Ответы на билеты СЭЭС 2013

121

Все микро-ЭВМ через клеммы периферийных соединительных плат связаны между собой

(рис. 60.3).

На этом рисунке Х12 это клеммы плат РАР 402, Х9 – клеммы платы РАР 401. Структурная схема СУ СЭЭС «Гиепас» представлена на рисунке 3.

Рисунок 60.3 – Структурная схема СУ СЭЭС «Гиепас»

1. Микро-ЭВМ DSG 822

122

1.1.Микропроцессорная плата ZK 408

Состав. На этой микропроцессорной плате расположены следующие элементы: микропроцессор, запоминающее устройство, регистры, двунаправленные буферные усилители, логические элементы, триггеры, внешний генератор тактовых импульсов, дешифраторы и таймеры.

1.2.Лицевая плата FPL 402

Лицевая плата FPL 402 объединяет элементы коммутации и индикации. На передней части лицевой платы расположены кнопки (некоторые из них снабжены светодиодами), переключатель, дисплей и светодиоды-индикаторы. Внешний вид лицевой платы приведен на рисунке 60.5.

Рисунок 60.5 – Лицевая плата FPL 402

Всего на лицевой плате семнадцать кнопок и один переключатель. В некоторые кнопки вмонтированы светодиоды.

Помимо светодиодов, вмонтированных в кнопки, на лицевой плате также присутствуют отдельные светодиоды, служащие для индикации состояния микро-ЭВМ, дизеля, генератора, для сигнализации о срабатывании защиты генератора и возникновении аварийной ситуации.

Врабочем состоянии микро-ЭВМ горит светодиод «Stand by». При наличии повреждения загорается светодиод «Unit fault».Когда дизель и генератор находятся в рабочем состоянии, светятся следующие светодиоды:

«Ready» – готов;

«Ready to synchron» – готов к синхронизации и т.д.

Втом случае, когда срабатывает защита генератора, начинает светиться один из следующих светодиодов:

«Under voltage» – низкое значение напряжения; «Reverse power» – обратная мощность и т.д.

1.3.Плата ввода-вывода ЕА 402

Плата ввода-вывода ЕА 402 служит для приема и обработки двоичных сигналов, поступающих от микропроцессорной платы ZK 408, и аналоговых сигналов – от периферийной соединительной платы РАР 402.

Плата ЕА 402 соединена с микропроцессорной платой посредством системной шины Х1, состоящей из шины данных, адресной шины и шины управления. Между ZK 408 и ЕА 402 происходит взаимный обмен информацией по шине данных. На основе обмена данными микроЭВМ управляет судовой электроэнергетической установкой.

Также плата ЕА 402 соединена двумя плоскими кабелями Х20, Х19 с периферийной соединительной платой РАР 402 и одним плоским кабелем с блоком питания NEG.

123

1.4.Периферийная соединительная плата РАР 402

Периферийная соединительная плата РАР 402 служит для соединения микро-ЭВМ между собой. К этой плате подключены различные органы управления электроэнергетической установкой, на нее поступают сигналы о напряжениях и токах генератора, сигналы с датчиков дизеля. Также на плате РАР 402 расположены электромагнитные реле, служащие для осуществления контроля и управления ЭЭУ.

Питание к плате РАР 402 поступает через выпрямитель от источника постоянного тока напряжением 24 В.

На плате РАР 402 расположены два датчика напряжения и три датчика тока.

2.Микро-ЭВМ LSG 821

2.1.Микропроцессорная плата ZK 408

Состав и функции этой платы такие же, как и в микро-ЭВМ DSG 822, за исключением различий в диапазоне адресов микросхем памяти в программе.

2.2.Лицевая плата FPL 401

Лицевая плата служит для коммутации и индикации. На ней располжены кнопки, светодиоды, дисплей. Состав лицевой платы показан на рисунке 60.6.

Рисунок 60.6 – Лицевая плата FPL 401

2.3.Плата ввода-вывода ЕА 401

Служит для приема и обработки сигналов: двоичных с микропроцессорной платы ZK 408, дискретных и аналоговых – с периферийной платы РАР 401.

