Блочно-комплектная автоматизированная электростанция

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к электротехническим устройствам блочно-контейнерного исполнения полной заводской готовности (контейнерный блок-бокс).
Заявляемая полезная модель блочно-комплектная автоматизированная электростанция (БКАЭ) предназначена для резервного или аварийного электроснабжения потребителей трехфазным переменным током с напряжением 400 В и частотой 50 Гц, для резервного питания оперативных цепей КТП (комплектных трансформаторных подстанций) в случае их обесточивания или выходе напряжения сети за допустимые пределы.
При необходимости БКАЭ предусматривает режим кратковременной параллельной работы с внешней сетью в период восстановления напряжения внешней сети и режим длительной параллельной работы нескольких БКАЭ в качестве аварийных источников электроэнергии.
Известно устройство «Энергетический блок-модуль» (патент РФ на полезную модель № 95189 от 27.01.2010, опубл. 10.06.2010 г.).
Энергетический блок-модуль включает размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, отопитель-нагреватель, устройство вентиляции с приводом, первый блок переключения источников электропитания, шину электропитания, дополнительную шину электропитания, блок датчиков температуры воздуха и кондиционер воздуха, дополнительно включает солнечную батарею, устройство отбора максимальной мощности и регулятор заряда-разряда.
Известно устройство для резервного питания электростанции, содержащее основной источник электроэнергии, соединенный с шиной резервного питания, к которой подключены потребители собственных нужд электростанции, и вспомогательный источник электроэнергии, отличающееся тем, что оно снабжено шиной быстрого питания, соединенной через аварийный ввод резерва с основным и вспомогательным источниками электроэнергии, при этом часть потребителей собственных нужд электростанции подсоединены одновременно к шине быстрого питания и к шине резервного питания (полезная модель № 70730).
Известно устройство для электроснабжения потребителей, представляющее собой энергетический блок-модуль, включающий размещенный в контейнере дизель-генератор, щит управления, нагреватель, устройство вентиляции с приводом, блок переключения источников электропитания, устройство бесперебойного питания (УБП), блок датчиков температуры воздуха, шины электропитания потребителей и дополнительную шину электропитания потребителей, также в состав блок-модуля могут быть включены кондиционер воздуха и вторая дополнительная шина электропитания потребителей.
В данном блок-модуле гарантированно обеспечивается бесперебойное электропитание особо ответственных потребителей электроэнергии, перерыв в электропитании ответственных потребителей происходит только во время запуска дизель-генератора (патент на полезную модель № 69340, 03. 08. 2007 г.).
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Задачей полезной модели является создание блочно-комплектной автоматизированной электростанции (БКАЭ) для резервного или аварийного электроснабжения потребителей трехфазным переменным током.
Технический результат - бесперебойное электропитание потребителей электроэнергии, не допускающее перерыва в электропитании потребителей.
Технический результат достигается тем, что блочно-комплектная автоматизированная электростанция содержит блок-бокс с герметичными вводами в торцевых стенах для стыковки с другими блок-боксами, состоящая из одного отсека, снабженного входом, в котором размещены и закреплены резервный источник питания внешней сети в виде маломощного дизель-генератора, источник бесперебойного питания, щит собственных нужд, связанный с щитом генераторным, автоматическую систему управления электростанцией; системы автоматического управления пуска, при этом шины ввода электропитания от дизель-генератора соединены через автоматический выключатель генератора с шинами вывода через щит генераторный к комплектной трансформаторной подстанции, которая подключена к основной внешней электросети для обеспечения подачи и отключения напряжения.
Полезная модель содержит блок-бокс, в котором расположены и закреплены резервный источник электроснабжения - дизель-генератор (ДГ) и все системы, необходимые для обеспечения работы - бесперебойного электропитания потребителей электроэнергии, не допускающих перерыва в электропитании потребителей.
