СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОМ
SYNCHRONOUS DIESEL GENERATOR AUTOMATIC CONTROL

Изобретение относится к области малой, децентрализованной электроэнергетики и может быть использовано для электроснабжения объектов с автономными электростанциями, например морских судов, объектов морской инфраструктуры, сельского и лесного хозяйств, горнорудной промышленности, береговых рыбоперерабатывающих предприятий и др.
min
1
пс
1
2
1
2
1
2
Известен способ автоматизированного управления синхронным дизель-генератором (СДГ), оснащенным турбокомпрессором наддува (ТКН) со свободным (чистым) турбонаддувом, воздухоохладителем наддувочного воздуха, системой запуска сжатым воздухом, независимым по питанию автономным электрическим и навешенным маслопрокачивающими насосами, независимым циркуляционным насосом пресной воды системы охлаждения, масло- и водоподогревателями, системой топливоподачи на базе топливных насосов высокого давления (ТНВД), одноимпульсным механогидравлическим регулятором топливоподачи с встроенными в него серводвигателем и стоп-устройством (известный как центробежный регулятор угловой скорости - ЦРС), генераторным выключателем, автоматическим регулятором возбуждения (АРВ), устройствами подмагничивания и точной синхронизации, а также датчиками рабочих параметров дизеля и генератора, заключающийся в том, что в режиме «дежурного» дизель-генератора (по другому «горячий резерв», «stand by») подогревают смазочное масло и охлаждающую пресную воду за счет периодического пропускания пара через масло- и водоподогреватели, периодически прокачивают систему смазки дизеля независимым по питанию автономным электрическим маслопрокачивающим насосом (ЭМПН) и систему охлаждения независимым циркуляционным насосом пресной воды, при поступлении команды на запуск резервного СДГ дополнительно прокачивают дизель посредством независимого по питанию автономного ЭМПН и осушают систему запуска и цилиндры дизеля от влаги, при увеличении давления масла до заданного значения проворачивают коленчатый вал дизеля сжатым воздухом, после чего производят два- три рабочих пуска дизеля с паузами между ними за счет подачи сжатого воздуха в его цилиндры и далее на турбину ТКН, при увеличении угловой скорости дизеля до установленного значения (ω) автоматически впрыскивают в его цилиндры топливо посредством его ЦРС и ТНВД, далее разгоняют дизель на топливе и сжатом воздухе до установленного промежуточного значения угловой скорости ω, после чего выполняют одновременно следующие действия: отсекают системой запуска пусковой воздух, отключают независимый по питанию автономный ЭМПН, переключают систему смазки на навешенный масляный прокачивающий насос (НМПН) и подмагничивают кратковременно синхронный генератор посредством устройства подмагничивания, затем разгоняют дизель на топливе посредством серводвигателя ЦРС и самовозбуждают генератор посредством его АРВ, при увеличении угловой скорости агрегата до подсинхронноого значения ω и напряжения генератора до 85% номинального делают выдержку времени (чтобы рабочие параметры дизеля вошли в норму), затем выполняют подпрограмму точной синхронизации генератора, по завершении которой включают синхронный генератор в сеть посредством генераторного выключателя, после этого автоматически выравнивают за счет АРВ относительные реактивные нагрузки генераторов Q и Q и вручную воздействуют на серводвигатель ЦРС и выравнивают относительные активные нагрузки дизель-генераторов Р и P (либо переводят ее полностью на резервный СДГ в случае замены агрегатов). В последнем случае при уменьшении активной нагрузки на выводимом агрегате до 5% номинальной его отключают от сети посредством генераторного выключателя и снижают угловую скорость отключенного СДГ до установленного значения, работают на этой сниженной скорости в течение установленного времени, после чего прекращают подачу топлива посредством стоп-устройства ЦРС. При параллельной работе синхронных дизель-генераторов активные нагрузки Р и Р сохраняют равномерно распределенными (в относительных единицах) за счет действия их ЦРС, регуляторные скоростные характеристики которых заранее настраивают на одинаковый статизм (неравномерность регулирования). (Баранов, А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: Учебник для вузов. - М.: Транспорт, 1988. - 328 с.).
Известен другой способ управления дизельным автоматизированным электрическим агрегатом, снабженным турбокомпрессором наддува (ТКН) и дросселирующим элементом на входе его компрессора и работающим на внешнюю переменную нагрузку при постоянной частоте вращения, заключающийся в том, что после запуска и начала его работы измеряют нагрузку электрического генератора и регулируют дизель путем изменения топливоподачи и коэффициента избытка воздуха на частичных нагрузках до холостого хода включительно путем воздушного дросселирующего элемента на входе компрессора ТКН, при этом при запуске, набросе нагрузки и максимальной нагрузке положение воздушного дросселирующего элемента оставляют неизменным, а при останове и аварийной защите дросселирующим элементом полностью закрывают вход компрессора ТКН, причем стабилизацию коэффициента избытка воздуха осуществляют с учетом параметров воздуха окружающей среды с помощью корректирующего воздействия на положение дроссельного элемента (патент РФ на изобретение №2200861).
Преимуществом первого известного способа автоматизированного управления синхронным дизель-генератором является возможность автоматизации, например, судна, на знак А2 (в символе класса Российского Морского Регистра судоходства), что позволяет, в свою очередь, сократить численность вахтенной службы в машинном отделении до одного человека.
min
1
Недостатком первого известного способа автоматизированного управления синхронным дизель-генератором является, во-первых, значительная продолжительность ввода СДГ в работу, достигающая 30 с и более, во-вторых, плохая приемистость им нагрузки вследствие свободного турбонаддува (характеризуется отставанием подачи воздуха от подачи топлива из-за инерционности системы свободного турбонаддува), увеличивающая время перевода нагрузки с одного агрегата на другой (что важно при экстренном выводе из работы неисправного агрегата) и ухудшающая динамические характеристики генераторных агрегатов при набросе/сбросе нагрузки, в-третьих, неудовлетворительные экономические и экологические показатели СДГ в переходных режимах и статических режимах неполных нагрузок, в-четвертых, высокая вероятность попадания углеводородной смеси в пусковоздушный трубопровод (вследствие смешанной подачи пускового воздуха и топлива в цилиндры дизеля в период разгона дизеля от ω до ω - смешанный способ запуска) с последующим ее взрывом (детонацией) в последующие такты сжатия.
Преимуществом второго известного способа управления дизельным автоматизированным электрическим агрегатом является регулирование дизелем в режимах частичных нагрузок агрегата вплоть до холостого хода воздействием одновременно на топливоподачу и коэффициент избытка воздуха с корректировкой последнего в функции изменяющихся параметров атмосферного воздуха, что повышает экологические показатели работы СДГ на частичных режимах.
Недостатком второго известного способа управления дизельным автоматизированным электрическим агрегатом является, во-первых, неэкономичность способа регулирования коэффициента избытка воздуха путем дросселирования входного воздушного тракта, во-вторых, раздельное регулирование топливопдачи и давления воздуха затрудняет согласованное изменение соотношения смеси «топливо-воздух», особенно в переходных режимах, в-третьих, дроссельное регулирование является инерционным, снижающим быстродействие системы регулирования воздухоподачи и не исключает полностью дымных выхлопов при резких набросах нагрузки, в-четвертых, остановка дизеля перекрытием воздушного тракта на входе турбокомпрессора вызывает мгновенную его остановку, тогда как ТКН продолжает вращаться несколько минут по инерции без давления масла в подшипниках, а возникающее при этом на выходе турбокомпрессора разрежение вызывает его помпаж, сопровождаемый сильной вибрацией ТКН. Оба известных способа не решают проблемы сокращения времени запуска СДГ.
min
1
пс
1
2
1
2
пс
1
2
min
Наиболее близким и известным к заявляемому является способ автоматизированного управления СДГ газовоза типа тб/х «Гранд Анива», оснащенным двумя турбокомпрессорами наддува (ТКН) со свободным (чистым) турбонаддувом и воздушными заслонками на всасывающих трактах, воздухоохладителем наддувочного воздуха, системой запуска с пневматическим стартерным двигателем (пневмостартером) и продувочным клапаном, независимым по питанию автономным электрическим и навешенным маслопрокачивающими насосами, независимым электроприводным циркуляционным насосом пресной воды системы охлаждения низкотемпературного контура, навешенным циркуляционным насосом пресной воды системы охлаждения высокотемпературного контура, масляным и водяным теплообменниками, электроподогревателем, встроенным в корпус водяного теплообменника, системой топливоподачи на базе топливных насосов высокого давления (ТНВД), одноимпульсным механогидравлическим регулятором топливоподачи (ЦРС) с встроенными в него серводвигателем и стоп-устройством, генераторным выключателем, автоматическим регулятором возбуждения (АРВ), устройствами подмагничивания и точной синхронизации, а также датчиками рабочих параметров дизеля и генератора и подсистемой дистанционного автоматизированного управления - ДАУ (Штатная документация по газовозу «Grand Aniva», ОАО «Совкомфлот»: YANMAR Marine auxiliary engine 6EY26L (Operation manual). - YANMAR CO., LTD., Япония. - С.472-473), заключающийся в том, что в режиме «дежурного» дизель-генератора (режим «горячий резерв», «stand by») по сигнаоам программы подсистемы ДАУ подогревают охлаждающую пресную воду за счет периодического включения электрического подогревателя, встроенного в водяной теплообменник, прокачивают подогретую пресную воду независимым электрическим циркуляционным насосом пресной воды низкотемпературного контура через термостат пресной воды, дизель и масляный теплообменник, подогревая при этом смазочное масло, периодически прокачивают систему смазки дизеля с ее термостатом независимым по питанию автономным электрическим масляным прокачивающим насосом, при поступлении команды на запуск «дежурного» СДГ, в том числе при повышении нагрузки на рабочем генераторном агрегате до 80% номинальной, дополнительно прокачивают дизель посредством независимого по питанию автономного ЭМПН и продувают пусковоздушный трубопровод и цилиндры дизеля от конденсата, при увеличении давления масла до заданного предпускового значения и соответствующей проверке проворачивают коленвал дизеля за счет пневмостартера при пониженном давлении воздуха, после чего производят два-три рабочих пуска дизеля с паузами между ними за счет того же пневмостартера при нормальном рабочем давлении воздуха, при увеличении угловой скорости до установленного значения (ω) автоматически впрыскивают в цилиндры дизеля топливо посредством его одноимпульсного механогидравлического ЦРС и ТНВД и разгоняют дизель одновременно на топливе и пневмостартером до установленного промежуточного значения угловой скорости ω, после чего выполняют одновременно следующие действия: отключают системой запуска пусковой воздух, переключают систему смазки на навешенный маслопрокачивающий насос (НМПН), отключают независимый по питанию автономный ЭМПН, переключают высокотемпературный контур охлаждения пресной воды на навешенный циркуляционный насос и подмагничивают кратковременно синхронный генератор посредством устройства подмагничивания, затем разгоняют дизель на топливе посредством одноимпульсного механогидравлического ЦРС и самовозбуждают генератор посредством его АРВ, при увеличении угловой скорости агрегата до подсинхронноого значения ω и напряжения генератора до 85% номинального делают выдержку времени (чтобы рабочие параметры дизеля вошли в норму), затем выполняют процедуру точной синхронизации генератора, по завершении которой включают синхронный генератор в сеть посредством генераторного выключателя, после этого автоматически выравнивают за счет АРВ относительные реактивные нагрузки синхронных генераторов Q и Q, и вручную воздействуют на серводвигатель ЦРС и выравнивают относительные активные нагрузки Р и Р синхронных дизель-генераторов либо переводят ее вручную полностью на резервный СДГ в случае замены агрегатов. В последнем случае при уменьшении активной нагрузки на выводимом агрегате до 5% номинальной его отключают автоматически от сети посредством генераторного выключателя и снижают угловую скорость за счет серводвигателя до подсинхронной скорости ω, работают на этой скорости в течение установленного времени, после чего прекращают подачу топлива посредством стоп-устройства одноимпульсного механогидравлического ЦРС. При параллельной работе дизель-генераторов активные нагрузки Р и P сохраняют равномерно распределенными (в относительных единицах) за счет действия их одноимпульсных механогидравлических ЦРС, регуляторные скоростные характеристики которых заранее настраивают на одинаковый статизм (неравномерность регулирования). При поступлении от одного из датчиков критического сигнала неисправности, например, при разносе дизеля, выключают посредством подсистемы ДАУ неисправным СДГ без предварительной разгрузки его генераторный выключатель и останавливают без задержки дизель посредством стоп-устройства одноимпульсного механогидравлического ЦРС, блокируя при этом подпрограмму запуска, а если угловая скорость за 60 с не станет ниже ω, включают сигнал неисправности системы остановки и перекрывают всасывающие тракты компрессоров ТКН за счет воздушных заслонок.
min
min
1
Преимуществом данного известного способа автоматизированного управления СДГ является, во-первых, более экономичный расход воздуха при запуске СДГ, так как пневматический стартер затрачивает меньше энергии на запуск по сравнению с традиционным, цилиндровым методом пуска сжатым воздухом. Во-вторых, стартерная система несколько проще и более компактна, а следовательно, менее затратив и более надежна. Несколько снижается время разгона дизеля этой системой в первый, бестопливный промежуток времени до ω. К тому же полностью исключается попадание углеводородов в пусковоздушный трубопровод в период смешанного разгона СДГ от ω до ω.
Недостатком этого способа является еще большее запаздывание разгона ТКН в период запуска резервного СДГ по сравнению с первым аналогом. Следствием этого является большее, чем у второго аналога несоответствие давления наддувочного воздуха давлению топливоподачи на протяжении всего процесса ввода СДГ в работу из-за пониженного коэффициента избытка воздуха в камерах сжатия. Этим повышается вероятность незапуска с первой и даже второй попыток вследствие невоспламенения первых порций обогащенной топливной смеси в начальный период его впрыска и попадания по этой причине несгоревших углеводородных паров в выхлопной коллектор с воспламенением (детонацией) их от выхлопов раскаленных отработавших газов в следующие такты. Некоторое сокращение общей продолжительности запуска посредством пневмостартера (в случае удачной первой попытки) не является существенным. Особенно это заметно при вводе СДГ на параллельную работу. Используемый точный метод согласования условий работы вводимого СДГ и работающего синхронного генератора, называемый точной синхронизацией, требует на его выполнение нескольких десятков секунд и даже минут. Поэтому весь выигрыш в сокращении времени запуска дизеля пневмостартером и включения в сеть «съедается» значительно более продолжительной процедурой необходимой синхронизации генераторов перед включением. Кстати, этот недостаток является общим для всех данных известных способов, как и то обстоятельство, что после каждой остановки у них дизеля и его навешенного масляного прокачивающего насоса его ТКН продолжает вращаться несколько минут по инерции за счет запасенной в маховых массах кинетической энергии, без давления масла в подшипниках, причем аварийная остановка дизеля перекрытием воздушного тракта на входе турбокомпрессора наддува вызывает на его выходе разрежение, сопровождаемое сильным помпажем. С позиции сокращения общей продолжительности известного запуска СДГ выполнение операции продувки пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля от конденсата, а также проворачивание его коленвала после поступления команды на запуск (а не в период «дежурства») является нерациональным, так как это снижает степень готовности «дежурного» СДГ к пуску. Периодическая прокачка «дежурного» СДГ независимым по питанию автономным ЭМПН и электроподогрев смазочного масла и охлаждающей воды требуют дополнительных затрат энергии (т.е. неэкономичны) и, к тому же, обладают невысокой эффективностью, так как предпусковое давление в системе смазки этого СДГ поддерживается неравномерным (колебательным). Указанное выше несоответствие давления наддувочного воздуха давлению топливоподачи наблюдается также и в периоды резкого наброса и сброса значительной нагрузки на работающий СДГ, что служит причиной неудовлетворительной приемистости дизеля и снижения качества подаваемой в электрическую сеть электроэнергии. Недостатки первого аналога в части неудовлетворительных экономических и экологических показателей СДГ в переходных режимах и статических режимах неполных нагрузок, обусловленные свободным турбонаддувом, проявляются и в прототипе. Пониженный коэффициент избытка воздуха, характерный для дизелей со свободным турбонаддувом в переходных режимах и статических режимах неполных нагрузок, вызывает интенсивное сажезагрязнение камер сгорания дизеля, его ТКН и всего выхлопного тракта, что повышает пожароопасность и трудозатраты на выполнение их моточисток. При нагрузке дизеля свыше 50% номинальной часть отработанных газов перепускается без утилизации в выхлопной тракт, так как производительность ТКН становится избыточной. Это снижает КПД агрегата и ведет к преждевременному прогоранию выхлопного тракта.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение перечисленных недостатков способа-прототипа, а именно: существенное сокращение (в 2-6 раз) общей продолжительности ввода СДГ в действие, повышение эффективности (степени готовности дизеля) и экономичности операций в режиме «дежурной» готовности, повышение надежности запуска дизеля с первой попытки за счет увеличения вероятности воспламенения первых усиленных порций впрыскиваемого топлива и устранения за счет этого детонационных взрывов в период запуска, повышение экономичности и экологичности работы ДГ в статических режимах неполных нагрузок и переходных режимах наброса/сброса нагрузки, улучшение динамических характеристик СДГ с турбонаддувом при резких колебаниях его нагрузки, а следовательно, и качества вырабатываемой им электрической энергии, повышение КПД СДГ в диапазоне его нагрузок от 50% номинальной и выше, исключение случаев работы ТКН в режиме свободного выбега без смазки подшипников и устранение помпажа турбокомпрессора при манипуляциях с его воздушной заслонкой, а также снижение пожароопасности и трудозатрат на обслуживание СДГ и его вспомогательных систем.
