计与程序人员研发软件的工作中的思维习惯相适应, 而且VC++语言的构成也与软件移植和维护比较适合。利用VC++语言能够极大地提升软件工程的质量。
作为一个具有完善功能的自包容和数据处理集成环境的程序设计, MATLAB在系统分析、科学运算、控制系统、数据处理等各个领域均得到了十分广泛的应用, 而且具有一系列的优势。在对MATLAB进行运用的时候能够将其功能充分地发挥出来, 并且可以对其内置函数和工具箱进行充分地利用, 并不用对外界的帮助进行借用就能够将各种复杂的工作完成。只需要较好的程序在这个环境中就可以将非常复杂的工作完成, 而且MATLAB具有一致性、较高的编程效率、可读性、易学、易用等一系列的优势, 与其他编程语言相比, MATLAB在编程领域具有更强的功能[3]。
虽然MATLAB具有非常强大的功能, 然而在具体的应用过程中仍然具有一系列的问题, 这些问题主要包括以下几个方面:首先, 较弱的调试功能;其次, 较低的执行效率:作为一种解释性语言, MATLAB具有较低的执行效率, 特别是在对循环语句进行执行的时候, 具有特别低的执行效率, 而在仿真解算的工作中必须要将高效率的执行代码设置出来;最后, 代码重用的问题。对MATLAB的运用在现阶段都是通过使用语言进行编写的, 因此有外部应用程序接口存在于两者之间, 这样才能够实现优势互补, 并且达到最优的运行效果。
3.2 配置编译器
设计人员要想在VC++语言中成功的编译MATLAB引擎程序, 就必须要将擎头文件engine.h包含进去, 并且还要将libmat.lib、libeng.lib的MATLAB对应库文件引入进去。也就是在将其中的一个设置打开之后, 还需要实施以下操作:首先, 要利用菜单选项将其中的设置属性页打开, 随后, 要在Directories页面中进入, 对其中的Include files进行选择, 并且添加“C:MATLABexterninclude”路径;其次, 对Library files进行选择, 并且添加“C:MATLABexternlibwin32microsoftmsvc60”的路径;最后, 要利用菜单选项将设置属性页打开, 随后在Link页面中进入, 并且开始编辑, 添加libmat.lib、libeng.lib文件名[4]。大量的实践经验表明, 在正式实施编辑的过程中能够对libmat.lib、libeng.lib文件名进行直接选择, 随后可以实施选项设置。在具体的设置工作中, 只需要针对其中的第一步和第二步进行一次设置, 而在第三步中则需要设置其中的每一个选项。
4 结语
在船舶发电系统中船舶发电机属于核心部件, 船舶发电机在科学技术不断发展的今天也变得越来越高端。在这种情况下, 智能故障诊断系统在船舶发电机中的应用也随之出现了一系列的变化。智能化故障诊断系统属于与社会科学发展趋势相适应的一种非常有效的措施, 在具体的应用过程中, 通过智能诊断系统能够更快地发现船舶发电机的故障, 并且采取有效的措施解决和处理故障, 防止出现人员伤亡和巨大的经济损失, 所以不断地完善船舶发电机智能故障诊断系统对于船舶事业的发展来说具有十分重要的作用。
参考文献
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[3]俞希学, 关磊, 陈晓波, 戴志伟.基于PCI-6624的船用发电机组动态转速测试系统设计[J].电气自动化, 2015 (06) .
