Судовая электроэнергетическая установка
SHIP ELECTRIC POWER PLANT

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями.
Аналогом является, например, судовая электроэнергетическая установка (патент РФ на изобретение №2436708, опубликованный 20.12.2011), содержащая главные дизели или турбины и главные синхронные генераторы, на статоре каждого из которых размещаются две аналогичные трехфазные обмотки.
Наиболее близка к предлагаемой судовой электроэнергетической установке судовая электроэнергетическая установка (патент РФ на изобретение №2458819, опубликованный 20.08.2012), содержащая главные дизели, вращающие роторы главных трехфазных синхронных генераторов, на статоре которых размещаются две или более гальванически не соединенные аналогичные трехфазные обмотки, у которых одноименные напряжения совпадают по фазе, главный распределительный щит, имеющий трехфазные линии питания, число которых равно числу трехфазных обмоток каждого синхронного генератора, и к каждой трехфазной линии питания через автоматические выключатели подключены трехфазные обмотки статоров синхронизированных главных генераторов. К трехфазным линиям главного распределительного щита через автоматические выключатели подключены входы выпрямителей, число выпрямителей равно числу трехфазных линий главного распределительного. Выходы выпрямителей подключены к входам многоуровневых инверторов, которые вырабатывают переменное напряжение, управляющее гребными электродвигателями. К каждой трехфазной линии главного распределительного щита через автоматические выключатели подключены также первичные обмотки трехфазных трансформаторов, а вторичные обмотки трансформаторов через автоматические выключатели присоединены к трехфазной линии питания распределительного щита общесудовых потребителей.
В прототипе выполнение главных генераторов судовой электростанции с двумя и более трехфазными обмотками, линейные напряжения которых совпадают по фазе, позволяет после выпрямления трехфазных напряжений выпрямителями преобразователей частоты получить гальванически не связанные источники постоянного тока без дополнительных трансформаторов и применить в составе преобразователей частоты многоуровневые инверторы, обеспечивающих уменьшение искажений синусоидального напряжения, подаваемого на гребные электродвигатели и, уменьшение уровня помех, вносимых преобразователями частоты в единую электроэнергетическую систему. За счет этого повышаются к.п.д. и надежность гребных электродвигателей и судовой электроэнергетической установки в целом.
Однако в прототипе в главном распределительном щите содержится две или более трехфазных силовых линий, каждая из которых имеет свои коммутационно-защитные аппараты, а также трехфазные кабели большой длины, соединяющие линии главного распределительного щита с выпрямителями преобразователей частоты. Судовая электростанция и главный распределительный щит располагаются примерно в центре продольного сечения судна, а гребные электрические установки с преобразователями частоты находятся в кормовой части судна, и длина кабелей, соединяющих главный распределительный щит с выпрямителями преобразователей частоты может составлять более 100 м. Питание общесудовых потребителей осуществляется через трансформаторы, первичные обмотки которых подключены к каждой трехфазной линии главного распределительного щита, а вторичные обмотки трансформаторов присоединены к трехфазной линии питания. распределительного щита общесудовых потребителей.
Большое число трехфазных линий с коммутационно-защитной аппаратурой в составе главного распределительного щита, трансформаторы, через которые питаются общесудовые потребители, и трехфазные кабели большой длины, соединяющие главный распределительный щит с выпрямителями преобразователей частоты, усложняют судовую электроэнергетическую систему, увеличивают стоимость электромонтажных работ при постройке судна и потери мощности в кабельных трассах, соединяющих судовую электростанцию и гребную электрическую установку.
Предлагаемое изобретение позволит упростить судовую электроэнергетическую систему, и как следствие, снизить стоимость электрооборудования и электромонтажных работ при постройке судна и снизить потери мощности в кабельных трассах, соединяющих судовую электростанцию и гребную электрическую установку.
