一种远洋船舶电站操作专项实训装置的制作方法

本实用新型涉及船舶电站实训装置技术领域，具体涉及一种远洋船舶电站操作专项实训装置。

背景技术：

远洋船舶电站运行操作实训设备的现状：

目前，开展远洋船舶电站操作训练时，通常使用的实训设备有以下两类：一是在实训室中按照真实船舶的电站模式，构建真实型船舶实训电站；二是采用基于计算机技术的船舶电站模拟器。上述两类装置各有特点，但实践表明，这两类训练装置尚存在如下不足：

(1)按实际船舶构建的真实型实训电站系统，需要至少两台(及以上)的可运行发电机组，其成本和运行费用都很高；

(2)在采用船舶电站模拟器时，电站系统的各种功能都是采用计算机仿真技术进行模拟的，这与实际船舶电站中的真实运行状况，仍有很大差距，特别是难以完成学生对真实船舶电站所用器件的认识和深入了解；

(3)这两类实训装置的设备投入都相对较高；

(4)这两类实训设备中的各种器件和仪表，或已经按实际船舶状况进行了集成安装、或只有虚拟器件，在此状况下学生难以对电站系统所用到的关键部件(元器件)的结构原理有直观清晰的认识；

(5)这两类实训设备，都不便于开展电站系统中关键部件之间的连线操作训练。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种远洋船舶电站操作专项实训装置解决了现有教学中开展远洋船舶电站操作训练采用真实船舶的电站模式或采用基于计算机技术的船舶电站模拟器的方式，存在成本高、同学缺乏对真实船舶电站所用器件的深入了解和认识的问题

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：一种远洋船舶电站操作专项实训装置，包括：实验平台、以及固定在实验平台上的：发电机逆功率保护功能模块、发电机并车操作时电压频率判别模块、发电机主开关保护功能模块和岸电相序判别模块。

进一步地：发电机逆功率保护功能模块包括：三相交流电源、保险管fu1、保险管fu2、保险管fu3、刀开关qs、变压器t1、电阻r、热继电器kh1、热继电器kh2、接触器kmb、接触器kmf、电动机m、逆功继电器和外接时间继电器2kt；

所述接触器kmb包括：主触点a1、主触点b1、主触点c1、辅助触点d1和辅助触点e1；

所述接触器kmf包括：主触点a2、主触点b2、主触点c2、辅助触点d2和辅助触点e2；

所述逆功继电器包括：电流线圈、电压线圈和开关k；

所述外接时间继电器2kt的一端与开关k的一端连接；

所述开关k的另一端与外接时间继电器2kt的另一端之间接入220v电源；

所述三相交流电源的a相与保险管fu1的一端连接；

所述保险管fu1的另一端通过刀开关qs与热继电器kh1的一端连接；

所述热继电器kh1的另一端分别与主触点a2的一端和主触点c1的一端连接；

所述主触点a2的另一端分别与主触点a1的一端和电动机m的a相电源输入端连接；

所述三相交流电源的b相与保险管fu2的一端连接；

所述保险管fu2的另一端通过刀开关qs分别与主触点b2的一端、主触点b1的一端和变压器t1的原边的一端连接；

所述主触点b2的另一端分别与主触点b1的另一端和电动机m的b相电源输入端连接；

所述三相交流电源的c相与保险管fu3的一端连接；

所述保险管fu3的另一端通过刀开关qs分别与变压器t1的原边的另一端、电阻r的一端和热继电器kh2的一端连接；

所述热继电器kh2的另一端分别与主触点c2的一端和主触点a1的另一端连接；

所述主触点c2的另一端分别与主触点c1的另一端和电动机m的c相电源输入端连接；

所述电阻r的另一端分别与辅助触点d1的一端和辅助触点e2的一端连接；

所述辅助触点d1的另一端分别与辅助触点d2的一端和电流线圈的一端连接；

所述辅助触点d2的另一端分别与辅助触点e1的一端和零线连接；

所述辅助触点e1的另一端分别与辅助触点e2的另一端和电流线圈的另一端连接；

所述变压器t1的副边接入电压线圈。

上述进一步地方案的有益效果为：通过接触器kmb和接触器kmf的主触点，控制电动机m正向转动和反向转动，同时通过接触器kmb和接触器kmf的辅助触点，向逆功继电器电流线圈施加正向及反向模拟电流，实现对发电机正功率输出和负功率输出工况的模拟。当出现逆功时，逆功继电器中的开关k闭合；外接时间继电器2kt动作，对电动机m发出停车信号。

