Электростанция судна водоизмещением 19000 т

Рассчитываю пределы измерений для приборов, устанавливаемых на проектируемой генераторной секции ГРЩ:

I_п=1,3* I_н=1,3*903=1173 А

U_п=1,2* U_н=1,2*400=480 В

Р_п=1,3* Р_н=1,3*500=650 кВт

Технические характеристики некоторых приборов приведены в таб. 3.1.

Таблица 3.1- Номинальные данные электроизмерительных приборов.

3.2 Выбор способа синхронизации и распределения активных и реактивных нагрузок

Существует 3 метода синхронизации: точной, грубой и самосинхронизации. Каждый из методов может выполняться вручную, полуавтоматически или автоматически. На современных судах наиболее часто применяют метод точной синхронизации, реже - грубой синхронизации и крайне редко - самосинхронизации. Такое различие объясняется особенностями каждого, способа.

Метод точной синхронизации. Суть метода состоит в том, что подключаемый генератор включается на шины ГРЩ с соблюдением всех условий синхронизации.

Выполнение первого условия на практике осуществляется автоматически, так как СГ снабжены системами самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРИ (рис. 3.1). Равенство частот достигается подгонкой частоты подключаемого СГ к частоте работающего. Ятя этого на панели управления ГРЩ располагают реверсивные переключатели SB1 и SB2, при помощи которых включают серводвигатель Ml или М2 регулятора частоты вращения подключаемого СГ в ту или иную сторону. Визуальный контроль за выполнением первых двух условий на практике выполняется одновременно, поочередным подключением к каждому генератору вольтметра PV и частотомера переключателем S2.

Совпадение но фазе одноименных векторов фазных напряжений проверяется при помощи синхроноскопа ES и достигается при одинаковом положении роторов работающего и подключаемого генераторов по отношению к статорам. Для этого воздействуют короткими импульсами серводвигатель регулятора частоты вращения подключаемого СГ, добиваясь момента, когда стрелка синхроноскопа расположится вертикально, напротив отметки на шкале прибора. В этот момент времени включают СГ на шипы при помощи автоматического выключателя QF1 (QF2).

Рис. 3.1 - Принципиальная схема точной синхронизации

При точном соблюдении условий синхронизации включение СГ на шины будет безударным, а сам генератор после включения останется работать в режиме холостого хода. После этого подключенный СГ нагружают активной нагрузкой, одновременно разгружая другой, для чего увеличивают подачу топлива (пара) у подключаемого ГА и одновременно уменьшают у другого. Распределяют активную нагрузку пропорционально номинальным активным мощностям генераторов и контролируют при помощи киловатметров PW1 и PW2, обычно включаемых через трансформаторы тока ТА1 и ТА2 и напряжения TV4 и TV5.

Определение реактивной нагрузки происходит автоматически путем воздействия систем самовозбуждения и автоматического регулирования напряжения СВАРН обоих генераторов на токи возбуждения. При этом ток возбуждения подключенного СГ автоматически увеличивается, а другого уменьшается. Пропорциональность распределения реактивной нагрузки проверяется при помощи килоамперметрав РА1 иРА2, т. е. косвенно, так как эти приборы показывают потные, а не реактивные токи генераторов. Если у двух однотипных СГ одинаковы показания киловаттметров (т. е. одинаковы активные токи) и неодинаковы показания килоамперметров, значит, неодинаковы реактивные токи.

Из всего изложенного следует, что включение СГ на параллельную работу представляет собой довольно трудную задачу. Основная трудность заключается в определении момента совпадения по фазе напряжений СГ, включаемых на параллельную работу. Для определения указанного момента при автоматической точной синхронизации используют синхронизаторы, а при точной синхронизации вручную применяют синхроноскопы.

3.3 Разработка схемы автоматизированной СЭС

Объем автоматизации СЭС определяется из следующих положений

Автоматизируются:

1. Быстропротекающие процессы, которые не могут быть выполнены человеком (защита генератора от перегрузки при отключении одного из работающих, защита приводных двигателей).

2. Операции, которые не исключают возможности ошибок обслуживающего персонала.

3. Операции пуска и остановки резервного генератора, синхронизации и распределение нагрузок.

На основе этих принципов строится системы управления СЭЭС судов класса автоматизации А2.

При объеме автоматизации на класс А1 в дополнение к перечисленным функциям автоматизируются следующие операции:

1. Проверка резерва мощности при пуске мощных потребителей

2. Ввод в действие СЭЭС, и управление ее структурой.

3. Вывод из действия СЭЭС.