min
1
пс
1
2
1
2
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе автоматизированного управления синхронным дизель-генератором в режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску синхронного дизель-генератора прогревают дизель путем прокачивания прогретой пресной воды через его зарубашечное пространство и термостат охлаждающей пресной воды, а также прокачивают нагретое смазочное масло через масляный термостат и систему смазки дизеля, причем, указанные операции выполняют по сигналам программы подсистемы дистанционного автоматизированного управления «дежурным» синхронным дизель-генератором, при поступлении команды на запуск «дежурного» синхронного дизель-генератора проверяют соответствие давления смазочного масла заданному значению, производят три рабочих пуска дизеля путем подачи на пневмостартер пускового воздуха при нормальном рабочем давлении, чередуя попытки пуска паузами между ними, при увеличении угловой скорости дизеля до установленного значения ω автоматически впрыскивают в камеры сгорания дизеля топливо посредством одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и топливного насоса высокого давления и разгоняют дизель совместно на топливе и пневмостартером до установленного промежуточного значения угловой скорости ω, при достижении которой одновременно выключают пневмостартер и переключают систему смазки на свой навешенный маслопрокачивающий насос, далее разгоняют дизель на топливе посредством его одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, возбуждают синхронный генератор посредством его автоматического регулятора возбуждения, причем, при установившейся угловой скорости агрегата, равной подсинхронному значению ω делают непродолжительную выдержку времени, осуществляя вхождение рабочих параметров дизеля в норму, при напряжении генератора, равном 85% номинального и соответствующей угловой скорости дизеля выполняют подпрограмму синхронизации возбужденного генератора с работающим синхронным генератором, включают синхронный генератор в электросеть посредством генераторного выключателя, автоматически выравнивают посредством автоматического регулятора возбуждения относительные реактивные нагрузки генераторов, а также и относительные активные нагрузки дизель-генераторов Р и P посредством одноимпульсных механогидравлических центробежных регуляторов угловой скорости либо выполняют перевод активной нагрузки полностью на введенный синхронный дизель-генератор в случае замены агрегатов, в период этой замены при уменьшении активной нагрузки на выводимом агрегате до минимально допустимой его отключают от электрической сети посредством генераторного выключателя, снижают угловую скорость посредством серводвигателя до подсинхронного значения
на которой работают в течение установленного времени, после чего прекращают подачу топлива посредством стоп-устройства одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, а при параллельной работе дизель-генераторов активные нагрузки Р и P поддерживают заданно распределенными посредством действия их одноимпульсных механогидравлических центробежных регуляторов угловой скорости, регуляторные характеристики которых соответственно настраивают, причем, при поступлении от работающего дизель-генератора критического сигнала неисправности выключают посредством подсистемы дистанционного автоматизированного управления без предварительной разгрузки дизель-генератора генераторный выключатель, останавливают дизель посредством стоп-устройства его одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и блокируют подпрограмму запуска, а в случае, если угловая скорость за 60 с не станет ниже
включают сигнал неисправности системы остановки и перекрывают всасыващий тракт турбокомпрессора наддува посредством его воздушной заслонки, причем, при внезапном исчезновении напряжения в электросети прокачку смазочным маслом перед запуском неподготовленного дизель-генератора осуществляют посредством независимого по питанию автономного электрического масляного прокачивающего насоса, в отличие от него в заявляемом в режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску по командам подсистемы дистанционного автоматизированного управления смазку дизеля «дежурного» синхронного дизель-генеоратора производят непрерывно прогретым маслом посредством масляной системы непосредственно рабочего синхронного дизель-генератора через ее управляемые запорные и дроссельный клапаны и трубопроводы, оборудованные на ней для этого, при этом дополнительно производят периодическое проворачивание его коленвала посредством пневмостартера на пониженном давлении сжатого воздуха и периодическое осушение пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля от конденсирующейся влаги посредством пусковой системы сжатого воздуха и продувочного клапана, развозбуждают генератор посредством устройства гашения магнитного поля, а регулирование температур прокачиваемых смазочного масла и пресной воды посредством их термостатов производят в соответствии с программно задаваемыми подсистемой дистанционного автоматизированного управления значениями, рассчитываемыми ею по результатам измерений параметров окружающей среды. При этом, при возникновении условий отсутствия необходимости в постановке на «дежурство» одного из синхронных дизель-генераторов электростанции в текущем режиме управляемые запорные клапаны на масляной системе рабочего синхронного дизель-генератора со стороны всех резервных агрегатов закрывают. При поступлении команды на запуск, в том числе и при увеличении нагрузки работающего генераторного агрегата до заданного предела, помимо проверки давления в системе смазки «дежурного» дизель-генератора, поверяют температуру воздуха в машинном отделении и отсутствие возбуждения у запускаемого генератора, при температуре воздуха в машинном отделении менее допустимой шунтируют воздухоохладитель наддувочного воздуха его дизеля посредством байпасного клапана и одновременно с первым включением пневмостартера на нормальное рабочее давление на запуск невозбужденного синхронного дизель-генератора производят разгон и его турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины в режиме приводного двигателя без перерыва ее работы во время возможных стартерных пауз в подаче воздуха, при этом, частоту вращения турбокомпрессора наддува устанавливают такой, чтобы значение коэффициента избытка воздуха в камерах сгорания запускаемого дизеля соответствовало пусковой подаче впрыскиваемой обогащенной топливно-воздушной смеси. После перехода дизеля на топливо закрывают байпасный клапан воздухоохладителя, вводя в действие воздухоохладитель наддувочного воздуха, форсируют подачу топлива и в период форсированного программного разгона невозбужденного синхронного дизель-генератора на топливе от угловой скорости
до подсинхронной угловой скорости
регулируют и коэффициент избытка воздуха адаптивно массе впрыскиваемого топлива путем синхронного изменения частоты вращения турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины и ее статического полупроводникового преобразователя, управляемого сигналами, посылаемыми на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем потенциометром одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, кинематически связанным с топливной рейкой данного центробежного регулятора скорости. Когда угловая скорость ротора генератора достигнет подсинхронного значения
помимо выдержки времени для вхождения параметров дизеля в норму и ввода в действие подпрограммы «контроль рабочих параметров», увеличивают по сигналу подсистемы дистанционного автоматизированного управления угловую скорость синхронного дизель-генератора до сверхсинхронного значения
посредством серводвигателя одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, затем выполняют подпрограмму самосинхронизации генератора с работающим синхронным дизель-генератором посредством устройства реакторно-конденсаторной самосинхронизации, по завершении которой подключают синхронный дизель-генератор к электросети посредством генераторного выключателя. В рабочем режиме с увеличением статической активной нагрузки на включенном синхронном дизель-генераторе по мере ее приема и соответственно непрерывному возрастанию вращающего момента, развиваемого турбиной турбокомпрессора наддува, вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем, адекватно снижают путем уменьшения напряжения статического полупроводникового преобразователя по сигналу, формируемому трехимпульсным электронным пропорционально-дифференциально-интегральным (ПДИ) регулятором подачи топлива и воздуха. При статической активной нагрузке синхронного дизель-генератора выше 50% номинальной обратимую синхронную электрическую машину переводят в генераторный режим путем инвертирования статического полупроводникового преобразователя по сигналу датчика холостого хода этой машины, фиксирующего момент ее перехода в режим холостого хода, при этом, электрическую энергию обратимой синхронной электрической машины, произведенную в генераторном режиме, направляют в электрическую сеть по цепи ее же питания. При работе синхронного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок менее 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют посредством трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что воздействуют статическим сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, повышая напряжение последнего и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем. Причем при резком сбросе значительной мощности в этом диапазоне статических нагрузок измеряют тем же трехимпульсным электронным ПДИ-регулятором подачи топлива и воздуха сигналы статического и динамического понижения этой мощности, которыми согласованно и синхронно дефорсируют подачу топлива и давление наддувочного воздуха дизеля путем того, что воздействуют ими на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и систему управления статического полупроводникового преобразователя, чем уменьшают напряжение последнего и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины. При работе синхронного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок выше 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют таким же путем сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что статическим сигналом воздействуют на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и увеличивают подачу топлива, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, чем понижают ток последнего и тормозной электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей генератором, причем при резком сбросе значительной мощности в этом диапазоне статических нагрузок подачу топлива и давление наддува дизеля таким же путем и теми же средствами одновременно и согласованно дефорсируют. В режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску и рабочем режиме дизель-генератора измеряют посредством соответствующих датчиков температуру, давление и влажность окружающего воздуха, а также текущую нагрузку синхронного дизель-генератора, определяют по измеренным значениям посредством его подсистемы дистанционного автоматизированного управления расчетный оптимальный температурный режим агрегата и формируют новые заданные значения температур охлаждающей воды и масла, которые направляют на соответствующие задающие входы термостатов охлаждающей воды и смазочного масла и регулируют этими термостатами заданные значения температур. Само количество работающих генераторов, степень их загрузки и характер распределения активной нагрузки при параллельной работе определяют по заданным критериям управления синхронными дизель-генераторами, которые устанавливают посредством переключателя критериев управления электростанцией. При этом, при экономическом критерии управления число работающих генераторов вводят из расчета их загрузки около 80% номинальной, исходя из достижения наилучшего КПД агрегатов, а при большей загрузке запускают по сигналу трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха посредством подсистемы управления верхнего уровня и подсистемы дистанционного автоматизированного управления резервным синхронным дизель-генератором дополнительный синхронный дизель-генератор. При этом рассчитывают среднюю загрузку одного синхронного дизель-генератора посредством блока параллельной работы и, если средняя загрузка на агрегат окажется 40% номинальной и менее, ее распределяют посредством трехимпульсных электронных ПДИ-регуляторов неравномерно в отношении 60% на 20% с точностью в обе стороны до 20% номинальной мощности одного синхронного дизель-генератора, при средней его загрузке в 50% номинальной - в отношении 70% на 30% с точностью в обе стороны до 10%, а при средней загрузке синхронного дизель-генератора в 60% и выше - распределяют нагрузку поровну с точностью в обе стороны до 15%. Причем изменение соотношения пропорции и ее точности производят программно-автоматически по сигналу текущего значения средней нагрузки на один синхронный дизель-генератор, формируемому блоком параллельной работы. При техническом состоянии одного из синхронных дизель-генераторов хуже другого, его фиксируют переключателем технического состояния на блоке параллельной работы, после чего нагрузку между ними распределяют произвольно посредством блока параллельной работы и трехимульсных электронных ПДИ-регуляторов обоих синхронных дизель-генераторов таким образом, что менее исправный агрегат нагружают настолько, насколько он способен развивать мощность при заданной частоте тока и угловой скорости, а остальную нагрузку переводят на исправный агрегат. При управлении по критериям повышенной и максимальной надежности электроснабжения объекта нагрузку между параллельно работающими синхронными дизель-генераторами распределяют пропорционально их номинальным мощностям. При задании экологического критерия управления синхронными дизель-генераторами, соответствующего минимальному загрязнению окружающей среды, дизель-генераторы по сигналу подсистемы управления верхнего уровня переводят на легкие сорта топлива и вводят в действие штатные средства очистки и нейтрализации отработанных газов от сажи и вредных продуктов сгорания, в том числе повышают степень охлаждения наддувочного воздуха путем повышения расхода охлаждающей воды через его воздухоохладитель, при этом загружают агрегаты и распределяют нагрузку между ними таким же путем, теми же приемами и средствами, что и при экономическом критерии управления. При нормальной остановке синхронных дизель-генераторов, в том числе при выводе одного из генераторов из параллельной работы по причине низкой загрузки, разгруженный и отключенный от электросети агрегат останавливают после непродолжительной работы на холостом ходу на подсинхронной угловой скорости
помимо использования для остановки операции прекращения подачи топлива посредством стоп-устройства его одноканального механогидравлического центробежного регулятора скорости, также и за счет одновременного прекращения подачи воздуха со стороны турбокомпрессора наддува путем перевода обратимой синхронной электрической машины посредством системы управления статическим полупроводниквым преобразователем в режим форсированного электрического торможения. При поступлении в подсистему дистанционного автоматизированного управления рабочего синхронного дизель-генератора критического сигнала неисправности, помимо выключения без предварительной разгрузки его генераторного выключателя посредством подсистемы дистанционного автоматизированного управления и остановки дизеля посредством стоп-устройства его одноканального механогидравлического центробежного регулятора скорости, перекрывая подачу топлива, выполняют и форсированное электрическое торможение турбокомпрессора наддува посредством обратимой синхронной электрической машины, прекращая подачу и воздуха, при осуществлении блокирования подпрограммы запуска. При внезапном исчезновении напряжения электрической сети формируют ее датчиком напряжения сигнал его исчезновения и направляют его в подсистему управления верхнего уровня, а сигналом, формируемым подсистемой управления верхнего уровня и направляемым на независимый по питанию от аварийного источника групповой электрический масляный прокачивающий насос и управляемые запорные клапаны на его всасывающем и нагнетательном трубопроводах, прокачивают маслом сразу два резервных синхронных дизель-генератора, из которых один «дежурный». При этом, подготовленный «дежурный» синхронный дизель-генератор по команде его подсистемы дистанционного автоматизированного управления сразу запускают, возбуждают при угловой скорости дизеля
и подключают к обесточенной электросети посредством генераторного выключателя. При этом, при угловой скорости
управляемые запорные клапаны на его масляных трубопроводах переключают на его навешенный масляный прокачивающий насос, причем, питание обратимой синхронной электрической машины для первичного разгона турбокомпрессора наддува производят от аварийного источника. У другого, неподготовленного синхронного дизель-генератора одновременно с его маслопрокачкой производят продувку пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля посредством системы сжатого воздуха и продувочного клапаны и при повышении давления его смазочного масла до предпускового значения производят проворачивание коленвала дизеля посредством пневмостартера при пониженном давлении пускового воздуха, после чего выполняют тем же пневмостартером до трех рабочих пусков двигателя при нормальном рабочем давлении пускового воздуха и разгоняют турбокомпрессор наддува посредством обратимой синхронной электрической машины, работающей в режиме приводного электродвигателя и питаемой от электросети. А при повышении утловой скорости дизеля до промежуточной
полностью переводят на топливо для чего выключают пневмостартер, закрывая его запорные клапаны, переключают систему смазки на навешенный масляный прокачивающий насос, останавливают независимый по питанию групповой электрический масляный прокачивающий насос и закрывают управляемые запорные клапана на его всасывающем и нагнетательном трубопроводах, а также и байпасный клапан воздухоохладителя наддувочного воздуха. Далее разгоняют вводимый непрогретый дизель на топливе посредством его одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора скорости до подсинхронной угловой скорости
прогревают дизель невозбужденного синхронного дизель-генератора путем его работы на холостом ходу при данной угловой скорости. При повышении температуры охлаждающей пресной воды и смазочного масла дизеля до предписанных значений подключают к подсистеме дистанционного автоматизированного управления его ранее отключенные при стоянке датчики и выполняют одновременно подпрограмму «контроль рабочих параметров» посредством подсистемы дистанционного автоматизированного управления, посредством которой разгоняют затем дизель до сверхсинхронной угловой скорости
и выполняют подпрограмму самосинхронизации генератора посредством блока управления исполнительными органами самосинхронизации, по завершении которой подключают синхронный дизель-генератор к электросети на параллельную работу посредством генераторного выключателя. Если в момент обесточивания электросети ни один из резервных синхронных дизель-генераторов не находился в режиме «дежурного», то сигналом подсистемы верхнего уровня управления включают независимый по питанию от аварийного источника групповой электрический масляный прокачивающий насос и открывают управляемые запорные клапаны на его всасывающем и нагнетательном трубопроводах, прокачивают два неподготовленных синхронных дизель-генератора маслом и одновременно с этим выполняют продувку пусковоздушных трубопроводов и цилиндров у обоих синхронных дизель-генераторов посредством системы сжатого воздуха и продувочных клапанов. После повышения давления масла первым у любого из этих резервных синхронных дизель-генераторов до предпускового значения производят проворачивание коленвала его дизеля посредством пневмостартера, после чего выполняют до трех рабочих пусков синхронного дизель-генератора тем же пневмостартером, открывают при первом рабочем пуске байпасный клапан воздухоохладителя наддувочного воздуха и разгоняют его турбокомпрессор наддува посредством обратимой синхронной электрической машины, используя аварийный источник питания. При достижении угловой скорости дизеля до
таким же путем переходят на подачу топлива и смазку от навешенного масляного прокачивающего насоса, закрывают байпасный клапан воздухоохладителя наддувочного воздуха и управляемые запорные клапана на его всасывающем и нагнетательном маслопроводах со стороны независимого группового электрического масляного прокачивающего насоса, а также на трубопроводах пускового воздуха, разгоняют дизель до подсинхронной угловой скорости
возбуждают данный синхронный дизель-генератор таким же путем и подключают его без прогрева на холостом ходу на обесточенную электросеть посредством его генераторного выключателя. Причем на время разгона пневмостартером первого неподготовленного синхронного дизель-генератора подачу пускового воздуха на второй неподготовленный синхронный дизель-генератор временно блокируют, а сразу, после перехода первого синхронного дизель-генератора на топливо, при его промежуточной угловой скорости, равной
приступают к подпрограмме запуска и разгону до подсинхронной угловой скорости
второго резервного синхронного дизель-генератора таким же путем, что и первого резервного синхронного дизель-генератора, прогревают второй невозбужденный резервный синхронный дизель-генератор за счет его работы на холостом ходу, переходят на подпрограмму «контроль рабочих параметров» таким же путем, как для непрогретого синхронного дизель-генератора, разгоняют до сверхсинхронной угловой скорости
самосинхронизируют генератор посредством блока управления исполнительными органами самосинхронизации, подключают к электросети посредством генераторного выключателя и нагружают его в соответствии с заданным критерием управления. При необходимости выполнения раздельной прокачки систем смазки резервных дизель-генераторов посредством одного группового независимого по питанию электрического масляного прокачивающего насоса выбирают посредством переключателя режимов этого независимого по питанию группового электрического масляного прокачивающего насоса режим раздельной прокачки, после чего переключателем дистанционного управления, установленным для каждого синхронного дизель-генератора на пульте оператора, включают на непрерывную работу независимый по питанию групповой электрический масляный прокачивающий насос и открывают одновременно управляемые запорные клапаны со стороны его всасывающего и нагнетательного патрубков только на трубопроводах прокачиваемого синхронного дизель-генератора, а выключают независимый групповой электрический масляный прокачивающий насос тем же переключателем дистанционного управления либо автоматически посредством подсистемы дистанционного автоматизированного управления сразу после ввода в действие данного синхронного дизель-генератора и его навешенного масляного прокачивающего насоса.
