книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

На рис. 9.3, б представлена принципиальная схема станции с дву­ мя системами сборных шин, примененная на рефрижераторе типа «Ча­ паев». Схема обладает значительной гибкостью: позволяет снимать на­ пряжение с любой из систем сборных шин и с любого из фидерных вы­ ключателей без ущерба для электроснабжения судна, что несомненно

Рис. 9.3. Принципиальные однолинейные схемы судовых электрических стан­ ций с двумя системами сборных шин

ценно. Однако в схеме двойное число фидерных выключателей, что удорожает, усложняет и увеличивает объем ремонтных и профилакти­ ческих работ.

§ 9.5. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СХЕМ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Секция шин с потребителями третьей категории. В схемах судовых электрических станций довольно часто все или часть потребителей третьей категории выносятся на отдельную секцию сборных шин, иног­ да таких секций две. Известны схемы с выносом части потребителей третьей категории на отдельные распределительные щиты, получающие питание от шин ГРЩ. Такое объединение потребителей облегчает защи­ те генераторов от перегрузки разгружать генератор автоматически, путем отключения выделенной секции шин.

Линия электроснабжения потребителей судна с берега. На судах современных типов на время стоянки в порту предусматривается элект­ роснабжение с берега. Для передачи электроэнергии на шины ГРЩ предусматривают кабельную линию, связывающую ГРЩ со специаль­ ным щитом приема питания с берега (ЩПБ). На ГРЩ устанавливают выключатель, соответствующий номинальному току кабеля, необходи­ ма также установка указателя порядка чередования фаз, переключа­ теля фаз и защиты от обрыва фазы и понижения напряжения (ЗОФН).

Секция шин с потребителями, работающими при стоянке судна без грузовых операций. Присоединение потребителей, работающих в ре­ жиме стоянки судна, должно быть таким, чтобы, не нарушая их работу при электроснабжении с берега, можно было снять напряжение с любой из секций шин ГРЩ. Следует стремиться к объединению потребителей режима стоянки на одну специально выделенную секцию с подсоеди­ ненной к ней линией питания с берега; такое решение технически воз­ можно.

377

Секция шин трансформаторной подстанции судна. На современных судовых электрических станциях переменного тока применяют преиму­ щественно напряжение 380 в. Для электроснабжения части потребите­ лей судна при напряжении 220 или 127 в устанавливают судовую транс­ форматорную подстанцию. Чаще всего подстанция объединяется с элект­ ростанцией судна, точнее — с ГРЩ станции, причем сборные шины под­ станции напряжением 220 или 127 в (при напряжении на вторичной стороне трансформаторов соответственно 230 и 133 е) являются изоли­ рованными секциями сборных шин ГРЩ.

Рис. 9.4. Однолинейная схема судовой электрической станции

При нескольких трансформаторах на подстанции их присоединяют к одной или разным секциям сборных шин ГРЩ напряжением 380 в или применяют схему с переключением (рис. 9.4).

Связь станции со схемой АЭС. Если на судне установлена АЭС, то ее сборные шины соединяют кабелем со сборными шинами ГРЩ судо­ вой станции. В аварийном режиме от сборных шин АЭС должны полу­ чать питание все потребители первой категории (30, § 2. 14.3.1). В нор­ мальном режиме работы электрической станции судна питание прием­ ников этой категории также часто осуществляется через шины АЭС. При потере напряжения на кабеле, питающем АЭС от шин ГРЩ, авто­ матически запускается дизель-генератор АЭС и прерванное питание потребителей первой категории возобновляется, но теперь уже непо­ средственно от шин АЭС.

Особенности схем станций большой мощности. В схемах станций большой мощности (более тысячи киловатт) приходится принимать меры, ограничивающие ток к. з. Для этой цели в схему станции можно включать реакторы или разделять установку на несколько частей (например, носовую и кормовую), связанных кабельными линиями, разделять шины ГРЩ на секции, связанные кабельными перемычками, практиковать на вторичной стороне раздельную работу трансформато­ ров и др. (§ 3.11).

Полезно помнить, что ограничение тока к. з. путем включения реак­ торов или кабельных перемычек может быть иногда экономически оп­ равдано также на станциях средней мощности.

378

Для иллюстрации выполненного рассмотрения на рис. 9.4 приведен один из возможных вариантов принципиальной схемы электрической станции средней мощности переменного тока напряжением 380 в. В при­ водимой схеме при перегрузке генераторов предусмотрено автомати­ ческое отсоединение выключателем В потребителей третьей категории (секции 4), предусмотрено секционирование шин станции селективным выключателем ВС и секционирование шин подстанции рубильником.

Трансформаторы получают питание от секции 3, к которой подведе­ на линия электроснабжения с берега (через ЩПБ). К этой секции,

атакже к секции 4 подключены все потребители стояночного режима.

