15船舶电站的系泊试验.docx
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15船舶电站的系泊试验
课程名称：
舟召舶电工工艺
本次课标题：
船舶电站的系泊试验
授课班级
上课时间
周月曰第节
上课地占八、、
周月曰第节
周月曰第节
教学目的
1、发电机组报警试验
教学目标
能力（技能）目标
知识目标
1、柴油发电机组起动试验
2、安全报警装置试验
1、发电机组报警试验的方法
重占八、、难占八、、及解决方法
重点：
柴油发电机组起动试验
难点：
柴油发电机组起动试验
解决办法：
通过详细讲解，使冋学们基本掌握柴油发电机组起动试验的基本方法
参考资料
[1]刘宗德、陈定先编•船舶电站及自动化装置[M].北京：
科学技术文献出版社，
1992
[2]海军标准化办公室•舰船交接试验[M].北京：
国防工业出版社，1987
[3]高级船舶电工技能•哈尔滨：
哈尔滨船舶电工操作技能，2002
课题十五、船舶电站的系泊试验
步骤一、概述
船舶电站是由原动机、发电机、调压装置及配电板等组成，是船舶的主
要动力设备。
它通过配电板向船舶上所有电气设备提供足够的工作能源，以
保证船舶的正常航行和船上人员的日常生活用电。
为了保证船舶的连续航行，要求船舶电站能长时间地不间断工作，大型船舶一般都装有两台以上的
发电机组。
随着负载的增减，可以用一台发电机，也可以用两至三台发电机并联运行，所以每台发电机组的参数组合都要相互适应。
由于船用配电板都
安装在集控室内，直接控制发电机的运转，所以一般在进行柴油发电机组系泊试验的同时，还要进行配电板试验。
船舶电站承担着发电与配电的重要任务，船舶电站一但出现故障，将会
影响着船舶的安全航行。
因此，大中型船舶除要求设置主电站作为正常航行
时的供电外，还需设置应急电站，以备在非正常情况下，来代替主电站给重
要负载及主要照明提供应急供电，保证船舶仍能正常航行。
由于船舶电站工
作环境较差，而且工作负荷较重，因此，在进行船舶电站的配置与调试时，必须要了解船舶电站的系泊试验的相关内容。
随着船舶自动化程度的不断提高，船舶电站自动化也必然由单一的就地控制发展到综合的集中监控。
由于船舶自动电站的广泛应用给船舶的控制带来了很大的方便，也使船舶自动化等级由有人机舱发展为无人机舱。
船舶自动电站是现代船舶自动化程度不断完善的标志，是电子技术与精
密机械相结合的产物，是现代高科技在船舶建造中的应用。
自动电站是在一
般电站基础上增加了由计算机集中监控和自动安全保护的系统。
自动电站是
一套控制比较复杂、专业技术性强的系统，是船舶动力系统的重要组成部分。
自动电站系统的性能将反应船舶的自动化程度，因此船舶电站的系泊试验和
航海试验在船舶电气试验中就更加重要。
一、对船舶电站的总体要求
（1）船舶电站应满足船舶在各种状态下的用电量需要。
（2）每台发电机的最高负荷应为额定负荷的75~90%，要留有一定的储备容量。
（3）船舶电站发电机组的台数和容量的选择，要满足的条件为：
即使任一发电机组停止工作，也仍能保证船舶推进系统、船舶安全所必须的重要设备的正常运行。
（4）若要求发电机并联运行，则最好应选用同类型的发电机组，以保证其并联容易、运行稳定及互为备用。
（5）使用的发电机的台数要适当，一般为3~5台发电机。
（6）发电机组应有调频及调压装置，以保证供电的频率偏差及电压变
化率能满足《钢质海船入级与建造规范》（简称《规范》）的有关要求。
（7）要设置各种保护环节，以便能及时切断故障部分，保证船舶电站的继续运行。
（8）船舶上要设置应急电站，以应对紧急情况下的需要。
二、主配电系统的组成
船舶主配电板按其在船舶上所起的作用一般可分为发电机控制屏、并车