Целесообразнее и экономичнее такое выполнение способа, при котором в режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску по командам подсистемы дистанционного автоматизированного управления смазку дизеля «дежурного» синхронного дизель-генератора производят непрерывно прогретым маслом посредством такой масляной системы непосредственно рабочего синхронного дизель-генератора, которая оборудована вспомогательными навешенным масляным прокачивающим насосом и теплообменником рабочего синхронного дизель-генератора, которое в данной операции забирают холодным из картера дизеля «дежурного» синхронного дизель-генератора, пропускают это холодное масло по змеевику вспомогательного теплообменника рабочего синхронного дизель-генератора., через кожух которого основным навешенным масляным прокачивающим наосом прокачивают горячее масло рабочего синхронного дизель-генератора, утилизируют за счет этого теплоту горячего смазочного масла рабочего синхронного дизель-генератора, охлаждая последнее пропускаемым потоком холодного масла «дежурного» синхронного дизель-генеатора и одновременно передавая ему теплоту горячего смазочного масла рабочего синхронного дизель-генератора, причем направление потоков горячего и холодного масла во вспомогательном теплообменнике выбирают встречное, при этом, в случае отсутствия необходимости в постановке на «дежурство» одного из синхронных дизель-генераторов в текущем режиме и надобности в работе вспомогательного навешенного масляного прокачивающего насоса на рабочем синхронном дизель-генераторе, его выводят из работы посредством его разобщительной муфты, а управляемые запорные клапаны на всасывающем и нагнетательном маслопроводах закрывают.
пс
Эксплуатационно оправдано такое выполнение способа, при котором подпрограмму включения синхронного дизель-генератора в электросеть выполняют таким образом, что после операции разгона прогретого синхронного дизель-генератора на топливе до подсинхронной угловой скорости ω и последующей выдержки времени 2-4 с измеряют, в частном случае, датчиком напряжения электросети наличие и значение напряжения на шинах главного распредщита и при отсутствии этого напряжения подключают обмотку возбуждения синхронного генератора по сигналам блока управления исполнительными органами самосинхронизации к автоматическому регулятору возбуждения этого генератора посредством устройства гашения магнитного поля и к источнику подмагничивания - посредством устройства подмагничивания, возбуждают синхронный генератор посредством его автоматического регулятора возбуждения, измеряют датчиком напряжения дизель-генератора напряжение на его клеммах, при увеличении напряжения до 85% номинального включают генераторный выключатель посредством сигнала блока управления исполнительными органами самосинхронизации; а при наличии напряжения на шинах главного распредщита сигналами, формируемыми блоком управления исполнительными органами самосинхронизации, включают одновременно невозбужденный синхронный генератор к шинам главного распрещита через вспомогательный контактор и ограничивающий реактор, обмотку возбуждения генератора подключают к автоматическому регулятору возбуждения посредством устройства гашения магнитного поля генератора и синхронно с этим подключают к тем же шинам главного распредщита конденсаторную батарею посредством бесконтактного выключателя, производят форсировку тока возбуждения синхронного генератора посредством трансформатора тока его автоматического регулятора возбуждения, по прошествии выдержки времени около 0,5 с конденсаторную батарею выключают посредством ее бесконтактного выключателя, а еще через 0,5 с посылают блоком управления исполнительными органами самосинхронизации сигнал включения генераторного выключателя одновременно с повторным сигналом подключения к шинам главного распредщита конденсаторной батареи посредством того же бесконтактного выключателя, после замыкания генераторного выключателя по сигналу его блок-контакта, приходящему в блок управления исполнительными органами самосинхронизации, размыкают вспомогательный контактор в цени ограничивающего реактора, а по прошествии выдержки времени 0,5 с выключают и конденсаторную батарею.
Экономически выгодно и эксплуатационно оправдано такое выполнение способа, при котором измерение средней загрузки одного синхронного дизель-генератора при параллельной работе производят посредством субблока средней загрузки блока параллельной работы, сравнивают ее посредством компараторов средней загрузки с уставками в 40%, 50% и 60% номинальной, работа которых взаимосблокирована так, что срабатывание компаратора большей загрузки выключает компаратор меньшей загрузки, при этом, если средняя загрузка на каждый генератор окажется равной 40% номинальной и менее, ее неравномерное распределение между синхронными дизель-генераторами в отношении 60% на 20% с точностью в обе стороны до 20% номинальной мощности производят посредством трехимпульсных электронных ПДИ-регуляторов подачи топлива и воздуха путем того, что на задающие входы указанных ПДИ-регуляторов посылают разные задающие сигналы, формируемые на выходе интегратора сигналов и корректируемые регулировочными резисторами уставок блока параллельной работы посредством промежуточных реле компараторов средней загрузки; если средняя загрузка на генератор окажется равной 50% номинальной, ее распределение выполняют тем же путем и аналогичными средствами в отношении 70% на 30% с точностью в обе стороны до 10% номинальной мощности, а если средняя загрузка генератора окажется равной 60% номинальной, относительные нагрузки распределяют между синхронными дизель-генераторами поровну с точностью в обе стороны до 15% номинальной мощности в соответствии с требованиями Российского Морского Регистра судоходства: при этом указанные пропорции распределения нагрузок между синхронными дизль-генераторами периодически меняют посредством реле времени, включаемых и выключаемых посредством тех же промежуточных реле, а заданные значения точности распределения регулируют программно-автоматически посредством регулировочных резисторов, установленных на входах напряжения смещения усилителей трехимпульсных электронных ПДИ-регуляторов подачи топлива и воздуха, и тех же промежуточных реле блока параллельной работы; а при снижении средней загрузки двух параллельно работающих исправных синхронных дизель-генераторов до минимально допустимого значения, равного 35% номинальной мощности, компаратором средней загрузки в 35% номинальной формируют сигнал вывода из параллельной работы одного из синхронных дизель-генераторов, который посылают в подсистему управления верхнего уровня и запускают ею программу вывода этого синхронного дизель-генератора, а после выключения его генераторного выключателя субблок низкой загрузки блока параллельной работы блокируют посредством блок-контакта этого выключателя, также блокируют компаратор средней загрузки в 35% номинальной и при повышении уровня средней загрузки до 40% номинальной и выше посредством промежуточного реле этого компаратора.
Технически оправдано такое выполнение способа, при котором, если техническое состояние одного из синхронных дизель-генераторов хуже другого, его фиксируют посредством переключателя технического состоянии, реле технического состояния и вспомогательного реле на блоке параллельной работы, после чего нагрузку между ними распределяют произвольно посредством блока параллельной работы и трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха исправного синхронного дизель-генератора таким образом, что менее исправный агрегат переводят на статическую регуляторную характеристику путем отключения его трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора от серводвигателя одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и нагружают его вручную настолько, насколько он способен развивать мощность при заданной частоте тока, а остальную нагрузку переводят на исправный агрегат задающим сигналом, формируемым на выходе дифференцирующего устройства и посылаемого через переключающий контакт вспомогательного реле и интегратор сигналов на задающий вход трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха исправного синхронного дизель-генератора.
мак доп
Технически целесообразно, когда при возрастании статической нагрузки на электростанцию сигнал максимально допустимой мощности Р, в частности, равной 80% номинальной, формируют посредством компаратора предельной нагрузки трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора на его выходе «V», который направляют в подсистему управления верхнего уровня для ввода в действие дополнительного синхронного дизель-генератора.
мак доп
В другом частном случае предлагаемого способа сигнал максимально допустимой мощности Р, в частности, равной 80% номинальной, формируют посредством компаратора средней нагрузки блока параллельной работы, настроенного на срабатывание при уставке 80% номинальной мощности, который направляют в подсистему управления верхнего уровня.
1
1
Эксплуатационно надежнее такое выполнение способа, когда при внезапном обесточивании электросети в процессе запуска двух резервных синхронных дизель-генераторов, из которых один является «дежурным», предпусковую маслопрокачку неподготовленного синхронного дизель-генератора производят навешенным масляным прокачивающим насосом «дежурного» синхронного дизель-генератора после его разгона пневмостартером до промежуточной угловой скорости ω, для чего при этой угловой скорости открывают управляемые запорные клапаны на масляном трубопроводе со стороны неподготовленного синхронного дизель-генератора, а после его разгона его пневмостартером до такой же угловой скорости ω переходят на его маслопрокачку своим собственным навешенным масляным прокачивающим насосом, закрывая указанные управляемые запорные клапаны, чем обеспечивают резервирование независимого по питанию группового электрического масляного прокачивающего насоса.
Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивают в совокупности решение поставленной задачи с получением следующих результатов: существенное сокращение (в 3-6 раз) общей продолжительности ввода «дежурного» (подготовленного) СДГ в действие, повышение эффективности (степени готовности) и экономичности операций в режиме «дежурной» готовности, повышение надежности запуска дизеля с первой попытки путем увеличения вероятности воспламенения при впрыске первых усиленных порций топлива и устранения за счет этого детонационных взрывов в период запуска, повышение экономичности и экологичности работы СДГ в статических режимах малых нагрузок и переходных режимах наброса/сброса нагрузки, улучшение динамических характеристик СДГ с турбонаддувом, а следовательно, и качества вырабатываемой им электрической энергии при резких колебаниях его нагрузки, повышение КПД агрегата в режимах нагрузок выше 50% номинальной, устранение режимов помпажа турбокомпрессора наддува при манипуляциях с его воздушной заслонкой и его вращения без смазки подшипников в период остановки СДГ, а также снижение пожароопасности и трудозатрат на обслуживание СДГ.
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
1. Так, благодаря тому, что: а) «…в режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску по командам подсистемы дистанционного автоматизированного управления смазку дизеля «дежурного» синхронного дизель-генеоратора производят непрерывно прогретым маслом посредством масляной системы непосредственно рабочего синхронного дизель-генератора через ее управляемые запорные и дроссельный клапаны и трубопроводы, оборудованные на ней для этого…» (вместо периодической прокачки масла за счет независимого автономного ЭМПН); б) в этом же режиме «…при этом дополнительно производят периодическое проворачивание его коленвала посредством пневмостартера на пониженном давлении сжатого воздуха и периодическое осушение пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля от конденсирующейся влаги посредством пусковой системы сжатого воздуха и продувочного клапана…» (в прототипе эти операции выполнялись в период предпускового и пускового частных алгоритмов); в) исключают из известного предпускового частного алгоритма операцию «…дополнительно прокачивают дизель посредством независимого по питанию автономного электрического масляного прокачивающего насоса…» и из пускового известного частного алгоритма - операцию «…подмагничивают синхронный генератор посредством устройства подмагничивания…» (так как генератор включают в сеть, находящуюся под напряжением, невозбужденным); г) ускоряют и повышают надежность воспламенения первых порций впрыскиваемого топлива за счет того, что «…проверяют температуру воздуха в машинном отделении,…при температуре воздуха в машинном отделении менее допустимой шунтируют воздухоохладитель наддувочного воздуха его дизеля посредством байпасного клапана…» и что «…одновременно с первым включением пневмостартера на нормальное рабочее давление на запуск невозбужденного синхронного дизель-генератора производят разгон и его турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины в режиме приводного двигателя без перерыва ее работы во время возможных стартерных пауз в подаче воздуха, при этом, частоту вращения турбокомпрессора наддува устанавливают такой, чтобы значение коэффициента избытка воздуха в камерах сгорания запускаемого дизеля соответствовало пусковой подаче обогащенной топливо-воздушной смеси…»; д) «…после перехода дизеля на топливо форсируют его подачу и в период форсированного программного разгона невозбужденного синхронного дизель-генератора на топливе от угловой скорости
до подсинхронной угловой скорости
регулируют и коэффициент избытка воздуха адаптивно массе впрыскиваемого топлива путем синхронного изменения частоты вращения турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины и ее статического полупроводникового преобразователя, управляемого сигналами, посылаемыми на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем потенциометром одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, кинематически связанным с топливной рейкой данного центробежного регулятора угловой скорости…»; е) «…увеличивают по сигналу подсистемы дистанционного автоматизированного управления угловую скорость синхронного дизель-генератора до сверхсинхронного значения
посредством серводвигателя одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, затем выполняют подпрограмму самосинхронизации генератора с работающим синхронным дизель-генератором посредством блока управления исполнительными органами самосинхронизации, по завершении которой подключают синхронный дизель-генератор к электросети посредством генераторного выключателя…» (взамен более длительной перед включением подпрограммы точной синхронизации прототипа), - все это позволяет сократить время запуска резервного СДГ при запуске с первой попытки с 30 с до 5 с, т.е. в шесть раз, а если дизель запускается со второй или третьей попытки, то это время уменьшается соответственно до 8 с и 11 с, т.е. почти в четыре и три раза.
пс
Следовательно, благодаря тому, что: 1) заменяют в известном частном алгоритме «дежурной» готовности операцию периодической прокачки смазочного масла от независимого по питанию автономного ЭМПН на непрерывную прокачку нагретым маслом от НМПН рабочего СДГ через управляемый запорный и дроссельный клапаны; 2) перемещают в этот частный алгоритм операции периодическое проворачивание коленвала дизеля и периодическое осушение пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля от влаги; 3) исключают из предпускового частного алгоритма операцию дополнительную непрерывную прокачку масла от независимого по питанию ЭМПН, а из известного пускового частного алгоритма - операцию подмагничивание генератора; 4) ускоряют подачу и повышают надежность воспламенения первых усиленных порций впрыскиваемого топлива, 5) усиливают форсировку программного разгона дизеля на топливе до подхсинронной угловой скорости ω, сохраняя при этом оптимальное значение коэффициента избытка воздуха, 6) заменяют известную подпрограмму точной синхронизации возбужденного генератора на подпрограмму реакторно-конденсатоной самосинхронизации невозбужденного генератора, добиваются сокращения общей продолжительности ввода резервного СДГ в действие в (3-6) раз.
1. Такие отличительные признаки заявляемого изобретения как: а) «…в режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску по командам подсистемы дистанционного автоматизированного управления смазку дизеля «дежурного» синхронного дизель-генеоратора производят непрерывно нагретым маслом посредством масляной системы непосредственно рабочего синхронного дизель-генератора через ее управляемые запорные и дроссельный клапаны и трубопроводы, оборудованные на ней для этого…» (взамен периодической прокачки от независимого по питанию ЭМПН) - этой операцией выравнивают и поднимают на более высокий уровень значение предпускового давления смазочного масла, чем способствуют заполнению им и его проникновению во все зазоры трущихся пар дизеля, и повышают за счет этого эффективность, а следовательно, и степень готовности системы смазки; а благодаря тому обстоятельству, что масло прокачивают за счет НМПН рабочего СДГ уже нагретым, исключается необходимость его подогрева в маслоподогревателе и экономятся затраты энергии на эту операцию; одновременно с этим исключается необходимость охлаждения горячего масла рабочего СДГ в его штатном маслоохладителе, так как оно смешивается с холодным маслом «дежурного» СДГ, чем достигается экономия затрат энергии на охлаждение масла рабочего СДГ; б) «…при этом дополнительно производят периодическое проворачивание его коленвала посредством пневмостартера на пониженном давлении сжатого воздуха…» - этой операцией создают и поддерживают масляную пленку между поверхностями тех трущихся пар, куда поступление масла у неподвижного дизеля затруднено, а операцией «…при этом дополнительно производят …периодическое осушение пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля от конденсирующейся влаги посредством пусковой системы сжатого воздуха и продувочного клапана…» исключают возникновение гидроударов в момент подачи на пневмостартер пускового воздуха, гарантируют безотказную работу системы запуска и надежное (без пропусков) воспламенение первых, не разбавленных влагой порций впрыскиваемого в камеры сгорания топлива - тем самым обеспечивают и поддерживают повышенную степень готовности системы запуска и самого дизеля к немедленному пуску без необходимости какой-либо дополнительной подготовки уже после поступления команды на запуск. Таким образом, возрастает общая надежность пуска с первой попытки, чем экономится общий расход воздуха на запуск и энергии на его пополнение.
