Испытания судовых генераторных агрегатов


Категория Судовые электромонтажные работы

Основными средствами нагрузки судовых генераторных агрегатов на швартовных испытаниях являются нагрузочные устройства, механизмы судна, судовые потребители или заводская береговая энергосистема.

Под испытаниями генераторов с использованием нагрузочных устройств понимается автономная работа генератора на специальное нагрузочное устройство, поглощающее вырабатываемую генератором электрическую энергию и позволяющее получить все необходимые режимы испытаний.

Мощность нагрузочного устройства выбирают такой, чтобы обеспечить режимы номинальной нагрузки и перегрузки испытываемого агрегата. Режимы сбросов и набросов нагрузки (динамические режимы) обеспечиваются путем деления элементов нагрузочного устройства на части, соответствующие необходимым ступеням нагрузки. Обычно нагрузочное устройство обеспечивает четыре ступени нагрузки, каждая из которых равна 25% номинальной нагрузки генератора.

Нагрузочное устройство состоит из активных (и реактивных для испытания генераторов переменного тока) частей; в его состав также входят коммутационная аппаратура и пульт управления. До настоящего времени метод испытаний с использованием нагрузочных устройств, несмотря на ряд серьезных недостатков (большая стоимость, громоздкость, сложность конструкции и т. п.), является основным.

Нагрузочные устройства могут быть классифицированы по следующим признакам:
а) конструктивному исполнению активной части — нагрузочные устройства с жидкостной или металлической активной частью;
б) конструктивному исполнению реактивной части — нагрузочные устройства с дросселями регулируемыми и нерегулируемыми;
в) способу управления — нагрузочные устройства ручного и дистанционного управления;
г) способу охлаждения — нагрузочные устройства с естественным воздушным охлаждением активной и реактивной частей, с принудительным воздушным охлаждением активной и реактивной частей, с водяным охлаждением активной части и естественным воздушным охлаждением реактивной части, с водяным охлаждением обеих частей;
д) способу соединения активной и реактивной частей — нагрузочные устройства с последовательным и параллельным соединениями;
е) способу выполнения активной и реактивной частей — нагрузочные устройства с раздельным исполнением активной и реактивной частей и нагрузочные устройства с объединением активной и реактивной частей в одном конструктивном элементе.

Рассмотрим основные принципы построения нагрузочных устройств.

Нагрузочные устройства с жидкостной активной частью представляют собой наполненный электролитом бак с помещенными внутри металлическими электродами. Электролитом может быть пресная вода или раствор углекислой соды ЫагСОз слабой концентрации (5—10%) или поваренной соли NaCl. Пресную воду в качестве электролита применяют при испытаниях генераторов большой мощности, когда поглощаемая мощность идет на испарение воды и когда требуется большой расход электролита. При использовании в качестве электролита раствора солей его температура не должна превышать 60 °С, так как при более высокой температуре наблюдается интенсивное отложение солей на стенках бака и электродах.

Регулирование сопротивления активной части жидкостного типа можно осуществлять изменением либо уровня электролита, либо глубины погружения электродов. Второй способ предпочтительнее из-за простоты обеспечения точности регулирования и более простой схемы дистанционного управления. Исполнительным органом последней обычно служит электродвигатель, связанный через специальный редуктор с электродами.

В металлической активной части нагрузочного устройства электрическая энергия, вырабатываемая генератором, поглощается металлическими элементами (чугун, сталь, константан, нихром).

В таких устройствах в качестве элементов применяют металлическую проволоку или используют серийно выпускаемые трубчатые нагревательные элементы. Материал, диаметр и длина проволоки (ленты) или количество нагревательных элементов определяют расчетом в зависимости от мощности испытываемых генераторов и условий охлаждения.

Несмотря на то, что нагрузочные устройства с открытыми сопротивлениями (проволока, лента) имеют сравнительно небольшие габариты и массу, особенно в случае водяного охлаждения, их практическое использование при испытаниях судовых генераторных агрегатов большой мощности ограничено главным образом из-за того, что открытые токопроводящие поверхности способствуют протеканию значительных токов утечки через охлаждающую воду (в случае присутствия в ней солей), оказывающих влияние на точность режима нагрузки. Кроме того, материал нагревательных элементов в результате коррозии разрушается и изменяет свое сопротивление, что также приводит к нестабильности режима.

От этого недостатка свободны устройства, активная часть которых выполнена на трубчатых нагревательных элементах. Как показали расчеты, подобные нагрузочные устройства имеют при мощностях 150—200 кВт сравнительно небольшие массу и габариты, просты по конструкции и стоимость их изготовления невысока. При мощностях более 200 кВт конструкция их усложняется в связи с необходимостью установки большого числа нагревательных элементов и трудностью создания надежных уплотнений в местах крепления элементов в баках с водой. В этом случае в качестве элементов активной нагрузки могут быть использованы специальные высокоомные трубы. Для этих устройств не требуется бак для охлаждающей воды и при малых сопротивлениях они имеют небольшие массу и габариты.

