СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАЗГРУЗКИ ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТОВ Российский патент 2019 года по МПК H02J3/14 H02H7/85 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электростанций от перегрузки в аварийных ситуациях.

Известен способ автоматической разгрузки генераторных агрегатов (А.П. 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.

Известен способ, реализованный устройством для автоматической разгрузки генераторов по AC SU 1365241, МПК H02J 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.

Наиболее близким к предложенному является способ автоматической разгрузки электроэнергетической системы (ЭЭС) с параллельно работающими генераторными агрегатами (ГА) по патенту RU 2653361 С1, 10.07.2017, заключающийся в том, что при выходе из строя одного или нескольких ГА измеряют активную нагрузку каждого ГА (Pi), вычисляют величину суммарной активной нагрузки всей ЭЭС (Рсум.i), вычисляют величину суммарной допустимой активной нагрузки ЭЭС (Рсум.доп.откл.) для случаев отключения неработоспособного или неработоспособных ГА, сравнивают вычисленную величину Рсумм.i с допустимой величиной Рсумм.доп.откл. и при Рсумм.i>Рсумм.доп.откл. формируют сигнал на отключение выбранных потребителей электрической энергии до момента отключения неработоспособных ГА.

Данный способ позволяет сформировать сигнал на отключение части потребителей до момента отключения неработоспособного ГА и избежать перегрузки оставшихся работоспособными агрегатов.

Недостатками способа являются:

сложность реализации, связанная с необходимостью выполнения вычислительных операций с величинами активных нагрузок ГА;

неизменность нагрузки неисправного ГА на время проведения вычислительных операций, что не способствует замедлению процесса изменения параметров, вышедших за пределы допуска, до их критических значений.

Целью изобретения является упрощение реализации способа и замедление процесса изменения параметров, вышедших за пределы допуска, до их критических значений.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе автоматической разгрузки генераторных агрегатов определяют момент выхода из строя одного или нескольких работающих ГА и отключают часть потребителей электрической энергии до момента отключения неработоспособного (неработоспособных) ГА.

Сущность изобретения заключается в том, что как и в прототипе отключение потребителей электроэнергии происходит в случае выхода из строя одного или нескольких ГА и до аварийного отключения агрегата, однако при этом число операций, осуществляемых для реализации предлагаемого способа, существенно снижается - не требуется измерения величин активных нагрузок ГА и проведения вычислительных операций с ними. При этом за счет более быстрого отключения части потребителей и снижения нагрузки на неисправный ГА процесс изменения параметров, вышедших за пределы допуска, до их критических значений происходит более медленно, что может позволить предоставить время для запуска резервного ГА.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - упрощение способа и замедление процесса изменения параметров, вышедших за пределы допуска, до их критических значений - 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. представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы n ГА.

Устройство (фиг.) содержит генераторные агрегаты (ГА) 1.1, 1.2 … 1.n входящие в состав ЭЭС (например, дизель-генераторные агрегаты, турбогенераторные агрегаты и т.д.), 2.1,2.2 … 2.n - блоки определения технического состояния соответствующего ГА, 3.1, 3.2 … 3.n - блоки контроля работы соответствующего ГА, 4.1, 4.2 … 4.n - логические элементы «И», 5-логический элемент «ИЛИ», 6-блок отключения части потребителей; причем первые выходы ГА 1.1, 1.2 … 1.n соединены с входами блоков контроля технического состояния соответствующих ГА 2.1, 2.2 … 2.n, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И» 4.1, 4.2 ... 4.n, вторые выходы ГА 1.1, 1.2 … 1.n соединены с входами блоков контроля работы соответствующего ГА 3.1, 3.2 … 3.n, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И» 4.1, 4.2 … 4.n, выходы логических элементов «И» соединены с соответствующими входами логического элемента «ИЛИ» 5, выход которого соединен с входом блока отключения части потребителей 6.

Блоки определения технического состояния соответствующего ГА -2.1, 2.2 … 2.n - известные функциональные блоки, на выходе которых формируется сигнал логической «1», если хотя бы один их контролируемых параметров (температуры охлаждающей воды или смазочного масла дизеля и т.д.) вышел за пределы допуска и свидетельствует о неработоспособном состоянии ГА и сигнал логического «0», если все контролируемые параметры - в норме. 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.

Блоки контроля работы соответствующего ГА 3.1, 3.2 … 3.n - известные функциональные блоки, на выходе которых формируется сигнал логической «1», если соответствующий ГА работает и сигнал логического «0», если соответствующий ГА в данный момент времени не работает в составе ЭЭС. В качестве этих блоков могут быть использованы блок контакты генераторных автоматических выключателей или датчики оборотов вала соответствующего двигателя.

Логические элементы «И» 4.1, 4.2 … 4.n - известные функциональные блоки, на выходах каждого из которых формируется сигнал логической «1» только в том случае, когда на все его входы поступил сигнал логической «1».

Логический элемент «ИЛИ» 5 - известный функциональный блок, на выходе которого формируется сигнал логической «1», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1».