屏、负载屏和岸电屏四类，其应用说明如下。
（1）发电机控制屏：
每一台发电机一般均应有一个独立控制屏，以便对发电机进行控制、监视和调整。
但对于容量30kW以下的发电机，有时不设置独立的控制屏。
（2）并车屏：
发电机作并联运行时，主配电板一般设有一个并车屏。
（3）负载屏：
该屏上装有各种规格的自动空气断路器，经此可供电给较重要的负载，如舵机、锚机、货机等，还可供电给照明等小型电力系统。
大型配电板一般有几个负载屏。
（4）岸电屏：
在大型船舶中，因引入岸电容量较大，故其开关设备较大，并装有监测仪表、相序指示灯、逆序保护等环节，为此一般设置一个岸电屏。
三、自动电站的构成
船舶自动电站一般由发电机组（包括原动机和发电机及控制设备）、主
配电板（包括组合屏自动电站管理报警监控等）、应急发电机系统组成。
四、船舶电站系泊试验的主要内容
从总体上来说，船舶电站的系泊试验主要包括发电机组的调试及主配电板（应急配电板）调试两大部分。
结合自动电站的试验要求，在具体系泊试验过程中，主要有以下几个方面。
（1）柴油发电机组起动及报警装置试验：
检验柴油发电机组的起动性能及滑油、冷却水的高压、低压和高温、低温等的报警。
（2）主配电板保护装置试验：
检验整个继电保护装置动作的正确性。
（3）柴油发电机组负荷试验：
检验柴油发电机组由轻载到满载时的负载特性。
（4）柴油发电机特性试验：
检验每台发电机电压调整率的变化持性。
（5）对电气网络的各种电气参数和机械动力信号自动监测、记录、显示，且具有逻辑判断功能，从而控制发电机组的运行状态。
（6）发电机组的自动起动试验。
（7）发电机组自动接入电网试验。
将发电机接到主配电板的汇流排上，在汇流排不带电状态下进行。
（8）发电机并联运行与配电板联锁试验。
发电机组能自动并车，保证
发电机组处于最佳运行状态，各台机组既能作为单机运行，又能进行并联运
行及负荷的稳定转移；保证联锁装置上的电气线路控制的正确性和机械装置动作的可靠性
（9）发电机组自动调整电压，在并联运行时自动调整机组间无功功率分配。
（10）发电机组自动调整频率，而且在并联运行时自动调整各机组间有功功率分配。
（11）自动分级卸载试验。
自动分级卸载是指电站超负荷时自动卸除一
些非重要负载，可以实现多次卸载以适应不同程度的过载条件，保证对重要
负载的连续供电。
（12）负载自动分级起动试验。
负载自动分级起动有两种含义：
一是指电网从断电状态恢复供电时，为限制过大的起动冲击电流，自动分级起动重要负载；二是指在保证不引起发电机组重新过载的前提下，自动分级卸载后被卸去的负载再次投人运行。
（13）电气及机械故障时自动保护试验。
（14）发电机组自动解列试验。
发电机组并联运行且轻载状态下按确定顺序使运行机组逐台退出电网，直到其余运行机组脱离轻载状态为止。
（15）发电机组自动停机试验。
发电机组的原动机的停机，分正常停机处理和紧急停机处理两种。
（16）主电站与应急电站供电的自动转换试验。
（17）模拟试验。
自动电站具备模拟试验功能，可以用模拟方式检测自动电站的各项功能。
（18）重载询问试验。
重载询问是指在起动大容量用电设备（一般指大
于发电机单机额定功率15%的负载）之前，自动检查电站中正在运行的发电机组是否能满足它的用电及起动要求。
若负荷能满足要求则允许大负载立
即起动，否则应先起动一台备用发电机使之并网后再允许它起动。
（19）自动无功补偿试验。
自动无功补偿是指通过控制投/切电容器组，使负载的功率因数保持在较高的状态。
五、船舶电站绝缘电阻的测量
任何电气设备在通电以前，都要进行绝缘电阻的测量，这是人身安全和设备安全的根本保证，也是试验过程中的必检项目。
绝缘电阻分为冷态绝缘