Конструктивно БКАЭ представляет собой утепленный блок-бокс (контейнер) с размещенными в нем всеми системами БКАЭ. Конструкция блок-контейнера представляет собой цельносварной металлический каркас, состоящий из основания, каркасов стен и крыши. Основание утеплено минеральной ватой, пол выполнен стальным гладким металлическим листом и покрыт алюминиевым рифленым листом. Снаружи стены обшиваются сэндвич-панелями для повышения огнестойкости. Каркас стен покрыт огнезащитным составом. Крыша выполняется в двух исполнениях: трапециевидная и двускатная.
Сущность полезной модели поясняется примером конкретного выполнения.
Блок-бокс - односекционный с маломощным ДГ (дизель генератором) мощностью 16, 30, 60 кВт.
Конструкция блок-бокса показана на фиг. 1 (вид спереди), где
1 - несущая рама,
2 - стеновые (ограждающие) конструкции,
3 - крыша,
4 - наружная входная дверь,
10 - выхлопная система,
13 - слив утечек от ДГ.
Крыша выполнена со съемным люком для монтажа (демонтажа) ДГ.
Блок-бокс содержит технологические и монтажные проемы для установки оборудования, а также монтажа газовыхлопной системы и системы вентиляции, разъемы для подключения внешних кабелей, болтовые зажимы для заземления БКАЭ, опорные конструкции для крепления ДГ и вспомогательного оборудования; а также выполнены проемы для установки воздушных клапанов, проемы для прокладки контрольных кабелей и прохода выхлопного тракта; проходы труб топливной системы.
Внутренние полости, наружные и внутренние поверхности блок-бокса защищены антикоррозионными покрытиями.
Блок-бокс БКАЭ изготавливается с использованием конструкционных материалов, обеспечивающих III или IV степень огнестойкости изделия в целом (по СНиП 21-01-97).
Размещение закрепляемых внутри блок-бокса систем обеспечения работы БКАЭ показано на фиг. 2 (разрез А-А).
Внутри отсека размещаются и закрепляются
на раме - дизель генератор 5(ДГ),
щит собственных нужд (ЩСН) 6,
щит генераторный (ЩГ) 7, под которым расположены коробки ответвительные 8,
источник бесперебойного питания (ИБП) - 9,
расходный топливный бак 11,
два шкафа пожарной сигнализации 12,
стойка модулей газового пожаротушения 14,
воздушный клапан с электроприводом 15 (подача воздуха),
воздушный клапан с электроприводом (отвод тепла) 16.
Автоматический запуск дизель генератора ДГ происходит через систему пуска ДГ.
Система пуска БКАЭ с ДГ - электростартерная. Она предназначена для преобразования электрической энергии стартера в механический момент для раскрутки вала агрегата при пуске. Система включает в себя необслуживаемые стартерные аккумуляторные батареи (САБ), автоматическое зарядное устройство и электростартер. САБ установлены и закреплены на раме ДГ. Возможно использование дизель-генератора «Cummins».
Процесс запуска происходит автоматически после поступления сигнала «Пуск» на панель управления. Подзарядка аккумуляторных батарей осуществляется при помощи автоматического зарядного устройства (АЗУ). Величина зарядного тока регулируется на лицевой панели АЗУ в пределах 30-100% от номинального.
Процесс запуска происходит автоматически после поступления сигнала «Пуск ДГ» на панель управления.
На раме ДГ расположена и закреплена панель управления ЭА (РСС 1301, РСС 2100, РСС 3100, РСС 3201).
Панель управления ДГ (РСС 1301, РСС 2100, РСС 3100, РСС 3201) представляет собой микропроцессорную систему контроля, измерения и управления генераторной установки. Управление предусматривает наличие простого операторского интерфейса с генераторной установкой, цифровую регулировку напряжения, цифровую настройку частоты вращения двигателя, запуск и остановку двигателя, работу от аккумуляторной батареи и защиту генераторной установки.
