船舶模擬電站實訓案例分析

李家淦 王明雨＊ 趙恩蕊 苑仁民 于光宇

（山東交通學院 船舶與輪機工程學院，山東 威海264200）

在《STCW78/95》公約中規定海事方向輪機工程專業、船舶電子電氣工程專業在校生及社會船員晉升必須要經過船舶輪機模擬器的培訓，其中船舶模擬電站是輪機模擬器的核心內容之一，以其高效、安全、成本低等特點，已經成為航海專業教育與培訓的重要平臺和教育手段[1-6]。為更好的服務航運事業、培養更加優秀的船員，本中以山東交通學院船舶與輪機工程學院船舶模擬電站為探討平臺，介紹了模擬電站并車操作方法及并車過程中可能發生的故障，并以并車過程中可能出現的故障為案例，提出了相應的解決方法，進而促進學生的實訓和學習。

1 船舶模擬電站發電機并車介紹

船舶電站隨著船舶航行狀態的不同，其對應輸出功率、用電量相差很大，現代船舶電站一般都配有二臺或多臺發電機組；當船舶電網負荷較低、承載較小時，船舶電網由單臺發電機組供電；當船舶電網負荷增加、承載較大時，需要起動兩臺或多臺同步發電機組并網供電，從而不僅能保證船舶電網電壓和頻率的穩定，同時還提高了船舶電網供電的質量[7-12]。因此，在船舶電站控制系統中，同步發電機組的并車操作是輪機員、電子電氣員培訓的重點。

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測裝置輔助船員并車操作，山東交通學院船舶與輪機工程學院船舶模擬電站以船舶常用的同步表作為并車監測裝置，這種裝置操作簡單、易于掌握，以下將對船舶模擬電站并車方法和并車常見故障做簡單探討。

2 船舶模擬電站的并車條件及操作方法

2.1 船舶同步發電機組并車條件

同步發電機組并車操作必須具備以下（準同步并車）條件[13-14]：

（1）兩臺發電機組的相序要一致（船舶在建造時已確定發電機組相序，默認并車時相序一致）；

（2）兩臺發電機組之間電壓差≤10%UN；

（3）兩臺發電機組電壓的相位差≤15°；

（4）兩臺發電機組的頻差≤0.5Hz。

圖1 為船舶配電裝置，培訓學員練習并車操作過程如下：首先啟動一臺發電機，待調整電壓、頻率至額定參數后，閉合主開關把電源送至匯流排，然后增加電網負荷達到單機容量的75-80%時啟動另一臺待并發電機組，調節待并發電機組的參數，當滿足準同步并車條件下合閘并車。

圖1 船舶配電裝置

2.2 手動并車操作

發電機組并車操作有三種模式（手動、自動、半自動），在此我們主要培養學員手動并車操作方式。所以首先選擇手動并車模式，然后將待并車選擇開關置于需要并車的機組，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節的設備是待并機的油門，當待并機的頻率接近額定頻率時，發電機調壓器使得電壓參數達到額定值，通過電壓表和頻率表進行判斷電壓和頻率是否滿足電壓差≤10%UN、頻差≤0.5Hz，當電壓和頻率滿足條件后，我們選擇同步表進行相位差檢測；若相位差不滿足并車條件時，調節待并發電機的油門旋鈕（改變頻率）讓其旋轉指示燈向FAST 順時針方向旋轉，旋轉頻率要求小于0.25Hz（即旋轉一周大于4s），當旋轉指示燈轉到同步表11 點方向（相位差滿足條件）時，果斷按下合閘按鈕，實現待并機組并車運行。

圖2 手動并車用同步表

3 船舶模擬電站并車失敗分析及處理

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

3.1 船舶電網電壓、頻率波動造成并車失敗

當船舶進、出港，處于機動狀態時，或者電網負荷劇烈變動時，引起電網功率大范圍變化，造成船舶電網電壓、頻率大幅度波動，此時待并發電機的電壓和頻率參數將難以滿足準同步并車條件，如果此時進行合閘并車操作，將會在兩臺發電機組間產生巨大的沖擊電流而使主開關保護跳閘，船員在實船操作時應避免電壓和頻率大幅度波動。

3.2 船舶電網空載運行時并車易造成失敗

當船舶電網在網運行發電機組帶載非常小、近似空載運行時，如果此時將另一臺發電機組并車，由于電網負載較小，并車時小的波動都會在兩臺機組間造成大的影響，使得其中一臺機組逆功率運行，引起逆功率保護跳閘；同時從經濟上分析，兩臺發電機空載運行將造成資源和能源的浪費；通常當電網單機運行負荷達到單機額定容量的75-80%或當船舶將要起動大型負荷時，再起動另一臺發電機組進行并車，以保證船舶電網的經濟性和穩定性。

3.3 船員操作不當造成并車失敗

當船舶電站進行粗同步并車時，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行限流，但是在實際并車操作時如果兩臺機組的相位差大于90°時，機組間所產生的的沖擊電流仍可使發電機的主開關保護跳閘。因此，我們仍需要結合準同步并車條件操作粗同步并車。

3.4 并車后未能及時轉移負荷造成并車失敗

對于常規電站，發電機組并入電網之后，如果各臺發電機無法及時合理分配負荷，此時如果電網出現大的波動，將有可能造成逆功率故障，使得主開關跳閘。所以，為保證并車的順利進行，當并車后應及時的轉移負荷，同時應做好各部門間的溝通避免在并車操作時起動大負荷。

3.5 并車裝置或均壓線不正常造成并車失敗

對于新建造或經過大修的發電機組，有時可能由于并車裝置有故障或均壓線接錯而使并車失??；我們需要重點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、主開關連接的主副觸頭等是否接線可靠，當接觸不良時應及時排除故障，然后再進行并車操作。

4 結論

當并車條件不滿足或并車操作不當時，都會造成并車失敗，嚴重時導致全船失電，甚至造成發電機組的損壞，所以一定要使其滿足準同步并車條件，并嚴格按照規程進行操作才能達到預期的效果。

通過對模擬電站并車條件、并車操作方法和對并車失敗原因的分析，使參加培訓人員進一步掌握船舶電站的操作，從而更好的服務于航運事業、培養更多優秀的船員。