电阻和热态绝缘电阻。
冷态绝缘电阻是指试验前设备的绝缘电阻，此时设备
处于静态，用于检验设备安装情况。
热态绝缘电阻是指设运行一定时间，并
达到稳定温升后的绝缘电阻，此时设备处于工作状态，即处于动态和热态情
况下，用于检验设备绝缘材料的绝缘性能变化情况。
步骤二、柴油发电机组起动及报警装置试验
1.柴油发电机组起动试验
1试验内容和要求
柴油发电机组的起动，是用船上的压缩空气或蓄电池等起动设备来进行的。
试验时，通过柴油机的冷态起动，来检验其起动灵活性、起动时间及起动次数。
（1）用压缩空气起动的柴油机：
试验前将一只副空气瓶充气至额定工
作压力，在中途不补充气的情况下对冷态柴油机开始进行起动试验，当柴油
机起动至柴油燃烧后立即停车，然后再次起动。
试验时应记录每次起动前、后的空气瓶压力及最低起动压力。
起动次数不少于6次。
（2）用蓄电池起动的柴油机：
试验前将蓄电池组（二组）充足电源，
在中途不补充电的情况下对冷态柴油机开始进行起动试验，当柴油机起动至
柴油燃烧后立即停车，然后再次起动。
试验时应记录蓄电池起动柴油机的次数。
起动次数不少于10次。
（3）自动起动的应急柴油发电机，应作主发电机停电状态下的自动起
动试验。
试验时，记录从主电源切断到应急发电机自动起动运行所需要的时间。
对于应急柴油发电机，要求在0C以下的环境状态下具有冷态起动的能
力。
试验时气温条件一般较难满足，可以选择环境温度较低的条件下进行试
验。
（4）对于自动起动的应急发电机组，每台机组应能具有连续3次起动的能源。
此外，还应具有第二能源，在30分钟内能起动3次（除非柴油机能用手工起动）。
在试验时，起动的次数应不小于上述规定。
2.试验记录
柴油发电机起动试验须记录起动前后副空气瓶压力、起动次数及最低起
动压力。
用蓄电池组起动的柴油机则要记录起动次数。
二•安全报警装置试验
柴油机一般设有滑油低压、冷却水低压、冷却水高温及滑油滤器压差过
大等安全保护装置。
当其参数达到报警设定值时进行声光报警，达到极限值
时柴油机组应停车。
1试验内容和要求
（1）冷却水低压、高温的声光报警装置可采用摸拟方法进行试验。
将低压和高温报警传感器从机上拆下分别接至手动油泵和电加热的液体容器
中，分别进行降压或加温操作，观察相应报警器的动作情况，当达到其设定
值时，安全报警装置应立即发出声光报警信号。
（2）滑油低压采用摸拟方法试验。
将滑油传感器从机上拆下接至手动油泵，使滑油压力达正常值，然后起动柴油机，并用手动泵控制滑油压力，
当滑油压力降低到报警压力时，应发出声光报警信号，如继续降低到低压停
车压力时，柴油机应能自动停车。
（3）冷却水高温停车装置采用摸拟方法试验。
用电通过水加热温度传感器，加热前起动柴油机，当传感器达到报警温度时，应发出声光报警信号，如温度继续上升至高温停车的温度时，柴油应能自动停车。
对于额定功率大于220kW柴油发电机组，应进行超速保护装置试验。
在柴油机空载运转情况下，将柴油机转速从额定转速向上加速，当超过额定
转速的15%时应能自动停车。
2.试验记录
试验时应对每一压力、温度安全报警测点做好报警及停车记录。
步骤三、主配电板保护装置试验
主配电板保护装置是指安装在主配电板上用来控制主开关的装置。
在正
常情况下，发电机的电能是通过配电板上的三相主开关的闭合来送至配电板的汇流排的。
当电力系统出现负载加重或短路等不正常的情况时，保护装置
立即开始动作，断开主开关，以避免发电机超负荷运行。
主开关一般采用的
是自动空气断路器。
为了保证柴油发电机组的负荷试验正常进行，我们首先
要做好主配电板保护装置的试验。
、试验内容和要求
保护装置一般由互感器控制电路、运算电路和延时继电器组成。
当不正