进一步地：发电机并车操作时电压频率判别模块包括：三相交流电源、保险管fu4、保险管fu5、保险管fu6、保险管fu7、变频器、第一互感器、第二互感器和同步表；

所述保险管fu4的一端与三相交流电源的a相连接，其另一端与第一互感器的第一输入端连接；

所述保险管fu5的一端与三相交流电源的b相连接，其另一端与第一互感器的第二输入端连接；

所述保险管fu6的一端与三相交流电源的b相连接，其另一端与变频器的第一输入端连接；

所述变频器的第一输出端与第二互感器的第一输入端连接；

所述保险管fu7的一端与三相交流电源的a相连接，其另一端与变频器的第二输入端连接；

所述变频器的第二输出端与第二互感器的第二输入端连接；

所述第一互感器的输出端1与同步表的1端连接，其输出端2与同步表的2端连接；

所述第二互感器的输出端3与同步表的3端连接，其输出端4与同步表的4端连接。

上述进一步地方案的有益效果为：将常规工频电压分成两路，一路用来模拟运行发电机(或电网)电压；另一路则通过变频器进行调频处理，调节变频器旋钮，就能方便地模拟出待并发电机的电压频率波动情况。两路电压再经互感器接入同步表或同步指示灯，实现了发电机并车操作时所要求的频率(频差)检测的工况模拟。

进一步地：发电机主开关保护功能模块包括：主开关失压欠压保护子模块和主开关过流保护子模块；

所述主开关失压欠压保护子模块包括：调压器、电压表、开关s和主开关失压脱扣线圈；

所述调压器的输入端接入380v电源，其第一输出端分别与开关s的第一个引脚和电压表的第一输入端连接，其第二输出端分别与开关s的第二个引脚和电压表的第二输入端连接；

所述开关s的第三个引脚和第四个引脚之间接入主开关失压脱扣线圈。

上述进一步地方案的有益效果为：采用调压器对主开关的电压进行调节，模拟发电机输出时出现的欠压、失压工况，并通过主开关失压脱扣线圈实现欠压、失压脱扣跳闸。

进一步地：主开关过流保护子模块包括：开关st1、开关st2、开关st3、灯l1、灯l2、灯l3、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、分励开关和主开关分励脱扣线圈；

所述第一继电器包括：接触器1km和接触器辅助触点1km1；

所述第二继电器包括：接触器2km和接触器辅助触点2km1；

所述第三继电器包括：接触器3km和接触器辅助触点3km1；

所述第四继电器包括：时间继电器1kt和常开触点1kt1；

所述开关st1的一端分别与开关st2的一端和开关st3的一端连接，其另一端分别与接触器1km的一端和灯l1的一端连接；

所述电流表的一端与开关st1的一端之间接入220v电压；

所述开关st2的另一端分别与接触器2km的一端、灯l2的一端和时间继电器1kt的一端连接；

所述灯l2的另一端分别与接触器2km的另一端、时间继电器1kt的另一端和接触器辅助触点1km1的一端连接；

所述开关st3的另一端分别与灯l3的一端和接触器3km的一端连接；

所述灯l3的另一端分别与接触器3km的另一端和接触器辅助触点2km1的一端连接；

所述接触器辅助触点2km1的另一端分别与接触器辅助触点1km1的另一端、灯l1的另一端、接触器1km的另一端和电流表的另一端连接；

所述常开触点1kt1的一端分别与接触器辅助触点3km1的一端和分励开关的一端连接，并接入220v电源，其另一端分别与接触器辅助触点3km1的另一端、分励开关的另一端和主开关分励脱扣线圈连接。