Врежиме стоянки, при электроснабжении судна с берега, переключа­ тель В разомкнут, что позволяет эксплуатационному персоналу вы­ полнять ремонт, замену и регулировку оборудования, а также профи­ лактические работы при снятом напряжении с секций 1 и 2 сборных шин. Это очень ценная особенность схемы. Переключатель В позво­ ляет также, переключив секции 3 и 4 на одну из генераторных секций, снять напряжение с другой секции, предварительно отключив выклю­ чатель ВС, что дает возможность выполнять ремонтные работы и профилактические осмотры при снятом напряжении не только на стоянке, но и на ходу судна, что очень важно.

Однако очевидно, что снять напряжение с секции 1 или 2 в режиме хода судна можно лишь в схемах, где основные и резервные потре­ бители ходового режима подключены к секциям так, что при снятом напряжении с одной из секций ход судна и управление им не нару­ шаются.

Потребители первой категории присоединены к шинам АЭС (сек­ ция 5); в нормальных условиях работы установки их питание обеспечи­ вается от шин ГРЩ, а в аварийном режиме — от шин АЭС; при потере напряжения на шинах ГРЩ автоматически размыкаются контакты у контактора КЛ1, замыкаются контакты КЛ2 и запускается аварий­ ный дизель-генератор.

Если на станции не два генератора, а три, то следует предусмотреть не две, а три генераторные секции, подключив к каждой из них один ге­ нератор.

§ 9.6. СХЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СЭС

Теперь, после того как рассмотрены системы автоматической ста­ билизации напряжения и частоты (§ 2.3), устройства синхронизации

и линий (§ 6.3) и другие, уместно привести общую функциональную схему автоматизированного управления СЭС. Подобные схемы (рис. 9.5) получили широкое распространение на судах современной постройки (системы ДАУ СЭС «Иртыш» и др.) В схеме объединены рассмотрен­ ные ранее частные функциональные схемы и устройства (теплоходы типа «Великий Октябрь», «50-летие комсомола» и др.).

Для пояснения работы схемы допустим, что в СЭС работает один из трех генераторов и нагрузка его увеличилась до уставки срабаты­ вания устройства включения резерва УВР, например до / раб =

379

положением ключа К. После запуска агрегата он самовозбуждается и его напряжение и частота вращения стабилизируются блоком систе­ мы стабилизации напряжения и регулятором частоты вращения Д і . Затем в действие вступит устройство автоматической синхронизации УСГ выравнивающее при необходимости частоты изменения напряже­ ния (частоты вращения) работающего и запускающего агрегатов и включающее генератор на параллельную работу. После включения ге-

Рис. 9.5. Функциональная схема управления судовой электроэнергетической си­ стемой

нератора вступает в работу устройство регулирования частоты и на­ грузки (УРЧН), выравнивающее распределения активных нагрузок между генераторами при помощи прибора регулирования частоты ПРЧ, датчиков активного тока Д А Т и магнитных усилителей У. Распределе­ ние реактивных нагрузок выполняется устройствами АРВ (автомати­

ройство автоматической разгрузки генераторов УРГ отключит первую группу малоответственных потребителей, а затем через 4—8 сек, если перегрузка сохранится,— вторую группу и, наконец, третью группу потребителей или выключатель генератора.

Увеличение тока через генератор до тока к. з., что возможно, на­ пример, при замыкании на шинах ГРЩ, вызовет срабатывание защи-

380

ты, встроенной в выключатель генератора, и его отключение от сётй. Генератор будет отключен защитой, и при переходе в режим работы двигателем сработает реле обратной мощности М.

Если нагрузка на каждом из параллельно работающих генераторов или на одном из них уменьшится до 30—35% от номинальной, УВР отключит генератор или включит систему предупредительной сигна­ лизации.

Напомним, что СЭС управляется также и такими же функциональ­ ными устройствами, как устройство непрерывного контроля изоляции системы (УКИ) и ее отдельных элементов (§ 6.3).

Таким образом, современные СЭС имеют развитую автоматизиро­ ванную систему управления как в рабочих, так и в аварийных и не­ нормальных режимах работы.

Для повышения надежности и экономичности СЭС необходимо даль­ нейшее совершенствование и развитие автоматизации управления и кон­ троля. Так, необходимо иметь разветвленную систему непрерывного и периодического контроля состояния оборудования и режима, авто­ матически регистрировать на пишущей машинке или самописцами от­ клонения всех контролируемых параметров от установленных преде­ лов, необходимо накопление информации, позволяющей судить о состоянии оборудования и изменении его характеристик в процессе эксплуатации. Необходимо также такое построение автоматической системы управления СЭС и главной энергетической установки, чтобы после аварийного обесточивания судна ввести силовую установку в действие и восстановить ход судна в минимально возможное время и без участия вахтенного персонала. Очень важна автоматизация распознавания и ликвидации предаварийных и аварийных состояний агрегатов, систем и др.