Следовательно, заявленные отличительные признаки «поддержания дежурной готовности» («горячий резерв»), состоящие в том, что «…смазку дизеля «дежурного» синхронного дизель-генеоратора производят непрерывно нагретым маслом посредством масляной системы непосредственно рабочего синхронного дизель-генератора…», а также «…периодически проворачивают коленвал дизеля …и периодически осушают пусковоздушный трубопровод и цилиндры дизеля от влаги…», повышают эффективность подготовки и степень готовности дизеля, повышают вероятность запуска с первой попытки и экономят расход энергии на прогрев масла «дежурного» СДГ, охлаждение масла рабочего СДГ и поддержание давления сжатого воздуха в его баллонах.
min
3. Как известно, надежность воспламенения первой порции впрыскиваемой обогащенной топливно-воздушной смеси определяется многими факторами, включая: степень подготовки камеры сгорания (начальная температура ее стенок), начальную температуру (вязкость) смазочного масла, температуру наддувочного воздуха, массовое соотношение смеси «топливо-воздух» при впрыске первых порций топлива, качество смесеобразования. Последний фактор определяется формой камеры сгорания и угловой скоростью ω. В прототипе и заявляемом изобретении они одинаковы. Однако предыдущие факторы отличаются.
В заявляемом изобретении благодаря:
а) отличительным признакам - 1) смазку СДГ «…в режиме поддержания «дежурной» готовности к пуску по командам подсистемы дистанционного автоматизированного управления смазку дизеля «дежурного» синхронного дизель-генеоратора производят непрерывно нагретым маслом посредством масляной системы непосредственно рабочего синхронного дизель-генератора через ее управляемые запорные и дроссельный клапаны и трубопроводы, оборудованные на ней для этого …и 2) «…а регулирование температур прокачиваемых смазочного масла и пресной воды посредством их термостатов производят в соответствии с программно задаваемыми подсистемой дистанционного автоматизированного управления значениями, рассчитываемыми ею по результатам измерений параметров окружающей среды…» - в ожидании запуска резервного СДГ начальные значения температур его смазочного масла и стенок камер сгорания поддерживают оптимальными, соответствующими параметрам окружающего воздуха в условиях отсутствия нагрузки агрегата;
б) отличительному признаку - «…при этом дополнительно производят …периодическое осушение пусковоздушного трубопровода и цилиндров дизеля от конденсирующейся влаги посредством пусковой системы сжатого воздуха и продувочного клапана…» - из камеры сгорания своевременно удаляют конденсирующуюся и накапливающуюся влагу, присутствие которой в период запуска дизеля может вызвать гидравлический удар и срыв первой попытки запуска;
в) отличительному признаку - «…проверяют …температуру воздуха в машинном отделении, …при температуре воздуха в машинном отделении менее допустимой шунтируют воздухоохладитель наддувочного воздуха его дизеля посредством байпасного клапана…» - в холодное время года удается не допустить переохлаждения первых порций наддувочного воздуха и повысить за счет этого вероятность зажигания горючей смеси;
г) отличительному признаку - «…и одновременно с первым включением пневмостартера на нормальное рабочее давление на запуск невозбужденного синхронного дизель-генератора производят разгон и его турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины в режиме приводного двигателя без перерыва ее работы во время возможных стартерных пауз в подаче воздуха, при этом, частоту вращения турбокомпрессора наддува устанавливают такой, чтобы значение коэффициента избытка воздуха в камерах сгорания запускаемого дизеля соответствовало пусковой подаче обогащенной топливо-воздушной смеси…» - соотношение компонент горючей смеси «топливо-воздух» к моменту впрыска топлива устанавливают оптимальным, вследствие чего она надежно воспламеняется и сгорает (окисляется) вся без остатка.
Следовательно, совокупность отличительных признаков: непрерывная прокачка смазочного масла «дежурного» СДГ посредством НМПН рабочего СДГ через управляемый запорный и дроссельный клапаны, формирование заданных значений начальных температур охлаждающей жидкости и смазочного масла «дежурного» СДГ в функции текущих параметров окружающей среды в машинном отделении (МО), периодическое осушение воздушных трубопроводов и цилиндров «дежурного» СДГ от конденсирующейся влаги, шунтирование воздухоохладителя наддувочного воздуха на время запуска СДГ при низкой температуре в МО, ввод в действие ТКН одновременно с первой рабочей попыткой запуска дизеля за счет включения ОСЭМ в режим приводного электродвигателя и установление частоты вращения турбокомпрессора, соответствующей пусковому значению коэффициента избытка воздуха, - имеют своим результатом повышение надежности воспламенения и полноты сгорания первых усиленных порций впрыскиваемого топлива, а следовательно, и вероятности запуска дизеля с первой попытки.
x
x
x
x
4. В аналогах и прототипе, как замечено выше, используется турбокомпрессор со свободным турбонаддувом, т.е. разгоняемый и вращаемый только отработанными газами дизеля. У такого ТКН при резком набросе нагрузки форсировка подачи топлива не сопровождается адекватным всплеском давления наддувочного воздуха. Последнее нарастает плавно и замедленно из-за инерционности ТКН и, поэтому, отстает по фазе. Коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания оказывается заниженным в течение всего переходного периода, пока ТКН не выйдет на новый установившийся режим. Из-за недостатка кислорода топливо сгорает (окисляется) не полностью, происходит дымный выхлоп, засоряющий пожароопасной сажей коллектор, турбину ТКН и выхлопной тракт, и выброс в окружающую среду недоокислившихся продуктов сгорания - вредных газов: NO, CO, SO, CH, альдегиды и пр. То же самое наблюдается в статических режимах работы ДГ с неполной нагрузкой по той причине, что из-за пониженной частоты вращения ТКН в этих режимах его производительность недостаточна, чтобы обеспечить оптимальный коэффициент избытка воздуха в камерах сгорания. В итоге экономичность и экологические показатели СДГ в указанных режимах снижаются.
x
В заявляемом изобретении ТКН оснащен дополнительно ОСЭМ. Поэтому при набросе нагрузки, включая и впрыск в период запуска первых порций обогащенной топливно-воздушной смеси, такими отличительными признаками как: а) «…и одновременно с первым включением пневмостартера на нормальное рабочее давление на запуск невозбужденного синхронного дизель-генератора производят разгон и его турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины в режиме приводного двигателя без перерыва ее работы во время возможных стартерных пауз в подаче воздуха, при этом, частоту вращения турбокомпрессора наддува устанавливают такой, чтобы значение коэффициента избытка воздуха в камерах сгорания запускаемого дизеля соответствовало пусковой подаче обогащенной топливо-воздушной смеси…»; б) «…при работе синхронного дизель генератора в диапазоне статических активных нагрузок менее 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют посредством трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что воздействуют статическим сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, повышая напряжение последнего и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем…» - обеспечивают в режиме запуска, в переходных режимах и в статических режимах неполной нагрузки СДГ оптимальное соотношение смеси «топливо-воздух», гарантирующее полное сгорание (окисление) отдельных паров улеводородной смеси без образования сажи и вредных (недоокислившихся) продуктов сгорания. Той же цели добиваются и при выполнении операции «…после перехода дизеля на топливо закрывают байпасный клапан воздухоохладителя (вводят в действие воздухоохладитель наддувочного воздуха)…». Известно, что понижение температуры в камере сгорания способствует уменьшению доли вредных газов NO, повышает удельный вес воздуха.
Следующие отличительные признаки - «…в рабочем режиме дизель-генератора измеряют посредством соответствующих датчиков температуру, давление и влажность окружающего воздуха, а также текущую нагрузку синхронного дизель-генератора, определяют по измеренным значениям посредством его подсистемы дистанционного автоматизированного управления расчетный оптимальный температурный режим агрегата и формируют новые заданные значения температур охлаждающей воды и масла, которые направляют на соответствующие задающие входы термостатов охлаждающей воды и смазочного масла и регулируют этими термостатами заданные значения температур…» - обеспечивает поддержание оптимальных значений температур стенок камеры сгорания и параметров смазочного масла, при которых КПД дизеля и экологические показатели его работы при текущих условиях наилучшие.
Таким образом, группа признаков а) и б) данного пункта обеспечивает в совокупности более полное (экономичное) сгорание топлива и улучшают экологические показатели работы СДГ на всех режимах работы благодаря более полному окислению отработанных газов. Экономичность СДГ еще более повышается также и за счет признака в): «…при статической активной нагрузке синхронного дизель-генератора выше 50% номинальной обратимую синхронную электрическую машину переводят в генераторный режим путем инвертирования статического полупроводникового преобразователя по сигналу датчика холостого хода этой машины, фиксирующего момент ее перехода в режим холостого хода, при этом, электрическую энергию обратимой синхронной электрической машины, произведенную в генераторном режиме, направляют в электрическую сеть по цепи ее же питания…». Этот признак позволяет утилизировать ту часть отработавших газов дизеля, которые в аналогах и прототипе направляются в выхлопную трубу, чтобы не допустить в этих режимах избыточной производительности ТКН со свободным турбонаддувом.
Следовательно, использование комбинированного привода ТКН (посредством газовой турбины и ОСЭМ), а также дешунтирование воздухоохладителя по завершении запуска СДГ, равно как и регулирование заданных значений температур охлаждающей воды и смазочного масла в функции текущих значений нагрузки, температуры, давления и влажности окружающего воздуха повышают экономические и экологические показатели работы СДГ в статических режимах во всем диапазоне нагрузок и переходных режимах, связанных с резким набросом/сбросом нагрузки.
5. Как замечено в пункте 4, у ТКН со свободным турбонаддувом, который применен в прототипе, при резком набросе нагрузки форсировка подачи топлива не сразу сопровождается соответствующим увеличением давления наддувочного воздуха вследствие инерционности высокооборотного ТКН. Запаздывание изменения давления наддувочного воздуха вынуждает снижать степень форсировки подачи топлива и вращающего момента дизеля, чтобы избежать или хотя бы уменьшить дымность выхлопных газов в переходных режимах. Время восстановления частоты вращения - время приема нагрузки - увеличивается. Качество вырабатываемой электрической энергии ухудшается. То же самое наблюдается и при резком сбросе нагрузки СДГ.
В заявляемом изобретении отличительные признаки: а) «…при работе синхронного дизель генератора в диапазоне статических активных нагрузок менее 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют посредством трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что воздействуют статическим сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, повышая напряжение последнего и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем, причем при резком сбросе значительной мощности в этом диапазоне статических нагрузок измеряют тем же трехимпульсным электронным ПДИ-регулятором подачи топлива и воздуха сигналы статического и динамического понижения этой мощности, которыми согласованно и синхронно дефорсируют подачу топлива и давление наддувочного воздуха дизеля путем того, что воздействуют ими на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и систему управления статического полупроводникового преобразователя, чем уменьшают напряжение последнего и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины…», а также и б) «…при работе синхронного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок выше 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют таким же путем сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что статическим сигналом воздействуют на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и увеличивают подачу топлива, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, чем понижают ток последнего и тормозной электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей генератором, причем при резком сбросе значительной мощности в этом диапазоне статических нагрузок подачу топлива и давление наддува дизеля таким же путем и теми же средствами одновременно и согласованно дефорсируют…», - обеспечивают синхронность форсировок (или дефорсировок) подачи топлива и давления наддувочного воздуха. Поэтому степень этих форсировок может быть увеличена. Это приведет к более оперативному изменению вращающего момента дизеля и сокращению времени переходных процессов - приема нагрузки. Параметры электрической энергии в динамических режимах СДГ при этом улучшаются.
Следовательно, отличительные признаки а) и б) заявляемого изобретения, указанные в пункте 5, улучшают динамические характеристики СДГ с комбинированным турбонаддувом при резких колебаниях его нагрузки, а следовательно, и качество вырабатываемой им электрической энергии.
х
6. В прототипе в диапазоне нагрузок СДГ выше 50% номинальной его ТКН развивает избыточную производительность, следствием чего является превышение коэффициента избытка наддувочного воздуха в камерах сгорания, понижение температуры и давления отработавших газов и ухудшение экологических показателей выхлопных газов по группам СО и СН. Во избежание этого часть отработавших газов перепускают, минуя турбину турбокомпрессора, сразу в выхлопную трубу. То есть эта часть отработавших газов СДГ в прототипе не утилизируется и пользы не приносит.
В заявляемом изобретении отличительные признаки: «…в рабочем режиме с увеличением статической активной нагрузки на включенном синхронном дизель-генераторе по мере ее приема и соответственно непрерывному возрастанию вращающего момента, развиваемого турбиной турбокомпрессора наддува, вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем, адекватно снижают путем уменьшения напряжения статического полупроводникового преобразователя по сигналу, формируемому трехимпульсным электронным ПДИ-регулятором подачи топлива и воздуха, при статической активной нагрузке синхронного дизель-генератора выше 50% номинальной обратимую синхронную электрическую машину переводят в генераторный режим путем инвертирования статического полупроводникового преобразователя по сигналу датчика холостого хода этой машины, фиксирующего момент ее перехода в режим холостого хода, при этом, электрическую энергию обратимой синхронной электрической машины, произведенную в генераторном режиме, направляют в электрическую сеть по цепи ее же питания…» - исключает необходимость перепуска части отработавших газов в выхлопную трубу, утилизируя их энергию в электрическую. КПД дизель-генератора в этом режиме повышается.
Следовательно, благодаря отличительному признаку - «При нагрузке ДГ выше 50% номинальной …обратимую синхронную электрическую машину переводят в генераторный режим путем инвертирования статического полупроводникового преобразователя по сигналу датчика холостого хода этой машины, фиксирующего момент ее перехода в режим холостого хода…» - КПД агрегата в режимах нагрузок выше 50% номинальной повышается.
7. В прототипе хроническое запаздывание изменения давления наддувочного воздуха от изменений подачи топлива в переходных режимах и заниженный коэффициент избытка воздуха в статических режимах работы СДГ с неполными нагрузками (менее 50% номинальной) вызывает неполное сгорание топлива и засорение камер сгорания дизеля, его коллектора, лопаток и внутренних полостей газовой турбины, а также всего выхлопного тракта пожароопасной сажей. При этом теплообменные процессы и тепловой режим дизеля, ТКН и выхлопного тракта меняются, а сопротивление последнего возрастает, что приводит в итоге к понижению КПД дизель-генератора. Чтобы избежать этих последствий, надо как можно чаще проводить моточистки дизеля, его ТКН и узлов выхлопного тракта: искрогасителя и шумопоглотителя. Трудозатраты на обслуживание СДГ увеличиваются, их стоимость тоже.
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub></mrow>
В заявляемом изобретении ряд отличительных признаков в совокупности, связанных с комбинированным приводом ТКН и программным управлением его ОСЭМ и СПП в пусковых, переходных режимах СДГ и статических режимах с нагрузкой менее 50% и более 50% номинальной, таких как, а) «…и одновременно с первым включением пневмостартера на нормальное рабочее давление на запуск невозбужденного синхронного дизель-генератора производят разгон и его турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины в режиме приводного двигателя без перерыва ее работы во время возможных стартерных пауз в подаче воздуха, при этом, частоту вращения турбокомпрессора наддува устанавливают такой, чтобы значение коэффициента избытка воздуха в камерах сгорания запускаемого дизеля соответствовало пусковой подаче обогащенной топливо-воздушной смеси, …в период форсированного программного разгона невозбужденного синхронного дизель-генератора на топливе от угловой скорости
до подсинхронной угловой скорости
регулируют и коэффициент избытка воздуха адаптивно массе впрыскиваемого топлива путем синхронного изменения частоты вращения турбокомпрессора наддува посредством его обратимой синхронной электрической машины и ее статического полупроводникового преобразователя, управляемого сигналами, посылаемыми на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем потенциометром центробежного регулятора угловой скорости, кинематически связанным с топливной рейкой данного центробежного регулятора скорости…»; б) «…в рабочем режиме с увеличением статической активной нагрузки на включенном синхронном дизель-генераторе по мере ее приема и соответственно непрерывному возрастанию вращающего момента, развиваемого турбиной турбокомпрессора наддува, вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем, адекватно снижают путем уменьшения напряжения статического полупроводникового преобразователя по сигналу, формируемому трехимпульсным электронным ПДИ-регулятором подачи топлива и воздуха…»; в) «…при работе синхронного дизель генератора в диапазоне статических активных нагрузок менее 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют посредством трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что воздействуют статическим сигналом на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, повышая напряжение последнего и вращающий электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей приводным двигателем…»; г) «…при работе синхронного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок выше 50% номинальной и резком набросе значительной мощности измеряют таким же путем сигналы статического и динамического приращения этой мощности, согласованно и синхронно форсируют этими сигналами подачу топлива и давление наддувочного воздуха путем того, что статическим сигналом воздействуют на серводвигатель одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости и увеличивают подачу топлива, а динамическим - на систему управления статическим полупроводниковым преобразователем, чем понижают ток последнего и тормозной электромагнитный момент обратимой синхронной электрической машины, работающей генератором…», - способствуют в совокупности оптимизации в указанных режимах коэффициента избытка воздуха, более полному сгоранию топлива и уменьшению в продуктах сгорания сажистых ингридиентов. Это, в свою очередь, уменьшает число моточисток дизеля, ТКН и узлов выхлопного тракта и снижает пожароопасность СДГ в целом.