上述进一步地方案的有益效果为：用三路并联负载(照明灯泡)作为主开关的模拟负载，三路负载分别由按钮开关st1、st2、st3控制，依次逐级加载，可模拟主开关上不同等级的电流负荷。由于模拟负载远远小于主开关实际工作时的额定负载，所以模拟负载的电流很小，不足以通过主开关中的过流脱扣线圈来驱动脱扣机构动作。为解决这一问题，设计中采用把模拟负载电流接入主开关分励脱扣线圈来实现脱扣功能，并设计了包含有接触器1km、2km、3km和时间继电器1kt的辅助电路与之配合，可以分别模拟主开关正常(额定)负载下不脱扣动作、过载时延时脱扣动作以及出现短路电流时实现瞬时脱扣动作这三种重要工作特性。具体工作原理是：合上开关st1，负载灯l1亮，表示主开关有正常负载，主开关分励脱扣线圈未得电，主开关不产生脱扣动作；合上开关st2，负载灯l2同时点亮，模拟主开关承受过载(过流)，经时间继电器1kt延时后，其常开触点1kt1闭合，主开关分励脱扣线圈得电，实现主开关产生脱扣动作。调节时间继电器1kt的延时时间，还可以模拟出“长延时脱扣”和“短延时脱扣”；若在常开触点1kt1闭合之前，再合上开关st3，负载灯l1、l2、l3全亮，模拟主开关负载达到最大短路电流，接触器辅助触点3km1闭合，主开关分励脱扣线圈得电后，实现主开关产生瞬时脱扣动作。

直接按下分励开关，也能使主开关分励脱扣线圈得电，模拟出分励脱扣的控制功能。

进一步地：岸电相序判别模块包括：负序继电器、灯l4和灯l5；

所述负序继电器的第2引脚与灯l4的一端连接，其第4引脚分别与灯l5的一端和220v电源的一端连接，其第6引脚与灯l5的另一端连接；

所述灯l4的另一端分别与负序继电器的第8引脚和220v电源的另一端连接。

上述进一步地方案的有益效果为：负序继电器上1/3/5三个接线点对应接三相交流电a/b/c相时，负序继电器内部2/4点接通，实现正序指示；当负序继电器上1/3/5三个接线点对应接三相交流电a/c/b相时，负序继电器内部6/8点接通，实现负序指示。

本实用新型的有益效果为：本装置实现了在常规实训室条件下对船舶电站主要工况的模拟再现，为学生提供了学习掌握船舶电站相关知识和主要操作技能的训练平台。

(1)能降低了远洋船舶电站操作专项实训装置的制作成本和使用成本；

(2)能实现对各关键部件构造观察认识；

(3)能实现对电站系统各关键部件之间安装接线操作技能的训练。

附图说明

图1为发电机逆功率保护功能模块的电路图。

图2为发电机并车操作时电压频率判别模块的电路图。

图3为主开关失压欠压保护子模块的电路图。

图4为主开关过流保护子模块的电路图。

图5为岸电相序判别模块的电路图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

一种远洋船舶电站操作专项实训装置，包括：实验平台、以及固定在实验平台上的：发电机逆功率保护功能模块、发电机并车操作时电压频率判别模块、发电机主开关保护功能模块和岸电相序判别模块。

如图1所示，发电机逆功率保护功能模块包括：三相交流电源、保险管fu1、保险管fu2、保险管fu3、刀开关qs、变压器t1、电阻r、热继电器kh1、热继电器kh2、接触器kmb、接触器kmf、电动机m、逆功继电器和外接时间继电器2kt；

