книги из ГПНТБ / Михайлов В.С. Судовые электростанции и электродвижение судов учеб. пособие

агрегатов, работающих параллельно, сравнивается с вектором на­ пряжения генератора постоянной частоты (ГПЧ) или каким-либо вектором, принятым за эталонный (опорный) и являющимся об­ щим для всей системы. Сигнал, пропорциональный величине уг­ лов между векторами напряжения агрегатов и ГПЧ, использу­ ется как обратная связь системы регулирования. Для обеспечения

тем, что воздействие на регулируемый объект призводится не при изменении угловой скорости, а при возникновении угла а между

вектором напряжения источника опорной частоты.

Устройство регулирования по углу должно состоять из трех основных элементов: измерителя моментов ИМ задающего двига­ теля, силового поршня ПС и источника питания ИП системы уп­

60

постоянное дроссельное отверстие Si и переменное дроссельное от­ верстие (сопло) Sz, частично или полностью перекрываемое за­ слонкой. При перемещении заслонки, происходящем под дейст­

поршня.

Двойной вращающийся гидравлический потенциометр пред­ ставляет собой совокупность двух потенциометров, сопла которых связаны с вращающимся валом приводного двигателя синхрон­ ного генератора, а заслонка — с ротором задающего двигателя.

В представленном на рис. 20 регуляторе режим работы гид­ равлического потенциометра приближается к релейному. В мо­ мент перекрытия заслонкой одного из сопл, например Sc i, его со­

щего между закрытой и открытой полостями гидравлического по­ тенциометра, вызывает соответствующее изменение подачи топ­ лива (или пара) в приводной двигатель, направленное на восста­ новление статического режима установки.

Регуляторы по углу используются также в системах ГЭУ. По­ этому практическая реализация и примеры использования прин­ ципа регулирования по углу рассмотрены во второй части настоя­ щего пособия.

§16. Комплексная автоматизация судовых электростанций

Всистеме комплексной автоматизации судов важное место за­ нимает автоматизация судовых электростанций. Управление каж­ дой судовой электростанцией, независимо от назначения судна, мощности и количества судовых генераторов, заключается в вы­ полнении таких основных операций, как:

—пуск, остановка, контроль работы и защита генераторных агрегатов;

—синхронизация и включение на параллельную работу судо­ вых генераторов;

—распределение реактивной и активной нагрузки между па­ раллельно работающими генераторами;

—разгрузка генераторных агрегатов путем отключения вто­ ростепенных потребителей электроэнергии;

—включение резервных агрегатов в зависимости от загрузки электростанции;

.61

—контроль сопротивления изоляции;

—пуск аварийного дизель-генератора при исчезновении на­ пряжения на шинах ГРЩ.

Обслуживающий персонал не может точно и своевременно вы­

полнить перечисленные операции с помощью простейших уст­ ройств или аппаратов ручного управления. В связи с этим воз­ никла необходимость создания комплексной системы автоматиче­

5ПЧ

Рис. 22. Функциональная схема устройства типа УСГ-1П.

— автоматического распределения активных нагрузок УРМ или

—автоматической разгрузки генераторов УРГ;

—контроля изоляции УКИ и «Электрон»;

•— защиты асинхронных двигателей от обрыва фаз и сниже­ ния напряжения ЗОФН;

— световой и звуковой сигнализации УС и УЗС.

Одним из основных устройств автоматической синхронизации су­

уставку по разности синхронизируемых напряжений; блока конт­ роля разности частот БКЧ, который при значениях частоты, соот­ ветствующих уставке, совместно с блоком времени опережения

62

Устройство синхронизации типа УСГ-1П обеспечивает автома­ тическую точную синхронизацию каждого генератора с шинами ГРЩ. Однако после включения генератора на шины ГРЩ его за­ грузка полезной мощностью осуществляется лишь в результате ра­

—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 «а включение резервного агрегата, который назначается оператором заранее. При снижении нагрузки парал­

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 включени­ ями и отключениями судовых потребителей электроэнергии. Од­

щитой одного из параллельно работающих генераторов и неко­ торыми другими причинами.