Панель управления обеспечивает автоматическое регулирование частоты вращения и напряжения на выходе дизель генератора; автоматизированное местное и дистанционное управления пуском и остановкой, предпусковыми и предостановочными операциями; автоматический прием нагрузки в автономном режиме; автоматическую синхронизацию и распределение нагрузки при параллельной работе дизель-генераторов между собой; автоматическое регулирование температуры в масляной системе и системе охлаждения; индикацию значений контролируемых параметров на панели управления ЭА; автоматическую аварийно-предупредительную сигнализацию и защиту.
БКАЭ предусматривает режим длительной параллельной работы нескольких БКАЭ в качестве аварийных источников электроэнергии, для чего блок-бокс выполнен с герметичными вводами в торцевых стенах для стыковки с другими блок-контейнерами.
Щит собственных нужд 6 (ЩСН) предназначен для питания и управления инженерного оборудования (вспомогательных агрегатов) электростанции и для обеспечения, том числе, электропитание ИБП. Устройство представляет собой металлический шкаф одностороннего обслуживания, оборудованный с лицевой стороны дверцей и закрепленный к блок-боксу.
ЩСН обеспечивает
электропитание собственных нужд ДГ;
электропитание шкафа пожарной сигнализации (ШПС) и автоматической системы газового пожаротушения (АУГПТ);
электропитание ИБП;
электропитание системой закачки топлива;
выдачу в систему управления сигналов для аварийной остановки ДГ;
прием сигналов от системы управления (работа, неисправность, готовность к работе агрегата и др.);
электропитание и управление в ручном и автоматическом режимах освещением и отоплением помещения БКАЭ;
защиту агрегатов собственных нужд;
автоматическое и ручное управление вентиляцией помещения БКАЭ;
управление воздушными клапанами и вентилятором по сигналам от системы газового пожаротушения, аварийная остановка ДГ и снятие напряжения с системы вентиляции.
Щит собственных нужд обеспечивает электропитание ИБП (=24 В) и подает дискретные сигналы от соответствующих датчиков в систему телемеханики и связи о наличии неисправности ЩСН, температурном режиме помещения ДГ, о превышении значений температурного режима, о превышении/понижении уровня топлива в топливной системе относительно верхнего/нижнего уровня соответственно, о превышении/понижении уровня масла в масляной системе относительно верхнего/нижнего уровня соответственно, о пожаре, неисправности автоматики охранно-пожарной сигнализации, о несанкционированном входе в БКАЭ.
Щит генераторный 7 (ЩГ) предназначен для управления, контроля и защиты генераторной установки ДГ. Под ЩГ расположены коробки ответвительные 8.
Щит генераторный содержит средства электрического управления коммутационными устройствами и их блокирования, (контроллеры и контакторы).
Щит генераторный обеспечивает выполнение следующих функций: контроль напряжения сети, автоматический (дистанционный) и местный (ручной) запуск и остановку ДГ. Включение генераторного ввода при исчезновении или выходе напряжения сети за допустимые пределы, автоматическую остановку ДГ, отключение контактора генератора и включение контактора сети при восстановлении питания от внешней сети.
При возникновении аварийной ситуации на основной линии электроснабжения по команде от комплектной трансформаторной подстанции (КТП) «АВС - отключен»», «ДГ - «АВР»» стартует цикл запуска ДГ, АВР переключается на резервную линию. После восстановления параметров основной линии - АВР переключается в исходное состояние (Основной ввод), производится остановка двигателя (автоматическая остановка электростанции). ДГ связан с ЩГ шинами, а ЩГ, содержащий в составе устройство автоматического ввода резерва (АВР) связан с комплектной трансформаторной подстанцией (КТП) через внешние шины ЩГ. Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) подключена к основной внешней электросети.
В комплектной трансформаторной подстанции (КТП) расположен пульт управления и индикации для осуществления дистанционного управления для обеспечения возможности подачи и отключения напряжения с ДГ.
Подключение к ДГ и КТП осуществляется с помощью изолированных фазовых шин.
