课程设计成果说明书题目：船舶岸电自动并车装置的设计学生姓名：向得智学号：130407132学院：船舶与海洋工程学院班级：A13船电指导教师：单海校浙江海洋学院教务处2016年 06月 19 日浙江海洋学院船舶与海洋工程学院《课程设计》成绩评定表2015—2016学年第二学期浙江海洋学院《课程设计》任务书学院船舶与海洋学院班级 A13船电专业船舶电子电气工程目录船舶岸电自动并车装置的设计摘要：随着科学技术的日新月异，舰船修造技术也日趋成熟。

现如今，海运在全球运输系统中起着不可或缺的重要作用，港口已经成为区域经济和国民经济社会发展的重要战略资源。

与此同时，经济高速发展中的中国与世界各国的航运贸易大规模正不断扩大，越来越多的远洋船舶到访我国各大港口。

特别是随着经济全球化以及造船技术的飞速发展，大吨位船舶数量急剧增加，由船舶造成的海洋环境污染日趋严重。

船舶多靠燃烧燃油，燃气等进行发电，回向环境中排放大量的二氧化碳以及氮氧化物等，对环境造成污染。

在船舶靠港期间，原动机的发动更是对港口的造成除环境污染外的噪声污染。

相对于船舶上辅机发电供电，船舶在靠港期间接用港口岸电电源进行供电，在对于燃烧燃油所带来的污染物排放控制、噪声减少、能源节约等方面优势明显，且具有良好的社会效益和经济效益。

本文从各个方面比较了低压岸电电源电源和高压岸电电源的优缺点，分析了船舶岸电自动并车装置的主要技术，着重对靠港船舶如何更好跟方便的使用岸电进行了讨论。

对靠港船舶接岸电技术进一步探索，对于保护海洋环境、促进节能减排和港口可持续发展具有重要深远的意义。

关键词：船舶；岸电电源；并车装置；自动一、设计任务及要求1.1设计任务搜集大量文献资料，理解船舶岸电自动并车装置原理并根据原理确定总体设计方案。

然后进一步确定船舶岸电自动并车装置的硬件以及软件的设计方案。

1.2设计要求自动并车装置应具有以下功能：(1)检测待并发电机电压与运行发电机的电压差、频率差和相位差，当任一条件不符合时，实现闭锁，不允许发送合闸指令。

(2)检测待并发电机与运行发电机电压的频率差，根据频差的大小和方向自动的对待并发电机组发出调频信号，使待并发电机组频率与运行发电机频率接近，减小频差，创造合闸条件。

二、设计过程2.1自动同步并车原理2.1.1同步并网的过程及原理岸电电源与船舶的连接操作有两个部分：当船舶进港时，船舶需要连接港口岸电电源；当船舶离港时，船舶需要断开岸电电源，使用船舶自身的发电机电力。

2.1.2同步并网过程船舶使用岸电的全部操作过程如下：（1）船舶靠港之后，确保船舶和岸电电源的电缆接地线接地正常，消除船舶与岸电电源之间的静电电势差；（2）连接船舶与岸电电源之间的电力传输电缆和信号控制电缆；（3）确认岸电与船电之间的连接插头被正确的连接好，并开始输送电力；（4）船舶辅机与岸电电源进行并网同步；（5）当岸电与船电并网同步完成，岸电连接断路器合闸之后，船舶发电机卸掉负载，关闭发电机；（6）船舶使用岸电电源的过程中，监控系统监视整个电路中的任何故障，例如接地故障、短路等；（7）当船舶要离港时，打开辅机引擎，调节船舶发电机使其与岸电电源并网同步；（8）当负载从岸电电源转移到船舶发电机后，切断岸电电源。

并保证岸电电源的接地系统正常接地，以确保安全；（9）断开岸电电源的连接电缆和控制电缆，船舶准备离港。

2.1.3同步并网分类现代的船舶基本上均采用了交流船舶电站，且由于船舶本身对电站的大功率、可靠性和连续运行的要求，一般的船舶电站均安装两台或者两台以上的发电机组本小节从船舶电站的角度分析并网的分类，即发电机组之间或者发电机与船舶电网间同步并网。