2.4. Периферийная соединительная плата РАР 401 Ее функции аналогичны функциям платы РАР 402

3. Режимы работы микро-ЭВМ DSG 822.

Микро-ЭВМ DSG 822 может функционировать в двух режимах работы: ручном и автоматическом. Режим выбирают нажатием на соответствующую кнопку «Manual» для ручного и «Auto» для автоматического.

Вручном режиме пуск и остановку дизеля осуществляют путем нажатия на соответствующие кнопки – «Start» или «Stop». Подобным образом в этом режиме управления вручную осуществляют синхронизацию, подключение генератора к шинам ГРЩ и распределение активной мощности. При обесточивании судна автоматический пуск дизеля не происходит.

Вавтоматическом режиме операции по запуску и остановке дизеля, синхронизация, подключение генератора к шинам ГРЩ и распределение активной мощности выполняется автоматически.

Системы контроля и защиты дизеля и генератора функционируют независимо от выбранного режима работы.

4.Назначение микро-ЭВМ LSG 821

124

Микро-ЭВМ LSG 821 служит для осуществления контроля за нагрузкой судовой электростанции. При помощи линий связи эта микро-ЭВМ постоянно получает информацию о нагрузке каждого работающего генератора.

Помимо контроля за нагрузкой судовой электростанции микро-ЭВМ LSG 821 может обеспечивать включение шести наиболее мощных установок, имеющих контакторные станции.

На дисплее микро-ЭВМ предусмотрена индикация восьми рабочих величин, а также кодов и параметров заданных величин и аварийных сигналов. Светодиоды микро-ЭВМ позволяют контролировать включение кнопок управления и генераторных автоматов, наблюдать за состоянием дизелей и генераторов, а также следить за работой подруливающего устройства.

Вопрос 61

Система управління і захисту генераторів типу "Сінпол". Об'єм автоматизації, основні елементи.

1. Назначение системы

Устройство защиты генераторов разработано фирмой ABB специально для судовых трехфазных сетей. Оно осуществляет защиту и контроль генератора и подключенных к сборной шине устройств. Устройство формируется на базе электронных элементов и имеет гальваническую развязку от сети за счет подключения через трансформаторы напряжения и тока.

При разработке устройства особое внимание уделялось его надежности с тем, чтобы в случае неисправности, обеспечить целенаправленное отключение в электроэнергетической установке, сохраняя питание наиболее ответственных потребителей.

Всудовые электроэнергетические установки, как правило, входит несколько генераторов. Каждый генератор комплектуется своим устройством защиты.

Для контроля, к устройству подводятся трехфазное напряжение генератора и двухфазное напряжение сборных шин, а также сигналы трансформаторов тока, включенных в трехфазный токопровод генератора. Для питания устройства применяется напряжение 220В переменного тока или же 24В постоянного тока. Возможно применение обоих напряжений одновременно.

Всвязи с применением устройства, генераторный выключатель не нуждается во встроенных механизмах защиты. Для его расцепления необходима только катушка минимального реле на 220В постоянного тока, которая получает питание от устройства СИНПОЛ.

Ниже приведены наиболее важные функции устройства:

1.Защита от короткого замыкания (КЗ), функционирует также при исчезновении питающего напряжения устройства.

Защита от повторного включения в связи с ручным взводом после срабатывания. Селективное отключение при КЗ.

2.Защита от перегрузки, осуществляемая посредством определения перегрузки по току. В специальном исполнении предусматривается отключение при плавно изменяющейся частоте.

3.Защита от обратной мощности.

4.Отключение второстепенных потребителей при перегрузке.

5.Синхронизация генератора с сетью.

6.Автоматическая подгонка частоты подключаемого агрегата.

7.Контроль повышенного и пониженного напряжения.

8.Двухступенчатый контроль пониженной частоты.

9.Контроль симметричности тока.

10.Контроль цепей трансформаторов тока на обрыв.

11.Собственный контроль напряжения питания.