Автоматизация СЭЭС может быть выполнена при помощи комплексной системы управления или (для малых судов) при помощи отдельных функциональных устройств.

Судовая электростанция должна обеспечивать непрерывность питания электроэнергией приемников согласно следующим требованиям:

1) На судах, где ходовой режим обеспечивается одним генератором, должны предусматриваться: автоматический пуск резервного генератора, автоматическая синхронизация, прием и распределение нагрузки в случае достижения работающим генератором установленной, предельно допустимой нагрузки (например, 85%) или неисправности работающего агрегата, позволяющей выполнить автоматическую синхронизацию генераторов. Автоматический пуск резервного генератора и включение его на шины ГРЩ в пределах 45 с при срабатывании защиты генератора и обесточивании ГРЩ. При этом должно быть обеспечено автоматическое повторное включение приемников, обеспечивающих ход, управляемость и безопасность судна.

2) На судах, где нормальное электроснабжение обеспечивается двумя и более генераторами, работающими параллельно, следует применять средства (например, автоматическое отключение приемников менее ответственного назначения), не допускающие при аварии перегрузки одного из генераторов, оставшихся для сохранения хода, управляемости и безопасности судна.

3) Включение ответственных механизмов, необходимых для управления судном после обесточивания, должно осуществляться автоматически (при этом перегрузка электростанции недопустима).

В тех случаях, когда при снижении нагрузки электростанции предусматривается автоматическое отключение агрегатов, необходимо, чтобы оно не происходило при кратковременных снижениях нагрузки.

Если предусмотрен автоматический пуск находящихся в резерве генераторных агрегатов при перегрузке работающих, должны быть обеспечены автоматическая синхронизация, подключение и распределение нагрузки, а также предварительный выбор очередности пуска агрегатов и их подключение к сборным шинам ГРЩ.

Синхронизация считается возможной если:

- ДU?(0,10-0,12)U_н;

- Дf ? (0,005- 0,015)f_н;

- ц ? 10⁰;

В СЭЭС напряжение генераторов поддерживается постоянной системой СВАРН. Следовательно, автоматические синхронизаторы только проверяют выполнение 1-го условия и осуществляют процесс подгонки частоты а также определяют момент выдачи сигнала на включение генераторного автомата. Этот сигнал необходимо подавать с некоторым временем опережения.

Различают синхронизаторы (по принципу действия):

- с постоянным временем опережения;

- с постоянным углом.

Для проектируемой электростанции согласно задания на курсовой проект автоматизация СЭЭС должна быть выполнена при помощи СУ СЭЭС типа «Ижора», которая обеспечивает следующие функции управления:

· автоматическую синхронизацию при помощи УСГ-35;

· автоматическое распределение активных нагрузок при помощи УРМ-35;

· разгрузку генераторов при перегрузке при помощи БКЗГ;

· защиту от обрыва фазы при помощи ЗОФН;

· регулирование напряжение при помощи БПЧ;

· непрерывный контроль сопротивления изоляции при помощи БКИ;

3.4 Описание системы возбуждения генератора

Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения типа МCС.

Генераторы тана МСС установлены на большом количестве судов отечественной постройки. Схема их СВАРН сравнительно проста, система показала себя надежной в эксплуатации. Основные элементы, входящие в систему: синхронный генератор G; трансформатор компаундирования ТК; блок силовых выпрямителей UZ1 (включен на напряжение суммирующей обмотки W_c и подает питание на обмотку ОВГ); генератор начального возбуждения ГНВ с выпрямителем UZ2; управляемый дроссель с рабочими обмотками W_n и обмоткой управления W_y; компенсатор реактивной мощности (ТА, RЗ) с выключателем SA; резистор термокомпенсации RK; автоматический выключатель QF генератора; выключатель тока возбуждения QS; дополнительные резисторы R1 R2 R3.

Вторичная обмотка W_c трансформатора компаундирования и выпрямитель UZ3 образуют цепь питания обмотки управления дросселя насыщения. Все 3-фазные обмотки ТК расположены на 3-стержневом магнитопроводе. У стержня, на котором расположена обмотка установлен магнитный шунт, который увеличивает индуктивное сопротивление этих обмоток. Векторы тока и магнитного потока Ф_н обмоток W_n отстают от вектора напряжения на угол примерно 90^o Процесс амплитудно-фазового компаундирования поясняется с помощью векторной диаграммы, представленной на рис. 3,2 б.