Блок отключения части потребителей 6-известный функциональный блок, осуществляющий отключение части потребителей при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве блока 6 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, а катушка подключена одним концом к нулевой шине, а другим - к входу блока.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что в данный момент в составе ЭЭС работает m ГА, тогда на выходах m блоков контроля работы соответствующего ГА 3.1, 3.2 … 3.m формируется сигнал логической «1» и поступает на вторые входы соответствующих логических элементов «И» 4.1, 4.2 … 4.m, но на их выходах сигнал логического «0», так как на их первые входы поступают сигналы логического «0» с выходов блоков определения технического состояния соответствующего ГА -2.1, 2.2 … 2.m., на выходе логического элемента «ИЛИ» 5 сигнал логического «0», отключения потребителей не происходит.Если же при этом хотя бы один из работающих ГА, например i-ый, перешел в неработоспособное состояние, то на выходе блока определения технического состояния соответствующего ГА 2.i появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического элемента «И» 4.i. Так как на первый и второй входы логического элемента «И» 4.i поступил сигнал логической «1», то на его выходе - тоже сигнал логической «1», который поступает на i-ый вход логического элемента «ИЛИ» 5, на выходе которого формируется сигнал логической «1» и поступает на вход блока отключения части потребителей 6, который отключает часть потребителей до момента перегрузки работающих ГА. Снижение нагрузки на перешедший в неработоспособное состояние ГА приведет к облегчению режима его работы и замедлению процесса изменения параметра, вышедшего за пределы допуска в сторону его критического значения.

Предлагаемый подход существенно уступает прототипу в надежности защиты, так как отключение части потребителей будет происходить и в ситуации, когда оставшиеся работоспособными агрегаты смогли бы безболезненно взять на себя всю нагрузку после отключения неработоспособного агрегата. Указанный недостаток оказывается не существенным в сравнительно простых ЭЭС, когда число отключаемых малоответственных потребителей не велико и обслуживающему персоналу не составляет большого труда включить их вновь. Преимуществом настоящего изобретения является простота в реализации и улучшение режима работы вышедшего из строя агрегата до его отключения.

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 вентиляции МО - 6 кВт;

11. РЩ камбуза - 16 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. 10) получают питание непосредственно от Главного распределительного щита, к которому подключены ГА1 и ГА2, (1.1 и 1.2 на фиг. 1). Их суммарная нагрузка составляет 39 кВт. Остальные потребители электроэнергии (с п. 11 по п. 17) получают питание от Главного распределительного щита через автоматический выключатель, в цепь минимального расцепителя которого включен блок отключения части нагрузки 6. Их суммарная нагрузка составляет 42 кВт. Пусть ГА1 принял на себя нагрузку 40кВт, а ГА2 - 41 кВт.

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 перестанет отдавать свое тепло и начнет стремительно нагреваться. При превышении температуры охлаждающей воды допустимого значения (95°С) сработает датчик температуры, входящий в блок контроля технического состояния генераторных агрегатов 2.2, на его выходе сформируется сигнал логической единицы, который поступит на первый вход логического элемента «И» 4.2. Так как ГА1 и ГА2 работают и их автоматические выключатели замкнуты, то на выходах блоков контроля работы соответствующего ГА 3.1 и 3.2 - сигналы логической «1», которые поступают на вторые входы логических элементов «И» 4.1 и 4.2. При этом на выходе логического элемента «И» 4.2 появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход блока 5, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения части потребителей 6, при этом потребители с п. 11 по п. 17 отключатся от сети, нагрузка ЭЭС уменьшится до 39 кВт, которые сможет принять на себя ГА1 после остановки ГА2. При этом нагрузка на ГА2 до отключения снизится вдвое, что замедлит процесс перегрева до критического значения (98°С), а в отдельных случаях сможет полностью остановить. Отметим, что на стоящем в резерве третьем ГА давление смазочного масла ниже допустимого значения, но так как он не запущен, то на выходе блока контроля работы третьего агрегата 3.3 - сигнал логического «0», а значит и на выходе третьего логического элемента «И» 4.3 - тоже сигнал логического «0», что не влияет на отключение потребителей.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе разработки опытного образца блока автоматической разгрузки генераторных агрегатов, проводимой ООО «Форпик Стандарт Сервис». Были проведены расчеты и изготовлена действующая модель устройства, реализующего заявляемый способ, лабораторные испытания которой показали возможность использования данного способа в судовых электроэнергетических системах, что позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.

Использование: в области электротехники защиты судовых электростанций от перегрузки в аварийных ситуациях. Технический результат - повышение надежности защиты ЭЭС с параллельно работающими генераторными агрегатами (ГА) от перегрузки при выходе одного или нескольких ГА из строя. Способ, заключающийся в определении момента выхода из строя одного или нескольких работающих ГА и отключении части потребителей электрической энергии до момента отключения неработоспособного (неработоспособных) ГА. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ автоматической разгрузки генераторных агрегатов (ГА), согласно которому определяют момент выхода из строя одного или нескольких работающих ГА и отключают часть потребителей электрической энергии до момента отключения неработоспособного (неработоспособных) ГА.

2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что для его осуществления используется устройство, содержащее ГА, входящие в состав электроэнергетической системы, по числу ГА: блоки определения технического состояния соответствующего ГА, блоки контроля работы соответствующего ГА, логические элементы «И», а также логический элемент «ИЛИ» и блок отключения части потребителей; причем первые выходы ГА соединены с входами блоков контроля технического состояния соответствующих ГА, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И», вторые выходы ГА соединены с входами блоков контроля работы соответствующего ГА, выходы которых соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И», выходы логических элементов «И» соединены с соответствующими входами логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом блока отключения части потребителей.