所述接触器kmb包括：主触点a1、主触点b1、主触点c1、辅助触点d1和辅助触点e1；

所述接触器kmf包括：主触点a2、主触点b2、主触点c2、辅助触点d2和辅助触点e2；

所述逆功继电器包括：电流线圈、电压线圈和开关k；

所述外接时间继电器2kt的一端与开关k的一端连接；

所述开关k的另一端与外接时间继电器2kt的另一端之间接入220v电源；

所述三相交流电源的a相与保险管fu1的一端连接；

所述保险管fu1的另一端通过刀开关qs与热继电器kh1的一端连接；

所述热继电器kh1的另一端分别与主触点a2的一端和主触点c1的一端连接；

所述主触点a2的另一端分别与主触点a1的一端和电动机m的a相电源输入端连接；

所述三相交流电源的b相与保险管fu2的一端连接；

所述保险管fu2的另一端通过刀开关qs分别与主触点b2的一端、主触点b1的一端和变压器t1的原边的一端连接；

所述主触点b2的另一端分别与主触点b1的另一端和电动机m的b相电源输入端连接；

所述三相交流电源的c相与保险管fu3的一端连接；

所述保险管fu3的另一端通过刀开关qs分别与变压器t1的原边的另一端、电阻r的一端和热继电器kh2的一端连接；

所述热继电器kh2的另一端分别与主触点c2的一端和主触点a1的另一端连接；

所述主触点c2的另一端分别与主触点c1的另一端和电动机m的c相电源输入端连接；

所述电阻r的另一端分别与辅助触点d1的一端和辅助触点e2的一端连接；

所述辅助触点d1的另一端分别与辅助触点d2的一端和电流线圈的一端连接；

所述辅助触点d2的另一端分别与辅助触点e1的一端和零线连接；

所述辅助触点e1的另一端分别与辅助触点e2的另一端和电流线圈的另一端连接；

所述变压器t1的副边接入电压线圈。

通过接触器kmb和接触器kmf的主触点，控制电动机m正向转动和反向转动，同时通过接触器kmb和接触器kmf的辅助触点，向逆功继电器电流线圈施加正向及反向模拟电流，实现对发电机正功率输出和负功率输出工况的模拟。当出现逆功时，逆功继电器中的开关k闭合；外接时间继电器2kt动作，对电动机m发出停车信号。

如图2所示，发电机并车操作时电压频率判别模块包括：三相交流电源、保险管fu4、保险管fu5、保险管fu6、保险管fu7、变频器、第一互感器、第二互感器和同步表；

所述保险管fu4的一端与三相交流电源的a相连接，其另一端与第一互感器的第一输入端连接；

所述保险管fu5的一端与三相交流电源的b相连接，其另一端与第一互感器的第二输入端连接；

所述保险管fu6的一端与三相交流电源的b相连接，其另一端与变频器的第一输入端连接；

所述变频器的第一输出端与第二互感器的第一输入端连接；

所述保险管fu7的一端与三相交流电源的a相连接，其另一端与变频器的第二输入端连接；

所述变频器的第二输出端与第二互感器的第二输入端连接；

所述第一互感器的输出端1与同步表的1端连接，其输出端2与同步表的2端连接；

所述第二互感器的输出端3与同步表的3端连接，其输出端4与同步表的4端连接。

将常规工频电压分成两路，一路用来模拟运行发电机(或电网)电压；另一路则通过变频器进行调频处理，调节变频器旋钮，就能方便地模拟出待并发电机的电压频率波动情况。两路电压再经互感器接入同步表或同步指示灯，实现了发电机并车操作时所要求的频率(频差)检测的工况模拟。

发电机主开关保护功能模块包括：主开关失压欠压保护子模块和主开关过流保护子模块；

如图3所示，所述主开关失压欠压保护子模块包括：调压器、电压表、开关s和主开关失压脱扣线圈；

所述调压器的输入端接入380v电源，其第一输出端分别与开关s的第一个引脚和电压表的第一输入端连接，其第二输出端分别与开关s的第二个引脚和电压表的第二输入端连接；

所述开关s的第三个引脚和第四个引脚之间接入主开关失压脱扣线圈。

采用调压器对主开关的电压进行调节，模拟发电机输出时出现的欠压、失压工况，并通过主开关失压脱扣线圈实现欠压、失压脱扣跳闸。

如图4所示，主开关过流保护子模块包括：开关st1、开关st2、开关st3、灯l1、灯l2、灯l3、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、分励开关和主开关分励脱扣线圈；

