СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАБОТОСПОСОБНОГО ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА
METHOD FOR DETERMINATION OF INOPERATIVE GENERATOR UNIT

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА) в судовых электростанциях.
Известен способ определения неработоспособного ГА (Яковлев Г.С.Судовые электроэнергетические системы: Учебник-5-e изд., перераб. и доп. - Ленинград, Судостроение, 1987. - 272 с. ил. (стр. 132), согласно которому при параллельной работе нескольких источников электроэнергии выявляют источник электроэнергии, перешедший в двигательный режим работы, и через выдержку времени признают его неработоспособным.
Способ, в целом обеспечивает определение неработоспособного ГА при параллельной работе нескольких ГА, но так как идентификация неработоспособного ГА осуществляется не в момент отказа и перехода в двигательный режим, а с заранее заданной выдержкой времени, то данный способ допускает большую неточность в определении момента изменения технического состояния с работоспособного на неработоспособное, что при применении его, например, в средствах защиты, может привести к несвоевременному отключению ГА, перегрузке работающих ГА и обесточивание судна. При этом величина выдержки времени определяется, как правило, временем рекуперации энергии в сеть при работе судовых кранов, грузовых лебедок и другой подъемно-транспортной техники на борту судна и может достигать, согласно Правилам Российского Морского Регистра Судоходства, 10 секунд (Правила классификации и постройки морских судов, 2016 г., с56, п. 8.2.4).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ определения неработоспособного ГА, примененный в способе защиты сети автономной электростанции (А.С. SU 1653517, Н02Н 3/00, Н02J 9/00 опубл. 1991 г.), согласно которому при параллельной работе нескольких источников электроэнергии измеряют частоту и (или) напряжение сети, сравнивают их с уставкой и при превышении любого из заданных параметров уставки формируют первый сигнал на отключение, измеряют загрузку каждого источника электроэнергии, определяют величину неравномерности загрузки источников электроэнергии и при отклонении последней за установленные пределы уставки формируют второй сигнал на отключение, при совпадении которого с первым сигналом на отключение источник электроэнергии, загрузка которого оказывается наименьшей, идентифицируют как неработоспособный и отключают от сети.
Данный способ в целом обеспечивает определение неработоспособного ГА при параллельной работе нескольких ГА, но так как идентификация неработоспособного ГА осуществляется при отклонении частоты и (или) напряжения сети за пределы уставки, то есть когда переход ГА в неработоспособное состояние произошел, он перешел в двигательный режим, дополнительно нагрузил сеть обратной мощностью и тогда, когда оставшиеся в работе ГА перегружены и не могут поддерживать параметры сети в заданных пределах, то практическая реализация этого способа также приводит к большим затратам времени для определения неработоспособного состояния ГА.
Заявляемый способ позволяет решить проблему сокращения времени определения неработоспособного ГА.
Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе определения неработоспособного ГА заключающемся, как и прототип, в том, что измеряют загрузку каждого из ГА и определяют величину неравномерности загрузки ГА, в отличие от прототипа дополнительно определяют момент, когда неравномерность загрузки ГА выходит за установленные пределы уставки и один из этих ГА переходит в двигательный работы, и определяют этот ГА как неработоспособный.
Сущность изобретения заключается в том, что определение неработоспособного ГА осуществляется не тогда, когда вследствие перегрузки работоспособных ГА параметры сети - частота и (или) напряжение, отклонились за пределы уставки, а непосредственно в момент перехода неработоспособного ГА в двигательный режим. При этом, если переход одного из ГА в двигательный режим произошел не вследствие его неисправности, а, например, по причине рекуперации в сеть электроэнергии при торможении мощного грузоподъемного устройства, то в этом случае разгружаются все ГА и величина неравномерности нагрузки не выходит за пределы уставки, идентификация ГА, перешедшего в двигательный режим, как неработоспособного не происходит.
Предлагаемый способ предполагается к использованию в ситуации, когда источники электроэнергии уже работают параллельно, то есть переходные процессы, связанные с моментом включения на параллельную работу, закончились.
Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - сокращение времени определения неработоспособного ГА - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения и технической диагностики не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».
Сущность указанного способа поясняется чертежом (Фиг.), на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы «n» ГА.
Устройство определения неработоспособного ГА (Фиг.) содержит: блок контроля неравномерности загрузки ГА - 1, по числу ГА, блоки контроля перехода ГА в двигательный режим - 2.1, 2.2 …2n, логические элементы «И» - 3.1, 3.2, …3n,, причем соответствующие выходы блока 1 соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И» 3.1, 3.2, …3n„ выходы блоков контроля перехода ГА в двигательный режим 2.1, 2.2 …2n соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И» 3.1, 3.2, …3n.
