Комплексная автоматизация судовых электростанций


Категория Судовые электростанции

В системе комплексной автоматизации судов важное место занимает автоматизация судовых электростанций.

Управление каждой судовой электростанцией, независимо от назначения судна, мощности и количества судовых генераторов, заключается в выполнении таких основных операций, как:
— пуск, остановка, контроль работы и защита генераторных агрегатов;
— синхронизация и включение на параллельную работу судовых генераторов;
— распределение реактивной и активной нагрузки между параллельно работающими генераторами;
— разгрузка генераторных агрегатов путем отключения второстепенных потребителей электроэнергии;
— включение резервных агрегатов в зависимости от загрузки электростанции;
— контроль сопротивления изоляции;
— пуск аварийного дизель-генератора при исчезновении напряжения на шинах ГРЩ.

Рис. 1. Гидравлический потенциометр.

Обслуживающий персонал не может точно и своевременно выполнить перечисленные операции с помощью простейших устройств или аппаратов ручного управления. В связи с этим возникла необходимость создания комплексной системы автоматического выполнения операций по поддержанию нормальной работы электростанции и обеспечению судовых потребителей электроэнергией необходимого качества. С этой целью в настоящее время разработаны и используются устройства:
— автоматической точной синхронизации УСГ-1П;
— автоматического распределения активных нагрузок УРМ или УРЧН;
— автоматического регулирования напряжения генераторов УБК-М и статические системы;
— автоматического включения резерва УВР;
— автоматической разгрузки генераторов УРГ;
— контроля изоляции УКИ и «Электрон»;
— защиты асинхронных двигателей от обрыва фаз и снижения напряжения ЗОФН;
— световой и звуковой сигнализации УС и УЗС.

Рис. 2. Функциональная схема устройства типа УСГ-1П.

Одним из основных устройств автоматической синхронизации судовых генераторов в настоящее время является устройство автоматической точной синхронизации типа УСГ-1П, которое состоит из шести связанных между собой блоков: функционального блока БФ, который выдает в схему напряжение генератора, напряжение биений и их производные; блока контроля разности напряжений БКН, который задает уставку по разности синхронизируемых напряжений; блока контроля разности частот БКЧ, который при значениях частоты, соответствующих уставке, совместно с блоком времени опережения

БВО воздействует на блок запрета БЗ, вызывая срабатывание выходного блока БВ. В случае необходимости выравнивания частот в работу вступает седьмой блок — подгонки частоты БПЧ, воздействующий на серводвигатели генераторных агрегатов.

Устройство синхронизации типа УСГ-1П обеспечивает автоматическую точную синхронизацию каждого генератора с шинами ГРЩ. Однако после включения генератора на шины ГРЩ его загрузка полезной мощностью осуществляется лишь в результате работы устройства распределения мощности типа УРМ или УРЧН.

Устройство автоматического включения резерва УВР применяется для повышения надежности снабжения электроэнергией судовых потребителей. Оно обеспечивает:
— запуск резервного генераторного агрегата при увеличении нагрузки работающих агрегатов сверх заданной;
— остановку или сигнал о возможности остановки резервного генераторного агрегата при снижении нагрузки до заданной;
— отключение работающего и включение резервного агрегата при длительном понижении или исчезновении напряжения.

Устройство УВР устанавливается на каждом агрегате и при достижении нагрузки на генераторе, равной примерно 0,85 РНОм, вырабатывает сигнал на включение резервного агрегата, который назначается оператором заранее. При снижении нагрузки параллельно работающих генераторных агрегатов (например, до 35% Рном) резервный агрегат отключается или срабатывает световая и звуковая сигнализация, и оператор решает, есть ли дальнейшая необходимость в параллельной работе генераторов. Если после выдачи устройством УВР сигнала на запуск резервного агрегата он не будет запущен, то срабатывает аварийная световая и звуковая сигнализация.

Эксплуатация судна сопровождается постоянными включениями и отключениями судовых потребителей электроэнергии. Одновременное включение нескольких мощных потребителей (компрессор главного двигателя, пожарный насос и др.) может вызвать перегрузку работающих генераторов. Перегрузки генераторов могут быть вызваны также аварийным отключением защитой одного из параллельно работающих генераторов и некоторыми другими причинами.

Использование резервного агрегата в каждом случае перегрузки привело бы к недопустимо частым его включениям, вызывающим повышенный износ и сокращение срока службы резервного агрегата. Вместе с тем значительные перегрузки могли бы вызвать отключение перегруженного генератора защитой прежде, чем включится резервный. Поэтому для устранения перегрузок генераторных агрегатов в электроэнергетических системах применяются устройства разгрузки генераторов УРГ. В случае перегрузки генератора такое устройство отключает часть второстепенных потребителей электроэнергии. Во избежание ложных отключений от пусковых токов асинхронных двигателей устройство УРГ срабатывает с выдержкой времени.

Все потребители в зависимости от их важности разбиты на группы и отключаются от шин ГРЩ в определенной очередности. Так, если нагрузка на любом генераторном агрегате достигнет 110% Рном, то через 1—2,5 с отключится первая очередь второстепенных потребителей. Отключение второй очереди происходит через 1 —1,5 с после отключения первой очереди потребителей, если нагрузка агрегата не стала меньше 110% РВОм- При аварийном отключении одного из параллельно работающих генераторов может быть предусмотрено отключение обеих очередей без выдержки времени.