Следовательно, суммарное действие отличительных признаков а), б), в) и г) уменьшает степень засорения камер сгорания дизеля и турбины и выхлопного тракта, через которые проходят отработавшие газы, твердыми продуктами сгорания - сажей - и снижает число их моточисток, имеющее следствием снижение трудоемкости обслуживания СДГ и его пожароопасности, т.е. приводит к достижению сверхсуммарного эффекта.
На тот же результат нацелены и следующие признаки: д) «…при экономическом критерии управления число работающих генераторов вводят из расчета их загрузки около 80% номинальной, исходя из достижения наилучшего КПД агрегатов, а при большей загрузке запускают по сигналу трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха посредством подсистемы управления верхнего уровня и подсистемы дистанционного автоматизированного управления резервным дизель-генератором дополнительный дизель-генератор, при этом рассчитывают среднюю загрузку одного ДГ посредством блока параллельной работы и, если средняя загрузка на генератор окажется 40% номинальной, ее распределяют посредством трехимпульсных электронных ПДИ-регуляторов неравномерно в отношении 60% на 20% с точностью в обе стороны до 20% номинальной мощности одного СДГ, при средней загрузке СДГ в 50% номинальной - в отношении 70% на 30% с точностью в обе стороны до 10%, а при средней загрузке СДГ в 60% и выше - распределяют нагрузку поровну с точностью в обе стороны до 15% номинальной, причем, изменение соотношения пропорции и ее точности производят программно-автоматически по сигналу текущего значения средней нагрузки на один синхронный дизель-генератор, формируемым блоком параллельной работы; при этом указанные пропорции распределения нагрузок между синхронными дизль-генераторами периодически меняют, в частности, посредством реле времени, включаемых и выключаемых посредством тех же промежуточных реле, а заданные значения точности распределения регулируют программно-автоматически, в частности, посредством регулировочных резисторов, установленных на входах напряжения смещения усилителей трехимпульсных электронных ПДИ-регуляторов подачи топлива и воздуха, и тех же промежуточных реле блока параллельной работы…».
Цель, преследуемая попеременной загрузкой параллельно работающих СДГ то меньшей, то большей мощностью, заключается в том, что в период работы СДГ с нагрузкой 60% и более происходит самоочищение камер сгорания дизелей и их выхлопных трактов от сажи за счет ее выгорания при повышения температуры отработанных газов. При этом обоснованное программно-автоматическое изменение точности распределения нагрузок при разных задаваемых пропорциях имеет своей целью добиться достаточного снижения частоты воздействий со стороны электронных ПДИ-регуляторов на серводвигатели ЦРС - самое напряженное звено автоматизированного СДГ - и продления их сроков службы благодаря экономии их ресурса.
<mrow><msub><mi>ώ</mi><mrow><mi>п</mi><mi>с</mi></mrow></msub><mo>,</mo></mrow>
8. Отличительные признаки заявляемого изобретения - «…при выводе одного из генераторов из параллельной работы по причине низкой загрузки, разгруженный и отключенный от электросети агрегат останавливают после непродолжительной работы на холостом ходу на подсинхронной угловой скорости
помимо использования для остановки операции прекращения подачи топлива посредством стоп-устройства одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора угловой скорости также и за счет одновре-меннго прекращения подачи воздуха со стороны турбокомпрессора наддува путем перевода обратимой синхронной электрической машины посредством системы управления статическим полупроводниквым преобразователем в режим форсированного электрического торможения…» - исключает вращение ТКН в режиме свободного выбега после остановки дизеля и его НМПН, благодаря форсированному электрическому торможению ОСЭМ. Следовательно, указанные признаки защищают подшипники ТКН от сухого трения, чем продлевают их ресурс.
9. Признаки заявляемого изобретения - «…при поступлении в подсистему дистанционного автоматизированного управления рабочего синхронного дизель-генератора критического сигнала неисправности, помимо выключения без предварительной разгрузки его генераторного выключателя посредством подсистемы дистанционного автоматизированного управления и остановки дизеля посредством стоп-устройства одноимпульсного механогидравлического центробежного регулятора скорости, перекрывая подачу топлива, выполняют и форсированное электрическое торможение турбокомпрессора наддува посредством обратимой синхронной электрической машины, прекращая подачу и воздуха, при осуществлении блокирования подпрграммы запуска…» - практически сводит к нулю вероятность возникновения помпажных режимов турбокомпрессора, так как закрытие воздушной заслонки сопровождается форсированной остановкой ТКН.
Следовательно, применение электрического торможения ОСЭМ при закрытии всасывающего тракта ТКН воздушной заслонкой предотвращает возникновение в нем помпажа.
Существенно, что немалая доля кинетической энергии, запасенная в быстро вращающемся ТКН, не теряется бесполезно на нагрев подшипников (как при свободном выбеге), а преобразуется в электрическую энергию с рекуперацией ее в электрическую сеть.
Частичная рекуперация электроэнергии наблюдается также и в следующих признаках предлагаемого изобретения: «…при работе синхронного дизель-генератора в диапазоне статических активных нагрузок выше 50% номинальной и резком …сбросе значительной мощности в этом диапазоне статических нагрузок подачу топлива и давление наддува дизеля таким же путем и теми же средствами одновременно и согласованно дефорсируют…», чем повышают тормозной электромагнитный момент ОСЭМ и соответственно энергию рекуперации.
Следовательно, введенный признак - генераторное (рекуперативное) торможение ТКН при резких сбросах нагрузки на СДГ и полной остановке ТКН за счет ОСЭМ при нормальных и аварийных режимах СДГ - способствуют повышению экономичности генераторного агрегата.
Таким образом достигается поставленная техническая задача.
Заявляемый способ автоматизированного управления СДГ иллюстрируется следующими графическими материалами: фиг.1 демонстрирует функциональную схему системы автоматизированного управления СДГ и электростанцией; фиг.2 - функциональную схему трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха с блоком параллельной работы; фиг.3 - частотные регуляторные характеристики параллельно работающих СДГ с разным техническим состоянием; фиг.4 - функциональную схему реакторно-конденсаторной самосинхронизации; фиг.5 - функциональную схему объединенной системы смазки СДГ электростанции; фиг.6 - функциональную схему трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора подачи топлива и воздуха с блоком параллельной работы (второй пример); фиг.7 - таблица подрисуночных надписей и наименование позиций, показанных на фигурах.
Способ автоматизированного управления синхронным дизель-генератором (СДГ) осуществляют посредством следующей системы.
Реализующая заявляемый способ четырехуровневая система автоматизированного управления (САУ) электростанцией (объект управления), состоящей из двух синхронных генераторов 1.1 (не показан) и 1.2 (фиг.1), приводимых во вращение соответственно первичными двигателями (дизелями) 2.1 и 2.2 (подобъекты управления) и подключенных к шинам 3 главного распределительного щита (ГРЩ) посредством автоматических генераторных выключателей 4.1 (фиг.4) и 4.2, содержит:
- на 0-м уровне - на каждом синхронном дизель-генераторе датчики (не обозначены) и исполнительные органы, к которым относятся навешенный маслопрокачивающий насос 5.1 (5.2) (фиг.1) с трубопроводами (не обозначены) и на них управляемыми запорными клапанами 6, 7 соответственно на всасывающем и нагнетательном патрубках и дроссельным клапаном 8, масляный поддон (картер) 9.1 (9.2), независимый по питанию групповой электрический маслопрокачивающий насос (ЭМПН) 10, необходимый на случай оживления бездействующей электростанции, с управляемыми запорными клапанами 11, 12 на всасывающем и 13, 14 на нагнетательном патрубках, пневматический стартерный двигатель (пневмостартер) 15.1 (не показан) и 15.2, снабженный соответственно дистанционно управляемыми запорными клапанами 16.1 (не показан) и 16.2, 17.1 (не показан) и 17.2 и редукционным клапаном 18.1 (не показан) и 18.2, газовая турбина 19.1 (не показана) и 19.2 и компрессор 20.1 (не показан) и 20.2 турбокомпрессора наддува, обратимая синхронная электрическая машина 21.1 (не показана) и 21.2, соединенная с шинами 3 ГРЩ посредством статического полупроводникового преобразователя 22.1 (не показан) и 22.2, его системы управления 23.1 (не показана) и 23.2 и автоматического выключателя (не обозначен), воздухоохладитель 24.1 (не показан) и 24.2 наддувочного воздуха, снабженный байпасным клапаном 25.1 (не показан) и 25.2, и устройство 26.1 и 26.2 гашения магнитного поля генератора (фиг.4), которое создается обмоткой 27.1 и 27.2 возбуждения соответственно синхронного генератора 1.1 и 1.2;
- на 1-м (регуляторном) уровне - на каждом СДГ термостат 28.1 (28.2) (фиг.1) смазочного масла, снабженный компаратором 29.1 (29.2) заданной температуры масла, одноимпульсный механогидравлический (центробежный) автоматический регулятор 30.1 (фиг.2) и 30.2 угловой скорости, снабженный серводвигателем 31.1 и 31.2 дистанционного изменения угловой скорости и стоп-устройством 32.1 (не показано) и 32.2 (фиг.1), а также автоматический регулятор 33.1 (фиг.4) и 33.2 возбуждения соответственно синхронного генератора 1.1 и 1.2;
- на 2-м (генераторном) уровне - на каждом СДГ 2.1 и 2.2 (фиг.1) подсистему дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) соответственно 34.1 и 34.2, кнопку 35.1 (35.2) дистанционного пуска и кнопку 36.1 (36.2) дистанционной экстренной остановки соответственно СДГ1 и СДГ2, ручной переключатель 37 способов смазки (раздельная или групповая) дизель-генераторов посредством независимого по питанию группового ЭМПН 10, выключатель 38.1 (38.2) дистанционного управления раздельной прокачкой масла соответственно СДГ1 и СДГ2 посредством независимого по питанию ЭМПН 10, трехимпульсный (комбинированный) электронный ПДИ-регулятор 39.1 (не показан) и 39.2 подачи топлива и воздуха, блок 40.1 (не показан) и 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации, блок 41 параллельной работы СДГ, соединенный своими входами с шинами 3 ГРЩ и с выходами указанных трехимпульсных (комбинированных) электронных ПДИ-регуляторов 39.1 (не показан) и 39.2 посредством блок-контактов 42.1 (не показан) и 42.2 генераторных выключателей 4.1 (фиг.4) и 4.2;
- на 3-м (верхнем) уровне в систему автоматического управления (САУ) электростанцией входит подсистема 43 (фиг.1) управления верхнего уровня и пульт оператора 44.
Датчик 45 напряжения сети, подключенный к шинам 3 ГРЩ, и датчики 46.1 (фиг.4) и 46.2 напряжения синхронного генератора, подключенные к клеммам генератора 1.1 и 1.2, соединены своими выходами с блоками 40.1 и 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации и оповещают о наличии напряжений в точках подключения этих датчиков. Пульт оператора 44 (фиг.1) содержит переключатель 47 критериев управления электростанцией.
Топливная рейка 48.1 (не показана) и 48.2 (фиг.2) соответствующего одноимпульсного механогидравлического (центробежного) регулятора 30.1 (30.2) угловой скорости соединена кинематически с топливным насосом высокого давления (ТНВД, не показано) соответствующего СДГ и с ползунком потенциометра 49.1 (не показан) и 49.2, который электрически соединен с входом системы управления 23.1 (не показана) и 23.2 статического полупроводникового преобразователя 22.1 (не показан) и 22.2 соответственно ОСЭМ 21.1 (не показана) и 21.2. Другие входы системы 23.1 управления (не показана) и 23.2 СПП соединены непосредственно с выходами «Р» и «dP/dt» трехимпульсного (комбинированного) электронного ПДИ-регулятора 39.1 (не показан) и 39.2 подачи топлива и воздуха, а также с соответствующим выходом подсистемы ДАУ 34.1 (34.2) - фиг.1.
В частном случае использования способа трехимпульсный (комбинированный) электронный ПДИ-регулятор на примере 39.2 подачи топлива и воздуха для СДГ2 может быть выполнен так, как показано на фиг.2. Он содержит датчик 50.2 активного тока, компаратор 51.2 нагрузки и усилитель 52.2 сигналов, выход «I» которого соединен с серводвигателем 31.2 одноимпульсеого механогидравлического центробежного регулятора 30.2 угловой скорости через размыкающий блок-контакт (не показан) шинного секционного выключателя 53, который может быть предусмотрен в конструкции шин 3 ГРЩ.
ср
зад
д
ср
Распределение активных нагрузок в процессе параллельной работы производят под управлением блока 41 параллельной работы. Он состоит в частном случае использования способа из сумматора 54 сигналов активной мощности, соединенного своими входами с одноименными выходами «IV» датчиков 50.1 активного тока (не показан) и 50.2 через блок-контакты 42.1 (не показан) и 42.2 генераторных выключателей 4.1 (фиг.4) и 4.2 (фиг.2), датчика 55 средней загрузки Р, датчика 56 действительной частоты тока в электросети, компаратора 57 заданной f и действительной f частоты тока, интегратора 58 сигналов средней загрузки Р и отклонения Δf частоты тока сети, дифференциального устройства 59, компараторов 60, 61 и 62 уровней средней загрузки СДГ соответственно на 40%, 50% и 60% номинальной, промежуточных реле 63, 64 и 65, переключателя 66 технического состояния СДГов, реле 67 и 68 технического состояния, вспомогательного реле 69, реле времени 70, 71, 72, 73, регулировочных резисторов 74, 75, 76, 77, 78 уставок.
Причем трехимпульсные (комбинированные) электронные ПДИ-регуляторы 39.1 (не показан) и 39.2 подачи топлива и воздуха в этом частном случае способа могут быть снабжены соответственно компараторами 79.1 (не показан) и 79.2 максимально допустимых нагрузок - 80% номинальной мощности (фиг.2). А могут быть и без них, как показано на фиг.6. Все заявляемые и показанные трехимпульсные электронные ПДИ-регуляторы снабжены временными задержками 80.1 (не показана) и 80.2 сигнала текущей статической нагрузки Р, а их усилители 52.1 (не показан) и 52.2 - регулировочными резисторами 81.1 (не показан) и 81.2, предназначенными для изменения значений напряжения смещения.
Блоки 40.1 и 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации и их связи могут быть выполнены так, как показано на фиг.4. К исполнительным органам реакторно-конденсаторной самосинхронизации относятся ограничивающий реактор 82, подключенный с одной стороны к шинам 3 ГРЩ, а с другой к клеммам генераторов 1.1 и 1.2 через контакты вспомогательных контакторов 83.1 и 83.2 соответственно, конденсаторная батарея 84, соединенная с шинами 3 ГРЩ посредством бесконтактного, например, тиристорного, выключателя 85. Для измерения тока нагрузки генераторов 1.1 и 1.2 служат трансформаторы тока 86.1 и 86.2 их автоматических регуляторов 33.1 и 33.2 возбуждения соответственно. В устройство подмагничивания синхронных генераторов 1.1 и 1.2 входят соответственно контакторы 87.1 и 87.2 подмагничивания, подключающие к обмоткам возбуждения 27.7 и 27.2 синхронных генераторов общую аккумуляторную батарею 88.
На фиг.5 показан другой, а именно частный случай использования способа, пример исполнения и использования объединенной системы смазки синхронных дизель-генераторов электростанции. Он отличается от первого примера, как общего случая (фиг.1), тем, что на коленвал каждого СДГ навешены два навешенных масляных прокачивающих насоса (НМПН), их которых маслопрокачивающие насосы 5.1 (5.2) являются штатными (основными), а насосы 89.1 (89.2) - вспомогательными, предназначенными для непрерывной прокачки системы смазки «дежурного» СДГ за счет энергии рабочего СДГ. Между приводными валами штатного и вспомогательного насосов в этом случае установлена разобщительная муфта 90.1 (90.2). Перед всасывающими полостями обоих НМПН расположены вспомогательные теплообменники 91.1 (91.2), служащие для охлаждения горячего масла рабочего СДГ и одновременно для утилизации его теплоты путем подогрева холодного масла «дежурного» СДГ. Соответственно входные патрубки (не показаны) вспомогательного теплообменника соединены с трубопроводами горячего масла рабочего СДГ и трубопроводами холодного масла «дежурного» СДГ, а выходные его патрубки (не показаны) - с всасывающими полостями обоих насосов. Для управления потоками подогретого смазочного масла «дежурного» СДГ служит управляемый запорный клапан 92.1 (92.2) и дроссельный клапан 8. Поскольку предпусковое давление в системе смазки «дежурного» СДГ ниже, чем рабочее давление рабочего СДГ, вспомогательный НМПН 89.1 (89.2) может быть установлен меньшей производительности.
Причем блок параллельной работы 41 (фиг.2) в приведенном частном случае исполнения способа содержит также субблок вывода СДГ из параллельной работы при их низкой загрузке. Он состоит из компаратора 93 низкой загрузки, настроенный на уставку 35% номинальной мощности регулировочным резистором 94. В выходную цепь этого компаратора включены последовательно замыкающие блок-контакты генераторных выключателей 4.1 и 4.2. В состав блока 41 параллельной работы включены также исполнительные реле 95 повышенной надежности и реле 96 максимальной надежности электроснабжения объекта. Они получают питание посредством переключателя 47 критериев управления электростанцией при постановке его во второе и третье положения соответственно.