Реактивная составляющая тока создается ступенями реактивной нагрузки. Создавать реактивную нагрузку для генераторов необходимо для того, чтобы получать нагрузки с номинальным коэффициентом мощности в любых режимах испытаний. Основной частью ступени реактивной нагрузки являются три однофазных Дросселя с подмагничиванием.

Дроссель рассчитывают на реактивную мощность ступени, его можно подключать как параллельно, так и последовательно с активной частью нагрузочного устройства. Охлаждение дросселей, как правило, естественное воздушное, иногда применяют принудительное воздушное. Дистанционное управление осуществляется теми же коммутационными аппаратами, что и для активной части нагрузочного устройства.

Рис. 1. Зависимость диаметра стальной проволоки от тока нагрузки.

Рис. 2. Дроссель с подмагничи-ванием.

Нагрузочные устройства с дросселями, имеющие высокоомные обмотки, отличаются тем, что в них отсутствуют явно выраженные активная и реактивная части. Реактивную часть нагрузочного устройства выполняют на базе нерегулируемого дросселя, активную часть — с применением для обмоток высокоомного провода (нихром, константан). Если в нагрузочных устройствах дроссель насыщения ранее рассмотренных типов обеспечивал только реактивную нагрузку испытываемого генератора, то в данном нагрузочном устройстве он выполняет функции активной и реактивной частей.

Объединение активной и реактивной частей и применение высокоомного провода позволяют применять водяное охлаждение дросселей, что уменьшает массу нагрузочного устройства.

Типовой ряд нагрузочных устройств обеспечивает проведение испытаний генераторов постоянного и переменного тока частотой 50 Гц, мощностью от 200 до 3000 кВт и преобразователей с выходной частотой 50, 400 и 500 Гц, мощностью от 8 до 500 кВт. Устройства обеспечивают длительную нагрузку 50, 100, 110%, а также набросы 0—50%, 0—100% и сбросы 50%—0, 100%—0 номинальной мощности генераторов и преобразователей. Блок-хема типового нагрузочного устройства приведена на рис. 5.9. Каждое нагрузочное устройство набирают из типовых ступеней активной АС и реактивной Р (для источников переменного тока) мощности и щитов коммутации и управления ЩУ. Управление устройством осуществляется с пульта дистанционного управления ПДУ.

Ступени мощностью 3, 6, 15 и 150 кВт можно переключать на меньшие мощности.

В качестве нагрузочных элементов типовых ступеней применены: для ступеней 3 кВт — сопротивления типа ПЭ; для ступеней ЭС — электростанция; АС — ступени активной нагрузки; Р — ступени реактивной нагрузки; ЩУ— щит управления; БКА — блок коммутационной аппаратуры; БУ — блок управления; ПДУ — пульт дистанционного управления. Ш1— ШЗ — штепсельные разъемы.

Рис. 3. Блок-схема типового нагрузочного устройства.

В нагрузочных устройствах с водяным охлаждением предусмотрена защита от снижения расхода воды ниже допустимого.

Электрические схемы соединения нагрузочных элементов в ступенях выполняют в четырех вариантах:
— вариант I предусматривает возможность включения ступени на однофазное напряжение и постоянный ток 115 и 230 В и на трехфазное напряжение 230 и 400 В;
— вариант II предусматривает возможность включения ступени на однофазное напряжение 133 В и на трехфазное напряжение 230 В;
— вариант III предусматривает возможность включения ступени на 230 и 400 В трехфазного напряжения;
— вариант IV рассчитан только на трехфазное напряжение 400 В.

Шкала мощностей типовых реактивных ступеней определяется реактивной мощностью, необходимой для получения cos ф=0,8 при 50, 100 и 110%-ной нагрузке машин: 8—40 кВт, 30—150 кВт, 100—500 кВт, 150—750 кВт и 500—2000 кВт. Каждая ступень состоит из трех однофазных дросселей насыщения с подмагничива-нием постоянным током. При включении по трехфазной схеме дроссели соединяют в звезду, а при однофазной— параллельно. Переключение напряжения с 115 на 230 В осуществляется переключением обмоток переменного тока с параллельного на последовательное соединение. При переходе на напряжение 133 В обмотки переменного тока включают так же, как и на 115 В, но ток подмагничивания при этом должен быть изменен.

В ступенях реактивной нагрузки установлены промежуточные магнитные усилители с выпрямителями, предназначенные для управления током подмагничивания дросселей.

Типовые щиты управления служат для коммутации ступеней активной и реактивной нагрузки. В щитах смонтированы блоки коммутационной аппаратуры, отличающиеся по числу, типу и коммутационной способности примененных аппаратов, а также блок управления, служащий для управления коммутационной аппаратурой. Блок управления для всех щитов один. Для генераторов переменного тока принято семь типоразмеров щитов управления., для генераторов постоянного тока — один.