常的信号出现时，通过互感器产生的一个信号，经运算电路分析比较送到不
同的延时继电器，控制保护装置的动作。
试验的内容是检验整个保护装置动作的正确性。
（1）过载保护。
将保护装置整定在发电机额定电流的125〜135%，延时继电器调整在15〜30秒，当电流超过整定值时，保护装置开始动作。
（2）失压保护。
可利用空气断路器的低压脱扣线圈来完成。
若发电机
不能发电，则空气断路器便不能合闸；当电压降至额定电压的70%〜85%
时，应经系统选择性保护要求延时后，方能动作，一般整定在80%〜70%
之内。
对于低于70%额定电压时作失压处理，瞬时动作的延时特性应与短路保护的延时特性相协调，具体要求可以按照发电机技术条件决定。
（3）逆功率保护。
发电机是否出现逆功率由逆功率继电器检测。
整定
值一般按照发电机额定功率的8〜15%整定，延时时间调整在3〜10s,当逆
功率超过整定值并持续时间较长时，保护装置开始动作。
（4）优先自动卸载。
这是利用空气断路器的长延时继电器的动作特性
来完成的。
整定值为发电机额定功率的100〜110%，延时时间一般整定在
10s，当发电机过载时，线圈开始动作，利用自动卸载或分级卸载来保护发
电机，使之能正常工作。
（5）短路保护。
它是利用过电流脱扣器的瞬时动作来实现发电机的短
路保护。
始动值为发电机额定电流的200〜250%。
由于动作时间太短，通
常采用模拟的方法，时间一般为0.12〜0.43s。
、试验方法和记录
目前多使用的电子控制保护装置，可不必通过发电机运行来校验其保护
功能，而是采用模拟试验法，即根据所使用的空气断路器所给出的参数，输
入一个与故障信号相仿的电气量，使保护装置动作，以检验整定时间的正确
性。
例如：
如图5-2所示电路，可用于进行模拟动作测试。
当电流大于电子脱扣器ET的整定值时，控制开关S2动作，秒表记录下从S2合上至其脱扣断开的动作时间。
而“DCE-1型OOR测试仪”就是根据这个原理进行设计的，可用于本项试验，使用起来较为方便。
试验结束后，将所记录的数据填入表内，以供船东使用时参考。
步骤四、柴油发电机组负荷试验
系泊试验时，应对柴油发电机组进行满负荷性能试验。
为了能达到发电机负荷，常采用电阻箱或负荷缸等装置来检验柴油发电机的性能。
此方法同样适用于应急发电机组试验。
、运转试验
1试验内容
柴油发电机组试验时，应对每台柴油发电机组进行单机运转试验。
试验
时，须检验全负荷状态下柴油机的各缸热工参数（排气温度及爆炸压力）和
各油、水系统压力及温度是否在规定范围内。
柴油机在100%负荷运转时，
应平稳，无异常发热。
2•试验负载的准备
2.1直流发电机接线原理
将试验用的电缆从主配电板发电机母排汇流排处拉放至负荷缸处。
为便于在负荷缸处监视负载电流的大小，可接上相应大小的分流器和电流表，如图5-3所示。
调节极板在水中的位置，即可调节负载电流。
试验时为了保证负载电流的稳定,
可对负荷缸中的水进行循环控制，使
水的溢出和补充达到平衡状态，从而保证了负荷缸中的水温及负荷缸电阻值的基本不变。
2.2交流发电机接线原理
一般将饱和电抗器与负荷缸并联连接，流的大小，可控制铁芯磁路的饱和程度，改变了功率因数的大小。
电抗器中的电流图如图5-4所示。
控制饱和电抗器中直流绕组中电从而改变了交流绕组的电抗值，即
Il越大，功率因数越低。
其接线
三相交流电
整流器
负荷缸
电流调整
图5-4电抗器负载接线原理
2.3试验负荷容量的选择
（1）负荷缸的选择：
发电机在负载试验时，应保证水电阻箱最大可承受功率不小于最大试验负荷所需要的功率。
（2）饱和电抗器的选择：
应能保证可调饱和电抗器与负荷缸并联后所能提供的无功电流的变化区间应不小于试验所需要的无功电流的变化区间。