所述第一继电器包括：接触器1km和接触器辅助触点1km1；

所述第二继电器包括：接触器2km和接触器辅助触点2km1；

所述第三继电器包括：接触器3km和接触器辅助触点3km1；

所述第四继电器包括：时间继电器1kt和常开触点1kt1；

所述开关st1的一端分别与开关st2的一端和开关st3的一端连接，其另一端分别与接触器1km的一端和灯l1的一端连接；

所述电流表的一端与开关st1的一端之间接入220v电压；

所述开关st2的另一端分别与接触器2km的一端、灯l2的一端和时间继电器1kt的一端连接；

所述灯l2的另一端分别与接触器2km的另一端、时间继电器1kt的另一端和接触器辅助触点1km1的一端连接；

所述开关st3的另一端分别与灯l3的一端和接触器3km的一端连接；

所述灯l3的另一端分别与接触器3km的另一端和接触器辅助触点2km1的一端连接；

所述接触器辅助触点2km1的另一端分别与接触器辅助触点1km1的另一端、灯l1的另一端、接触器1km的另一端和电流表的另一端连接；

所述常开触点1kt1的一端分别与接触器辅助触点3km1的一端和分励开关的一端连接，并接入220v电源，其另一端分别与接触器辅助触点3km1的另一端、分励开关的另一端和主开关分励脱扣线圈连接。

用三路并联负载(照明灯泡)作为主开关的模拟负载，三路负载分别由按钮开关st1、st2、st3控制，依次逐级加载，可模拟主开关上不同等级的电流负荷。由于模拟负载远远小于主开关实际工作时的额定负载，所以模拟负载的电流很小，不足以通过主开关中的过流脱扣线圈来驱动脱扣机构动作。为解决这一问题，设计中采用把模拟负载电流接入主开关分励脱扣线圈来实现脱扣功能，并设计了包含有接触器1km、2km、3km和时间继电器1kt的辅助电路与之配合，可以分别模拟主开关正常(额定)负载下不脱扣动作、过载时延时脱扣动作以及出现短路电流时实现瞬时脱扣动作这三种重要工作特性。具体工作原理是：合上开关st1，负载灯l1亮，表示主开关有正常负载，主开关分励脱扣线圈未得电，主开关不产生脱扣动作；合上开关st2，负载灯l2同时点亮，模拟主开关承受过载(过流)，经时间继电器1kt延时后，其常开触点1kt1闭合，主开关分励脱扣线圈得电，实现主开关产生脱扣动作。调节时间继电器1kt的延时时间，还可以模拟出“长延时脱扣”和“短延时脱扣”；若在常开触点1kt1闭合之前，再合上开关st3，负载灯l1、l2、l3全亮，模拟主开关负载达到最大短路电流，接触器辅助触点3km1闭合，主开关分励脱扣线圈得电后，实现主开关产生瞬时脱扣动作。

直接按下分励开关，也能使主开关分励脱扣线圈得电，模拟出分励脱扣的控制功能。

如图5所示，岸电相序判别模块包括：负序继电器、灯l4和灯l5；

所述负序继电器的第2引脚与灯l4的一端连接，其第4引脚分别与灯l5的一端和220v电源的一端连接，其第6引脚与灯l5的另一端连接；

所述灯l4的另一端分别与负序继电器的第8引脚和220v电源的另一端连接。

负序继电器上1/3/5三个接线点对应接三相交流电a/b/c相时，负序继电器内部2/4点接通，实现正序指示；当负序继电器上1/3/5三个接线点对应接三相交流电a/c/b相时，负序继电器内部6/8点接通，实现负序指示。

本实用新型的有益效果为：本装置实现了在常规实训室条件下对船舶电站主要工况的模拟再现，为学生提供了学习掌握船舶电站相关知识和主要操作技能的训练平台。

(1)能降低了远洋船舶电站操作专项实训装置的制作成本和使用成本；

(2)能实现对各关键部件构造观察认识；

(3)能实现对电站系统各关键部件之间安装接线操作技能的训练。