Пульт дистанционного управления предназначен для управления нагрузочным устройством и представляет собой переносное устройство, устанавливаемое во время испытаний у распределительного щита испытываемого генератора. На пульте имеются кнопки управления для включения необходимых режимов работы, сигнальные лампы и регулировочные реостаты для установки необходимой в каждом режиме реактивной мощности дросселей. Пульт дистанционного управления — один для всех типоразмеров нагрузочного устройства.

Для удобства эксплуатации подключение цепей управления к блоку управления БУ и пульту дистанционного управления ПДУ осуществляется с помощью штепсельных разъемов Ш1—ШЗ. Принципиальная электрическая схема управления нагрузочными устройствами изображена на рис. 5. 10. Схема состоит из ступеней активной нагрузки А С, реактивной нагрузки ДР1, ДР2, ДРЗ, коммутационной аппаратуры К1, К2, КЗ и аппаратуры управления. Активная часть разделена на две ступени по 50 % и одну ступень 10% номинальной активной мощности нагрузочного устройства. Питание обмоток управления дросселей постоянным током осуществляется через промежуточный магнитный усилитель МУ, выпрямитель ВМ1 и регулировочные сопротивления Rl, R2, R3. Тип и число коммутационных аппаратов Kl, К2, КЗ зависят от типоразмера щита.

Рис. 4. Принципиальная схема управления нагрузочным устройством.

Питание обмоток управления магнитного усилителя и реле Р1, Р2, РИ, РД и цепей сигнализации осуществляется от сети 380 В, 50 Гц через пакетный выключатель ВК1, трансформатор TP и выпрямитель ВМ2 с выходом 24 В. Выключатель ВК2 служит для включения пульта дистанционного управления.

При нажатии кнопки Кн1 получает питание реле времени РВ, включающее с выдержкой времени реле РИ, которое подает напряжение на включающую катушку автомата К1. При нажатии кнопки Кн2 дополнительно получает питание реле Р1, которое, шунтируя сопротивление R2, увеличивает ток в обмотке управления МУ и включает контактор К2 второй ступени нагрузки. Момент включения аппарата К1 определяется выдержкой времени реле РВ, несколько большей продолжительности переходного процесса в обмотках подмагничивания силовых дросселей ДР1, ДР2, ДРЗ.

При нажатии кнопки КнЗ включаются реле Р2 и контактор КЗ, что соответствует режиму 110%-ной нагрузки номинальной мощности генератора. Кнопки можно включать в любом порядке, но режим 110% устанавливается только после включения 100%-ной нагрузки. Это достигается последовательным включением замыкающего контакта реле Р1 с кнопкой КнЗ.

Для испытаний генераторов мощностью более 2000 кВт или при проверке параллельной работы генераторов с токами, превышающими коммутационную способность щитов, предусматривают возможность одновременной работы двух типовых щитов с подключенными к ним нагрузочными ступенями. При совместной работе обмотки контакторов и автоматов обоих щитов подключают к одному из блоков управления. Обмотки управления магнитных усилителей при этом соединяют последовательно, а в цепь сигнализации вводят блок-контакты коммутационной аппаратуры обоих Щитов.

Испытания генераторных агрегатов в швартовный период могут быть проведены при определенных условиях либо с помощью штатных электрических механизмов, либо с использованием в качестве нагрузки береговой сети. К достоинствам метода испытания с помощью штатных потребителей следует отнести полное совпадение переходных процессов с процессами, имеющими место в период эксплуатации генератора, простоту получения режимов сбросов и набросов нагрузки при помощи одновременного воздействия на коммутационную аппаратуру нескольких механизмов. Недостатки этого способа: увеличение общей продолжительности швартовных испытаний заказа; трудность получения номинального и перегрузочных режимов нагрузки при наличии двух генераторов (большинство судовых механизмов в период швартовных испытаний может работать только в режиме холостого хода).

Один из перспективных методов нагрузки генераторов при их испытаниях в швартовный период — использование береговой сети.

Рис. 5. Структурная схема системы, обеспечивающей параллельную работу судовых генераторов с заводской сетью. СГ — синхронный генератор; ОВГ — обмотка возбуждения генератора; APH — автоматический регулятор напряжения; PC — регулятор скорости; СД — серводвигатель; ПД — первичный двигатель; РПТ — регулятор полного тока; РАМ — регулятор активной мощности; «г— напряжение генератора; ис — напряжение сети.

Недостаток этого метода состоит в сложности проверки генератора на динамических режимах.

На рис. 5. приведена одна из возможных структурных схем системы, обеспечивающая параллельную работу судовых синхронных генераторов с заводской сетью во всех статических режимах испытания. Введение в регулятор возбуждения генератора обратной связи по отклонению полного тока должно обеспечить постоянство тока нагрузки генератора. Регулятор активной мощности, воздействуя на сервопривод первичного двигателя, будет поддерживать постоянство активной мощности.


Читать далее:

Категория Судовые электромонтажные работы