Использование резервного агрегата в каждом случае перегруз­ ки привело бы к недопустимо частым его включениям, вызываю­ щим повышенный износ и сокращение срока службы резервного агрегата. Вместе с тем значительные перегрузки могли бы вы­ звать отключение перегруженного генератора защитой прежде, чем включится резервный. Поэтому для устранения перегрузок ге­ нераторных агрегатов в электроэнергетических системах применя­ ются у с т р о й с т в а р а з г р у з к и г е н е р а т о р о в УРГ. В слу­ чае перегрузки генератора такое устройство отключает часть вто­ ростепенных потребителей электроэнергии. Во избежание ложных

63

отключений от пусковых токов асинхронных двигателей устрой­ ство УРГ срабатывает с выдержкой времени.

Все потребители в зависимости от их важности разбиты на

пенных потребителей. Отключение второй очереди происходит че­ рез 1—1,5 с после отключения первой очереди потребителей, если нагрузка агрегата не стала меньше 110% РН О м- При аварийном отключении одного из параллельно работающих генераторов мо­ жет быть предусмотрено отключение обеих очередей без выдерж­ ки времени.

Надежность работы большинства элементов электроэнергети­ ческой системы в значительной степени зависит от состояния изо­ ляции токоведущих частей относительно друг друга и земли (кор­ пуса судна). Старение изоляции в процессе эксплуатации электро­ оборудования 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 персо­ нала об ухудшении состояния изоляции элементов электроэнерге­

контроль изоляции не дает надежной оценки ее состояния в пе­ риод между измерениями, устройство УКИ предназначено для не­ прерывного контроля сопротивления изоляции установок перемен­ ного тока с изолированной нейтралью напряжением до 400 В. Это устройство подключается к контролируемым точкам через источ­ ник 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 со­ противления изоляции ниже 200 кОм схема выдает световой и звуковой сигналы.

При обрыве одной из фаз трехфазной системы переменного тока асинхронные двигатели, являющиеся основными потребите­ лями электроэнергии на судах, продолжают работать на двух фа­ зах, и аварийная ситуация какое-то. время остается незамечен­ ной. В результате асинхронные двигатели, работающие с боль­ шими перегрузками, при этом перегреваются и выходят из строя.

ния. Устройство ЗОФН используется также для сигнализации об аварийном снижении напряжения на шинах ГРЩ.

Для обеспечения действенного контроля за работой электро­ энергетической системы схемы управления предусматривают ис­

64

лить на сигнализацию положения, предупредительную и аварий­ ную сигнализацию.

Сигнализация положения определяет положение коммутацион­ ных и регулирующих аппаратов с помощью сигнальных ламп на­ каливания, вмонтированных в мнемоническую схему на ЦПУ, а также положение селективных автоматов на ГРЩ. Предупреди­ тельная сигнализация оповещает обслуживающий персонал о пе­ регрузках, недопустимом повышении температуры, повреждении изоляции и других ненормальных режимах работы установки. Ава­ рийная сигнализация сопровождает срабатывание защитной аппа­ ратуры при авариях в электроэнергетической системе. Предупре­

снят по желанию оператора нажатием кнопки снятия звукового сигнала. Однако при этом сохраняется возможность автоматиче­

звуковой и световой сигнализации типа УЗС, а также устройства мигающего света типа УС.

Началом автоматизации судовых электростанций послужили построенные с использованием функциональных устройств систе­ мы дистанционного автоматизированного управления электроэнер­

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

Система управления судовой автоматизированной электростан­ цией, схема которой приведена на рис. 23, обеспечивает последо­ вательное управление большим количеством операций.

і Один из генераторов судовой электростанции является резерв­ ным и в нормальном режиме не работает. В случае увеличения

как дизель-генератор разгонится до нормальной скорости и на зажимах генератора появится напряжение, устройство УСГ обеспе­ чит подключение его на параллельную работу с работающими

65

вает обратное срабатывание УВР, отключающего резервный гене­ ратор.