Для решения задачи непрерывного контроля за работой электриче­ ских и механических систем и накопления информации о работе агре­ гатов и систем на судах все чаще устанавливают машины централизо­ ванного контроля и сигнализации (МЦК) с включением в круг контро­ лируемых ею объектов не только агрегатов и режимов СЭС, но и глав­ ной энергетической установки и разнообразных механических систем судна (теплоходы «Котовский» [43, № 1, 1970], «Новомиргород» и др).

Работа МЦК рассматривается в курсе «Судовые электрические измерения».

Сложность управления многочисленными электрическими и меха­ ническими агрегатами судна, быстрота протекания многих процес­ сов, особенно аварийных, задача повышения эффективности морских перевозок, в том числе за счет сокращения численности экипажа суд­ на, требуют наряду с автоматизацией СЭС автоматизации главной энергетической установки, автоматизации получения и обработки на­ вигационной и метеорологической информации и судовождения.

На современных судах наблюдается стремление к объединению су­ довых систем управления в единый общесудовой комплекс на основе применения электронных вычислительных (управляющих) машин (ЭВМ). Есть сторонники и децентрализированных систем управления со специализированными ЭВМ. Применение ЭВМ особенно полезно

381

при решении задач, требующих участия логики и памяти. ЭВМ рас­ ширяют также возможности выполнения вычислительных операций, связанных со статистической обработкой поступающей информации, диагностикой событий, выбором оптимальных режимов и др.

К 1972 г. построены и эксплуатируются десятки судов с высокой степенью автоматизации на базе применения ЭВМ.

Рисунок 9.6 дает представление о функциональных связях ЭВМ на танкере «Сейко Мару».

§ 9.7. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Распределительным устройством (РУ) называют комплекс элек­ трических аппаратов, сборных и соединительных шин, приборов, пред­ назначенных для приема и распределения электрической энергии.

Судовые электрические станции напряжением до 1000 в имеют РУ, выполняемое в виде распределительного щита, на котором установлены сборные шины, автоматические и пакетные выключатели, рубильники, предохранители, измерительные трансформаторы и другие аппараты и приборы, позволяющие осуществить сбор и распределение электри­

и обтянутого чаще всего стальными листами толщиной 2—2,5 мм. Применяют также бескаркасные щиты.

Назначение и конструктивное выполнение судовых распределительных устройств

По назначению распределительные устройства (щиты) судовых систем принято подразделять на следующие категории.

1.Главные распределительные щиты (ГРЩ), принимающие элек­ трическую энергию от главных генераторов и распределяющие ее между распределительными щитами и отдельными приемниками.

2.Распределительные щиты (РЩ), получающие энергию от ГРЩ

ираспределяющие ее между потребителями, сосредоточенными в оп­

ределенных районах судна (машинное отделение, палубы судна

ит. д.).

3.Групповые распределительные щиты (ГрРЩ), получающие энер­ гию от РЩ и обеспечивающие питание небольшой группы потребите­ лей — преимущественно освещения.

4.Аварийные распределительные щиты (АРЩ), получающие энер­ гию от аварийного генератора и распределяющие ее между потребите­ лями, состав которых обусловлен Регистром СССР (сеть большого аварийного освещения, радиостанция и т. п.).

По конструктивному выполнению распределительные устройства подразделяют на открытые, защищенные, каплезащищенные, брызго­ защищенные и водозащищенные. Выбор конструктивных особенностей

383

распределительного устройства определяется местом его установки

иусловиями работы.

Враспределительном устройстве открытого исполнения, обеспе­ чивающем легкую конструкцию с небольшими габаритами, токоведу­ щие части не имеют специальных защитных приспособлений от слу­ чайных прикосновений.

Распределительные устройства защищенного исполнения выпол­ няются в целях безопасности так, что в процессе эксплуатации исклю­ чается возможность случайного прикосновения к токоведущим частям. Для этой цели РУ окружают металлической сеткой или листами же­ леза, чаще всего перфорированного.

ГРЩ, как правило, выполняют в защищенном исполнении, что повышает безопасность обслуживающего персонала. Сверху ГРЩ снабжают защитой от капель.

Распределительные устройства брызгозащищенного исполнения имеют всесторонние защитные приспособления против попадания внутрь щита водяных брызг.

Распределительные устройства водозащищенного исполнения име­ ют защитное приспособление против попадания воды внутрь щита.

Подчеркнем, что в целях пожарной безопасности в ряде помещений судна (аккумуляторные, малярные, бункерные угольные ямы, трюмы для перевозки легковоспламеняющихся грузов и др.) установка РУ запрещена вовсе.

