6.
АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
6.1. Основные задачи автоматизации.
На современных судах находит применение централизованное автоматизированное управление электроэнергетическими системами, которое осуществляется с пульта управления. В общем, такое управление выполняет следующие функции:
- автоматическую синхронизацию генераторов при их подключении к шинам ГРЩ;
- автоматическую защиту генераторов от перегрузок по току посредством отключения второстепенных потребителей электроэнергии;
- автоматическое распределение активных нагрузок между параллельно работающими генераторами;
- автоматический запуск резервного дизель генератора при достижении нагрузки на любом из работающих генераторов определенного значения;
- автоматический запуск аварийного дизель генератора при исчезновении напряжения на ГРЩ;
- отключение выключателя фидера питания с берега при обрыве одной из питающих фаз;
- автоматический контроль состояния СЭЭС;
Очевидно, что при таком управлении происходит изменение структуры СЭС, которая определяется количеством включенных генераторов, потребителей.
Что касается операций, связанных с текущим распределением электроэнергии, по выводу СЭС на режим после аварийных переключений , то они во многих случаях производятся вручную с автоматизацией только части полного алгоритма управления, что, естественно, требует присутствия оператора. Однако такие факторы, как сложность управления многочисленными электрическими и механическими агрегатами судна, быстрота протекания многих процессов, повышение требований к надежности и эффективности работы СЭС, заставляют создавать системы автоматического управления, способные заменить человека- оператора в контуре управления, оставляя за ним только функции, связанные с периодическим контролем и ремонтом оборудования.
Подобные системы создаются на базе современных средств вычислительной техники.
К автоматизированным электроэнергетическим системам предъявляются высокие требования в обеспечении надежности работы. Поэтому отсутствие постоянной вахты в МО требует автоматизации процессов обнаружения и локализации возникающих неисправностей и отказов, как в объектах управления, так и в управляющих системах.
Эта задача решается посредством применения гибкой программы управления в сочетании с системами развитого контроля, диагностики, поиска неисправностей, сигнализации и защиты.
На судах со степенью автоматизации А1 и А2 предусматриваются централизованный контроль судовых технических средств и дистанционное управление автоматизированной электроэнергетической системой, вспомогательными механизмами и общесудовыми системами.
В
последнее время внедрена унифицированная
блочно - функциональная система управления
СЭС типа “Ижора – М” c
применением микроэлектроники, входящая
в комплекс систем управления судовыми
техническими средствами “Залив – М”.
Эта система предусмотрена для морских
судов с объемом автоматизации А1 и А2. В
системе “Ижора – М” применены следующие
унифицированные функциональные блоки
автоматизации кассетного исполнения:
синхронизация генераторов (БСГ);
распределения активных нагрузок (БРНГ);
контроля загрузки генератора (БКЗГ);
задания резерва (БЗР); блокирования
пуска мощных потребителей (ББПП); контроля
параметров генератора (БКПБ); контроля
изоляции (БКИ).
Большинство из указанных систем входит в состав типовых устройств автоматизации технических средств, предназначенных для комплексной автоматизации морских судов различного назначения.
Специфический характер протекания физических процессов и большой объем электроэнергетического оборудования, размещенного по всему судну затрудняют, а иногда делают практически невозможным эксплуатацию судовых электроустановок без использования средств автоматизации. Одной из главных задач при проектировании автоматической части является правильный выбор объема автоматизации.
Применительно к судовым электроустановкам функциями автоматизации является:
- повышение надежности работы электрифицированных систем;
- регулирования непрерывного протекания процессов;
- управление операциями пуска и остановки оборудования;
- управление периодическими операциями (регулирование нагрузки);
- предупреждение, предотвращение и ликвидация аварийных ситуаций;
- централизация контроля параметров установок;
Таким образом в данном проекте будут автоматизированы следующие процессы:
- точная синхронизация генераторов;
- распределение активной мощности параллельно работающих генераторов;
- распределение реактивной нагрузки параллельно работающих генераторов;
- Защита СГ от перегрузки путём включения и отключения резервного СГ;
- защита генератора от обратного тока;
- контроль сопротивления изоляции;
- обеспечение берегового питания при снижении величины напряжения береговой сети;
- защита от токов короткого замыкания;
- Защита от минимального напряжения;
6.2. Метод точной синхронизации сг.