矿山船舶发电机电网常见故障的处理 第5篇
1 常规电站电网失电后的故障处理
1.1 并车操作时发生电网跳电
发电机组因负载增大, 增加并联机组操作时, 发生电网跳电。此时首先检查原运行机组与待并机组的机、电状况, 若由于是并车操怍不当导致发电机主开关过流保护动作跳闸或逆功率保护动作跳闸。可复位过流继电器或复位逆功率继电器 (视具体发电机控制屏而定, 有些不需要) , 恢复正常后合上其中任一台机组的主开关。然后按功率大小及重要性逐级启动各类负荷, 待发电机组带上约50%以上负荷时再将另一台机组按并车条件进行并车操作。
1.2 运行机组因机械故障发生电网跳电
运行中的发电机机组因机械故障发生电网跳电时。首先应答警报、消声, 若报警装置指示滑油失压或机组超速等, 可启动备用机组, 待转速、滑油压力、电压正常后合闸供电, 之后按功率大小及重要性逐级启动各类负荷, 最后检修故障机组。
1.3 单机运行时启动大负荷或几乎同时启动几个较大负荷时发生电网跳电
单机运行时启动大负荷或几乎同时启动几个较大负荷时发生电网跳电。此时先应答警报、消声, 复位过流继电器 (视具体发电机控制屏而定, 有些不需要) , 然后合上发电机主开关, 再按功率大小及重要性逐级启动各类负荷投入运行, 之后启动备用发电机组, 待一切正常后按并车操作要求进行并联运行的操作, 并车完成后再启动大负荷投入运行。
1.4 运行机组因发电机内部短路或失压保护动作发生电网跳电
发电机内部短路或失压造成运行机组保护动作发生电网跳电时。因为常规电站大多无此报警功能, 若机组仍在运行但电压很低或没有电压, 说明是失压保护跳闸, 则应停这一台机组, 然后启动备用机组投入电网运行, 最后再检查故障机组的发电机调压器;若机组仍在运行且电压正常, 说明可能是短路保护跳闸, 则应检查主配电板汇流排是否短路, 排除短路故障后或确定主配电板没有发生短路故障时即可合闸供电。
1.5 燃油供给故障发生电网跳电
燃油供给故障, 主要是因为调速器失灵、断燃油等原因, 从而造成发生电网跳电。常规电站大多也没有这类监测报警功能, 主开关仍系失压保护跳闸。现象:伴随着转速下降而跳闸停机。故障处理时:检查系统然油供给系统, 确定系统无故障后启动备用发电机组投入电网运行, 然后检修故障机组的调速器及燃油供给系统。
2 对于具有自动电站管理系统的电网失电后的处理
2.1 非短路保护主开关跳闸
除了因短路保护导致发电机主开关跳闸断电, 需要人工手动处理外。对于其他各种机、电故障致主开关跳闸, 自动电站管理系统均能自动处理, 不需要值班轮机人员干涉, 值班人员仅需按照报警指示故障进行相应检查、排除处理即可。
2.2 电网突然失电除警报外所有设备均停止运行故障的处理
供电电网突然失电除警报外所有设备均停止运行。此时值班人员切忌启动机组、合闸供电, 首先应查看报警指示。警报必指示发电机短路, 控制系统自动切换至非自动状态。应答后至主配电板后面仔细检查汇流排是否发生短路, 找到短路点排除后或确定主配电板没有发生短路 (船舶电网短路保护的选择性整定不当) 才可按复位按钮, 系统即恢复至自动状态, 同时解除阻塞, 此时值班人员可遥控启动值班发电机组投入电网运行即可。
3 电网绝缘故障处理
3.1 电网绝缘系统分析
电网通常都是采用三相三线绝缘系统, 电力网中任何一点单相接地均属于不正常状态。虽然这种状态在短时间内不致出现问题, 但是未接地的两线对地已是线电压, 若再有一相接地, 则形成短路, 这是一种潜伏性的事故状态, 必须及时发现予以消除。船舶在主配电板照明配电屏上装设有电网绝缘检测装置, 常见的绝绿检测装置有“接地灯” (也称为“地气灯”) 、配电板式兆欧表、电网绝缘检测仪等几种类型。电网绝缘测量是在电网有电情况下进行的, 不能使用便携式兆欧表, 应当使用专用的配电板式兆欧表等。
3.2 配电板式兆欧表测量绝缘故障原理