ЩГ с устройством автоматического ввода резерва (АВР) обеспечивает контроль напряжения сети на выходе с ДГ, автоматический запуск при исчезновении или выходе напряжения сети за допустимые пределы и включение генераторного автомата при поступлении команды от КТП об отключении автоматического выключателя КТП, а также отключение генераторного автомата и автоматическую остановку ДГ, при восстановлении питания от внешней сети.
В состав топливной системы входит расходный топливный бак с топливной обвязкой и электрическим подкачивающим насосом; расходный масляный бак с топливной обвязкой и электрическим подкачивающим насосом.
Система охлаждения включает в себя блок охлаждения, расширительный бак, регулятор температуры охлаждающей жидкости, реле температуры, ручной насос, датчик уровня охлаждающей жидкости, холодильник водомасляный, трубопроводы, закрепленные внутри блок-бокса.
Система охлаждения обеспечивает автоматическое регулирование температуры охлаждающей жидкости.
Система освещения выполнена с применением светодиодных ламп и светильников и включает: рабочее внутреннее, аварийное внутреннее, ремонтное и наружное освещения.
Рабочее освещение - от сети 220 В переменного тока.
Аварийное освещение выполнено на светодиодных светильниках с ИБП.
Ремонтное освещение выполнено переносным светильником 24 В со светодиодной лампой.
Наружное освещение выполнено светильником со светодиодной лампой.
Система отопления БКАЭ реализована на основе электроконвекторов.
Система отопления обеспечивает возможность ввода электростанции в работу после пребывании ее в нерабочем состоянии при температуре наружного воздуха ниже +4°С (227 К) с заправленными системами при наличии внешнего источника электроснабжения.
Система отопления и вентиляции обеспечивает температуру в блок-боксе в пределах от +10 до +15°С.
Для забора и выброса воздуха при работе ДГ блок-бокс электростанции оборудован управляемыми воздушными клапанами с электроприводом.
БКАЭ оборудовано системой охранно-пожарной сигнализации и газового пожаротушения безопасности, данные выводятся на дистанционный пульт управления и блок индикации и управления.
Для оповещения о возникновении пожара в БКАЭ и принятия экстренных мер по его тушению, а также для сигнализации о несанкционированном проникновении в электростанцию служат система оповещения людей о пожаре, автоматическая система газового пожаротушения (АУГПТ) и охранно-пожарная сигнализация (ОПС). Управляющая часть систем устанавливается в шкафах пожарной сигнализации (ШПС1 и ШПС2), закрепленных внутри блок-бокса.
Система пожарной безопасности может выполняться в двух модификациях:
автоматическая охранно-пожарная сигнализация и автоматическое пожаротушение.
БКАЭ оборудовано системой охранной сигнализации с передачей сигнала дистанционно на диспетчерский пункт.
Работа блочно-комплектной автоматизированной электростанции (БКАЭ)
БКАЭ работает следующим образом: дизель генератор (ДГ) связан с щитом генераторным (ЩГ) шинами, а щит генераторный (ЩГ) связан с комплектной трансформаторной подстанцией (КТП) через внешние шины щита генераторного (ЩГ). Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) подключена к основной внешней электросети. (фиг. 3)
Дистанционное управление осуществляется от комплектной трансформаторной подстанции (КТП), в которой расположен диспетчерский пункт: пульт управления и индикации для осуществления дистанционного управления для обеспечения подачи и отключения напряжения.
Щит генераторный обеспечивает прием от дизель генератора (ДГ) и передачи потребителям электроэнергии через автоматический выключатель генератора (АВГ).