12.Возможность измерения мощности также при несинусоидальной форме напряжения

итока, специально для тиристорной нагрузки. Выходной сигнал 10B постоянного тока для прибора магнитоэлектрической системы.

13.Непрерывное запоминание и индикация всех функций срабатывания.

14.Обеспечение катушки минимального расцепителя генераторного выключателя

125

напряжением питания 220В постоянного тока с поддержанием этого питания при провалах напряжения во время КЗ. Отключение автомата происходит непосредственно от минимального расцепителя, цепь питания которого смонтирована в устройстве.

15.Вывод сигналов на внешнюю сигнализацию и для обработки в системе АПС.

16.Распределение активной нагрузки большого числа параллельно работающих агрегатов с автоматическим регулированием частоты по астатической или статической характеристике.

Конструктивно прибор представляет из себя 19-дюймовый блок со штыревыми разъемами

имонтажной печатной платой для соединения отдельных модулей.

Блок (корпус) СМА 50 стандартного исполнения. Карта синхронизации СМА 32. Выравнивание фаз. Карта синхронизации СМА 33. Выравнивание частот. Карта измерения мощности СМА 34.

Карта защиты от КЗ СМА 35, для селективного отключения генератора в случае КЗ.

Карта предельных значений СМА 36, выдает сигнал при достижении предельной величины:

предельная величина срабатывания при токовой перегрузке для отключения генераторного выключателя;

предельная величина срабатывания при токовой перегрузке для отключения второстепенных потребителей;

предельная величина срабатывания по обратной мощности для отключения генераторного выключателя.

Карта предельных значений СМА 36-2 для плавно изменяющейся частоты (валогенераторные установки).

Карта контроля СМА 37 со следующими функциями контроля и сигнализации:

1)контроль напряжения питания;

2)контроль цепей трансформаторов тока на обрыв;

3)контроль понижения напряжения;

4) контроль повышенного напряжения;

5)сигнализация КЗ с запоминанием сигнала;

6)сигнализация токовой перегрузки с запоминанием сигнала;

7)сигнализация обратной мощности с запоминанием сигнала;

8)сигнализация уровня снижения частоты A1 с запоминанием сигнала;

9)сигнализация уровня снижения частоты А2 с запоминанием сигнала;

10)контроль отключения второстепенных потребителей при токовой перегрузке с запоминанием сигнала;

11)сигнализация превышения напряжения с запоминанием сигнала;

12)сигнализация пониженного напряжения без запоминания сигнала;

13)кнопка сброса памяти сигналов неисправности.

Модуль преобразования напряжения генераторов и сети СМА 39 Токовый модуль СМА 40, включает в себя преобразователи тока, выходные реле, а также

цепь питания катушки минимального расцепителя генераторного выключателя (15Вт, 220В постоянного тока с накопителем энергии для кратковременного удержания);

Карта распределения активной нагрузки параллельно работающих дизель-генераторных агрегатов СМА 51.

Карта регулирования частоты дизель-генераторных агрегатов СМА 52 (одна на все генераторы).

2. Описание карты синхронизации СМА 32

Для подключения генератора на сеть обе системы должны быть синхронизированы. Для синхронизации используются фазы L1и L2 со стороны генератора и сети.

Для проверки синфазности применяются два независимых метода измерения. Это позволяет значительно увеличить защиту от ошибочной синхронизации.

126

Первый метод - это метод измерения биений. Определяется разность синусоидальных напряжений сети и генератора.

Результирующее напряжение, при совпадении мгновенных значений в момент синхронизма, равно нулю. Однако, при этом способе может возникнуть ошибка измерения, если амплитуды напряжений сети генератора неодинаковы.

Второй метод - это метод регистрации перехода через нуль. В момент перехода через нуль напряжения сети подготавливается быстродействующее аналоговое запоминающее устройство, которое отслеживает и запоминает генераторное напряжение.

При подобном методе, разность амплитуд синронизируемых напряжений существенной роли не играет. Сигнал, сформированный на базе обоих методов, в нужный момент подается на пороговый выключатель.