Рис. 3.2 Система возбуждения и автоматического регулирования напряжения СГ типа МСС: а) -- принципиальная схема: б); в) -- векторные диаграммы магнитных потоков соответственно ТК и напряжений КН

В режиме начальною возбуждения генератора ГНВ через выпрямитель UZ2 обеспечивается устойчивое начальное возбуждение. В номинальном режиме работы СГ большее напряжение на выходе выпрямителя UZ1 запирает выпрямитель UZ2 и ГНВ оказывается отключенным. Часть энергии суммирующих обмоток W_c поступает в рабочие обмотки W_p управляемого дросселя. При увеличении тока в обмотке управления W_y сердечник дросселя подмагничивается, поэтому индуктивное сопротивление обмоток W_p уменьшается. Увеличивается ток в этих обмотках (ток отбора), а значение тока в ОВГ и напряжение генератора уменьшается. Через управляемый дроссель происходит регулирование ЭДС генератора по напряжению и изменению температуры (температурная компенсация), а также распределение реактивных нагрузок при параллельной работе СГ.

При уменьшении напряжения СГ уменьшается напряжение на обмотках W и выпрямителе UZ3. Уменьшению тока в обмотке W_y будет соответствовать размагничивание магнитопровода дросселя и уменьшение тока в обмотках W_p. Следовательно, ток выпрямителя UZ1 увеличится и напряжение СГ будет увеличено до стабилизируемого значения. При нагреве СГ падение напряжения на его обмотках увеличивается и при неизменной ЭДС генератора напряжение уменьшится. При нагреве сопротивление резистора RK, встроенного в корпус СГ, увеличится, ток в обмотках уменьшится, индуктивное сопротивление обмоток W_p увеличится, что приведет к увеличению тока возбуждения и напряжения СГ.

При одиночной работе генератора выключатель SА замкнут и ЭДС трансформатора тока ТА не влияет на работу регулятора. При параллельной работе СГ выключатель SА разомкнут и ЭДС трансформатора ТА создаст ток через резистор RЗ, на нем возникает падение напряжения. На выпрямитель UZ3 поступает напряжение управления. При увеличении реактивного (индуктивного) тока генератора напряжение управления увеличится, что приведет к уменьшению ЭДС генератора, и часть индуктивной нагрузки автоматически перейдет на второй генератор. С помощью резистора R2 можно изменять уставку стабилизации напряжения, а с помощью резистора R1 - проводить настройку.

СВAРН данного типа обеспечивает стабилизацию напряжения СГ с отклонением ±2,5% номинального при условиях; установившегося температурного режима; изменении тока нагрузки от 0 до номинального значения; изменении коэффициента мощности от 0,7 до 0,9: колебаниях частоты вращения ПД в пределах ±2% номинальной. При параллельной работе СГ обеспечивается пропорциональное распределение реактивных нагрузок с отклонением не более ±10% номинальной реактивной нагрузки наибольшего генератора. При прямом пуске АД наибольшей мощности время восстановления напряжения составляет не более 0,8 с.

Пpи любых неисправностях СВAРН нарушается режим возбуждения. Например, если СГ не возбуждается, то возможны обрыв цепи ОВГ или выпрямителя UZ1 или их повреждение. Замкнутый в режиме пуска выключатель QS также исключает процесс самовозбуждения. При обрывах в цепях обмоток W_н и W_c а также выпрямителей UZ1 и UZ2 напряжение холостого хода генератора будет пониженным, а при обрывах в цени обмотки W_y напряжение СГ будет повышенным.

3.5 Описание блока автоматики

Защита от обрыва фазы

На судах отечественной посторойки для защиты СЭЭС переменного тока от работы на двух фазах и сигнализации о понижении напряжения до 80-85 %номинального при питании с берега используется устройство типа ЗОФН. Оно состоит из блока трансформаторов тока и блока реле, состоящего в свою очередь из блока защиты при обрыве фазы и блока сигнализации о понижении напряжения.

Блок трансформаторов тока состоит из трех быстронасыщающихся трансформаторов с двумя вторичными обмотками w₂ и w₃.

Вторичные обмотки w₂ включены последовательно, поэтому обеспечиваются выделение и суммирование гармонических составляющих ЭДС, кратных трем, которые воздействуют на измерительную часть схемы блока реле, контролирующую исправность фаз. Вторичные обмотки w₃ соеденены по схеме «звезда» и включены на исполнительную часть, дающую сигнал при обрыве фазы.

Блок сигнализации о понижении напряжения состоит из понижающего трансформатора напряжения, во вторичную обмотку которого включенны выпрямительный мост, стабилитронны и реле.

При номинальном напряжении в сети контакты реле цепи сигнализации находятся в разомкнутом состоянии, а при понижении напряжения на 0,15-0,20 его номинального значения ток в реле становится меньше и оно опуская якорь, замыкает цепь сигнализации.