3.试验要求
（1）柴油发电机组运转试验的时间按系泊试验大纲规定进行，若不明确时可参照GB3471的规定进行试验。
试验可按下表5-3，表5-4进行。
（2）发电机组全负荷试验时柴油机热工参数的调整要求：
各缸参数应
调整均匀，要求压缩压力差不大于2.5%（由造机厂保证，仅根据造机厂出
厂试验报告，船厂可不测），爆炸压力差不大于土4%,排气温度差不大于土5%。
除上述各缸调整均匀外，还须检验这些参数值是否超过规定值，即排气温度不能超过极限值，气缸爆炸压力不能超过规定值。
表5-3主发电机运转试验时间
工况序号
发电机负荷（%）
试验时间（h）
1
25
0.25
2
50
0.25
3
75
0.50
4
100
2
5
110
0.50
表5-4应急发电机运转试验时间
工况序号
应急发电机负荷（%）
试验时间（h）
1
50
0.25
2
75
0.25
3
100
1
（3）发电机运转时，检查柴油发电机组附属系统的工作参数是否在正常的工作压力及温度范围内，并观察安全报警装置的协调性。
（4）发电机组工作状态应平稳，各活动部件无过热现象。
（5）测量曲轴的热态曲臂距，其差值应在柴油机说明书的规定范围内
（一般在万分之一活塞行程内为合格）。
4.试验方法
（1）发电机组各种工况试验：
由低负荷逐步增加负荷，在各负荷状态
时测量发电机组各运行参数，对所有仪表上的指示值，按规定的时间间隔做
好记录，并记录发电机组各负荷（包括全负荷超负荷）的试验状态。
同时，
检验发电机组运转是否平稳，有无异常响声。
试验时，除爆炸压力表外，一般米用设备上的仪表。
（2）负荷试验结束后应立即停车，打开柴油机曲柄箱两侧的门盖，用点温计测量各缸连杆轴承的温度，并测量热态时的曲臂距。
5.试验记录
试验完成后，进行发电机组的柴油机热态轴承温度记录和发电机组的柴油机试验记录。
•调速器灵敏度试验
由于船上的电气设备，特别是大功率电气设备的起动及停止运转，会对
发电机的转速产生影响，导致电网电压的波动，因此须对柴油机调速器灵敏度进行试验。
1试验前应具备的条件
柴油机调速器灵敏度试验应在发电机全负荷试验结束之后随之进行，试
验前应预先调整好发电机的分阶段负载，以便按阶段加负载时使用。
2.试验内容
柴油发电机负荷突然变化时，柴油机的转速将随之而发生变动，此时，调速器应能在规定时间内将转速控制在规定范围内，并能稳定地运转。
调速
器灵敏度试验的步骤为：
（1）在100%负荷运转时突然将负荷全部卸掉，然后检查转速波动范围、稳定时间和稳定后的转速。
（2）在空负荷状态下进行突加负荷试验，先突加50%负荷，稳定后再加余下的50%负荷，检查转速的波动范围、稳定时间和稳定后的转速是否符合要求。
柴油机调速器灵敏度检验应与发电机的其他电气项目试验同时进行。
方
法是在柴油发电机组100%负载运行时，突然将发电机负载全部卸掉（此时柴油机瞬间转速即升高），按动秒表，观察柴油机转速瞬时上下波动值；当转速稳定到另一个转速时（即转速恢复到波动率为土1%范围）即按停秒表，记录稳定时间。
试验时，记录试验前后的转速与试验过程中的瞬时转速，将
试验数据代入上述计算公式，即可得出瞬时调速率与稳定调速率，试验结果
应符合要求。
而柴油机调速器突加负载试验也同上进行，再计算出瞬时调速率与稳定
调速率，试验结果应符合要求。
对于船上配备的应急发电机组，其柴油机调速器灵敏度试验，仅做一次
突加额定负荷的试验。
5.试验记录
柴油机调速器灵敏度试验时，须将全负载突卸、突加状态下的柴油机转速稳定时间、试验前后的瞬时转速、稳定时转速等作好记录。
试验记录参见表5-5所示。
步骤五、柴油发电机特性试验
柴油发电机特性是指每一台发电机所具有的不同的电压调整率的变化的持性。