Блок контроля неравномерности загрузки ГА - 1, измеряет загрузку каждого ГА, определяет неравномерность загрузки, сравнивает полученную величину с допустимым значением и формирует на своем соответствующем выходе сигнал логической «1» в случае, когда разность в загрузке работающих параллельно ГА оказывается вне зоны, установленной допуском, причем указанный сигнал появляется на выходе, соответствующем номеру ГА, имеющую наименьшую загрузку. Данный блок полностью аналогичен соответствующему блоку, представленному в прототипе. Блоки контроля перехода ГА в двигательный режим 2.1, 2.2 …2n - известные функциональные блоки, в качестве которых могут быть использованы датчики обратной активной мощности, датчики обратного активного тока, реле обратной мощности с отключенной цепью задержки и т.д., на выходе которых формируется сигнал логической «1» в случае перехода соответствующего ГА в двигательный режим (Лейкин B.C. Судовые электрические станции и сети. Учебник для мореходных и арктических училищ.-3-e изд. перераб. и доп. -М: Транспорт, 1982 - 256. (стр. 178). Логические элементы «И» 3.1, 3.2, …3n - известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1». Допустим, что при параллельной работе один из ГА, например j-ый, перешел в двигательный режим (например, вышла из строя система подачи топлива в дизель j-ro ГА). При этом на выходе j-го блока контроля перехода ГА в двигательный режим 2.j появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего логического элемента «И» 3.J. Так как при переходе j-го ГА в двигательный режим вся его нагрузка перераспределяется между оставшимися в генераторном режиме ГА, то их нагрузка существенно возрастет и превысит величину установленного допуска (уставки) и при этом на j-ом выходе блока 1 контроля неравномерности загрузки ГА появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход соответствующего логического элемента «И» 3.J. Так как на оба входа логического элемента «И» 3.J поступает сигнал логической «1», то и на его выходе - сигнал логической «1», информирующий о том, что j-ый ГА неработоспособен. В случае, если переход j-го ГА в двигательный режим произойдет не по причине выхода его из работоспособного состояния, а по причине рекуперации в сеть энергии от одного из потребителей электрической энергии (например, при работе грузовой лебедки), то на выходе j-го блока контроля перехода ГА в двигательный режим 2.j также появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего логического элемента «И» 3.J. Однако, так как при рекуперации энергии в сеть все ГА, работающие параллельно, тоже разгружаются, то величина неравномерности загрузки ГА будет меньше допустимой величины уставки, на соответствующем j-ом выходе блока 1 контроля неравномерности загрузки ГА появится сигнал логического «0» и поступит на первый вход соответствующего логического элемента «И» 3.J, на выходе которого сохранится сигнал логического «0» что свидетельствует, что неработоспособных ГА нет.
Пример реализации способа
В качестве примера применения способа рассмотрим работу судовой электростанции в составе двух дизель-генераторов ДГ1 и ДГ2 с номинальной мощностью по 100 кВт каждый. Пусть при параллельной работе нагрузка ДГ1 составит 6 5 кВт, а нагрузка ДГ2 составит 60 кВт. Допустимая точность распределения активных нагрузок (Рдоп.) составляет 10% от номинальной мощности ДГ, то есть Рдоп.=10 кВт в данном случае, а мощность, потребляемая ДГ в двигательном режиме (Рпот.) составляет 16% от его номинальной мощности, то есть Рпот.=16 кВт. Допустим, что произошла потеря работоспособности первичного ДГ2, вызванная несанкционированным срабатыванием воздушной захлопки и прекращением поступления воздуха в дизель. В этом случае ДГ2 переходит в двигательный режим и вся нагрузка электростанции в 125 кВт поступает на ДГ1. Согласно предлагаемому способу оценивают величину неравномерности нагрузок ДГ1 и ДГ2, которая в данном случае равна 125 кВт, и сравнивают ее с допустимым значением, задаваемым уставкой, например, 14 кВт. Величину уставки целесообразно выбирать в интервале между величиной Рдоп. и величиной, определяемой Рпот., в данном случае 10 кВт и 16кВт соответственно. Так как ДГ2 перешел в двигательный режим работы и величина неравномерности нагрузок его и оставшегося в генераторном режиме ДГ1 больше величины уставки, то ДГ2 признают неработоспособным.
В способе, принятом за прототип, определение неработоспособного агрегата произойдет несколько позже. В самом деле, после перехода ДГ2 в двигательный режим общая нагрузка на ДГ1 составит 125 кВт, но так как в двигательном режиме он возьмет на себя еще и мощность, потребляемую ДГ2, то нагрузка ДГ1 окажется равной 141 кВт, что вызовет снижение оборотов ДГ и снижение частоты и (или) напряжения, вырабатываемого ДГ1, то есть в данном случае частоты и (или) напряжения сети. Только в этом случае, когда уже наступят негативные последствия перегрузки, ДГ2 будет определен как неработоспособный.
Теперь рассмотрим другой режим работы электростанции. Предположим, что при параллельной работе ДГ1 будет загружен на 34 кВт, ДГ2 - на 29 кВт и при этом включается в качестве нагрузки и начинает работать мощная грузовая лебедка. Пусть при рекуперативном торможении этой грузовой лебедки в сеть возвращается 60 кВт мощности. В данной ситуации ДГ1 и ДГ2 разгружаются и допустим, что мощность ДГ1 составит 4 кВт, а ДГ2 перейдет в двигательный режим и будет потреблять из сети мощность в 1 кВт (агрегат при этом не останавливается и работает на покрытие оставшихся собственных потерь ДГ2 в 15 кВт). Так как величина неравномерности загрузки ДГ1 и ДГ2 составит 5 кВт и будет меньше, чем величина уставки в 14 кВт, то ДГ2 не будет определен как неработоспособный, хотя и перешел в двигательный режим работы.
Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Судовых автоматизированных электроэнергетических систем» ФБГОУ ВО «Государственного университета 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 выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.