配电板式兆欧表由测量机构 (表头) 和附加装置 (整流电源) 组成, 通过转换开关可分别测量3 80 V (4 40 V) 动力电网和2 2 0 V (110V) 照明电网绝缘电阻。如图1所示, 若测动力电网的C相绝缘电阻, 当电网绝缘下降时, 漏电流将增大, 漏电流经电源正极接线柱3一电网一绝缘电阻Rx一测量机构—接线柱4 (电源负极) , 漏电流愈大, 测量机构指针偏转愈大, 说明绝缘电阻越小。
3.3 电网绝缘故障处理的操作方法
当测量照明电网对地绝缘时, 将转换开关从0位打到220V位, 从附加装置正端流出的直流电流经转换开关到22 0V照明电网, 再经照明电网对地的绝缘电阻流到测量表头, 最后流回附加装置的负端。动力电网对地绝缘的测量同照明网络。电网对地绝缘电阻越低, 表头指针偏转就越大, 当一相接地时, 表头指针偏转最大, 指示绝缘电阻值为0 (如图1所示) 。
对于新投运的采用船舶发电机的电站, 各船级社规定:用于电力、电热和照明的绝缘配电系统, 不论是一次还是二次配电网络, 均应设有连续监测装置, 用以监测相对于船体的绝缘电阻, 且在绝缘电阻异常低时发出声、光信号。当对船体的绝缘电阻一旦下降至100Ω/V以下时必须触发报警装置。
4 结语
由于常规电站与自动电站继电保护系统的不同, 当电网突然断电时, 故障的处理方法也就有很大的不同。对于自动电站的跳电, 必须要确认是短路故障, 才需要人工手动处理。对于常规电站来说, 无论是电气还是机械等故障造成的电网停电, 均需要按照一定的步骤, 手动去处理。对于电网系统的绝缘状态, 应在线路中设置专用的配电板式兆欧表报警等监测装置, 以便随时监控电网的绝缘情况和处理异常状态。
参考文献
[1]阮礽忠.船舶电气设备维修技术[M].北京:机械工业出版社, 2013.
[2]张春来, 吴浩峻.船舶电气设备维修技术[M].大连:大连海运学院出版社, 2011.
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[4]黄伦坤等.船舶电站及其自动装置[M].大连:大连海运学院出版社, 1994.
船舶同步发电机 第6篇
关键词：大型船舶,发电机,短路故障,诊断方法
随着我国船舶事业的快速发展,大吨位、自动化船舶越来越多,大型船舶的运行对电力系统的电容量要求也相应的增加,所以发电机的单机电容量也在不断增长。在船舶发电机运行过程中,转子线圈的匝间短路故障占据了发电机故障的较大比例,但是由于这类故障不会对发电机造成明显的损害,所以容易被人所忽视。但是如果这种故障长期不能得到重视,不仅会缩短发电机的使用寿命,而且可能会因为转子线圈的两极接地而引发严重的安全事故。所以对于发电机的匝间短路故障应该给予足够的重视,并且采取有效的措施降低这种故障的发生几率。现阶段,我国大型船舶中对于转子线圈匝间短路故一般会采用继电保护的措施,但是在大型船舶中会受到很多因素的限制,无法达到预期的保护状态,所以会对船舶的运行造成一定的影响。
1大型船舶发电机短路故障的机理分析
1.1船舶发电机制造方面的原因
由于制造工艺存在质量缺陷而导致的发电机短路故障属于先天性原因,主要是因为质量控制不严。发电机转子顶端的绕组稳定性较差,并且在垫块松懈的情况下,由于发电机在运行的过程中会产生较高的温度而导致铁丝与铜丝出现移位从而发生短路。此外,在绕组操作中,因为工艺不规范,容易出现铜丝毛刺、表面不平整或者匝间垫片不合格等现象,从而导致短路现象的发生。
1.2船舶运行过程中发电机的故障原因
在大型船舶中,对电能的需求量较大,为了保证各项设备能够正常运转,发电机经常会长期处于高负荷运行状态下,由此会对电气系统以及机械设备本身产生极大的负荷。而在转子处于高速旋转状态时,绕组所承受的动力应力以及离心力较大会导致安全事故的发生。此外,在发电机运行的过程中,如果有异物进入转子绕组的通风口处,并且没有及时得到清理,也会导致短路故障的发生。
1.3匝间短路故障的机械特征
