Министерство транспорта России
Департамент морского транспорта
ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ
ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О.МАКАРОВА
Факультет Судомеханический
Кафедра Судовых ядерных энергетических установок
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ
АТОМНОГО ЛЕДОКОЛА ПРОЕКТА 10521
Учебное пособие
Автор - к.т.н. Быков А.С.
Санкт-Петербург
2008г.
ВЕДЕНИЕ.
Электроэнергетическая система атомного ледокола предназначена для надежного электроснабжения потребителей паропроизводящей установки, паротурбинной установки, гребной электрической установки, систем контроля и управления, общесудовых систем и других электропотребителей.
ЭЭС в расширенном понимании это единый комплекс источников электроэнергии, распределительных устройств с сетями, а также электропотребителей, обслуживающих ППУ, ПТУ, ВТГ, т.е. все объекты, связанные с производством электроэнергии.
Для судов с ядерной энергетической установкой характерна существенная зависимость безаварийной работы ЯЭУ от бесперебойного электроснабжения, поэтому от качества управления ЭЭС зависит не только эффективность работы ледокола, но и ядерная безопасность установки. Принятая схема генерирования и распределения электроэнергии при высокой эксплуатационной надежности обладает достаточной гибкостью и живучестью электроснабжения потребителей ППУ и ледокола в целом, практически исключает возможность полного обесточивания ЭЭС.
Под управлением ЭЭС здесь имеются ввиду все воздействия эксплуатационного персонала и автоматических систем, приводящие к изменению структуры или режима работы ЭЭС.
Управление ЭЭС осуществляется частично автоматически системами автоматического управления, частично дистанционно вахтенным персоналом из центрального поста управления с помощью системы «Двина»(на а/л «50 лет Победы – «Двина – М1) и других устройств. Часть действий по управлению (ввод в параллель, контроль сопротивления изоляции и другие) может быть осуществлена на щитах ГРЩ. Некоторые электроприводы имеют только местное управление.
Дополнительно к управлению системой «Двина» в ЭЭС выполняется автоматическое управление электроснабжением панелей и секций щитов питания потребителей паропроизводяших установок, а также панелей щита аварийных дизель-генераторов. Кроме того, имеются локальные системы пуска резервного и аварийных дизель-генераторов. Каждый из электроприводов имеет свою систему управления.
Опыт эксплуатации атомных ледоколов данной серии показал, что автоматизированная система управления ЭЭС обеспечивает надежное управление источниками электроэнергии в нормальных и аварийных режимах, а также ввод в действие аварийных и резервных источников, находящихся в постоянной готовности к автоматическому пуску и приему нагрузки, что позволяет безопасно эксплуатировать и надежно расхолаживать ППУ при любых эксплуатационных ситуациях.
Как показал анализ нестандартных ситуаций при срабатывании аварийной защиты на двух реакторах электропитание потребителей ППУ до запуска и приема нагрузки аварийными дизель-генераторами и резервным дизель-генератором надежно обеспечивается от вспомогательных турбогенераторов, работающих на остаточной паропроизводительности реакторов (на выбеге). При этом обеспечиваются требуемые для ВТГ параметры пара в течение времени до 1,5 мин.
Настоящее пособие предназначено для курсантов Электромеханического факультета ГМА им. адм. С.О.Макарова.
1. Система генерирования как объект управления
На рис.1.1 представлена структурная однолинейная схема электроэнергетической системы атомных ледоколов проекта 10521.
На ней показаны: ТГ1...ТГ5 - основные источники (турбогенераторы);
РДГ - резервный источник (дизель-генератор);
АДГ1, АДГ2 - аварийные источники (дизель-генераторы).
ЭЭС содержит две независимые электростанции (носовую и кормовую), расположенные в различных помещениях и имеющие свои главные распределительные щиты (ГРЩ1 и ГРЩ2).
Источниками электроэнергии для носовой электростанции являются турбогенераторы ТГ1 и ТГ2, а для кормовой - турбогенераторы ТГ3 и ТГ4. Турбогенератор ТГ5 и резервный дизель-генератор РДГ размещены в помещении кормовой электростанции и могут быть подключены к любому ГРЩ.
Два аварийных дизель-генератора АДГ1 и АДГ2 установлены в отдельном помещении вместе с секционированным распределительным щитом аварийных генераторов. Подключение секций шин ЩАГ к главным распределительным щитам и друг к другу осуществляется с помощью контакторов К1...К4, управляемых системой автоматики.
Шины ГРЩ1 и ГРЩ2 также секционированы. Секционные автоматические выключатели, также как и генераторные, выполнены селективными. Время селективной задержки отключения автоматов: генераторных - 0,63 с, секционных - 0,38 с, на перемычке между ГРЩ - 0,18 с. Автоматические выключатели ЩПБ имеют уставку времени 18 с, тока-1,5 кА, автоматы 9АУ соответственно –8 с и 0,63 кА. Такие уставки времени создают дополнительные ступени селективности токовой защиты при коротких замыканиях на шинах или фидерах вблизи шин ГРЩ и способствуют повышению живучести ЭЭС и надежности электроснабжения потребителей.
