СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАЗГРУЗКИ ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИХ ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТОВ
METHOD OF AUTOMATIC UNLOADING OF PARALLELLY OPERATING GENERATOR UNITS

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электростанций от перегрузки в аварийных ситуациях.
Известен способ автоматической разгрузки генераторных агрегатов (Α.Π. Баранов. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / СПб.: Судостроение, 2005, 338 с., рис. 12.13а), согласно которому измеряют активную нагрузку каждого из работающих генераторных агрегатов (ГА), сравнивают ее с допустимой величиной и, если нагрузка превышает допустимую, то через выдержку времени отключают заранее выбранные группы потребителей электроэнергии.
Данный способ позволяет защитить ГА от перегрузки за счет отключения группы потребителей электроэнергии и снижения нагрузки. Но при этом в случае аварийного отключения одного или нескольких параллельно работающих ГА вся нагрузка в течение выдержки времени придется на оставшиеся в работе агрегаты, что может привести к их остановке или выходу из строя.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ, реализованный устройством для автоматической разгрузки генераторов по АС SU 1365241, МПК Η02J 3/24, опубл. 1988. Способ заключается в том, что при параллельной работе ГА контролируют активную нагрузку и напряжение каждого из них и в случае аварийного отключения одного из ГА от сети и при условии, что напряжение неработоспособного ГА в норме и активная нагрузка оставшегося в работе генератора выше заданного значения отключают заранее выбранные потребители электроэнергии.
Недостатком указанного способа является то, что сигнал на отключение потребителей подается только после отключения неработоспособного ГА. При этом нагрузка на работающий агрегат возрастает практически в два раза, что во многих случаях приводит к его остановке и перерыву в подаче электроэнергии.
Целью настоящего изобретения является повышение надежности защиты ГА от перегрузки.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: способ автоматической разгрузки параллельно работающих генераторных агрегатов (ГА), заключающийся в том, что непрерывно контролируют техническое состояние каждого ГА путем измерения параметра, характеризующего его рабочее состояние, и сравнения измеренного параметра с критическим значением, и при совпадении сравниваемых величин формируют сигнал на суммирование измеряемых активных нагрузок обоих ГА, при этом, если суммарная активная нагрузка ГА превышает допустимое значение нагрузки одного ГА, то до момента аварийного отключения неработоспособного ГА формируют сигнал на отключение заранее выбранных потребителей электроэнергии.
Сущность изобретения заключается в том, что отключение потребителей электроэнергии происходит не так, как в прототипе, - после выхода из работоспособного состояния и отключения одного из ГА, а до аварийного отключения агрегата, причем только в том случае, если измеренная суммарная активная нагрузка ГА превысит допустимое значение одного ГА. Если же суммарная нагрузка параллельно работающих ГА окажется меньше максимально допустимого значения нагрузки одного из них, отключение потребителей не произойдет. В этомслучае при аварийном отключении одного из ГА оставшийся в работе агрегат сможет принять на себя всю нагрузку.
Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - повышение надежности защиты ГА от перегрузки - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».
Сущность указанного способа поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы двух ГА.
Устройство (фиг. 1) содержит первый и второй генераторные агрегаты (ГА) 1, 2, работающие параллельно (например, дизель-генераторные агрегаты, турбогенераторные агрегаты и т.д.). Первый выход первого ГА 1 соединен с входом первого датчика активной нагрузки 3, первый выход второго ГА 2 соединен с входом второго датчика активной нагрузки 4, вторые выходы ГА 1 и 2 соединены с соответствующими входами блока контроля технического состояния генераторных агрегатов 5, на выходе которого формируется сигнал логической единицы, если хотя бы один их контролируемых параметров (температуры охлаждающей воды или смазочного масла дизеля и т.д.), приблизился к критическому значению, свидетельствующему о неработоспособности агрегата. В качестве блока контроля технического состояния может быть использована схема, аналогичная той, которая формирует на судне обобщающий сигнал аварийно-предупредительной сигнализации (АПС) при превышении температуры охлаждающей воды или смазочного масла дизеля. Выходы первого датчика активной нагрузки 3 соединены с первым входом блока коммутации 6, выход второго датчика активной нагрузки 4 соединен с вторым входом блока коммутации 6. Выход блока контроля технического состояния 5 соединен с третьим входом блока коммутации 6. Блок коммутации 6 выполнен таким образом, что при поступлении сигнала логической единицы на его третий вход на его первом и втором выходах формируются сигналы, поступающие на первый и второй входы блока 7 соответственно. В качестве блока коммутации 6 может быть использовано электромагнитное реле с двумя парами контактов или контактор и т.п. Первый и второй выходы блока коммутации 6 соединены с первым и вторым входами суммирующего блока 7, выход которого соединен с входом порогового блока 8, выход которого в свою очередь соединен с входом блока отключения 9 потребителей электроэнергии, выход которого подключен к входам потребителей электроэнергии 10.1, 10.2 … 10.n. В качестве блока отключения 9 может быть использовано электромагнитное реле с размыкающимся контактом, последовательно включенным в цепь минимального расцепителя автоматического выключателя, при помощи которого отключаемые потребители электроэнергии подключаются к шинам главного распределительного щита. Суммирующий и пороговый блоки могут быть выполнены, например, на базе операционных усилителей.
Устройство работает следующим образом.