Разрешение синхронизации зависит, кроме того, от разности частот генератора и сети (частоты скольжения). Частота скольжения непрерывно измеряется и регулируется до установленного значения. Это значение может быть изменено согласно протоколу настройки. Увеличение установленного значения частоты скольжения позволяет ускорить синхронизацию. В этом случае, генераторный выключатель с пружинным приводом соответственно должен быть быстродействующим

Генераторные выключатели фирмы ABB отвечают этим условиям и поэтому наилучшим образом годятся для быстрой синхронизации.

Величины напряжения сети и генератора контролируются двумя пороговыми элементами с возможностью настройки. Достижение генераторным напряжением установленной величины (приблизительно 80% номинального), по истечении выдержки времени (около 2 с), формирует еще одно условие синхронизации.

Снижение сетевого напряжения относительно установленной величины (приблизительно на 15 %) вызывает запрещение синхронизации.

Команда на включение генераторного выключателя формируется в виде импульса и длится около двух секунд.

Угол опережения момента совпадения фаз синхронизируемых напряжений при включении генератора выбирается по диаграмме, приведенной в протоколе настройки. Причем, угол опережения выбирается таким образом, чтобы включение происходило несколько раньше момента совпадения фаз.

При достижении синфазности генератора и сети загораются светодиоды G и L . G - для контроля одновременности перехода синронизируемых напряжений через нуль, L — для контроля совпадения фаз по напряжению биений.

Эта сигнализация свидетельствует о достижении момента, благоприятного для включения генератора по фазе.

Если при вводе в эксплуатацию генератор включается впервые, требуется поступить следующим образом:

I) отключить с шин все источники (генераторы или питание с берега)

2)включить генераторный выключатель проверяемого генератора через цепь БЛЭК-АУТ (синхронизация при этом не работает/

3)на карте СМА 32 должны загореться светодиоды G и L .

Если горит один светодиод или вообще ни одного, проверить и привести в порядок последовательность фаз контролируемых напряжений на устройстве СИНПОЛ.

До загорания светодиодов G и L проверить монтаж и правильность подключения кабелей (при включенном генераторном выключателе).

4) проверить направление вращения поля на шинах.

Все вышеизложенные мероприятия должны непременно соблюдаться при вводе генераторов в эксплуатацию.

Включение и тест-режим.

Светодиод М сигнализирует включение генераторного выключателя. Если же микровыключатель В из среднего положения установлен в нижнее или верхнее положение теста,

127

процесс синхронизации протекает обычным образом, а светодиод М загорается при формировании сигнала включения генераторного выключателя.

Выходное реле, однако, не срабатывает и генераторный выключатель не может быть включен (тест-режим). Тест-режим позволяет провести функциональный контроль синхронизации.

Рисунок 61.1 – Структурная схема карты синхронизации типа СМА-32 Элементы фронтальной планки:

В - выключатель установки тест-режима; D - гнездо - О В;

Е - гнездо контроля перехода через нуль синхронизируемых напряжений;

F - потенциометр настройки предельных значений элемента контроля перехода через нуль; G - светодиод контроля условия совпадения перехода через нуль синхронизируемых

напряжений; Н - гнездо контроля биений;

К - потенциометр установки предельных значений по каналу частоты биений; L - светодиод контроля совпадения фаз по каналу частоты биений;

М - светодиод индикации команды включения генераторного выключателя;

N - потенциометр установки предельных значений элемента контроля напряжения генератора;

Р - светодиод индикации условия «напряжение генератора 80% номинальной величины»; R - потенциометр настройки элемента контроля понижения напряжения сети;

128

S - светодиод индикации условия «напряжение сети 15% номинального значения»; Т — светодиод контроля соответствия частоты скольжения заданной величине

Вопрос 62

Типова структурна схема автоматизованої СЕЕС та її функції.

Средства автоматизации обеспечивают выполнение наиболее характерных для любой судовой электростанции операций.