Взвод генераторных автоматов ВТГ и РДГ осуществляется от шин генераторов за время 5…10 с, межсекционных – с двух сторон. Взвод происходит после отключения автомата при наличии напряжения.
Цепи начального возбуждения ВТГ подключены к клеммам генераторных автоматов со стороны ГРЩ.
На ГРЩ2 некоторые автоматы имеют взаимную блокировку, не допускающую их одновременного включения. Блокировкой автоматов 9АСП и 4АСП исключается одновременное включение на перемычку между ГРЩ1 и ГРЩ2 двух источников, например ТГ5 и РДГ. Ограничение обусловлено сечением шинопровода между ГРЩ, рассчитанного на передачу мощности одного основного источника (2000 кВт, 4120 А).
Блокировкой автоматов 8АСП и 9АСП не допускается одновременное включение РДГ на ГРЩ1 и ГРЩ2 через разные автоматы. При этом генератор не будет защищен от перегрузки. При необходимости схема позволяет включать РДГ на ГРЩ2 и одновременно автоматами ЗАСП или 11АСП и 4АСП через перемычку - на ГРЩ1.
Автоматами 3АСП и 11АСП можно включить перемычку между ГРЩ и турбогенератор ТГ5 на любую секцию ГРЩ2.
Взаимная блокировка автоматов 3АСП и11АСП не допускает их одновременного включения. Это приводило бы к шунтированию секционного автомата 5АСП и нарушению селективности токовой защиты ГРЩ при коротком замыкании.
Имеется также блокировка между автоматом берегового питания 2АСII и автоматом РДГ 8АСII, действующая в режиме автоматического включения РДГ на обесточенные шины ГРЩ2.
Функциональная схема ЭЭС позволяет реализовать многовариантное включение источников в различных режимах работы ЯППУ и судна. Ходовой режим с полной мощностью гребной установки обеспечивается работой ТГ1 и ТГ2 на ГРЩ1, ТГ3 и ТГ4 на ГРЩ2. При необходимости с любым из указанных ТГ на параллельную работу включается ТГ5 (на ГРЩ1 по перемычке).
При необходимости в ходовом режиме ледокола на любую секцию ГРЩ1 (для этого установлены автоматы 3АСП и 5АСП), может включаться и РДГ. На ГРЩ2 он может быть подключен только на секцию ВТГ4.
ВТГ5 вводится в работу взамен выведенного на профилактику или для ремонта другого ВТГ, а также работает в резерве на холостом ходу при прохождении ледоколом узкостей и в других сложных навигационных условиях.
Следует учитывать также возможность работы турбогенераторов на паре от вспомогательной котельной установки.
В состав схемы генерирования электроэнергии входят два аварийных дизель-генератора АДГ1и АДГ2, которые подключаются с помощью автоматических выключателей к генераторным секциям щита аварийных генераторов. Параллельная работа АДГ1 и АДГ2 между собой и с турбогенераторами кормовой и носовой электростанций, а также с РДГ схемой не предусмотрена.
Автоматические выключатели АДГ не имеют нулевой защиты и постоянно включены.
Электроснабжение потребителей в условиях стоянки ледокола на базе при неработающей ЯППУ осуществляется от береговой сети через два щита питания с берега ЩПБ1 и ЩПБ2, расположенные в помещениях левого борта в носовой и кормовой оконечностях ледокола. ЩПБ соединенные между собой постоянной перемычкой, подключённой после автоматов ЩПБ. Перемычка рассчитана на передачу мощности в 700 кВт. При протекании тока по перемычке на ней падает напряжение около 5 В. На щитах находятся автоматы, включаемые вручную и имеющие нулевую защиту. Щиты ЩПБ1 и ЩПБ2 могут подключаться с помощью селективных автоматических выключателей 2АС1 и 2АСП соответственно к ГРЩ1 и ГРЩ2. При питании с берега ГРЩ1 и ГРЩ2 обычно также соединены между собой через основную перемычку между ними. Питание с берега обычно подключается к одному из ЩПБ, кабели берегового питания и щит рассчитаны на передачу мощности 1200…1500А в зависимости от температуры наружного воздуха. Электроснабжение ледокола осуществляется от источника I категории. Реальная нагрузка «Берег-1» –500 А, «Берег-2» – 600 А. В настоящее время стремятся ограничить суммарную мощность в режиме ремонта ледокола на уровне 400 кВт. При питании с берега ЭЭС работает в режиме с заземлённой нейтралью. При этом судовые приборы контроля изоляции отключаются, т.к. с сетью ледокола соединяется разветвлённая береговая сеть Контроль Rиз производится на береговой подстанции. При необходимости проверки Rиз сети ледокола ГРЩ запитывают от РДГ.
При нахождении ледокола в доке питание на ГРЩ1 и ГРЩ2 поступает через щиты ЩБТК1 и ЩБТК2, подключаемые к ГРЩ через ЩПБ2. Щит ЩБТК2 находится в помещении ЩПБ2, при этом щиты ЩБТК2 и ЩПБ2 соединяются между собой через отключаемую или постоянно подключённую перемычку. ЩБТК1 на а/л «Россия» находится в помещении сорбентов (жилая палуба, ПБ), на а/л «Советский Союз» и «Ямал» в помещении хранения шлангов приемной воды (верхняя палуба, ПБ). Питание в доке подключают также и через ЩПБ.