转子绕组匝间短路是发电机中主要的短路故障,这种短路故障对机械设备本身也会产生一定的影响。在匝间短路故障发生时,转子绕组的热损耗会产生一定的变化,根据接触电阻的不同,热损耗程度也不相同。而当故障点因为短路而导致能耗提升时,在局部位置就会产生较高的温度,由此会在转子中出现小范围的形变,不同程度的弯曲会提高震动频率。当励磁电流提高时,震动频率也会跟着提高。
1.4匝间短路故障的电磁特征
在正常运转情况下,机组可省去因开槽而造成的磁势的少量断开,而使得在空间分布中转子磁势近似于梯形。转子发生短路故障后,会使得局部的磁势出现亏损,因而发生短路的磁极上的磁势也会在局部出现亏损,降低了其平均值与峰值,从而使得转子绕组匝间短路过程中其磁势分别呈现出退磁形式,即在短路磁极主磁场上短路等效磁势的反作用力会作用在主磁场磁势中。转子绕组匝间发生短路故障会增大转子中的电流量,而会保持无功功率的大小,或降低无功功率值。
2转子线圈匝间短路故障诊断方法
对于转子线圈匝间短路故障的检测与诊断方法,有国际上的通用方法,但是下面主要对我国国内开创的方法进行分析。
2.1开口变压器法
转子安装于定子的膛外,在此基础上研发出了单开口变压器法,在绕组上通过滑环通入交流电,在转子槽齿上就能够产生交变磁通。与在线圈中存在短路时相比,不存在短路时线圈中的电源电压与所感应到的电势间的夹角是不一致的。电磁感应原理是双开口变压器法的理论基础,在转子本体线圈中,把两个开口变压器放在其相应槽齿上。在发生短路故障的情况下,槽内线圈短路电流与测量变压器产生的磁通共同起到了助磁作用,所以槽内无匝间的短路故障所需的时间会比感应电势要少。不论是双开口变压器还是单开口变压器都有一个共同的缺点,就是在运转状态下都做不到对故障的检查,只有在停机的时候,才可将转子取出,并进行检测。
2.2阻抗与功率损耗法
在发电机运转正常的情况下,其转子旋转会造成其槽内的线匝压向槽楔,这是在离心力作用下产生的变形,这样的变形既会使转子槽齿与槽楔接触过紧,提高了阻尼效应,同时降低了在槽内线匝的有效高度,而这些都打破了随着转速的提高,阻抗值减小的趋势。在匝间出现短路故障时,同样的机组,会因为阻抗值的突然改变而消耗更高的功率。
2.3交流阻抗法
一般现场都会采取交流阻抗的检测方法,这种检测方法比较灵敏,且具有实用和简捷的特点,无论是进行动态测量还是进行静态测量,都具有这样的优势,而当多种外部条件对交流阻抗法产生影响时,这种方法就会对测量条件产生排斥,体现出巨大的局限性。在对短路故障程度较轻微的匝间故障进行判定时,获取较为精确的论断是不太可能的,所以在进行匝间短路故障判定时,不能够将此方法作为主要方法来使用
2.4直流阻抗法
对转子电阻进行利用,在直流电状态下对发电机故障进行检查的方法成为直流阻抗法。与正常状态下测量到的阻抗相比,这种方法测量得到阻抗值明显较低。灵敏度低,是直流电阻法测量的主要缺陷,通常只有在有很多短路匝数时,才会使用这种方法,在这种情况下,直流电阻值的随直流电流的改变所产生的变化才较为明显,能够提供判断依据。
结束语
发电机作为大型船舶中的重要设备,其运行状态直接关系到船舶运行的安全性以及稳定性,随着船舶吨位的提升以及自动化技术的应用,对发电机的电容量也有更高的要求,发电机能够持续不间断的为船舶提供电能,是船舶中各项设备能够安全稳定运行的关键要素。而发电机在长期处于高负荷运行状态下时,由于制造质量存在缺陷,或者发电机本身的运行维护工作不到位,会导致转子绕组匝间短路故障的发生,长此以往,不仅会对发电机本身产生不良影响,同时还会威胁到船舶运行的安全性和可靠性。为了降低发电机短路故障的发生几率,应该不断的提升故障诊断技术,对短路故障进行防御,从而降低故障发生率,为发电机的安全高效运行创造有利的条件。
参考文献
[1]郝亮亮,孙宇光,邱阿瑞,王祥珩.大型水轮发电机励磁绕组匝间短路的稳态故障特征分析[J].电力系统自动化,2011,2,25.
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