同步并网可以分成两类：自同期并网法和准同期法。

自同期并网是指将在没有加励磁的情况下把待并网发电机的转速升至发电机机组的同步转速，然后把待并网发电机并入系统，随即供给励磁电流，依靠机组之间的自整步作用将待并网发电机拉入同步。

自同期并网法的优点是合间迅速、操作简单。

自同期一般只需要几分钟既可以完成同步，在系统紧急需要额外功率的情况下，有利于系统的快速稳定。

由于在没有励磁的情况下不需要考虑准同期并网的一些条件，易于实现自动化。

但是采用自动同期并网的方法也有较大的危害，在合闸的瞬间发电机的定子能够吸收大量的无功功率，从而使整个系统在合闹时候电压大幅降低。

准同期并网法在发电机与电网的并网中运用广泛。

准同期方式并网是当待并网发电机组完全符合并网条件后，把发电机与电网同歩并车。

采用这种方式的所产生的冲击电流下，对电网和发电机组均不会产生较大的危害，同时对用电设备也不产生大的冲击。

准同期并网的操作方法是：在待并网的发电机组与电网并网之前，调节发电机转速，使其产生的电压频率与电网同步；调节发电机励磁电流，使发电机产生的电压与电网电压同歩。

在保证频率差和电压差的条件下，寻找两者零相角差时刻把发电机组并网到电网上，此时并网瞬间产生的冲击电流处于可控范围内。

准同期并网法的并网装置又可以分成自动准同期装置和手动准同期装置。

在并网过程中，自动准同期装置监测电压差、频率差信号，并捕捉相角差为的合闹时刻，在合间时刻到来之前的合适时间发出合闹信号。

当频率差、电压差不满足要求时，自动准同期装置能够自动发出控制信号调节待并网发电机。

如果频率差不满足要求，则发出加速或者减速信号，调节发电机原动机的转速。

如果电压差不满足要求，自动并车装置控制发电机的励磁调整装置，使发电机升压或者降压。

手动同期装置主要依靠操作人员，操作人员通过监视电压表、频率表以及整步表，结合自己的操作经验判断零相角的合闹时刻，并提前预先合上断路器。

2.1.4并联运行的条件岸电并网是船舶发电机与岸电电源之间的同期并联，其并联的首要条件之一就是相序一致。

在相序一致的条件下，准同期并列的电压相量分析如下图所示。

图 准同期方式下电压相图 （a ）电路示意图 (b)相量图根据上图可以看出发电机与岸电电源的电压相量差为;)sin()sin(G G Gm s s sm d t U t U U φωφω+-+=从图及公式可知，瞬时电压差主要取决于合闸时船电与岸电之间的瞬时电压差、频率差以及相角差，从而可以得到理想情况下准同期并联操作实现船电与岸电电源准同步方式必须满足以下四个条件：（1）待并网的船舶发电机的电力的相序必须与岸电电源的相序保持一致； （2）待并网的船舶发电机的电压与岸电电源的电压幅值相等； （3）待并网的船舶发电机的频率与岸电电源的频率相等； （4）待并网的船舶发电机的相角与岸电电源的相角一致。

在实际的同步并车操作过程中，船舶发电机的相序可以保证与岸电电源完全一致，其余的三个条件电压差、频率差和相角差应小于某一个设定值，从而使合闹冲击电流处于系统可以承受的范围。