Рис. 3.3 Структурная схема ЗОФН

Рис. 3.4 Принципиальная схема ЗОФН

Структурная схема устройства ЗОФН приведена на рисунке, где приняты обозначения: ДТ1, ДТ3 - датчики тока, обмотки которых соеденены соответственно последовательно и звездой; ДН - датчик напряжения; В - выпрямительный мост; Р1, Р2, Р3 - реле; ОРАБ - отключающий расцепитель автоматического выключателя питания с берега; u₁, u₂, u₃ - элементы сравнения напряжения с их уставками; К - команда на отключения автоматического выключателя питания с берега или включение сигнализации о понижении напряжения в сети.

синхронизация генератор автоматический

4. Техническая эксплуатация и техника безопасности при обслуживании СЭЭС

4.1 Техническая эксплуатация электрического оборудования

При эксплуатации электрооборудования необходимо выполнять требования следующих основных руководящих документов:

- РД 31.2130-83 «Правила технической эксплуатации судовых технических средств» при обычной эксплуатационной обстановке;

- РД 31.5303-85 «Правила по электробезопасности при электроснабжении ремонтируемых и строящихся судов ММФ» при электроснабжении с берега во время стоянки на судостроительном или судоремонтном заводе;

- РД 31.2181-79 «Инструкция по электроснабжению судов от береговой сети»;

- РД 31.8110-79 «Правила техники безопасности на судах морского Флота»;

- другие.

Техническое обслуживание имеет целью поддержание исправного технического состояния электрического оборудования и организуется таким образом, чтобы обеспечить систематическое и своевременное техническое обслуживание и ремонт этих установок.

4.2 Основные технические требования, обеспечивающие надежную эксплуатацию электрооборудования судов

4.2.1 Требования к элементам и устройствам

Элементы и устройства, используемые в системах автоматизации, дополнительно должны отвечать требованиям применяемых к ним частей Правил.

Пневматические и гидравлические элементы и устройства не должны выходить из строя при кратковременных полуторакратных перегрузках, создаваемых повышенным давлением рабочей среды.

Контактные поверхности электрических штепсельных соединений должны быть сконструированы и расположены так, чтобы предотвращалось контактного сопротивления, ограничивающего работоспособность.

В местах ввода кабелей и провода и провода, особенно в местах присоединения к подвижным элементам и устройствам, должны быть предусмотрены приспособления для разгрузки от напряжения.

Печатные платы должны покрываться изолирующим лаком со стороны, на которой располагаются соединительные проводники.

Регулирующие элементы, предназначенные для начальной настройки, должны быть защищены от самопроизвольного изменения произведенной настройки.

Должно быть возможным повторное стопорение регулирующих элементов.

Серводвигатели должны быть такого исполнения, которое исключает возможность самопроизвольного бесконтрольного изменения их положения.

Для регулирующего оборудования должна использоваться специальная бумага. Конец бумаги на ролике должен иметь специальную маркировку.

4.2.2 Требования к системам автоматизации

Заменяемые элементы, имеющие возможность их регулирования, а также точки контрольных измерений (гнезда, клеммы) должны быть таким образом, чтобы к ним был обеспечен свободный доступ.

Должны быть приняты меры для предотвращения возможность неправильной замены съемных блоков(кассет), имеющих штепсельные соединения, а также меры по их надежному фиксированию в рабочем положении. Если этого требуют функциональные или конструктивные особенности элементов и устройств, то их расположение, обеспечивающее правильный монтаж, должно быть четко обозначено или же их исполнение должно быть таким, чтобы была исключена возможность монтажа в другом положении.

Конструкция устройства должна быть такой, чтобы она позволяла производить контрольные измерения ( контроль исправности) во время их работы.

Системы автоматизации должны быть выполнены так, чтобы замена элементов и устройств другими того же типа не влияла на работоспособность и не требовала подрегулировки. Необходимое регулирование должно быть, возможно, при помощи простых средств.

В системах автоматизации должны быть приняты меры против ложных срабатываний, вызываемых кратковременными изменениями параметров, связанных с качкой судна, включением и отключением механизмов и т.п.

Электрические и электронные системы автоматизации должны быть снабжены защитными устройствами, обеспечивающими селективное отключение поврежденных частей системы.

4.2.3 Питание систем автоматизации

Системы автоматизации должны получать питание, как от основного, так и от аварийного источников энергии, если установки, работающие на электрическом токе, получают питание от указанных источников энергии.