Способ автоматизированного управления СДГом в составе автоматизированной электростанции осуществляют следующим образом. Полный цикл работы СДГ делят на четыре режима: режим поддержания в состоянии «дежурной» готовности к пуску и принятию нагрузки («горячий резерв», «stand by»), режим ввода в действие, рабочий режим автономной (одиночной) работы и рабочий режим параллельной работы. Соответственно этому и процесс управления СДГ делят на четыре подпроцесса. Управление СДГ поочередно в каждом из этих подпроцессов в отдельности осуществляют в следующем порядке.
1. Управление синхронным дизель-генератором в режиме поддержания «дежурной» готовности («горячий резерв», «stand by»)
Например, текущую нагрузку электростанции обеспечивает рабочий синхронный дизель-генератор СДГ1 (фиг.1): 1.1 (не показан) - 2.1, а «дежурным» является синхронный дизель-генератор СДГ2: 1.2-2.2. Дежурный режим синхронному дизель-генератору, находящемуся в резерве, задают с помощью переключателя очередности (не показан), установленного на пульте оператора 44. Посредством подсистемы 34.2 ДАУ «дежурным» синхронным дизель-генератором 1.2-2.2 последний поддерживают в состоянии готовности, для чего выполняют подготовительные операции: прокачивают дизель 2.2 через соответствующие термостаты - пресной воды (не показан) и масла 28.2 - нагретыми смазочным маслом и пресной водой, периодически продувают сжатым воздухом пусковоздушный трубопровод и цилиндры дизеля от конденсирующейся влаги, периодически проворачивают его коленвал и сохраняют генератор 1.2 развозбужденным.
При этом прокачку «дежурного» СДГ2 смазочным маслом производят с помощью навешенного маслопрокачивающего насоса, например, 5.1 рабочего дизеля 2.1. Для этого сигналом, посылаемым подсистемой 34.2 ДАУ, открывают управляемые запорные клапаны 6 и 7, забирают масло посредством насоса 5.1 рабочего дизель-генератора СДГ1 из картера 9.2 «дежурного» СДГ2 и подают через дроссельный клапан 8 и термостат 28.2 в систему смазки «дежурного» СДГ2. На всасывающем патрубке навешенного маслопрокачивающего насоса 5.1 два потока смазочного масла - горячий из рабочего СДГ1 и холодный из «дежурного» СДГ2 - смешивают, охлаждая первый и подогревая второй потоки смазочного масла, так что дополнительного охлаждения первого потока в его штатном маслоохладителе (не показан), прокачиваемом забортной водой, и подогрева второго потока не требуется. По этой причине получают экономию расхода энергии на этих двух технологических операциях. Энергию экономят еще и за счет того, что не используют дня прокачки «дежурного» СДГ2 независимый по питанию групповой ЭМПН 10. При этом экономится еще и ресурс этого ЭМПН. Предпусковое давление масла в СДГ2 поддерживают ниже рабочего давления в СДГ1, для чего подогретое масло после маслопрокачи-вающего насоса 5.1 пропускают через дроссельный клапан 8. Прокачку «дежурного» СДГ2 выполняют непрерывно, в результате чего давление смазочного масла в нем поддерживают постоянное, без пульсаций. При таком режиме смазки все зазоры между трущимися пáрами заполнены маслом, исключая вероятность сухого трения при внезапном пуске «дежурного» СДГ2.
Недостатком описанного способа смазки «дежурного» СДГ является необходимость смешения масел рабочего и «дежурного» агрегатов, и возможность переноса примесей из картера одного СДГ в систему смазки другого. Более экономичным по ресурсу является второй пример того же метода прокачки, служащий частным случаем способа, который лишен этого недостатка (фиг.5). Он заключается в том, что в режиме «горячий резерв» смазку дизеля 2.2 «дежурного» СДГ2 производят непрерывно через открытые посредством подсистемы 34.2 ДАУ управляемые запорные клапаны 6.2, 7, 92.2 и дроссельный клапан 8 подогретым маслом от другого, включенного муфтой 90.1 (вспомогательного) НМПН 89.1 дизеля 2.1 рабочего дизель-генератора СДГ1, которое забирают из картера 9.2 «дежурного» дизеля 2.2, пропускают холодное масло по змеевику вспомогательного теплообменника 91.1 рабочего дизеля 2.7, через кожух которого первым (основным) НМПН 5.1 прокачивают горячее масло рабочего дизеля 2.1, забираемое из картера 9.1 рабочего дизеля 2.1, утилизируют за счет этого теплоту горячего смазочного масла рабочего дизеля 2.1 и охлаждают его потоком холодного масла «дежурного» дизеля 2.2, причем направление потоков горячего и холодного масел во вспомогательном теплообменнике 91.1 выбирают встречное. Дополнительного охлаждения масла рабочего дизеля 2.1 в его штатном маслоохладителе (не показан), штатно прокачиваемом забортной водой, не требуется. Также не требуется и дополнительного подогрева масла «дежурного» дизеля 2.2 в его штатном маслоподогревателе (не показан). Причем этот способ прокачки используют только при переводе резервного СДГ в режим «Горячий резерв» («stand by», «дежурный»). В случае отсутствия необходимости в постановке на «дежурство» одного из СДГ в текущем режиме электростанции и надобности в работе вспомогательного НМПН 89 на рабочем СДГ, его выводят из работы посредством разобщительной муфты 90, а клапаны на масляных трубопроводах закрывают.
зад м
д м
Температуру масла «дежурного» дизеля 2.2 в обоих случаях поддержания его готовности регулируют термостатом 28.2 (фиг.1, фиг.5) соответствующей режиму холостого хода агрегата, а также температуре, давлению и влажности воздуха окружающей среды. Эту температуру Т задают подсистемой 34.2 ДАУ дежурным СДГ2 (после обработки сигналов его соответствующих датчиков, не показаны) и сравнивают с действительной температурой масла Т в картере 9.2 посредством компаратора 29.2
Наряду с маслопрокачкой у «дежурного» СДГ2 прогревают и прокачивают подобным способом и по аналогичной схеме (не показана) его зарубашечное пространство охлаждающей пресной водой рабочего дизель-генератора СДГ1.
В дополнение к этим операциям периодически проворачивают коленвал дизеля 2.2 и обеспечивают поддержание масляной пленки на тех трущихся поверхностях, куда проникновение масла у неподвижного «дежурного» дизеля затруднено. Для этого через заданные программой промежутки времени по сигналам, формируемым подсистемой 34.2 ДАУ, подают пусковой воздух через управляемый запорный клапан 16.2 и редукционный клапан 18.2 на пневматический двигатель 15,2 (фиг.1). Благодаря невысокой угловой скорости этого двигателя, получаемой за счет понижения давления воздуха, производят 1-2 замедленных оборота.
Чтобы исключить образование конденсата в трубопроводах пускового воздуха (не обозначены) и цилиндрах (не обозначены) неработающего дизеля 2.2, по сигналам, формируемым программно подсистемой 34.2 ДАУ дежурным СДГ2, их периодически продувают известным способом сжатым воздухом по той же системе через продувочный клапан (не показан).
На протяжении всего «дежурного» режима СДГ2 его обмотку возбуждения 27.2 (фиг.1, фиг.4) удерживают замкнутой накоротко посредством устройства 26.2 гашения магнитного поля генератора. Этим развозбуждают неработающий синхронный генератор 1.2 и поддерживают его невозбужденным в процессе запуска вплоть до подключения к шинам 3 ГРЩ, находящимся под напряжением.
2. Управление СДГ в режиме ввода в действие
min
При поступлении команды на запуск, например, путем нажатия кнопки 35.2 дистанционного пуска (фиг.1), или, в частном случае, по сигналу «нагрузка 80% номинальной» (фиг.2), формируемому на выходе «V» трехимпульсного (комбинированного) электронного ПДИ-регулятора 39.1 рабочего СДГ1 и посылаемого по стрелке «в» в подсистему управления 43 верхнего уровня, сразу приступают (при условиях, что предпусковое давление смазочного масла в норме и генератор 1.2 не возбужден, конртолируемых соответственно датчиком давления (не показан) и датчиком напряжения генератора 46.2 к первой попытке разгона «дежурного» дизеля 2.2 пневмостартером 15.2. Для этого по команде «Пуск» подсистемы 34.2 ДАУ открывают управляемый запорный 16.2 и байпасный 17.2 клапаны и подают на пневмостартер 15.2 в течение 2-3 с сжатый воздух нормального рабочею давления. Синхронно с этим посредством нее же открывают байпасный клапан 25.2 на воздухоохладителе 24.2 (в холодное время, если температура окружающей среды в машинном отделении ниже нормы) и, воздействуя подсистемой 34.2 ДАУ на систему 23.2 управления статическим полупроводниковым преобразователем 22.2, включают ОСЭМ 21.2 в режим приводного двигателя. Дизель 1.2 и турбокомпрессор наддува 20.2 разгоняют: первый - посредством пневмостартера 15.2 до минимальной угловой скорости ω, при которой возможна устойчивая его работа на топливе, а второй - посредством ОСЭМ 21.2 до угловой скорости, при которой обеспечивают оптимальный коэффициент избытка воздуха к моменту впрыска первой порции топлива в камеры сгорания дизеля 2.2 для образования обогащенной топливно-воздушной смеси.
Если эта попытка будет неудачной, делают перерыв в работе пневмостартера на 2-3 с, для чего по команде подсистемы 34.2 ДАУ клапаны 16.2 и 17.2 закрывают, не прерывая работы турбокомпрессора 20.2 наддува и не закрывая байпасного клапана 25.2. Затем производят в такой же последовательности вторую попытку разгона пневмостартером 15.2, а в случае ее неудачи, то после второй паузы - и третью аналогичную попытку. В случае незапуска с третьей попытки подсистемой 34.2 ДАУ, которой контролируют количество попыток запуска, включают известным способом сигнализацию неисправности и вводят в действие подпрограмму защиты от неисправностей. Такое развитие событий возможно, но маловероятно.
min
1
пс
Как правило, заранее подготовленному «дежурному» СДГ2 при хорошо организованном процессе запуска (уверенный разгон до ω, оптимально подобранные начальные температуры смазочного масла и охлаждающей пресной воды, а также необходимое оптимально подобранное соотношение первой порции смеси «топливо-воздух») гарантируют с вероятностью, близкой к единице, пуск с первой попытки. После устойчивого воспламенения горючей смеси (т.е. после разгона до промежуточной угловой скорости ω=ω) посредством подсистемы 34.2 ДАУ на СДГ2 синхронно закрывают управляемые запорный и байпасный клапаны 16.2 и 17.2 (выключают стартер 15.2), закрывают байпасный клапан 25.2 (включают в контур наддувочного воздуха воздухоохладитель 24.2), закрывают управляемые запорные клапаны 6 и 7 (либо 6.2, 7 и 92.2 на фиг.6) на масляных трубопроводах НМПН 5.1 (фиг.1) рабочего дизеля 2.1, так как переходят на прокачку смазочного масла посредством своего НМПН 5.2 вводимого СДГ2, разгоняют его дизель 2.2 известным способом до подсинхронной угловой скорости ω за счет ускоренной программной форсировки подачи топлива с последующим ее замедлением посредством функции одноимпульсного механогидравлического (центробежного) регулятора 30.2 угловой скорости и изменяют синхронно-согласованно с подачей топлива коэффициент избытка наддувочного воздуха за счет воздействия на частоту вращения ОСЭМ 21.2 турбокомпрессора 20.2 посредством статического полупроводникового преобразователя 22.2 и его системы 23.2 управления, на которую воздействуют сигналом, снимаемым с потенциометра 49.2 (фиг.2), подвижный контакт которого соединен кинематически с топливной рейкой 48.2.
пс
зад м
зад в
После выхода СДГ2 на угловую скорость ω делают выдержку времени 2-4 с, чтобы все рабочие параметры СДГ2 вошли в норму. Наряду с этим подсистемой 34.2 ДАУ (фиг.1) устанавливают новое, более высокое заданное значение температуры смазочного масла Т, которое посылают на компаратор 29.2 заданной температуры масла термостата 28.2. Аналогично этому меняют заданное значение температуры охлаждающей пресной воды Т, которое посылают на компаратор (не показан) заданной температуры термостата пресной воды. Оба термостата поддерживают новые заданные значения рабочих температур.
По истечении указанной задержки к подсистеме 34.2 ДАУ подключают те ее датчики (не показаны), которые на время стоянки отключают во избежание их ложного срабатывания. С этого момента приступают к выполнению известным способом известной частной подпрограммы «Контроль рабочих параметров и защита от неисправностей». На этом подготовку СДГ2 к включению заканчивают и приступают к подпрограмме включения его в электросеть.
Для этого синхронно проверяют посредством датчика 45 напряжения электросети (фиг.4) наличие и значение напряжения на шинах 3 ГРЩ. Информацию об этом напряжении посылают на вход «б» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации. При этом сама подпрограмма включения СДГ2 в электросеть может протекать, в частном случае, по разным алгоритмам в зависимости от исходных условий. При отсутствии напряжения в электросети, исходя из информации датчика 45, воздействуют блоком 40.2 (фиг.1, фиг.4) управления исполнительными органами самосинхронизации (сигналом на его выходе «д») на устройство 26.2 гашения магнитного поля генератора и подключают им обмотку 27.2 возбуждения синхронного генератора 1.2 к его автоматическому регулятору 33.2 возбуждения, а сигналом на выходе «г» - подключают ту же обмотку и к источнику подматничивания 88 (фиг.4) посредством контактора 87.2 подмагничивания. За счет этого генератор 1.2 подмагничивается и затем самовозбуждается посредством его АРВ 33.2. При этом, при увеличении напряжения генератора 1.2 до 85% номинального, которое измеряют датчиком 46.2 напряжения генератора, включают генераторный выключатель 4.2 сигналом, формируемым на выходе «ж» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации. После замыкания выключателя 4.2 его блок-контактом (не показан) посылают сигнал ноль на вход «з» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации, которым отключают питание этого блока, и, тем самым, размыкают все управляющие цепи (не показано).
cc
Если же по результатам информации датчика 45 напряжение на шинах 3 ГРЩ имеется, то выполняют посредством блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации подпрограмму реакторно-конденсаторной самосинхронизации и включения в данном частном случае в следующей последовательности. Единичным сигналом, снимаемым с его выхода «и» воздействуют на серводвигатель 31.2 и увеличивают угловую скорость СДГ2 до сверхсинхронного значения ω. После этого единичными сигналами на выходах «в», «е» и «д» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации выполняют соответственно следующие одновременные действия: а) включают вспомогательный контактор 83.2 к подсоединяют невозбужденный генератор к шинам 3 ГРЩ через ограничивающий реактор 82; б) подключают к тем же шинам 3 ГРЩ конденсаторную батарею 84 посредством бесконтактного тиристорного коммутатора 85 в оптимальной фазе напряжения сети; в) переключают устройством 26.2 гашения магнитного поля генератора 1.2 его обмотку 27.2 возбуждения на его же автоматический регулятор 33.2 возбуждения. При этом в синхронизирующем контуре, образуемом якорными обмотками генераторов 1.1, 1.2 и ограничивающим реактором 82, происходит всплеск уравнительного тока. Значение этого тока, имеющего индуктивный характер, ограничивают сопротивлением ограничивающего реактора 82 до допустимого значения. Уравнительный ток генератора 1.2 измеряют трансформатором тока 86.2 его АРВ 33.2 и с его помощью посылают форсированный ток в обмотку 27.2 возбуждения этого генератора, обеспечивая форсированный подъем напряжения генератора 1.2. Тем самым на его валу создают форсированный синхронизирующий электромагнитный момент, и посредством его втягивают ротор (не показан) генератора 1.2 в синхронное вращение с ротором (не показан) генератора 1.1 рабочего СДГ1. Конденсаторной батареей 84, подключенной к клеммам работающего генератора 1.1, компенсируют ее емкостным током индуктивный уравнительный ток генератора 1.1, чем снижают значение провала напряжения на клеммах этого генератора и шинах 3 ГРЩ. С выдержкой времени, около 0,5 с, сигналом «ноль», формируемым на выходе «е» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации, конденсаторную батарею 84 выключают. Еще через 0,5 с единичными сигналами, образующимися на выходах «ж» и «е» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации, включают генераторный выключатель 4.2 и повторно - конденсаторную батарею 84. Происходит повторный всплеск индуктивного уравнительного тока в контуре синхронизации, из которого в этот момент исключен автоматически ограничивающий реактор 82, повторная компенсация этого тока емкостным током конденсаторной батареи 84 и повторная форсировка тока возбуждения генератора 1.2 посредством трансформатора тока 86.2. В результате ротор генератор 1.2 окончательно входит в синхронизм по отношению к ротору рабочего генератора 1.1 СДГ1. Нулевым сигналом, посылаемым размыкающим блок-контактом (не показан) выключателя 4.2 на вход «з» блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации, снимают питание с этого устройства, тем самым размыкают вспомогательным контактом 83.2 цепь ограничивающего реактора 82 и повторно выключают конденсаторную батарею 84. Подпрограмму подключения генератора к шинам 3 ГРЩ на этом заканчивают.
Далее либо нагружают одиночно работающий СДГ2: 1.2-2.2, либо вводят его в режим параллельной работы с работающим СДГ1: 1.1-2.1.