2.1.5并联运行分析同歩并网避免了在合闸的过程中产生巨大的冲击电流，对电网、发电机以 及船上的用电设备具有重要意义，能够保持系统的稳定运行。

下面对准同步并 网方式岸电电源并网条件进行分析：（1）假设船电和岸电的频率、相位均相等的情况下，船电和岸电的电压幅值不相等。

如图所示船舶使用岸电时的电路等效图，此时船舶使用发电机所产生的电力，断路器QF1导通，QF2断开。

在断路器QF2两端的电压幅值不相等时，即G U 与S U 不相等，此时如果进行强行并车，断路器QF2合闹的瞬间必然后产生一个电压差d U 。

公式可以简化为：)sin()(S S Gm Sm d t U U U φω+-=假设发电机的绕组暂态电抗d X ，线路的电抗为l X ，岸电电源系统的等值阻 抗为s X ，且假设S U >G U ，则其产生的冲击电流的有效值ip I 为：sl d GS ip X X X U U I ++-=（2）假设船电和岸电的电压幅值、频率相等，相位不等。

在合闹的瞬间，船电和岸电之间存在一个相角差φ，此时电压相量图为：图 相角不相等时的电压相图当相角差不为0时，公式进行简化后可以得到：)22cos()22sin(2SGSGSGSGGMdttUUφφωωφφωω+++-+-=上式可以简化为：)2sin()22cos(2φφφωω∆+++=SGSGGMdtUU则此时的冲击电流为：)2sin(2φ∆++=sldGMip XXXUI（3）假设船舶和岸电的电压相等，初始相角一样，频率不相等。

图频率不相等时的电压相图在此时，公式根据条件可化简为：)2sin()2cos(2ttUU dGSGGMdωφωω++=船电和岸电之间电势相量存在相对运动，其大小随着时间变化而变化，会形成脉动电压，脉动电压的赋值即为。

当存在频率差时，合间瞬间会造成能量的传递，使船舶发电机进入同歩运行之前进入一个抖动暂态，频率差过大会直接造成失步。

通过上述分析，理论上岸电电源与船舶电源同步应该使双方的相序、电压、相位、频率严格相等。

但是在实际的并车操作过程中，相序必须保持一致；岸电与船电电压差一般要求不大于±5%±10%；频率差一般要求不大于±0.2~±0.5；相角差一般小于±10°。

2.1.6并联运行并网点的捕捉(1)信号的采样方法和分析:根据同期并车的条件，并车合闸之前需要判断合间条件，自动并车装置需要准确的获取船电和岸电的电压、频率差、相位差等信号。

信号的采样精度直接影响同期并车时所产生的冲击电流的大小，如果采样获取的信号误差较大，可能会造成并车的失败。

获取这些信号的方式一般有直接法和间接法。

直接法即采用直接的测频、测压、测相位差的硬件电路，把所采集到的信息送往系统。

间接法是通过一定的技术手段获取船电和岸电的相关电压曲线信号，通过软件的方式从实际的电压信号中计算出所需要的参数。

直接法由于采用的专门的硬件电路，其测算速度快，实现容易，但是为了保证其准确性，必须额外采用抗干扰电路。

间接法采用软件的方式，对于所获取的电压信号中的干扰信号或者高频信号可以直接采用软件方式进行改善，只要能够保证采样过程中的准确性，间接法测算出的各项参数准确性较高，但速度相对较慢。

现代电子技术的发展，专用的数字处理器速度已经很高，所以采用间接测量的方式已经能够保证其测算速度。

间接法通过采样电路获取船电和岸电的电压信号送往中处理，根据其获取电压信号的方式不同，可以分为直流测量法和交流测量法。

(2)相位角计算和恒定超前时间的获取并网操作的过程中，在相序、电压差和频率差均满足并车的条件下，岸电和船电的相角相等时刻就是并车合闸的时刻。

船舶电源与岸电电源的并车过程中，岸电电源和船舶电源的频率差很难为。

在实际的工程运用中，如果发现岸电和船电同频率，首先就需要打破同频，在同频的条件下，船电和岸电不会出现相角相等时刻。

恒定超前时间的获取釆用测量时间差的方法来获得恒定超前时间，这种方法就是把待并发电机和电网的正弦波电压变换成方波，然后测量电网和待并发电机电压方波上升沿的时间差，以此来获得恒定超前时间的。