Щит генераторный включает автоматический выключатель генератора (АВГ) после запуска панели управления (ЭА), расположенной и закрепленной на раме дизель-генератора, при наличии команды на включение автоматического выключателя генератора (АВГ) от панели управления (ЭА) дизель генератора (ДГ). Отключение автоматического выключателя генератора (АВГ) происходит по команде от комплектной трансформаторной подстанции (КТП). Щит генераторный (ЩГ) обеспечивает защиту работающего генератора от перегрузки и короткого замыкания, а также прием и обработку информации от генератора электростанции, автоматического выключателя генератора (АВГ), от щита собственных нужд (ЩСН) и с дистанционного пульта управления от комплектной трансформаторной подстанции (КТП), дистанционный пуск и остановку дизель генератора (ДГ) при помощи устройств управления, расположенных на лицевой стороне шкафа.
При наличии напряжения в сети на комплектной трансформаторной подстанции (КТП) (Сигнал «Автомат ABC включен», автоматический выключатель сетевой-ABC) автоматический выключатель генератора (АВГ) отключается.
При прекращении подачи сетевого напряжения на комплектной трансформаторной подстанции (КТП) формируется сигнал «Пуск ДГ» поступающий на контроллер щита генераторного (ЩГ). Контроллер формирует сигнал для РСС панели управления ЭА и дизель генератор (ДГ) запускается, при этом автоматический выключатель генератора (АВГ) отключен. При поступлении сигнала «Автомат ABC отключен» (автоматический выключатель сетевой) от комплектной трансформаторной подстанции (КТП) на панели управления ЭА (РСС) формируется сигнал «Готовность ДГ к принятию нагрузки». Включается автоматический выключатель генератора (АВГ).
БКАЭ предусматривает режим длительной параллельной работы нескольких БКАЭ в качестве аварийных источников электроэнергии, для чего блок-бокс выполнен с герметичными вводами в торцевых стенах для стыковки с другими блок-контейнерами.
Преимущества
Исполнение блок-бокса обеспечивает нормальную работу, безопасную и удобную эксплуатацию оборудования, а также возможность транспортировки БКАЭ автомобильным, железнодорожным и водным транспортами и его перемещения с помощью подъемно-транспортных средств, повышение надежности электроснабжения при работе в сложных климатических условиях.
БКАЭ является оборудованием полной заводской готовности.
Установка БКАЭ производится на спланированной площадке на свайном фундаменте. Учитывая снеговую нагрузку конкретного региона, рекомендуется устанавливать БКАЭ на высоте 1-1,5 м. выше уровня площадки.
Подвод питания от линии ВЛЗ - 10 кВ (высоковольтной линии) осуществляется через башни воздушного ввода.
Заявленная полезная модель благодаря реализации ее признаков обеспечивает достижение технического результата:
гарантированное обеспечение бесперебойного электропитания ответственных потребителей электроэнергии, не допускающих перерыва в электроснабжении.
Заявляемая полезная модель соответствует всем критериям патентоспособности, предъявляемым к полезной модели:
БКАЭ представляет собой единую конструкцию, связанную конструктивными связями: внутри блок-бокса расположены и закреплены все аппаратные системы, необходимые для ее работы и связанные между собой.
Заявляемая полезная модель соответствует критерию патентоспособности полезной модели «новизна», так как из известных и общедоступных источников информации не выявлено аналогичное техническое решение.
Для реализации полезной модели использованы известные элементы, материалы и заводское оборудование, что свидетельствует о соответствии настоящего технического решения критерию «промышленная применимость».
Перечень принятых сокращений
БКАЭ - блочно-комплектная автоматизированная электростанция
ДГ - дизель генераторный
ЩГ - щит генераторный
ЩСН - щит собственных нужд
ОПС - охранно-пожарная сигнализация
ШПС - шкаф пожарной сигнализации
АУГПТ - автоматическая система газового пожаротушения
АВР - автоматическое включение резерва
АВГ - автоматический выключатель генератора
ABC - автоматический выключатель сетевой
КТП - комплектная трансформаторная подстанция
ЭА - панель управления
ИБП - источник бесперебойного питания
САБ - стартерные аккумуляторные батареи
АЗУ - автоматическое зарядное устройство