При работе обоих агрегатов датчики активной нагрузки 3 и 4 формируют сигналы, пропорциональные нагрузке каждого из них. Далее сигналы поступают на первый и второй входы блока коммутации 6. Блок контроля технического состояния 5 измеряет параметры, характеризующие рабочее состояние каждого ГА, и при приближении хотя бы одного из параметров к критическому значению формирует на своем выходе сигнал логической единицы. С выхода блока 5 сигнал логической единицы поступает на третий вход блока коммутации 6, на первом и втором выходах которого только при поступлении сигнала логической единицы появляются сигналы, пропорциональные нагрузке первого и второго ГА. Указанные сигналы поступают на первый и второй входы суммирующего блока 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный суммарной нагрузке обоих ГА, который на пороговом блоке 8 сравнивается с сигналом, соответствующим максимально допустимому значению нагрузки одного ГА. Если сигнал на входе блока 8 превышает пороговое значение, то на его выходе формируется сигнал логической единицы, который поступает на вход блока 9, отключающего заранее выбранные потребители электроэнергии. При этом аварийное отключение неработоспособного ГА не приведет к остановке или выводу из строя оставшегося в работе ГА по перегрузке, так как произойдет после отключения соответствующих потребителей. Если же суммарная нагрузка работающих параллельно ГА меньше максимально допустимого значения нагрузки одного ГА, то на выходе порогового блока 8 сигнал логической единицы не сформируется и отключение потребителей не произойдет. В этом случае при последующем аварийном отключении одного из ГА оставшийся в работе агрегат сможет принять на себя всю нагрузку и не выйдет их строя по перегрузке.
Пример реализации способа
В качестве примера применения способа приведена работа судовой электростанции пассажирского судна. В состав электростанции входят три включенных параллельных дизель-генераторных агрегата мощностью по 50 кВт каждый. В ходовом режиме работают следующие приемники электроэнергии:
1. Электродвигатель (ЭД) рулевого устройства - 6 кВт;
2. Распределительный щит (РЩ) потребителей, обеспечивающих работу главных двигателей - 4 кВт;
3. ЭД пожарного насоса - 10 кВт;
4. ЭД балластно-осушительного насоса - 10 кВт;
5. РЩ радиорубки - 1,0 кВт;
6. РЩ станции оповещения о пожаре - 0,2 кВт;
7. РЩ станции сигнально-отличительных фонарей - 0,6 кВт;
8. РЩ станции аварийно-предупредительной сигнализации судна - 0,4 кВт;
9. РЩ аварийного освещения - 0,8 кВт;
10. РЩ камбуза - 16 кВт;
11. РЩ вентиляции МО - 6 кВт;
12. РЩ потребителей бытовых нужд - 4 кВт;
13. РЩ системы кондиционирования воздуха 8 кВт;
14. ЭД фекального насоса - 6 кВт;
15. ЭД санитарного насоса - 3 кВт;
16. ЭД гидрофора пресной воды - 2,5 кВт;
17. РЩ основного освещения по судну - 2,5 кВт.
Общая нагрузка электростанции составляет 81 кВт. При этом в обычном режиме работают два агрегата, а третий находится в резерве. Потребители, от которых зависит безопасность судна (с п. 1 по п. 9), получают питание непосредственно от Главного распределительного щита, к которому подключены ГА1 и ГА2, (1 и 2 на фиг. 1). Их суммарная нагрузка составляет 33 кВт. Остальные приемники электроэнергии (с п. 10 по п. 17) получают питание от Главного распределительного щита через блок отключения 9. Их суммарная нагрузка составляет 48 кВт. Пусть ГА1 принял на себя нагрузку 40 кВт, а ГА2 - 41 кВт. Датчики активной нагрузки 3 и 4 сформируют на своих выходах сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорциональные нагрузкам ГА1 и ГА2. Например, 1 кВт нагрузки будет соответствовать 0,1 В. Тогда на выходе блока 3 будет сформирован сигнал 4 В, а на выходе блока 5 - сигнал 4,1 В. Эти сигналы поступают на первый и второй входы блока коммутации 6.
Рассмотрим случай, когда у ГА2 вышел из строя насос забортной воды, служащий для подачи холодной воды в холодильник дизеля. При этом проходящая по холодильнику пресная вода внутреннего контура системы охлаждения дизеля начнет стремительно нагреваться. При достижении температуры охлаждающей воды критического значения (95°C) датчик температуры, входящий в блок контроля технического состояния генераторных агрегатов 5, сформирует сигнал логической единицы, который поступит на третий вход блока коммутации 6 и подключит блоки 3 и 4 к суммирующему блоку 7. На выходе блока 7 сформируется сигнал, пропорциональный суммарной нагрузке работающих агрегатов (4+4,1=8,1В). Этот сигнал поступит на вход порогового блока 8, где будет сравниваться с величиной, пропорциональной номинальной мощности одного ГА (5В). Так как 8,1 В>5 В, на выходе порогового блока 8 сформируется сигнал логической единицы, который поступит на блок отключения 9 потребителей электроэнергии 10. Блок 9 сработает и отключит потребители с п. 10 по п. 17 включительно. В следующий момент времени при превышении температуры охлаждающей воды дизеля выше 95°С штатная система защиты отключит автоматический выключатель генератора ГА2 и подаст команду на останов неработоспособного дизеля и запуск резервного ГАЗ. На шинах ГРЩ остается только 33 кВт нагрузки, которые не вызовут перегрузку ГА1 и он продолжит снабжение электроэнергией потребителей, обеспечивающих безопасность работы судна. Отключенные потребители могут быть подключены после запуска резервного ГАЗ и включения его на параллельную работу. В случае, если при этом не работают потребители п. 3, п. 4 и п. 10, суммарная нагрузка составит 45 кВт и отключения потребителей не произойдет, они продолжат работу и после аварийного отключения ГА2, не вызывая перегрузку ГА1.
Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре судовых энергетических установок, технических средств и технологий ФБГОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого способа в судовых энергетических установках и электроэнергетических системах, что с учетом вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.