В схеме генерирования предусмотрена возможность подключения аварийных перемычек, рассчитанных на ток 370 А, между генераторными секциями ЩАГ и главными распределительными щитами ГРЩ1 и ГРЩ2 (щитом 25РЩ). Для этого на шинах имеются клеммы, а в щитах –отверстия. На а/л «Ямал» имеется забухтованный кабель.
Схема генерирования обеспечивает следующие режимы работы источников:
-длительную параллельную работу двух любых ВТГ одной электростанции на «свой» ГРЩ;
-длительную параллельную работу ВТГ5 с любым ВТГ НЭС или КЭС вместо другого неработающего генератора;
-длительную работу любого ВТГ, РДГ на один или оба ГРЩ и по фидеру на ЩАГ;
-кратковременную (до 5 мин.) параллельную работу двух ГРЩ или любого ГРЩ с береговой сетью на период перевода нагрузки;
-кратковременную (до 5 мин.) параллельную работу трех ВТГ на период перевода нагрузки;
-кратковременную (до 5 мин) параллельную работу РДГ с одним или двумя ВТГ любой электростанции на время перевода нагрузки;
-длительную раздельную работу АДГ1 и АДГ2 на ЩАГ.
Турбогенераторы электростанций, установленные в составе ЭЭС, одного типа - ТК2-2.
Параметры турбогенераторов типа ТК2-2:
Мощность, кВА (кВт) . . . . . . . . . . . . 2850 (2000)
Напряжение, В . . . . . . . . . . . . . . . 400
Сила тока, А . . . . . . . . . . . . . . . 4120
Коэффициент мощности . . . . . . . . . . . 0,7
Резервный дизель-генератор типа МСК 1250-750 установлен в помещении кормовой электростанции.
Параметры дизель-генератора МСК 1250-750:
- Мощность, кВА (кВт) . . . . . . . . . . . . 1250 (1000)
- Напряжение, В . . . . . . . . . . . . . . . 400
- Сила тока, А . . . . . . . . . . . . . . . 1805
- Частота вращения, об/мин . . . . . . . . . 750
- cos φ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8
РДГ оборудован системой автоматического пуска «Роса-03», обеспечивающей запуск и готовность к приему нагрузки дизеля через 26…40 с после получения сигнала на запуск.
Электродвигатели взвода генераторных автоматов РДГ получают питание от фидеров, подключенных к РДГ.
Аварийные дизель-генераторы типа МСС 103-4 установлены в специальном помещении вместе со ЩАГ.
Параметры дизель-генераторов типа МСС 103-4:
- Мощность, кВА (кВт) . . . . . . . . . . . . 250 (200)
- Напряжение, В . . . . . . . . . . . . . . . 400
- Сила тока, А . . . . . . . . . . . . . . . . 361
- Частота вращения, об/мин . . . . . . . . . . 1500
- cos φ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,8
- КПД. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,92
Каждый из АДГ снабжен системой автоматического пуска АЗ ДГА, обеспечивающей пуск дизеля и готовность к приему нагрузки примерно через 7…10 с после получения сигнала на пуск.
Сигналы на пуск РДГ и АДГ могут поступать либо из системы «Двина», либо – «БРИЗ-Р».
Генераторные автоматы АДГ1 и АДГ2 постоянно включены и не имеют нулевой защиты. Первый из запустившихся АДГ при обесточивании двух ГРЩ запитывает потребители ЩКО, особенности подключения которых будут рассмотрены ниже.
При восстановлении питания на ГРЩ2 (после подключения к нему РДГ) распределительная панель 380В 50Гц ЩАГ вновь переключается на ГРЩ2 и далее при появлении напряжения на ГРЩ1 - на него.
Собственное время срабатывания при автоматическом переключении с одного источника на другой не превышает 1,5с и является суммарным временем выключения и включения всех аппаратов, участвующих в переключении.
Между контакторами К1, К2, К3 и К4 имеются электрические блокировки, исключающие возможность одновременного включения распределительной панели 380В 50Гц на питание от двух и более источников.
Имеется блокировка между контакторами К3, К4 ЩАГ и контакторами К5 ЩКО. Распределительная секция ЩАГ может подключаться к шинам второго запустившегося АДГ (данное понятие относится только к ситуациям с обесточиванием двух ГРЩ) только после выдачи сигнала контактором К5 другого ЩКО о подключении панели 6 к первому запустившемуся АДГ. Кроме того, при срабатывании контактора К5 любого из ЩКО блокируется срабатывание соответствующего контактора (К3 или К4) ЩАГа.
Конструктивно ЩАГ состоит из пяти отдельных панелей:
а) двух генераторных панелей и аварийного питания N 1 и N 5 соответственно для АДГ1 и АДГ2 ;
б) панели автоматики N 2;
в) панели распределительной N 3 380В 50Гц;
г) панели распределительной N 4 220В 50Гц.