При выборе места расположения РУ руководствуются не только условиями работы в том или другом помещении, но и близостью к по­ требителям. Распределительное устройство располагают там, где со­ средоточены основные потребители энергии, получающие питание от данного устройства (машинные и котельные отделения, палубы судна и др.).

ГРЩ обычно располагают не только вблизи основных потребителей, но и вблизи генераторов, что сокращает длину кабелей от генераторов до ГРЩ и облегчает одновременное наблюдение за приборами на щите и генераторами. Располагать ГРЩ рекомендуется поперек судна.

Аварийная электростанция и ее распределительный щит должны устанавливаться совместно в помещении, расположенном выше палубы переборок [30, 2.14.2.2].

Особенности оборудования ГРЩ

ГРЩ оборудуют в соответствии со схемой электрической станции судна. При этом все оборудование располагают на щите так, чтобы обеспечивалось удобство и безопасность эксплуатации станции, удоб­ ство технического обслуживания и монтажа аппаратов и приборов РУ. С этой целью ГРЩ разбивают на ряд панелей: генераторные, распределительные и управления.

На каждую генераторную панель выносят аппараты, приборы и уст­ ройства, защищающие генератор, позволяющие контролировать его работу, выравнивать между генераторами активную и реактивную нагрузку и др. На генераторных панелях допускается также разме­

384

щение аппаратуры и измерительных приборов линий, питающих по­ требителей, но при условии сохранения удобства эксплуатации гене­ раторов.

На распределительные панели выносят коммутационные и защит­ ные аппараты линий к электроприводам механизмов, вентиляции, ос­ вещения и т. п., аппаратуру контроля за нагрузкой части линий станции. Панели, исходя из схемы станции, по возможности укомплек­ товывают однородными потребителями, что делает установку более удобной в эксплуатации. При комплектовании распределительных панелей используют унифицированные блоки из автоматических вы­ ключателей и блоки из пакетных выключателей.

Панели управления выделяют на ГРЩ судовых электрических станций в тех случаях, когда целесообразно сосредоточить на одной панели УСГ, переключатели автоматической и ручной синхрониза­ ции, исполнительные реле разгрузки генераторов устройств автома­ тической разгрузки (УРГ), исполнительные реле пуска и остановки резервных агрегатов (УВР), переключатели управления с автоматиче­ ского на ручное, переключатели ручного управления серводвигателя­ ми, приборы контроля изоляции и др.

На панель управления может быть вынесен межсекционный АВВ или разъединитель и др.

Генераторные панели, как правило, располагают в середине ГРЩ, а панель управления — в центре щита, между генераторными пане­ лями.

Заметим, что вокруг распределительных щитов обязательно долж­ ны быть уложены резиновые ковры, резко увеличивающие сопротив­ ления пути тока через тело человека при случайном касании им голых токоведущих частей. Применение резиновых ковров существенно повышает электробезопасность работы у распределительных щитов.

Принципиальные схемы включения аппаратов, приборов и устройств генераторных панелей

На рис. 9.7 приведена принципиальная схема генераторной пане­ ли ГРЩ установки переменного тока, удовлетворяющей требованиям Регистра СССР [30, 5.2.4]. На каждой генераторной панели устанав­ ливают: амперметр с переключателем для контроля нагрузки каждой из фаз генератора; вольтметр с переключателем для контроля каждого из трех междуфазных напряжений в процессе пуска генера­ тора и при его работе; частотомер для измерения частоты изменения напряжения генератора в процессе пуска и в рабочем режиме; ватт­ метр трехфазной мощности для контроля за активной нагрузкой ге­ нератора и, следовательно, нагрузкой первичного двигателя генера­ тора; амперметр в цепи возбуждения генератора с машинным возбу­ дителем для контроля исправности цепи возбуждения и контроля нагрузки ротора генератора; селективный выключатель для защиты генератора от токов перегрузки, короткого замыкания и для коммута­ ции цепи генераторов. При работе генератора параллельно с други-

ми генераторами в схеме предусматривают защиту от обратной мощ­ ности.

На генераторной панели устанавливают также автоматически дей­ ствующие устройства разгрузки генераторов, регулирования распре­ деления активной нагрузки и устройства включения резервного гене­ ратора.

Рис. 9.7. Принципиальная схема генераторной панели ГРЩ переменного тока

На генераторную панель или панель управления выносят также переключатель дистанционного управления серводвигателем для ре­ гулирования подачи энергоносителя в первичный двигатель, привод автомата гашения поля и некоторые другие приборы и аппараты.

Амперметры, ваттметры и защиту от обратной мощности, как пра­ вило, включают через трансформаторы тока, что защищает приборыот разрушительного действия токов к. з.

386