Его особенностью является то, что СГ должен включиться в параллельную работу точно в тот момент, когда его ЭДС по модулю и фазе равны соответствующим параметрам на шинах электростанции. В этом случае уравнительный ток равен нулю. В реальности ЭДС подключаемого генератора должна несколько превышать напряжение на шинах, а частота вращения СГ
должна
быть близкой к номинальной. Команда на
включение генератора в сеть подается
не в момент совпадения параметров, а с
некоторым опережением, учитывающим
время срабатывания аппаратуры. Для
точной синхронизации используем
устройство синхронизации генераторов
УСГ-35.
Оно предназначено для включения СГ на
параллельную работу методом точной
синхронизации с автоматической подгонкой
частоты подключаемого генератора к
частоте работающего. Устройство УСГ-35
подключается к сети и синхронизируемому
генератору через измерительные
трансформаторы напряжения ТV1-ТVЗ
. Вторичные обмотки этих трансформаторов
присоединены к выводам А1,
В1, С1 и А2,
В2
трансформаторно-выпрямительного блока
ТВБ
синхронизатора.
Рассмотрим работу устройства точной автоматической синхронизации типа УСГ-35 с постоянным временем опережения.
Устройство УСГ-35 с целью повышения надежности функционирования имеет два канала синхронизации: основной и резервный.
Функциональная схема УСГ-35 представлена на рис.6.1.
Система предназначена для включения СГ на параллельную работу методом точной синхронизации с автоматической подгонкой частоты подключаемого генератора к частоте работающего.
Функциональная схема усг-35
Рис 6.1
Устройство УСГ-35 подключается к сети и синхронизируемому генератору через измерительные трансформаторы напряжения. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены с выводами трансформаторно-выпрямительного блока (ТВБ) синхронизации.
Блок ТВБ обеспечивает устройство напряжением питания и сигналами пропорциональными линейным напряжения генератора. Блок ТВБ предназначен для формирования управляющих сигналов и питания коллекторных цепей и цепей смещения транзисторов. В его состав входят трансформаторы напряжения ТV1-ТV5, а также полупроводниковые диоды и сглаживающие фильтры в цепях вторичных обмоток перечисленных трансформаторов. Из блока ТВБ управляющие сигналы поступают на входы основного ОКС и резервного РКС каналов синхронизации и блоков подгонки частоты БПЧ1 и БПЧ2 (рис.6.1).
Каналы и блоки предназначены:
ОКС - для выдачи сигнала на включение АВ генератора с заданным временем tОП опережения (на выходе канала ОКС включено реле напряжения КV2);
РКС - для ограничения зоны синхронизации при выходе из строя элементов канала ОКС (на выходе канала РКС включено реле KV1). Замыкающие контакты реле КV2 и КV1 соединены последовательно и образуют схему совпадения СС. Поэтому при исправной работе обоих каналов включение AВ
генератора возможно только при одновременном срабатывании реле КVI и КV2;
БПЧ1 и БПЧ2 - для уменьшения или увеличения частоты подключаемого
генератора
при ее подгонке к частоте работающего.
Сигналы из блоков БПЧ1
и БПЧ2
поступают на вход блока БРГ
развода генераторов, который предназначен
для вывода подключаемого генератора
из синхронно-несинфазного режима (режима
"зависания").
Устройство УСГ-35 настраивается на следующие уставки:
-
по разности напряжений синхронизируемых генераторов, свыше которой наступает запрет на синхронизацию
; -
по разности частот свыше которой наступает запрет на синхронизацию
; -
по времени опережения
,
что позволяет использовать УСГ-35 для
включения генераторных автоматов
разных типов с неодинаковым собственным
временем срабатывания уставки. По
времени опережения и разности частот
оба канала синхронизации одинаковы,
что обеспечивает одновременное включение
и, как следствие, безударное включение
генераторов на шины. Применение двух
каналов синхронизации повышает
надежность устройства.
Настройку канала осуществляют на уставку разности частот основного канала. Время опережения резервного канала синхронизации при разности частот, равной уставке, должно равняться времени опережения основного канала.
Устройство УСГ-35, осуществляет синхронизацию как при положительном, так и при отрицательном скольжении, т. е. при f>0 и f<0. В то же время, как показывает опыт, при подключении недогруженного генератора с отрицательным скольжением процесс синхронизации может быть нарушен. В этом случае подключаемый генератор может перейти в двигательный режим, дополнительно нагружая работающий генератор и потребляя мощность, достаточную для срабатывания защиты от обратной мощности. Для устранения этого явления следует осуществлять синхронизацию «сверху», т. е. при положительном скольжении (f >0).