3. Управление СДГ в автономном (одиночном) рабочем режиме
После включения СДГ2 на обесточенные шины его нагружают посредством поочередного подключения приемников электроэнергии (не показаны) к шинам 3 ГРЩ. Возрастающую нагрузку измеряют, в частности, посредством датчика 50.2 активного тока (фиг.2) трехимпульсного (комбинированного) электронного ПДИ-регулятора 39.2 подачи топлива и воздуха. При этом на изменения статической и динамической нагрузки СДГ2 этим регулятором реагируют автоматически по-разному.
1
1
2
2
зад
2
зад
ср
зад
д
При внезапном набросе мощности крупного приемника, именуемом возмущением, формируют сигналы посредством такого трехимпульсного (комбинированного) электронного ПДИ-регулятора 39.2 подачи топлива и воздуха, который создает, в частности, быстродействующие сигналы приращения нагрузки: U=f(ΔР) - на выходе его компаратора 51.2 нагрузки, и U=f(dP/dt) - на выходе его датчика 50.2 активного тока, которые появляются соответственно на выходах «I» и «II» этого ПДИ-регулятора. Этими сигналами воздействуют синхронно: первым сигналом - на серводвигатель 31.2 одноимпульсного механогидравлического (центробежного) регулятора 30.2 подачи топлива, а вторым сигналом - на систему 23.2 управления статическим полупроводниковым преобразователем 22.2 обратимой синхронной электрической машины 21.2. Приращение нагрузки ΔР определяют как разность сигналов заданной мощности и текущей нагрузки СДГ2: ΔР=Р-P. Сигнал Р формируют в блоке 41 параллельной работы, в частности, интегратором 58 как сумму сигнала средней мощности Р, который измеряют, в частности, датчиком 55 средней нагрузки, и сигнала Δf отклонения частоты тока сети (его получают как разность значений заданной частоты тока f и действительной частоты f тока сети, имеющейся на выходе, в частности, датчика 56 действительной частоты тока), который формируют компаратором 57 частоты тока.
В связи с этим серводвигателем 31.2 одноимпульсного механогидравлического (центробежного) регулятора 30.2 угловой скорости, связанным кинематически с топливной рейкой 48.2 ТНВД (не показан), форсируют подачу топлива. Топливной рейкой при этом перемещают ползунок потенциометра 49.2, которым репетуют сигнал производной dP/dt, ранее пришедший с выхода «II» на систему 23.2 управления. Воздействуя последней на СПП 22.2, увеличивают с некоторым упреждением (вследствие большей инерционности ТКН 20.2) напряжение на клеммах ОСЭМ 27.2, ее вращающий момент и частоту вращения турбокомпрессора 20.2 наддува. Благодаря повышению производительности последнего, увеличивают синхронно и согласованно с форсированной подачей топлива давление наддувочного воздуха. Получают полное сгорание топлива без дымного выхлопа и с малым содержанием вредных продуктов сгорания. Эта согласованность и синхронность двух данных операций делают возможным увеличить степень форсировки подачи топлива соответствующей настройкой трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора. За счет большей степени форсировки подачи горючей смеси и более качественною сгорания (окисления) паров топлива получают бóльшее приращение вращающего момента дизеля и более быстрое его реагирование на возмущение. Показатели качества электроэнергии - провал частоты тока и время ее восстановления - за счет этого улучшаются.
2
3
3
2
По мере возрастания статической нагрузки на СДГ2 параметры отработанных газов дизеля - масса, температура, давление - увеличиваются. Меняется и состав этих газов - снижается доля фракций, образующих сажу. За счет этого повышают вращающий момент, развиваемый утилизационной газовой турбиной 19.2 турбокомпрессора 20.2 наддува. Чтобы в этих условиях не передозировать подачу наддувочного воздуха в камеры сгорания, синхронно уменьшают вращающий момент, создаваемый ОСЭМ 21.2 в режиме ее работы приводным двигателем, обратно пропорционально увеличению статической нагрузки на СДГ2. Для этого по окончании переходного периода, вызванного набросом нагрузки и контролируемого, в частности, элементом задержки 80.2, в ПДИ-регуляторе 39.2 измеряют, в частности, статическую составляющую текущей мощности Р генератора 1.2 посредством датчиа 50.2 активного тока данного трехимпульсного электронного ПДИ-регулятора, определяют на его выходе «III» значение сигнала U=f(Р), воздействуют им на систему 23.2 управления СПП 22.2, понижая напряжение на клеммах ОСЭМ 21.2, снижают за счет этого ее вращающий момент и устанавливают такое значение частоты вращения турбокомпрессора 20.2, при котором получают оптимальное соотношение смеси «топливо-воздух» для текущей статической нагрузки.
Когда статическая нагрузка СДГ2 становится равной примерно 50% номинальной, газовая турбина 19.2 турбокомпрессора 20.2 способна самостоятельно обеспечить потребность дизеля в наддувочном воздухе, а при нагрузке СДГ более 50% номинальной, ее производительность становится избыточной. Чтобы сохранить оптимальное соотношение горючей смеси «топливо-воздух» и в этом диапазоне статических нагрузок СДГ2, измеряют ток нагрузки ОСЭМ 21.2 посредством датчика (не показан) холостого хода, сигнал которого направляют в систему 23.2 управления СПП 22.2. При токе ОСЭМ, равном нулю, СПП переключают в инверторный режим, вследствие чего ОСЭМ 21.2 переводят из двигательного в генераторный режим. С этого момента, благодаря перемене знака электромагнитного момента ОСЭМ с двигательного на тормозной, вал турбокомпрессора 20.2 наддува притормаживают и устанавливают требуемую от него производительность. Электроэнергию, производимую ОСЭМ 21.2 в генераторном режиме за счет утилизации избытка отработанных газов дизеля 2.2, направляют в электрическую сеть по ее штатной цепи питания, согласуя частоты тока ОСЭМ 21.2 и основного генератора 1.2 посредством СПП 22.2. Благодаря утилизации части теплоты отработавших газов в электрическую энергию повышают КПД СДГ2.
2
2
2
1
1
2
2
3
3
2
При внезапном набросе мощности крупного электроприемника в диапазоне статических нагрузок СДГ более 50% номинальной сигналом U=f(dP/dt) динамического приращения нагрузки воздействуют с некоторым упреждением на систему 23.2 управления статического полупроводникового преобразователя 22.2 ОСЭМ 21.2. Другим сигналом U=f(ΔР) приращения статической нагрузки, формируемым, в частности, компаратором 51.2 нагрузки трехимпульсного (комбинированного) электронного ПДИ-регулятора 39.2 и направляемым на усилитель, в частности, 52.2 и далее на серводвигатель 31.2, которым, перемещая топливную рейку 48.2, увеличивают подачу топлива. Одновременно с этим топливной рейкой через вращаемый ею ползунок потенциометра 49.2, продолжают воздействовать на систему 25.2 управления СПП 22.2 в том же направлении, что и сигнал U=f(dP/dt) и согласовано-синхронно увеличивают давление наддувочного воздуха за счет того, что этой системой уменьшают ток ОСЭМ 21.2, работающей в генераторном режиме, снижают ее электромагнитный тормозной момент, чем вызывают подъем частоты вращения турбокомпрессора 20.2 наддува и его производительности. По окончании переходного периода приема нагрузки основным синхронным генератором 1.2, сигналом приращения его статической нагрузки U=f(Р), формируемым трехимпульсным (комбинированным) электронным ПДИ-регулятором 39.2 на выходе «III» и направляемым на те же исполнительные органы ОСЭМ, повторно увеличивают ток генераторной нагрузки последней и вырабатывают ею мощность, превышающую ее значение в предшествующем статическом режиме. Это объясняется тем, что после приема дизель-генератором 1.2-2.2 дополнительной нагрузки масса, температура и давление его избыточных (утилизируемых в электроэнергию) отработавших газов возрастают.
доп. mak
Когда статическая нагрузка СДГ2 станет равной 80% номинальной, в частном случае способа, компаратором 79.2 нагрузки (фиг.2), настроенного на срабатывание при уставке 80% номинальной мощности, трехимпульсного (комбинированного) электронного ПДИ-регулятора 39.2 формируют на его выходе «V» сигнал максимально допустимой нагрузки Р, который направляют (по стрелке «в») в подсистему 43 управления верхнего уровня (фиг.1). Последняя формирует по известному алгоритму команду на ввод в действие дополнительного генераторного агрегата, например, СДГ1, которую посылает на его подсистему 34.1 ДАУ. Этой подсистемой осуществляют ввод в действие СДГ1 в последовательности, описанной выше.
доп. mak
На фиг.6 показан другой частный пример способа формирования того же сигнала максимально допустимой нагрузки Р посредством компаратора 79 средней нагрузки блока 41 параллельной работы, настроенного на срабатывание при уставке 80% номинальной мощности. При его срабатывании его сигнал направляют по стрелке «б» на ту же подсистему 43 управления верхнего уровня. В данном примере общее число компараторов нагрузки с уставкой 80% сокращается до одного, так как в составе трехимпульсных (комбинированных) электронных ПДИ-регуляторов 39.1 и 39.2 они уже не требуются.
Аналогичную команду на ввод в действие дополнительного СДГ посылают (независимо от степени текущей загрузки работающего СДГ) при переходе на такие критерии управления электростанцией, как повышенная надежность электроснабжения объекта и максимальная надежность его электроснабжения. Критерии управления задают либо посредством переключателя 47 (фиг.1) критериев управления электростанцией на пульте оператора 44, либо его изменяют программно-автоматически блоком параллельной работы 41 в соответствии с текущими условиями функционирования электростанции. Переключатель 47 имеет четыре положения, которым соответствуют четыре критерия управления: экономический (положение «1»), повышенной надежности электроснабжения (положение «2»), максимальной надежности электроснабжения (положение «3») и экологический (положение «4»).
4. Управление синхронными дизель-генераторами в режиме параллельной работы при разных критериях управления
По завершении реакторно-конденсаторной самосинхронизации дополнительно вводимого СДГ, например СДГ1, приступают к распределению активной нагрузки в соответствии с заданным критерием управления электростанцией при сохранении заданной частоты тока (фиг.2).
доп. mak
При экономическом критерии (переключатель 47 находится в положении «1») синхронными дизель-генераторами управляют по минимуму расхода топлива, минимуму выбросов в атмосферу углекислого (парникового) газа и минимуму трудозатрат на их обслуживание. Например, если объектом электроснабжения является судно, этот критерий назначают при ходе в открытом море при нормальных погоде и навигационной обстановке. Этому критерию соответствует наименьшее при текущих условиях число работающих СДГов, которые загружают на (75-80) % номинальной мощности, когда они работают с наилучшим КПД. При увеличении загрузки СДГ до Р вводят дополнительный СДГ, используя трехимпульсный (комбинированный) ПДИ-регулятор, подсистемы управления верхнего уровня и ДАУ и блок параллельной работы. В частности, датчиком 55 средней загрузки блока 41 параллельной работы определяют текущую среднюю нагрузку на один СДГ, которая сразу после ввода дополнительного агрегата будет составлять около 40% его номинальной мощности. Условия сгорания топлива при такой загрузке становятся хуже даже при комбинированном наддуве. Поэтому по сигналу, в частности, компаратора 60 нагрузки блока 41, настроенного на срабатывание при средней нагрузке 40% номинальной мощности, включается, в частности, промежуточное реле 63, с помощью которого переводят трехимпульсные (комбинированные) электронные ПДИ-регуляторы 39.1 (не показан) и 39.2 подачи топлива и воздуха соответственно СДГ1 и СДГ2 на подкритерий управления, имеющий своей целью минимизацию нагарообразования в выхлопном тракте дизелей. Этому соответствует периодически меняющееся распределение нагрузок между этими СДГ в отношении 60% на 20% их номинальных мощностей.
зад1
зад2
Эту операцию выполняют за счет, в частности, частичного шунтирования регулировочных резисторов 77 и 78 уставок в блоке 41 параллельной работы посредством контактов реле времени 70 и 71, работающих в режиме пульс-пары, которые запускаются в момент срабатывания промежуточного реле 63. Тем самым на компараторы 51.1 и 51.2 нагрузки в трехимпульсных (комбинированных) электронных ПДИ-регуляторах 39.1 и 39.2 посылают сигналы Р (60%) > Р (20%). По прошествии заданной выдержки времени в реле 70, например, 30 минут, характер соотношения этого распределения меняют на обратный, а еще через 30 минут возвращаются к прежнему за счет реле времени 71, после чего цикл повторяют. При таком режиме чередующихся уровней загрузки СДГов их камеры сгорания подвергаются самоочистке (выгоранию сажи) в тот период, когда СДГ загружен на 60% его номинальной мощности. При таком подкритерий управления параллельной работой СДГ минимизируется количество их моточисток и чисток газовых турбин ТКН, а также понижается вероятность возгорания сажи в их выхлопных трактах и их прогорание.
Когда средняя нагрузка на дизель-генератор увеличится до 50% номинальной пропорцию меняют на соотношение 70% на 30% за счет, в частности, компаратора 61 средней загрузки, промежуточного реле 64 и реле времени 72 и 73. При этом компаратор 60 средней загрузки в 40%, а также реле 63, 70 и 71 выключают.
зад1
зaд2
С увеличением средней нагрузки на СДГ до 60% номинальной мощности, переходят на управление по подкритерию максимальной динамической устойчивости параллельной работы СДГов, которому соответствует равномерное распределение суммарной нагрузки электростанции между агрегатами. Эту операцию выполняют, в частности, компаратором 62 средней загрузки и промежуточным реле 65, которым выключают другие компараторы 63 и 64 средней загрузки и полностью шунтируют регулировочные резисторы 77 и 78 уставок, вследствие чего на компараторы 51.1 и 51.2 нагрузок трехимпульсных (комбинированных) ПДИ-регуляторов подачи топлива и воздуха посылают одинаковые сигналы Р=Р.
н
ср
н
ср
н
доп мак
При этом для судовых СДГ допустимую погрешность в точности распределения мощностей в диапазоне средних нагрузок 40% Р и менее увеличивают с ± 15% (требование Правил Российского Морского Регистра судоходства (РМРС) для объектов морской инфракструктуры) до ± 20% номинальной мощности СДГ, при Р ≥ 50% Р погрешность автоматически снижают до ± 10% номинальной мощности, а при Р ≥ 60% Р погрешность устанавливают равной ± 15% номинальной, как того требуют Правила РМРС при равномерном распределении нагрузок. Причем, переход на точность регулирования 20% диктуется необходимостью снижения напряженности работы серводвигателей 31.1 и 31.2 одноимпульсных механогидравлических ЦРС и экономии их сравнительно небольшого ресурса при взаимодействии с трехимпульсными (комбинированными) электронными ПДИ-регуляторами подачи топлива и воздуха, а понижение погрешности до 10% имеет целью ограничить количество запусков дополнительных СДГ по сигналу Р в период их работы с нагрузкой 70% номинальной мощности, чем также экономят ресурс последних. Программу регулирования допустимой погрешности выполняют промежуточными реле 63, 64 и 65, которыми по разному шунтируют, в частности, регулировочные резисторы 81.1 и 81.2 и изменяют ими напряжения смещения на входах усилителей 52.1 и 52.2 трехимпульсных (комбинированных) электронных ПДИ-регуляторов 39.1 и 39.2 подачи топлива и воздуха.
Δf
58
Δf
∑P
P1
зад
1
н
<mrow><msubsup><mi>P</mi><mn>2</mn><mn>1</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>P</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>P</mi><mn>2</mn><mn>3</mn></msubsup></mrow>
При управлении параллельной работой СДГов, из которых один находится в худшем техническом состоянии, по экономическому критерию более изношенный дизель-генератор загружают за счет блока 41 параллельной работы (и при взаимодействии последнего с трехимпульсными (комбинированными) электронными ПДИ-регуляторами 39.1 и 39.2 соответственно СДГ1 и СДГ2) такой мощностью, которую он способен развить при заданной частоте тока (угловой скорости), а остальную текущую нагрузку электростанции переводят на технически более исправный агрегат. Эту подпрограмму выполняют в следующей последовательности. В частности, переключатель 66 технического состояния синхронных дизель-генераторов блока 41 параллельной работы устанавливают в одно из крайних положений, указывающих на изношенный дизель-генератор, например, для СДГ1 - положение «1». Этим включают, в частности, реле технического состояния 67 и вспомогательное реле 69. Посредством размыкающего контакта реле 67 отключают у изношенного СДГ1 усилитель 52.1 (на фиг.2 он не показан) от серводвигателя 31.1 его одноимпульсного механогидравлического ЦРС 30.1. Тем самым СДГ1 переводят на статическую регуляторную частотную характеристику 7 (фиг.3). Одним замыкающим контактом реле 67 (фиг.2) шунтируют полностью регулировочный резистор 78 уставок, а другим - подключают выход датчика 50.1 активного тока изношенного СДГ1 через блок-контакт 42.1 (не показано) к входу, в частности, дифференцирующего устройства 59 блока 41 параллельной работы. Переключающим контактом вспомогательного реле 69 вход, в частности, интегратора 58 того же блока переключают на выход дифференцирующего устройства 59. Теперь в интеграторе 58 сигналов суммируют сигнал U отклонения частоты тока сети с сигналом вычисленной разности суммарной нагрузки всей электростанции, полученной сумматором 54 сигналов активной мощности, и текущей нагрузки изношенного СДГ1. То есть на выходе интегратора 58 сигналов получают сигнал U=U+(U-U), который направляют при зашунтированном резисторе 78 на вход компаратора 51.2 нагрузки исправного генератора СДГ2 в качестве сигала задающей мощности Р. Благодаря этому обеспечивают работу исправного СДГ2 на астатической регуляторной характеристике 2 (фиг.3). Затем ручным воздействием на серводвигатель 31.1 (фиг.2) изношенного СДГ1 обеспечивают смещение его регуляторной частотной характеристики 1 (фиг.3) в положение, соответствующее его потенциальной нагрузке P=const. С этого момента дизель-генератор СДГ1 развивает при заданной частоте тока f только эту мощность, а изменения нагрузки электростанции воспринимают исправным агрегатом СДГ2:
,
,
и т.д. Если изношенным окажется другой агрегат - СДГ2, то переключатель 66 технического состояния блока 41 параллельной работы переводят в положение «2», подавая питание, в частности, на реле 68 технического состояния и вспомогательное реле 69. Ими действуют так же, как и посредством реле 67 и 69, но только по отношению к СДГ2.
