Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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:
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).
6.3 Автоматическое распределение активной мощности параллельно работающих генераторов.
Неравномерность распределения активной нагрузки обусловлена разностью частот вращения генераторов и коэффициентов статизма скоростных характеристик. Для достижения равномерного распределение нагрузок на ГРЩ или ПУ предусмотрен переключатель, воздействующий на серводвигатель регулятора частоты вращения, который обеспечивает изменение подачи топлива или пара; для более нагруженного ГА необходимо уменьшить подачу топлива, а для менее нагруженного - увеличить.
Эта система позволяет в течении 0-38 секунд распределить активную мощность с погрешностью +-0,05Рн при изменении суммарной нагрузки СЭС от
0,2до 1,1Рн.При Р>Ргр блок обеспечивает включение серводвигателя подключаемого генератора, ускоряет процесс распределения нагрузок.
Функциональная схема блока УРМ-35 показана на рисунке 6.2
Функциональная схема УРМ-35
Рис 6.2
Выходы датчиков соединены по дифференциальной схеме, в которую включен вход формирователя. Формирователь импульсов собран по схеме двухтактного широтно-импульсного модулятора и вместе с датчиком активного тока полностью определяет статические и динамические характеристики всего устройства УРМ-35Д.
Частота следования импульсов находится в пределах 0,2-0,4 Гц, импульс наименьшей длительности, соответствующий наибольшему входному напряжению, не превышает величины определённой по формуле tmax=1/2fн.
Схема дифференциальной цепи, обусловленной разностью активных нагрузок Р генераторов, поступает на вход полупроводникового реле «больше», «меньше» КБ и КМ. На эти же входы подаётся напряжение от генератора пилообразного напряжения ГНП. Срабатывание любого триггера и появление сигнала на входе формирователя будет определяться суммарным действием на вход триггеров напряжения входного сигнала из дифференциальной цепи и пилообразного напряжения с ГПН.
При разности активных нагрузок ,превышающий 5 % , на входы реле КБ и КМ кроме пилообразного напряжения с генератора ГПН, поступит сигнал из дифференциальной цепи датчиков, достаточный для срабатывания одного из реле. Этот сигнал усиливают усилители УМ и УБ, а затем выходные усилители ВУБ и ВУМ. С выхода усилителя импульсное напряжение поступит на серводвигатель
генераторного агрегата, воздействуя на первичный двигатель генератора таким образом, чтобы активные нагрузки генераторов выравнивались При равенстве нагрузок генераторов ток в дифференциальной цепи уменьшится до нуля и формирователь прекратит выдавать импульсы напряжения. Длительность импульсов зависит от рассогласования нагрузок.
6.4 Автоматическое распределение реактивной мощности параллельно работающих генераторов.
При параллельной работе СГ разность ЭДС вызывает появление уравнитеньных токов. Так ,например, если Е1>E2,то в замкнутом контуре , образованном обмотками статора обоих генераторов , появится разностная ЭДС ΔЕ= Е1-E2 вектор которой направлен в сторону вектора Е1 . ЭДС ΔЕ вызовет уравнительный ток IУР.стремится выровнять ЭДС параллельно работающих генераторов.
Поскольку уравнительные токи СГ являются реактивными, то они практически не нагружают первичные двигатели и тем самым не влияют на активную мощность , развиваемую генераторами. Следовательно, воздействием на токи возбуждения генератора можно перераспределять лишь реактивную нагрузку. Практическое распространение для распределения реактивных токов имеют схемы с уравнительными соединениями в роторных цепях СГ и схемы с дополнительными устройствами, воздействующими на корректоры напряжения, если они предусмотрены в системе.
6.5 Защита СГ от обратного тока.
Защита генератора от обратного тока осуществляется при помощи бесконтактного реле обратного активного тока типа РОТ-51/401.
Реле такого типа предназначено для защиты параллельно работающих судовых генераторных агрегатов переменного тока частотой 50 и 100 Гц от перехода в двигательный режим.
Реле работает согласно следующей зависимости:
Iср=Iр*cos(fc);
Здесь Iср - ток срабатывания реле;
сos(fc) - коэффициент мощности сети;
Iр - ток реле, равный Iр=Iо.с.*Кw, где Iо.с. - обратный ток в контролируемой сети;
Кw - коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока.