-пуск и остановку генераторных агрегатов (по команде оператора или автоматически при изменении нагрузки электростанции);

-синхронизацию генераторов и включение их на параллельную работу;

-пропорциональное распределение мощности между параллельно работающими генераторами;

-стабилизацию напряжения и частоты вращения генераторных агрегатов;

-контроль параметров в процессе работы и защиты генераторов и первичных двигателей.

Рисунок 62.1. Типовая функциональная схема автоматизации СЭС

На рис. 62.1 представлена функциональная схема автоматизации судовой электростанции, отражающая типовой состав оборудования автоматизированной СЭС переменного тока и поясняющая взаимосвязь генераторных агрегатов и автоматических устройств. В данном случае в состав судовой электростанции входят три дизель-генератора и один валогенератор. Всё устанавливаемое оборудование автоматизации разбито по выполняемым функциям: контроля и управления (CONTROL), защиты (PROTECTION), сигнализации и мониторинга (MONITORING).

Функции контроля и управления обеспечиваются устройствами, воздействующими на органы управления первичным двигателем генераторного агрегата и систему самовозбуждения генератора.

В данном случае каждый дизель-генераторный агрегат снабжён датчиком частоты вращения (tacho) и устройством дистанционного автоматического управления первичным двигателем (engine controller), обеспечивающим автоматизацию процессов его пуска и остановки. Каждый генератор снабжён автоматическим регулятором напряжения (AVR).

Для обеспечения параллельной работы синхронных генераторов применяются устройства автоматической синхронизации (synchronizing) и устройства автоматического распределения активной (load sharing) и реактивной (Var load sharing) нагрузок.

Устройства автоматической синхронизации (synchronizing) обеспечивают автоматическое выполнение условий синхронизации и подключение генераторов к шинам главного

129

распределительного щита посредством дистанционного воздействия на генераторные автоматические выключатели.

Устройства автоматического распределения активной нагрузки (load sharing) воздействуют на регулятор частоты вращения первичного двигателя (governor), изменяя подачу топлива, а устройства автоматического распределения реактивной нагрузки (Var load sharing) воздействуют на автоматический регулятор напряжения (AVR), изменяя ток возбуждения генераторов посредством потенциометра с электроприводом (motor potentiometer).

Защиты генераторов (protection) обеспечивают отключение генераторов от шин в случае короткого замыкания (shirt circuit), перегрузки генераторов по току (over current), обратной мощности (reverse power) и потери возбуждения генератором (excitation loss). В случае срабатывания любой из защит обеспечивается одновременное срабатывание аварийнопредупредительной сигнализации (alarm indication).

Помимо этого, устройства автоматизации СЭС обеспечивают дистанционный контроль основных параметров вырабатываемой электроэнергии: напряжения (voltage monitoring), частоты (frequency monitoring), потребляемой мощности электростанции (power monitoring), отклонений частоты (frequency deviation), контроль сопротивления изоляции сети (insulation monitoring). Для контроля и управления частотой сети используется устройство управления с электронным таймером (master time controller). Контроль текущего значения частоты производится при помощи эталонного кварцевого генератора. При необходимости корректировки частоты устройство одновременно воздействует на все регуляторы частоты генераторных агрегатов (governor) через устройства распределения активной нагрузки (load sharing).

Устройство автоматизации запуска и остановки резервных генераторов (load depending start & stop) позволяет по установкам оператора автоматически включать резервные генераторные агрегаты при существенном возрастании нагрузки или изменении параметров СЭС и отключать их при снижении нагрузки. С целью минимизации времени обесточивания судна в аварийных ситуациях применяется система контроля наличия напряжения на шинах ГРЩ (blackout monitoring), которая обеспечивает подключение к шинам в течение нескольких секунд любого резервного генератора, напряжение которого достигает в данный момент 90% номинального.

Устройство управления загрузкой судовой электростанции (power reference) используется при параллельной работе с береговой сетью с целью управления мощностью, потребляемой судовыми потребителями электроэнергии от береговой сети.

Вопрос 63

Класифікація електроустаткування за умовами безпеки; мережа з ізольованою нейтраллю, її аналіз, мережа із заземленою нейтраллю, аналіз; освідотство електроустановок.