При снижении средней загрузки параллельно работающих СДГ, в частном случае, до 35% номинальной мощности и менее (при экономическом и экологическом критериях управления электростанцией) работа генераторных агрегатов становится неэкономичной из-за повышенного удельного расхода топлива и нерационального расхода моторесурса СДГ, также как и неэкологичной из-за неполноты сгорания топлива. При этом уровне развиваемой мощности, в частности, компаратор 93 низкой загрузки (фиг.2, фиг.6) блока параллельной работы 41, срабатывающий при уровне загрузки в 35% номинальной, переключается в положение, при котором на его выходе формируют единичный сигнал, направляемый по стрелке «г» в подсистему 43 управления верхнего уровня (фиг.1). Этим сигналом данная подсистема запускает в действие известную программу вывода одного из СДГ из параллельной работы, например СДГ2. После выключения генераторного выключателя 4.2 (фиг.2, фиг.6) генератора 1.2 его нормально разомкнутым блок-контактом 4.2 выходная цепь компаратора 93 низкой загрузки размыкается, чем исключается возможность вывода из работы одиночно работающего СДГ1 в случае снижения его нагрузки до 35% номинальной. Регулировочным резистором 94 эту уставку переключения компаратора 93 низкой загрузки можно изменить. Также блокируют компаратор 93 средней загрузки на 35% номинальной мощности в период параллельной работы СДГ и при повышении уровня средней загрузки до 40% номинальной и выше посредством промежуточного реле 63 компаратора 60 блока параллельной работы 41.
Управление параллельной работой СДГов по критериям повышенной и максимальной надежности электроснабжения объекта производят по известным алгоритмам. Критерий повышенной надежности - положение «2» переключателя 47 критериев управления электростанцией (фиг.1, фиг.2, фиг.6) - используют при увеличении степени ответственности режима электростанции (например, маневренный режим судна), а критерий максимальной надежности электроснабжения - положение «3» того же переключателя - вводят при экстремальной ситуации на объекте, например, при борьбе за его живучесть (пожар, посадка судна на мель, поступление воды внутрь корпуса и т.д.). Нагрузку между параллельно работающими СДГ при этих критериях управления электростанцией распределяют пропорционально их номинальным мощностям, в частном случае поровну, если номинальные мощности СДГ одинаковы. Такое распределение нагрузок гарантирует наибольшую динамическую устойчивость параллельной работы СДГ, что отвечает содержанию этих критериев управления. В указанных положениях переключателя 47 подают питание на исполнительное реле 95 повышенной надежности электроснабжения (фиг.2, фиг.6), замыкающим контактом которого сразу посылают в подсистему 43 управления верхнего уровня сигнал на запуск дополнительного резервного СДГ. Двумя другими замыкающими контактами этого реле 95 шунтируют полностью в блоке 41 параллельной работы регулировочные резисторы 77 и 78 уставок. Одновременно размыкающим контактом исполнительного реле 95 выключают (блокируют) все компараторы средней нагрузки, за исключением компаратора максимально допустимой нагрузки 80% номинальной. При увеличении средней загрузки у измененного количественного состава работающих СДГ до 80% номинальной посылают сигнал на ввод в работу еще одного, следующего по программе, резервного СДГ. Вместе с тем, благодаря выключению компаратора минимально допустимой низкой загрузки в 35% номинальной, подпрограмму вывода из параллельной работы одного из двух параллельно работающих СДГ блокируют. В положении «3» переключателя 47 - критерий максимальной надежности электроснабжения объекта - дополнительно включают исполнительное реле 96, замыкающими контактами которого, включенными параллельно кнопкам «Пуск» 35.1 и 35.2 на пульте оператора 44, посылают команды на запуск всех резервных СДГ.
x
x
x
Когда судно приближается к району плавания или порту захода с особым экологическим режимом, управление СДГми переводят посредством переключателя 47 критериев управления (положение «4») на пульте 44 оператора на экологический критерий управления электростанцией (фиг.1, фиг.2, фиг.6), обеспечивающий минимальное загрязнение атмосферы несгоревшими и вредными продуктами горения: NO, CO, SO, НС, сажа, пепел и др. По сигналу, формируемому подсистемой 43 управления верхнего уровня и посылаемому в подсистему управления (не показана) топливной системой (не показана), дизель-генератор(ы) переводят по известному алгоритму на легкие, малосернистые сорта топлива. Одновременно этот же сигнал направляют в известную штатную подсистему обработки выхлопных газов (не показана) и вводят в действие ее средства (не показаны) очистки этих газов от сернистых, азотистых, сажистых, альдегидных и прочих составляющих выбросов. В частности, по одному из методов снижения азотистых соединений понижают температуру в камерах сгорания дизелей. Для этого по указанному сигналу усиливают поток охлаждающей жидкости через воздуоохладители 24.1 (не показан) и 24.2 наддувочного воздуха известными приемами, например, повышают частоту вращения охлаждающего насоса (не показан) или включают бустерный охлаждающий насос (не показан). При этом, распределение нагрузок между параллельно работающими СДГ производят также, как и при экономическом критерии управления.
пс
При нормальной остановке СДГ, например, при выводе одного из генераторов из параллельной работы по сигналу низкой загрузки - стрелка «г» на фиг.1, фиг.2 и фиг.6 - разгруженный и отключенный от электросети по командам подсистемы ДАУ агрегат, например СДГ2, останавливают (после непродолжительной работы на холостом ходу на подсинхронной угловой скорости ω) путем прекращения подачи топлива посредством стоп-устройства 32.2 (фиг.1) одноимпульсного механогидравлического ЦРС 30.2 при одновременном прекращении подачи воздуха со стороны ТКН 20.2 путем перевода посредством подсистемы ДАУ 34.2 обратимой синхронной электрической машины 21.2 в режим форсированного электрического торможения: первоначально рекуперативного с передачей энергии в электросеть, а затем - динамического с поглощением энергии в тормозном резисторе (не показан). Одновременное прекращение подачи топлива и воздуха повышает надежность и ускоряет процесс остановки дизеля 2.2, а также исключает продолжительный свободный выбег ТКН 19.2-20.2 при отсутствии давления в системе смазки остановленного дизеля и его навешенного масляного прокачивющего насоса 5.2. При этом часть кинетической энергии вращающихся масс этого ТКН и его ОСЭМ используют полезно в приемниках электросети.
min
При поступлении от датчика (не показан) в подсистему 34.2 ДАУ работающего СДГ2 сигнала критической неисправности, например, о разносе дизеля, на генераторный выключатель 4.2 синхронного генератора 2.2 посылают без выдержки времени сигнал выключения неисправного генератора без его предварительной разгрузки, после чего сразу же посылают на стоп-устройство 32.2 одноимпульсного механогидравлического ЦРС 30.2 сигнал прекращения подачи топлива, а также и сигнал остановки ТКН путем форсированного электрического торможения ОСЭМ 21.2 посредством ее системы управления 23.2 статическим полупроводниковым преобразователем 22.2. Одновременно с этим блокируют подпрограмму запуска подсистемы ДАУ. Если в течение 60 с угловая скорость СДГ2 не станет ниже ω подсистемой 34.2 ДАУ посылают на органы сигнализации (не показаны) сигнал «СДГ не останавливается». Одновременно с этим закрывают посредством воздушной заслонки (не показана) воздушный тракт на всасывающем патрубке турбокомпрессора 20.2. Аналогичную подпрограмму защиты выполняют и при нажатии кнопки 36.2 дистанционной экстренной остановки на пульте 44 оператора.
1
пс
При внезапном и полном обесточивании шин 3 ГРЩ (режим «black out») по сигналу «ноль», появляющемуся на выходе датчика 45 напряжения сети (фиг.1) и приходящему (по стрелке «а») на подсистему 43 управления верхнего уровня, формируют последней команды на запуск для неработающих СДГ независимого по питанию группового ЭМПН 10 и открытие управляемых запорных клапанов 11, 12, 13 и 14 на его всасывающем и нагнетательном патрубках. Независимым групповым ЭМПН 10, питаемым напряжением аварийного источника, например аккумуляторной батареи, производят непрерывную прокачку двух предписанных к пуску резервных СДГ, например СДГ1 и СДГ2. Одновременно с этим подсистемой 43 управления верхнего уровня формируют команды запуска этих СДГ, которые направляют на подсистемы 34.1 и 34.2 ДАУ этими синхронными дизель-генераторами. При этом, подсистемой ДАУ того СДГ, который является «дежурным», например, 34.2 у СДГ2, немедленно выполняют подпрограмму пневмостартерного запуска и разгон ТКН 20.2 посредством ОСЭМ 21.2, питаемой от аварийного источника (не показан). Когда у этого СДГ2 установят угловую скорость ω=ω, и вступит в действие НМПН 5.2, управляемые запорные клапаны 12 и 14 на трубопроводах маслопрокачки СДГ2 от независимого группового ЭМПН 10 закрывают и продолжают разгон дизеля 2.2 на топливе посредством одноимпульсного механогидравлического ЦРС 30.2 до подхсинхронной угловой скорости ω. При этой угловой скорости генератор 1.2 возбуждают посредством блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации (как изложено выше), а также и за счет устройства 26.2 гашения магнитного поля генератора и, в частности, контактора 87.2 подмагничивания (фиг.4). При повышении напряжения этого генератора, измеряемого датчиком 46.2, до значения, равного 85% номинального, включают его генераторный выключатель 4.2 и переключают питание независимого группового ЭМПН 10, а также ОСЭМ 27.2 на питание основного источника (не показано).
1
пс
В непрогретом СДГ1, который не является «дежурным», одновременно с маслопрокачкой независимым групповым ЭМПН 10 (фиг.1) продувают его пусковоздушный трубопровод и цилиндры за счет системы сжатого воздуха и продувочного клапана (не показаны), после повышения давления смазочного масла до заданного пускового значения приступают к выполнению подсистемой 34.1 ДАУ проворачивания коленвала дизеля описанным путем, за которым производят сразу его первый рабочий пуск посредством пнев-мостартера 15.1 (не показан) и разгон ТКН 20.1 (не показан) посредством ОСЭМ 21.1 (не показана), как описано выше при ее питании от шин 3 ГРЩ. После повышения угловой скорости дизеля 2.7 СДГ1 до промежуточного значения ω=ω, при котором его переводят на НМПН 5.1, независимый групповой ЭМПН 10 останавливают, а управляющие запорные клапаны 11 и 13 закрывают. Далее дизель 2.1 СДГ1 разгоняют на топливе за счет одноимпульсного механогидравлического ЦРС 30.1 (не показан) до подсинхронной угловой скорости ω, на которой он работает некоторое время на холостом ходу с целью прогрева и вхождения рабочих параметров в норму. После установления у температур охлаждающей пресной воды и смазочного масла заданных значений, по команде подсистемы 34.1 ДАУ, посылаемой в блок 40.1 (фиг.4) управления исполнительными органами самосинхронизации, выполняют последним подпрограмму реакторно-конденсаторной самосинхронизации, как показано выше, которую завершают подключением генератора 1.1 СДГ1 к электросети посредством его генераторного выключателя 4.1.
пс
Если же при обесточивании шин 3 ГРЩ ни один из агрегатов не находится в режиме «дежурного» СДГ и давление смазочного масла отсутствует в системах смазки всех резервных агрегатов, то подсистемой 43 управления верхнего уровня также включают на непрерывную работу независимый по питанию от аварийного источника групповой ЭМПН 10, открывают управляемые запорные клапаны 11, 12, 13 и 14 и поднимают давление смазочного масла сразу у двух резервных агрегатов, например, СДГ1 и СДГ2. Одновременно с этим продувают пусковоздушные трубопроводы и цилиндры у обоих дизелей за счет системы сжатого воздуха и их продувочных клапанов (не показаны). У того СДГ, у которого давление смазочного масла поднимется до заданного пускового значения первым, например, у СДГ2, приступают посредством его подсистемы 34.2 ДАУ к операции проворачивания коленвала и запуска дизеля 2.2 посредством пневмостартера 15.2, а также и ТКН 20.2 посредством ОСЭМ 21.2, питаемой от аварийного источника. Когда угловую скорость у этого СДГ2 после перехода на топливо повысят до подсинхронной ω, его возбуждают посредством блока 40.2 управления исполнительными органами самосинхронизации, как описано выше. После восстановления напряжения этого генератора до 85% номинального, включают его генераторный выключатель 4.2 и переключают питание независимого группового ЭМПН 10, а также ОСЭМ 21.2 на питание основного источника (не показано).
1
пс
К операции проворачивания коленвала и запуску дизеля 2.1 посредством пневмостартера 15.1 (не показан) другого непрогретого резервного агрегата - СДГ1, а также и к разгону его ТКН 20.1 (не показан) посредством ОСЭМ 21.1 (не показана) от аварийного источника питания приступают сразу после разгона СДГ2 до промежуточной угловой скорости ω=ω и перевода его на топливо. (За счет смещения во времени фаз подачи сжатого воздуха на пневмостартеры 75.7 (не показан) и 15.2 запускаемых СДГ1 и СДГ2 экономится расход сжатого воздуха в условиях отсутствия питания в электросети). После успешного запуска непрогретого СДГ1 до под синхронной угловой скорости ω его прогревают за счет работы на холостом ходу, самосинхронизируют посредством блока 40.1 (не показано) управления исполнительными органами самосинхронизации и подключают к шинам 3 ГРЩ посредством генераторного выключателя 4.1 (не показан), как описано выше.
1
1
Если же в режиме «black out» работа независимого по питанию группового ЭМПН 10 (фиг.1) и ОСЭМ оказывается невозможной (неисправность ЭМПН 10, отказ или отсутствие аварийного источника (не показан), то в процессе запуска двух резервных синхронных дизель-генераторов, например СДГ1 и СДГ2, из которых один, например СДГ2, является «дежурным», запуск подготовленного («дежурного») СДГ2 (2.2) и его ТКН 20.2 производят в режиме обычного свободного турбонаддува, т.е. без участия ОСЭМ 21.2, а предпусковую маслопрокачку неподготовленного синхронного дизель-генератора СДГ1 (2.7) производят навешенным масляным прокачивающим насосом 5.2 «дежурного» синхронного дизель-генератора 2.2 после его разгона пневмостартером 15.2 до промежуточной угловой скорости ω. С этой целью по сигналу датчика (не показан) угловой скорости СДГ2 подсистемой 43 управления верхнего уровня открывают управляемые запорные клапаны 6 и 7 и производят предпусковую прокачку системы смазки неподготовленного дизеля 2.1 посредством навешенного масляного прокачивающего насоса 5.2 запущенного «дежурного» синхронного дизель-генератора 2.2. После того, как угловая скорость неподготовленного СДГ1 2.1 достигнет промежуточного значения ω, прокачку его маслом переводят автоматически на его собственный масляный прокачивающий насос 5.1, а управляемые запорные клапаны 6 и 7 закрывают. Этим обеспечивается возможность выполнения программы вывода электростанции и электросети из обесточенного состояния даже без использования независимого по питанию группового ЭМПН 10, чем повышают живучесть системы автоматизированного управления СДГ. Причем запуск неподготовленного СДГ1 2.1 его пневмостартером 15.1 (не показан) производят в режиме комбинированного турбонаддува, т.е. с участием его ОСЭМ 21.1 (не показана), как описано выше, так как к этому моменту времени питание на ГРЩ 3 уже будет восстановлено после подключения к нему «дежурного» СДГ2 (2.2).
При необходимости выполнения раздельной прокачки систем смазки любого резервного дизель-генератора, например СДГ2: 1.2-2.2, посредством одного независимого по питанию группового ЭМПН 10 выбирают посредством переключателя 37 способов смазки СДГов режим раздельной прокачки СДГ2 от независимого по питанию группового ЭМПН 10, после чего выключателем 38.2 дистанционного управления, имеющемся соответственно у каждого СДГ на пульте 44 оператора, включают на непрерывную работу независимый по питанию групповой ЭМПН 10 и открывают одновременно управляемые запорные клапаны 12 и 14 со стороны его всасывающего и нагнетательного патрубков соответственно. Выключают независимый по питанию групповой ЭМПН 10 тем же выключателем 38.2 дистанционного управления либо автоматически посредством подсистемы 34.2 ДАУ после ввода в работу навешенного маслопрокачивающего насоса 5.2 данного СДГ2.