Надежность работы большинства элементов электроэнергетической системы в значительной степени зависит от состояния изоляции токоведущих частей относительно друг друга и земли (корпуса судна). Старение изоляции в процессе эксплуатации электрооборудования вызывает появление утечки тока на корпус и может перейти в полное короткое замыкание. Кроме того, токи утечки способствуют коррозии корпуса судна и судовых механизмов.

Для своевременного предупреждения обслуживающего персонала об ухудшении состояния изоляции элементов электроэнергетической системы применяется устройство контроля изоляции типа УКИ или «Электрон». Поскольку периодический контроль изоляции не дает надежной оценки ее состояния в период между измерениями, устройство УКИ предназначено для непрерывного контроля сопротивления изоляции установок переменного тока с изолированной нейтралью напряжением до 400 В. Это устройство подключается к контролируемым точкам через источник стабилизированного питания. Схема обеспечивает контроль сопротивления изоляции судовых электрических сетей, отходящих от шин ГРЩ, распределительной секции аварийного дизель-гене-ратора, а также статора каждого генератора. При снижении сопротивления изоляции ниже 200 кОм схема выдает -световой и звуковой сигналы.

При обрыве одной из фаз трехфазной системы переменного тока асинхронные двигатели, являющиеся основными потребителями электроэнергии на судах, продолжают работать на двух фазах, и аварийная ситуация какое-то время остается незамеченной. В результате асинхронные двигатели, работающие с большими перегрузками, при этом перегреваются и выходят из строя. Для предупреждения возможных аварий применяется устройство защиты типа ЗОФН, которое срабатывает и отключает автомат, подающий приемнику две фазы трехфазного напряжения. Устройство ЗОФН используется также для сигнализации об аварийном снижении напряжения на шинах ГРЩ.

Для обеспечения действенного контроля за работой электроэнергетической системы схемы управления предусматривают использование устройств световой и звуковой сигнализации, которую по характеру и назначению можно разделить на сигнализацию положения, предупредительную и аварийную сигнализацию.

Сигнализация положения определяет положение коммутационных и регулирующих аппаратов с помощью сигнальных ламп накаливания, вмонтированных в мнемоническую схему на ЦПУ, а также положение селективных автоматов на ГРЩ. Предупредительная сигнализация оповещает обслуживающий персонал о перегрузках, недопустимом повышении температуры, повреждении изоляции и других ненормальных режимах работы установки. Аварийная сигнализация сопровождает срабатывание защитной аппаратуры при авариях в электроэнергетической системе. Предупредительная и аварийная сигнализация выполняется в виде световых и звуковых сигналов, причем звуковой сигнал может быть снят по желанию оператора нажатием кнопки снятия звукового сигнала. Однако при этом сохраняется возможность автоматического включения звонка при поступлении последующих аварийных сигналов. Сигналы предупредительной и аварийной сигнализации должны отличаться по звуку.

В настоящее время на судах обычно применяются устройства звуковой и световой сигнализации типа УЗС, а также устройства мигающего света типа УС.

Началом автоматизации судовых электростанций послужили построенные с использованием функциональных устройств системы дистанционного автоматизированного управления электроэнергетическими установками ДАУ ЭЭУ, примененные на лесовозах типа «Вытегралес» и крупнотоннажных танкерах типа «София».

Результаты работы этих систем позволили осуществить переход от частичной автоматизации к автоматизации в объеме, охватывающем все основные режимы работы судовой электростанции. Первым опытом создания такой автоматизированной электроэнергетической установки явилась система «Аргунь», установленная на головном тунцеловном судне «Нереида» и последующих судах этой серии.

Система управления судовой автоматизированной электростанцией, схема которой приведена на рис. 3, обеспечивает последовательное управление большим количеством операций.

Один из генераторов судовой электростанции является резервным и в нормальном режиме не работает. В случае увеличения нагрузки до определенного значения срабатывает устройство УВР и производит запуск резервного дизель-генератора. После того как дизель-генератор разгонится до нормальной скорости и на зажимах генератора появится напряжение, устройство УСТ обеспечит подключение его на параллельную работу с работающими агрегатами. По окончании процесса синхронизации автоматически подключается устройство УРЧН (или УРМ), представленное на схеме датчиками активного тока (или мощности) ДАТ и частоты ДЧ и усилителем У, и уравнивает мощности генераторов электростанции. Уменьшение нагрузки на шинах электростанции вызывает обратное срабатывание УВР, отключающего резервный генератор.

При резком увеличении нагрузки в результате включения мощных потребителей и других аналогичных причин срабатывает устройство УРГ и разгружает генераторы, несколькими очередями отключая от шин ГРЩ второстепенных потребителей.

Автоматическое регулирование напряжения осуществляется устройством АРВ, непрерывный контроль изоляции системы — устройством УКИ или «Электрон».

Рис. 3. Схема управления судовой автоматизированной электростанцией.

Опыт эксплуатации судовых автоматизированных электростанций показывает, что рассмотренные устройства обеспечивают работу судовых электроэнергетических систем в оптимальных режимах, позволяют повысить качество электроэнергии и добиться бесперебойности снабжения ответственных потребителей. При этом вмешательство оператора в работу системы требуется только при получении аварийного сигнала, для периодического контроля работы электроэнергетической установки, в случае необходимости изменения режимов работы электростанции и т. п.

Дальнейшее развитие автоматизации судовых электростанций связано с заменой отдельных автоматических устройств взаимосвязанной системой автоматического контроля и управления, разработкой и применением систем с использованием управляющих вычислительных машин, позволяющих автоматически накапливать и перерабатывать информацию о работе электроэнергетической установки с целью выбора оптимального режима ее работы.


Читать далее:

Категория Судовые электростанции