Каждая СЭЭС характеризуется, структурой, схемой, состоянием, режимами работы, параметрами и показателями.

Состояние СЭЭС может быть нормальное или аварийное.

Состояние СЭЭС считается нормальным, когда энергосистема обеспечивает производство электроэнергии нормального качества от основных или резервных источников и распределение ее по судовым потребителям при работе их в любом необходимом сочетании.

Состояние СЭЭС считается аварийным, когда энергосистема обеспечивает производство электроэнергии требуемого качества от аварийных источников и распределение ее только по некоторым судовым потребителям (ответственным или аварийного назначения); аварийным также считается состояние, сопровождаемое недопустимым для нормальной работы отклонением показателей качества электроэнергии, отключением части работающих источников или потребителей.

Режим работы СЭЭС может быть установившимся или переходным. При установившемся режиме СЭЭС работает при постоянных параметрах или медленных их изменениях в заданных пределах. При переходном режиме происходит быстрое изменение параметров, когда система переходит от одного установившегося режима к другому.

130

Электрические сети выполняют изолированными от корпуса судна. Исключение составляют электрические сети маломерных судов (небольших буксиров, катеров, мотоботов и др.), на которых допускается применение корпуса судна в качестве второго провода при напряжениях до 30 В переменного и 55 В постоянного тока.

Передачу электроэнергии постоянного и 1-фазного переменного тока осуществляют 2- проводными линиями электропередачи, а 3-фаз-ного тока - 3-проводными (редко 4-проводными) линиями электропередачи. В последнем случае линия электропередачи состоит из 3-х фазных и 1- го нулевого провода и применяется на плавсредствах (дебаркадерах, брандвахтах и др.), получающих электроснабжение с берега.

Требования Регистра к системам распределения электроэнергии на судах

В судовых установках допускается применение следующих систем распределения электрической энергии переменного тока:

1)напряжением до 1000 В (трехфазная, трехпроводная изолированная);

2)дополнительно для напряжений до 500 В включительно:

трехфазная, четырехпроводная изолированная;

однофазная, двухпроводная изолированная;

однофазная, однопроводная с использованием корпуса судна в качестве обратного провода только для напряжения до 30 В;

В судовых установках постоянного тока:

1)двухпроводная изолированная;

2)однопроводная (только для напряжения до 50 В) с использованием корпуса судна) в качестве обратного провода:

на судах валовой вместимостью мене 1600 рег.т,

на судах валовой вместимостью 1600 peг.т и более для ограниченных и местно заземленных систем (например, в стартерных системах двигателей внутреннего

сгорания); Использование других систем является в каждом случае предметом специально

рассмотрения Регистром.

Классификационные общества некоторых зарубежных стран разрешают применение однопроводной системы без существенных ограничений. На танкерах использовать однопроводную систему запрещено

Режим работы нейтрали судовых электрических систем

Наибольшее распространение для распределения электроэнергии трехфазного тока на судах получила схема с изолированной нейтралью.

Трехпроводные схемы с компенсированной нейтралью имеют повышенные свойства безопасности. Один из возможных вариантов такой схемы представлен на рисунке 63.1 б. В этой схеме компенсация осуществляется за счет дросселя. Согласно правилам ряда иностранных классификационных обществ на судах разрешается применение трехпроводных систем с глухим заземлением нейтрали (рисунок 63.1 в).

Четырехпроводные схемы с изолированной нейтралью (рисунок 1 г) не получили широкого распространения, хотя и позволяют подключить к сети потребители разных напряжений. Это можно объяснить следующим образом:

возникают несимметричные нагрузки, хотя по требованию Регистра нагрузки отдельных фаз не должны различаться более чем на 15%;

необходимость использовать в таких схемах четырехжильного кабеля, имеющего несимметричную нагрузку жил;

нецелесообразность (по эксплуатационным соображениям) объединения в единую электрическую сеть силовых потребителей с бытовыми и осветительными, к изоляции которых в этом случае надо предъявлять такие же требования, как и к силовым системам более высокого линейного напряжения.