7. Системы управления сээс
В развитии систем управления судовыми электроэнергетическими системами обычно принято выделять пять этапов:
Совершенствование систем автоматического регулирования напряжения и частоты; использование местного управления, осуществляемого оператором из того же помещения, где расположен управляемый объект, в непосредственной близости от него;
Внедрение дистанционного управления СЭЭС;
Появление и совершенствование систем дистанционного автоматизированного управления генераторными агрегатами и СЭЭС в целом; при вахтенном обслуживании автоматизировались операции пуска, остановки, контроля, защиты, синхронизации, распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами;
Создание логических систем управления, основанных на использовании интегральных схем и предусматривающих автоматизацию всех основных операций управления, контроля и защиты СЭЭС, а также возможность ее безвахтенного обслуживания;
Появление систем управления, основанных на использовании микропроцессоров и микро-ЭВМ в контурах управления и регулирования. В этих системах расширены функциональные возможности алгоритмов управления, контроля, защиты, обработки информации с целью диагностирования, прогнозирования и оптимизации работы СЭЭС. Обеспечивается безвахтенное обслуживание.
7.1. Задачи систем управления сээс и их структура
На всех этапах автоматизации СЭЭС особое внимание уделялось бесперебойному обеспечению судна электроэнергией и обеспечению качества электроэнергии. Многообразие задач, решаемых в процессе автоматизации СЭЭС, представлено в виде блок-схемы на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Структура задач автоматизации СЭЭС
На рис.7.1 приняты следующие обозначения: А – обеспечение качества электроэнергии; Б – обеспечение бесперебойного снабжения электроэнергией ответственных потребителей; I, II – регулирование соответственно частоты и напряжения; III – автоматическое изменение состава работающих генераторных агрегатов в функции нагрузки и технического состояния элементов электростанции; IV, V – автоматизация управления электростанцией соответственно в нормальных режимах и аварийных ситуациях; VI – контроль состояния элементов электростанции; VII – автоматическая защита генераторных агрегатов; 1 – электростанция с автономными источниками электроэнергии; 2 – электростанция с валогенераторами; 3 – пуск резервного генераторного агрегата; 4 – поддержание в готовности к пуску резервного генераторного агрегата; 5 – обеспечение запаса мощности при пуске крупных потребителей электроэнергии; 6 – автоматизация процесса пуска и остановки генераторных агрегатов; 7 – автоматизация синхронизации и распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами; 8 – пуск резервного генераторного агрегата при исчезновении напряжения на шинах ГРЩ; 9 – программный пуск ответственных потребителей после восстановления напряжения; 10 – контроль аварий по предупредительной сигнализации; 11 – управление техническим состоянием элементов электростанции; 12 – защита при неисправности работающего генераторного агрегата; 13 – направленная защита; 14 – защита от перегрузок; 15 – планирование сроков обслуживания; 16 – прогнозирование состояния; 17 – диагностирование.
При построении АСУ СЭЭС используются два основных принципа иерархичность и независимость горизонтальных и вертикальных уровней, что обеспечивает надежность ее функционирования.
Реализация этих принципов означает то, что соответствующие СУ могут нормально функционировать независимо от системы более высокого уровня, при этом наличие систем автоматизации последующих уровней улучшает качество управления при уменьшении степени участия оператора в этом процессе.
При таком подходе принято выделять пять уровней (рис. 7.2):
Рис. 7.2. Структурная схема системы управления СЭЭС;
АРЧ – автоматический регулятор частоты вращения первичного двигателя; АРН – автоматический регулятор напряжения; АУЗ - автоматическое устройство защиты ГА; ЗОФН – автоматическое устройство защиты от обрыва фазы и снижения напряжения с берега; УКИ – устройство контроля изоляции элементов СЭЭС; 1 – звено контроля и защиты первичного двигателя ГА; 2 – звено управления первичным двигателем; 3 – звено синхронизации
Уровень воздействия (нулевой уровень). Он содержит управляемые элементы СЭЭС с датчиками, исполнительными органами и органами ручного управления. Здесь же реализованы различные виды блокировок и формируется информация о достижении исполнительными органами заданных положений и возникающих неисправностях, которая передается на вышестоящий уровень;
Уровень индивидуального управления и регулирования (первый уровень), представляющий собой совокупность локальных средств автоматизации, предназначенных для управления, контроля и защиты отдельных элементов СЭЭС;
Уровень управления процессами в генераторных агрегатах (второй уровень). На этом уровне выполняются следующие функции:
управление первичными двигателями генераторных агрегатов: поддержание в готовности к пуску, пуск, остановка, контроль, защита;
синхронизация, прием и распределение нагрузок;
Уровень управления СЭЭС, (третий уровень). Данный уровень обеспечивает выполнение таких функций, как:
- контроль нагрузки работающих генераторных агрегатов;
- контроль резерва мощности для обеспечения программированного пуска мощных потребителей электроэнергии в заданном режиме использования СЭЭС;
- выбор очередности пуска резервного генераторного агрегата;
- контроль технического и коммутационного состояния СЭЭС;
- защиту СЭЭС от токов короткого замыкания;
- защиту СЭЭС при критическом состоянии изоляции ее элементов;
- вывод судна из обесточивания;
- изменение состава работающих генераторов и структуры СЭЭС в зависимости от текущего и коммутационного состояния ее элементов, режима эксплуатации судна;
Уровень управления комплексами систем управления – управление судном в целом оператором (четвертый уровень). Для СЭЭС с этого уровня осуществляется: задание режимов работы в зависимости от режима эксплуатации судна, что определяет состав элементов СЭЭС, находящихся в действии, приоритет источников и потребителей электроэнергии и т.д.
Необходимо отметить, что время, требуемое для выполнения операций управления, на разных уровнях иерархии неодинаково.
Наиболее быстротечны операции управления первого уровня. Их выполнение возложено на системы автоматического регулирования, контроля и защиты элементов СЭЭС.
Операции управления второго уровня, связанные с подготовкой к работе и пуском генераторных агрегатов, выводом их на номинальный режим и подготовкой к включению, требуют более длительного времени. Управление генераторными агрегатами в значительной степени зависит от конкретного технологического процесса управления первичными двигателями, возбуждения генератора и т.д.
Операции управления третьего уровня, связанные с управлением структурой СЭЭС, требуют быстроты реакции оператора или управляющего устройства. При осуществлении операций управления структурой СЭЭС предполагается, что переход от одной структуры к другой происходит через промежуток времени, который необходим для выполнения операций, осуществляемых системой управления нижестоящего, второго уровня.
Время для осуществления операций четвертого уровня определяется допустимыми скоростями изменения режимов эксплуатации судна и его главной энергетической установки, а также быстротой реакции оператора – судоводителя, принимающего решения по управлению судном.