这种持性具有两种形式，即所谓稳态调压持性和瞬态调压持性。
稳
定调压持性是在功率因数额定情况下，柴油发电机的负荷从0〜100%之间
变化的持性；瞬态调压持性是在功率因数额定情况下，因柴油发电机的负荷
突加或突卸而使电压发生变化的瞬间的持性。
由于每台柴油发电机电压调整
率的变化与柴油机和调速器的性能有密切的关系，所以做本项持性试验，主
要是为船东提供一个较为详细的参考数据。
一、试验前应具备的条件和技术要求
在做柴油发电机持性试验前，应具备下列条件：
（1）柴油发电机组本身所具有的保护功能试验已完成，并具有安全、可靠的性能。
例如：
滑油低压停车、冷却水高温停车和超速停车等。
（2）柴油发电机组负荷试验完毕，各种参数已按技术要求调整，运转正常，能确保柴油机发电机组特性试验的正常进行。
（3）用于柴油发电机组特性试验的负载处于正常控制、使用状态。
一般可以采用水电阻、电阻箱及电抗器。
根据中国船级社对发电机电压调整率的规定，要求柴油发电机的稳态电
压调整率应不超过柴油发电机额定电压的土2.5%;应急发电机的电压调整
率应不超过土3.5%。
当柴油发电机负载突加或者突卸时，电压恢复到与最后稳定值相差3%以内所需要的稳定时间，应不超过1.5s。
、特性试验的要求和记录
当进行发电机特性试验时，首先将柴油机转速调整到额定转速，在柴油
发电机的负载和功率因数调整到额定值后，就可以进行稳态调压特性试验。
在试验负载按下列程序1007550%t25%t50%t75%^100%变
化时，记录柴油发电机各种负载工况下的功率、电流、电压、功率因数和频率值。
在各种负载工况下都应该使功率因数在额定值范围内。
为保证记录准
确，上述变化应反复做两次。
柴油发电机稳态电压调整率计算公式为
△U%=—Un100%
Un
式中：
U-柴油发电机各种负载工况下的稳态电压值中的最高或最低电压值;Un-柴油发电机额定电压值。
在完成稳态调压试验后，如柴油发电机无异常现象，就可以进行瞬态调压特性试验，其试验工况与前相同。
可在发电机组空负荷状态下突加50%
额定负荷，稳定后再加上余下的50%负荷，测量转速变化情况和稳定时间。
在缺少有关突变负载最大值的确切数据的情况下，具体的方法如下所述。
（1）柴油发电机的负载为空载，转速为额定转速，电压接近或者为额
定值的工况下，突加60%的额定负载及其功率因数不超过0.4（滞后）的对
称负载，记录柴油发电机电压变化以前稳定值、瞬时电压变化最大值、最后
电压稳定值以及稳定时间。
（2）再突加40%的额定负载及其功率因数不超过0.4（滞后）的对称负载，同样记录电压变化以前稳定值，瞬时电压变化最大值、最后电压稳定值以及稳定时间。
（3）柴油发电机负载在100%额定负载工况下突卸到0，记录的内容如前所述。
上述试验也可以同柴油机调速器特性试验一起进行。
当电压下跌时，其
瞬态电压值应不低于额定电压的85%;当电压上升时，其瞬态电压值应不
超过额定电压的120%。
柴油发电机瞬态电压调整率计算公式
UU'
△U%=100%
Un
式中：
U'-为柴油发电机瞬时电压变化最大值；U-为柴油发电机电压变化
以前的稳定值；Un-为柴油发电机额定电压值。
试验结束后，将试验数据进行整理记录。
步骤六、发电机并联运行与配电板联锁试验
一、柴油机发电机并联运行试验
船舶在正常营运一些特定时间内，使用的辅助动力设备比较多，例如进
出港期间等。
此时，一台发电机所承受的负载往往会接近或者超过发电机额定负载。
在这种情况下，就需要用两台发电机同时工作。
同样，在船舶长时间的航行过程中，发电机为轮流工作而作转换时，不可能停下来转换，也需
要通过并联运行，将一台发电机的负载转移到另一台发电机。
所以，当船上
装有两台以上
升级会员 