Ток срабатывания реле практически не зависит от изменения напряжения в сети в пределах (0,5-1,0) Uн. С помощью реле осуществляется ступенчатая регулировка уставок по величине обратного тока и по времени срабатывания.
По обратному активному току срабатывания имеются три уставки: 5, 10 и 15% от Iр.н. при сos(fc)= -1. С изменением cos(fc) в пределах от -1 до -0,2 начальный ток срабатывания реле увеличивается. Отрицательные значения cos(fc) определяются углом между обратным током и напряжением сети. Этот угол при срабатывании реле может находиться в пределах от 180 до 90. Угол максимальной чувствительности, при котором реле сработает с минимальным значением тока, равен -30 при cos(fc)=-1.
По времени срабатывания имеется семь уставок в пределах от 1 до 5 сек. с калибровкой при изготовлении только двух уставок - минимальной и максимальной. Время срабатывания на промежуточных уставках указывается в эксплуатационной документации.
Выдержки времени реле на всех уставках находятся в обратной зависимости от величины тока. При обратном токе, равном току отсечки (0,5-0,7) Iн, время срабатывания не превышает 100 мсек.. Реле возвращается в исходное положение без срабатывания при снижении обратного тока до 0,9 Iн по истечении времени, равного 0,9 от величины уставки срабатывания.
Точность реле по току и по времени срабатывания находится в пределах 10%. Отклонение параметров срабатывания реле от уставок при изменении температуры окружающей среды от +5 до +60 С, колебаниях напряжения сети в пределах от -25 до +13% Uн, частоты тока от -6 до +4% fн и после длительного бездействия не превышает 5%. Реле выдерживает при U= 1,13 Uн длительную перегрузку по току, равную 1,5 Iн. Потребляемая мощность токовой обмотки реле не превышает 5 ва, а обмотки напряжения - 4 ва.
Принципиальная схема реле выполнена из следующих блоков: измерительного; выдержки времени; исполнительного; отсечки; выходного и питания.
Такая схема включения реле обеспечивает возможность питания отключающего расцепителя автоматического выключателя как от контролируемой сети, так и от оперативной сети с напряжением 12 и 400 В соответственно постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Номинальное напряжение нагрузки не должно превышать номинального напряжения сети ( 127, 220 и 380 В ).
Конструктивно реле выполнено в брызгозащищённом исполнении.
6.6 Защита СГ от перегрузки путём включения и отключения резервного СГ.
Устройство автоматического включения резерва (УВР) (рис.6.3).
УВР предназначено для автоматического включения резервных генераторов при перегрузках и снижениях напряжения на шинах электростанции ниже допустимого значения, а также на остановку одного из параллельно работающих генераторных агрегатов при снижении нагрузки. Это устройство состоит из двух датчиков активного (или полного) тока ДАТ, электронных реле повышения нагрузки РПН, снижения нагрузки РСН, контроля напряжения РКН и исполнительных элементов ИЭ.
При повышении нагрузки сверх уставки РПН срабатывает и посылает импульс на включение резервного ГА (с помощью реле ИЭ1 резервного генератора). Контакты РСН при нормальной работе генератора находится во включенном состоянии. Снижение нагрузки до значения уставки вызывает размыкание контактов реле с установленной выдержкой времени и срабатывание реле ИЭ2.
При снижении напряжения генератора ниже напряжений уставки (0,8 номинального значения) с обмотки РКН снимается питание и его размыкающие контакты подают с выдержкой времени импульс на отключение с помощью ИЭ3 работающего генератора и пуск резервного.
Устройство подключается к генератору трехфазного переменного напряжения через типовые измерительные трансформаторы напряжения со
вторичным напряжением 127 В, частой 50 Гц и через трансформатор тока на 5 А.
На каждой генераторной секции установлено по одному устройству.
Питание УВР осуществляется от постороннего источника переменного тока напряжением 127 В, частотой 50 Гц или постоянного тока напряжением 24 В.
Устройство допускает следующие перегрузки по току:
В течении 2 ч. - 10% Iном.;
В течении 30 мин. - 25% Iном.;
В течении 5 мин. - 50% Iном.
Рис 6.3 Схема включения и отключения резервного СГ.