При резком увеличении нагрузки в результате включения мощ­ ных потребителей и других аналогичных причин срабатывает уст­ ройство 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».

и 6 схему пуска ДГ

степенных потребителей,

Рис. 23. Схема управления судовой автоматизированной электростанцией.

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

Дальнейшее развитие автоматизации судовых электростанций связано с заменой отдельных автоматических устройств взаимо­ связанной системой автоматического контроля и управления, раз­ работкой 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.

66

ГЛАВА IV

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

§ 17. Переходные процессы в судовых генераторах

Электрическая система в процессе эксплуатации может нахо­

тором все величины, характеризующие поведение системы, не изменяются во времени и система находится в равновесном со­ стоянии.

Переход от одного установившегося состояния системы к дру­ гому называется п е р е х о д н ы м п р о ц е с с о м . Переходные процессы возникают из-за включения или отключения судовых ге­ нераторов или мощных потребителей электроэнергии, при включе­ нии генераторов на параллельную работу методом самосинхро­ низации или грубой синхронизации, в результате коротких замы­

Из переходных процессов наиболее существенное влияние на работу электроэнергетической системы оказывают короткие замы­ кания. К о р о т к и м з а м ы к а н и е м называется не предусмот­ ренное нормальными условиями работы соединение двух или не­ скольких токоведущих частей, находящихся под напряжением, через ничтожно малое сопротивление. Короткие замыкания могут сопровождаться токами, достигающими десятков тысяч ампер. Выделение большого количества тепла и сильное механическое

Кроме того, короткие замыкания часто являются причиной пожаров в электротехнических установках и вызывают полное или частич­ ное расстройство электроснабжения потребителей.

Причинами коротких замыканий являются повреждения изо­

ного ухода за оборудованием, механических повреждений. Корот­ кие замыкания могут также возникать в результате ошибок, до­ пускаемых обслуживающим персоналом при синхронизации гене­ раторов и других оперативных переключениях.

В электроэнергетических системах переменного тока можно рассматривать одно-, двух- и трехфазные короткие замыкания.

В судовых электросистемах, где нулевая точка генераторов не заземляется, однофазные короткие замыкания невозможны. Двух­ фазные короткие замыкания обычно переходят в трехфазные вследствие того, что образовавшаяся дуга разрушает изоляцию

67

между всеми тремя фазами. Таким образом, наиболее характер­ ным для судовых сетей является трехфазное короткое замыкание (рис. 24). В электроэнергетических системах постоянного тока воз­ можны лишь двухполюсные короткие замыкания.

В момент трехфазного короткого замыкания в сети, на которую работает синхронный генератор, ток увеличивается до значений, соответствующих сопротивлению цепи до точки короткого замы­ кания и э.д.с. генератора. Ток короткого замыкания, с одной сто­ роны, стремится усилить размагничивающее, действие (ввиду пре­ обладания индуктивного сопротивления цепи короткого замыка­

;//У мотки возбуждения, т. е. наводят

спадают со скоростью, определяемой постоянной времени обмоток

Этот ток возникает под действием э.д.с, наведенной в статоре

Успокоительная обмотка генератора в отличие от других обмо­ ток имеет большее по сравнению с индуктивным активное сопро­

68

роткозамкнутой обмотки статора генератора) этот ток плавно за­

Наличие симметричного периодического и свободного аперио­ дического токов является причиной того, что общий ток короткого

в установках с частотой 50 Гц составляет 0,01 с) после начала

сумме амплитуды периодической составляющей и апериодической составляющей с учетом ее затухания за время полупериода пе­ риодического тока.

Соотношение между ударным током и амплитудой периодиче­

Системы автоматического регулирования напряжения сущест­ венно влияют на протекание переходных процессов, а следова­ тельно, и на характер короткого замыкания в судовой электри­ ческой сети. Поскольку короткие замыкания сопровождаются рез­

69