Это достигается тем, что в предлагаемой судовой электроэнергетической установке, содержащей главные дизели или турбины, вращающие роторы главных синхронных генераторов, на статоре которых размещаются две или более гальванически не соединенные аналогичные трехфазные обмотки, у которых одноименные напряжения совпадают по фазе, главный распределительный щит, преобразователи частоты, состоящие из выпрямителя и автономного инвертора, к выходу которых подключены гребные электродвигатели, одна из трехфазных обмоток статора синхронных генераторов через автоматический выключатель подключена к трехфазной линии главного распределительного щита, к которой через автоматические, выключатели подключаются общесудовые потребители, а также один из трехфазных выпрямителей, расположенный рядом с главным распределительным щитом, Выход этого выпрямителя с помощью линия питания постоянного тока присоединен к одному из входов автономных инверторов. Другие трехфазные обмотки, размещенные на статоре главных синхронных генераторов, через автоматические выключатели подключены к входам трехфазных выпрямителей, расположенных рядом с главными синхронными генераторами. Выходы этих трехфазных выпрямителей с помощью линий питания постоянного тока присоединены к входам автономных инверторов. А к выходам автономных инверторов подключены гребные электродвигатели.
Выполнение в предлагаемой судовой электроэнергетической установке главного распределительного щита с одной трехфазной линией, от которой питаются общесудовые потребители, позволяет сократить число коммутационно-защитных аппаратов и исключить трансформаторы, от которых питаются общесудовые потребители. Это дает возможность упростить судовую электроэнергетическую установку и снизить стоимость электрооборудования и стоимость электромонтажных работ при постройке судна. Размещение выпрямителей в составе судовой электростанции позволяет подвести питание к автономным инверторам с помощью линий постоянного тока вместо трехфазныхкабелей переменного тока. Вследствие этого сокращается число проводников в кабелях и уменьшаются потери, так как при постоянном токе в проводниках отсутствует поверхностный эффект.
В изображенной на фиг. 1 схеме судовой электроэнергетической установки выходной вал первого главного дизеля (или турбины) 1 соединен с ротором 2 синхронного генератора 3, на статоре которого находятся две изолированные аналогичные трехфазные обмотки: трехфазная обмотка 4 и трехфазная обмотка 5. Трехфазная обмотка 4 через автоматический выключатель 6 подключается к трехфазной линии 7 главного распределительного щита 8. Трехфазная обмотка 5 через автоматический выключатель 9 подключается к входу трехфазного выпрямителя 10, а выход выпрямителя 10 подключается к линии постоянного тока 11.
Выходной вал второго главного дизеля (или турбины) 12 соединен с ротором 13 синхронного генератора 14, на статоре которого находятся две изолированные трехфазные обмотки 15 и 16. Трехфазная обмотка 15 через автоматический выключатель 17 подключается к трехфазной линии 18 главного распределительного щита 8. Трехфазные линии 7 и 18 могут соединяться автоматическим выключателем 19. Трехфазная обмотка 16 через автоматический выключатель 20 подключается к трехфазному выпрямителю 21, а выход выпрямителя 21 подключается к линии постоянного тока 11.
К трехфазной линии 18 главного распределительного щита 8 через автоматический выключатель 22 подключается вход трехфазного выпрямителя 23, а выход выпрямителя 23 подключается к второй линии постоянного тока 24.
Две линии постоянного тока 11 и 24 через автоматические выключатели 25 и 26 подключаются к входам трехуровневого инвертора 27 гребной электрической установки 28. Выход трехуровневого инвертора 27 подключен к гребному электродвигателю 29, на валу которого установлен гребной винт 30 Линии постоянного тока 11 и 24 через автоматические выключатели 31 и 32 подключаются также к входам трехуровневого инвертора 33 гребной электрической установки 34. Выход трехуровневого инвертора 33 подключен к гребному электродвигателю 35, на валу которого установлен гребной винт 36.
К трехфазным линиям 7 и 18 главного распределительного щита 8 через автоматические выключатели 37, 38 и 39 подключаются общесудовые потребители.
Аварийный дизель-генератор состоит из дизеля 40, вращающего ротор 41 синхронного генератора 42, на статоре которого размещены две гальванически не Связанные трехфазные обмотки 43 и 44. Трехфазная обмотка 43 через автоматический выключатель 45 аварийного щита 46 и автоматический выключатель 47 в случае аварии подключается к трехфазной линии 7 главного распределительного щита 8. Трехфазная обмотка 44 через автоматический выключатель 48 подключается к входу трехфазного выпрямителя 49, а выход выпрямителя 49 подключается к линии постоянного тока 11.