Питание систем управления главными механизмами должно осуществляться двумя независимыми фидерами. Один из этих фидеров должен быть подключен к главному распределительному щиту, а другой может быть подключен к щиту для ответственных потребителей или, как исключение, к ближайшему распределительному щиту. Переключение с основного фидера на резервный должно осуществляться автоматически с подачей сигнала на посту управления.

При питании систем автоматизации отдельных вспомогательных механизмов от фидеров питания их приводов должна быть обеспечена возможность включения резервного вспомогательного механизма и подключения питания системы автоматизации к его фидеру питания от двух источников. Второй источник должен автоматически пускаться при падении давления с подачей сигнала АПС.

Снабжение систем автоматизации воздухом от системы пускового воздуха допускается, если обеспечивается автоматическое заполнение воздухохранителей и выполняются следующие требования: пневматические системы автоматизации должны быть снабжены устройствами, обеспечивающими требуемую степень осушки воздуха, соединенных между собой таким образом, чтобы возможна была работа одного из них, когда другое отключено.

Одно устройство для очистки и осушки воздуха может быть допущено, если его очистка производится автоматически или конструкция обеспечивает возможность быстрой замены фильтрующих комплектов без необходимости прекращения подвода воздуха. Системы АПС и защиты должны иметь основное и резервное питание. Для резервного питания должен быть предусмотрен независимый резервный источник энергии ( например, аккумуляторная батарея), переключение на который должно осуществляться при обесточивании основного питания с подачей сигнал АПС.

Емкость резервного источника энергии должна быть рассчитана на питание систем ПАС и защиты в течение 30 мин.

Питание системы управления приводных механизмов генераторов должно быть независимым от наличия напряжения на шинах ГРЩ.

4.3 Ремонт

Ремонт предполагает восстановление до необходимого уровня частично или полностью утраченных технико-эксплуатационных характеристик электрооборудования. Существуют два вида планово-предупредительного ремонта: текущий и капитальный. При текущем ремонте выполняют работы по восстановлению и замене преимущественно быстроизнашивающихся деталей и узлов, а при капитальном - работы по восстановлению и замене частей и узлов, связанных с большими объемами сопутствующих работ.

4.4 Основные правила техники безопасности при эксплуатации судового электрооборудования

Нарушение правил технической эксплуатации, безопасности труда при обслуживании электрооборудования и сетей может привести к поражению обслуживающего персонала электрическим током и пожару на судне.

При выполнении ремонтных работ, а также в период эксплуатации рабочему, вахтенному персоналу приходиться иметь дело с действующим электрооборудованием и выполнять работы при снятом напряжении или без снятия напряжения.

Список использованной литературы

1. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. - М.:Транспорт, 1988.

2. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы, - М.: Транспорт, 1988.

3. Брунав Я.П., Татьянченко Ю.Г., Судовые электрические сети, - Л.: Судостроение,1982.

4. Иванов В.И. Электрические средства автоматизации речных судов, - М.: Транспорт, 1990.

5. Лейкин В.С. Судовые электрические станции и сети, - М.: Транспорт, 1991.

6. Мещанинов А.П. Автоматизация судовых электроэнергетических систем, - Л.:Судостроение, 1970.

7. Правила технической эксплуатации судового электрооборудования, - М.: Рекламинформбюро, 1976.

8. Регистр. Правила классификации и постройки морских судов, - Л.: Транспорт, 1977.

9. Сергиенко Л.И., Миронов В.В. Электроэнергетические системы морских судов, - М.: Транспорт, 1991.

10. Справочник судового электротехника в 3-х томах /под общей редакцией Китаенко Г.И.. - Л.: Судостроение. 1980.

11. Сухарев Е.М. Судовые электрические станции и сети и их эксплуатация, Л.: Судостроение, 1986.

12. Электрическая защита судового электрооборудования. / Калязин Е.А., Рокотян Ю.В., Филимонов В.Ф., Игнатьев Л.Л., - Л.: Судостроение, 1983.

13. Электрооборудование и электродвижение речных судов. /Дубовой А.А., Иванов В.С., Полянский В.Ф. и др., - М.:Транспорт, 1987.

14. Электрооборудование морских судов /Сергиенко Л.И., Устинов А.П., Драгомарецкий Д.Г., -М.:Транспорт, 1980.

15. Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы, - Л.: Судостроение, 1980.

16. Методика расчета токов КЗ СЭЭС переменного тока. ХМК, 2002.

17. Методика расчета провалов напряжения при пуске асинхронного электродвигателя. ХМК, 2002.

Размещено на Allbest.ru