6.7.Автоматический контроль сопротивления изоляции
Одним из наиболее важных параметров судовых электроустановок, который необходимо контролировать, является сопротивление изоляции. Значительные выходы из строя судовых электроустановок происходят вследствие электрического пробоя изоляции на корпус. Пробой изоляции происходит из-за снижения сопротивления изоляции некоторых участков сети в результате недостаточно качественной пропитки обмоток электрических машин и аппаратов, дефектов монтажа, естественного стирания изоляции в ходе эксплуатации.
Наиболее эффективным методом контроля сопротивления изоляции является автоматический непрерывно действующий контроль.
Устройство автоматического контроля изоляции должно реагировать как на нарушение изоляции одного из полюсов сети, так и на понижения сопротивления изоляции всех полюсов и фаз, подавая световой или звуковой сигнал при падении сопротивления изоляции ниже заданной величины. При устранении неисправности и восстановлении нормального значения сопротивления изоляции устройство должно отключить сигнал о неисправности.
Для автоматического непрерывного контроля сопротивления изоляции сети используется два прибора «Электрон 1Р» с уставкой минимального сопротивления изоляции 0,025Мом. Устройство «Электрон 1» выполнено на бесконтактных элементах и работает как при наличии напряжения в контролируемой сети, так и при отсутствии. Один прибор контролирует изоляцию сети 220 В, второй контролирует изоляцию сети 380 В через переключатель ПкЭ на тот случай если секции 1,2,3,4 будут работать раздельно. При соединении секции в одну сеть 380 В положение рукоятки может быть любым, кроме третьего когда прибор отключен.
Схема устройства состоит из двух блоков: измерительного и сигнализирующего. Питается от трансформатора Тр.1 напряжением 220 В или 127 В.
Измерительный блок питается от обмотки 2 выпрямленным стабилизированным напряжением 150-160 В. Это напряжение прикладывается к контролируемой сети через резисторы уставки при автоматическом контроле изоляции.
6.8 Защита СГ от обрыва фазы и снижения напряжения при питании с берега.
Для защиты судовых электроэнергетических систем трёхфазного тока от работы на двух фазах и сигнализации о понижении напряжения при питании с берега предназначено устройство ЗОФН (рис.6.4). Устройство располагается в секции 2 ГРЩ.
Устройство состоит из блока трансформаторов тока БТ и релейного блока БР. Блок БТ, выполненный из быстронасыщающихся трансформаторов тока с последовательно соединёнными вторичными обмотками (для использования гармоник нулевой последовательности), включён на выпрямители U блока БР. Выпрямленное напряжение поступает на элемент контроля К.
В случае обрыва одной из фаз нарушается баланс в схеме элемента контроля К1 и срабатывает реле КА1, подающего питание в цепь отключающего расцепителя автоматического выключателя питания с берега. Кроме того, напряжение фидера питания с берега поступает на элемент К2 контроля напряжения блока БР. При снижении напряжения срабатывает выходное реле КА2 контроля напряжения, выдающее сигнал в цепь сигнализации, на пульт управления ПУ.
6.9. Защита от токов короткого замыкания.
Защита СГ от внешних КЗ осуществляется обычно с помощью селективных, универсальных или установочных автоматических выключателей, имеющих соответствующие времятоковые характеристики. Указанные АВ защищают генераторы в зоне токов КЗ, отключая их за время 0,05-1,0 сек. При значениях тока перегрузки до 2Iн АВ обеспечивают отключение защищаемого объекта за несколько минут. Для генераторов мощностью до 50 кВт допускается применение плавких предохранителей.
6.10. Защита от минимального напряжения.
Длительное снижение напряжения более чем на 10% или частоты на 5% генераторов СЭЭС недопустимо по условиям работы потребителей электроэнергии. В практике такие случаи редки, а снижение напряжения и частоты происходит одновременно. С учётом последнего обстоятельства генераторные АВ снабжают нулевым расцепителем, который при снижении напряжения до 85% номинального с выдержкой времени не менее 5 сек. отключает генератор от шин электростанции. Если генераторный АВ не имеет нулевого расцепителя, то в схеме защит генератора предусматривают минимальное реле, которое при указанных параметрах электростанции подаёт сигнал на отключающий расцепитель генераторного АВ.
Рис.6.4. Схема ЗОФН.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ВУМ
УМ
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
ист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
КБ
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
№ докум.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Лист
Лист
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
ВУБ
УМ
ГПН
Лист
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Дата
Лист
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
КМ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
УРМ-35Д
УРМ-35Д
ДП 6.05702 – 09КСЭ665 – 2013.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.