Предлагаемая судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом. После запуска главного дизеля 1 устройства регулирования напряжения и частоты генератора 3 обеспечивают на выходе трехфазной обмотки 4 номинальное напряжение и частоту. На холостом ходу на выходе трехфазной обмотки 5 будет такое же напряжение, как и на обмотке 4, поскольку обмотки 4 и 5 одинаковы. После этого замыкается автоматический выключатель 6 и подключает обмотку 4 к трехфазной линии 7 главного распределительного щита 8. Затем запускается главный дизель 12 и устройства регулирования напряжения и частоты генератора 14 обеспечивают на выходе трехфазной обмотки 15 номинальное напряжение и частоту. Замыкается автоматический выключатель 17 и подключает обмотку 15 к трехфазной линии 18 главного распределительного щита 8. Устройство синхронизации напряжений генераторов обеспечивает условия синхронизации напряжений на линиях 7 и 18, после чего замыкается автоматический выключатель 19 и обмотки 4 и 15 работают параллельно.
Замыкается автоматический выключатель 9, и на вход трехфазного выпрямителя 10 поступает напряжение с выхода обмотки 5. Выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя 10 поступает на линию постоянного тока 11. Замыкается автоматический выключатель 20, и на вход трехфазного выпрямителя 21 поступает напряжение с выхода обмотки 16. Выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя 21 также поступает на линию постоянного тока 11. Замыкается автоматический выключатель 22, и на вход трехфазного выпрямителя 23 поступает напряжение с линии 18 главного распределительного щита 8. Выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя 23 поступает на линию постоянного тока 24.
После того как на линиях постоянного тока 11 и 24 появилось напряжение, |можно включать трехуровневые автономные инверторы 27 и 33, которые будут |вырабатывать переменное напряжение с заданной амплитудой и частотой и гребные электродвигатели 29 и 35 будут вращать гребные винты 30 и 36 с заданной частотой.
На распределительные щиты общесудовых потребителей питание поступает от трехфазных линий 7 и 18 главного распределительного щита 8, соединенных автоматическим выключателем 19, через автоматические выключатели 37, 38 и 39. Устройства стабилизации напряжения и частоты генераторных агрегатов обеспечивают стабильность напряжения и частоты на выходе обмоток 4 и 15, обеспечивая стабильное напряжение на линиях 7 и 18 главного распределительного щита 8, от которых получают питание общесудовые потребители.
При необходимости запускается аварийный дизель 40, вращающий ротор 41 синхронного генератора 42. Устройство стабилизации напряжения и частоты генератора 42 обеспечивает стабильное напряжение и частоту на обмотке 43, которая через автоматический выключатель 45 подключается к линии аварийного щита 46, и затем через автоматический выключатель 47 подключается к линии 7 главного распределительного щита 8, обеспечивая питанием общесудовых потребителей и выпрямитель 23, с выхода которого постоянное напряжение поступает на линию 24. Со второй обмотки 44 синхронного генератора 42 через автоматический выключатель 48 получает питание выпрямитель 49, с выхода которого постоянное напряжение поступает на линию 11. Таким образом, в случае необходимости аварийный генератор обеспечит питанием общесудовые потребители и автономные инверторы 27 и 33.
По сравнению с прототипом предлагаемая судовая электроэнергетическая установка проще, так как в главном распределительном щите содержится только одна трехфазная линия с коммутационно-защитной аппаратурой вместо трех, а также исключены трансформаторы, от которых питаются общесудовые потребители. Для передачи электроэнергии от судовой электростанции к гребным установкам в прототипе используются трехфазные кабели, имеющих три проводника, а в предлагаемой судовой электроэнергетической установке кабели постоянного тока, имеющие два проводника. При постоянном токе в проводнике допускается более высокая плотность тока, чем при переменном, так как отсутствует поверхностный эффект, значит, в предлагаемой судовой электроэнергетической установке будут меньше потери мощности в кабельных трассах. Таким образом, в предлагаемой судовой электроэнергетической установке по сравнению с прототипом сокращается число проводников в кабелях, передающих электроэнергию от судовой электростанции к гребным установкам, и уменьшаются потери в них, то есть снижается стоимость электромонтажных работ при постройке судна.