СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАБОТОСПОСОБНОГО ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА Российский патент 2020 года по МПК H02H3/08 

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 обесточиванию 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 генераторного агрегата по патенту №2686103 от 24.04.2019, согласно которому при параллельной работе нескольких ГА измеряют загрузку каждого из ГА, определяют величину неравномерности загрузки генераторных агрегатов и определяют момент отклонения последней за установленные пределы допуска, определяют момент перехода ГА в двигательный режим и при совпадении этого момента с моментом отклонения неравномерности загрузки генераторных агрегатов за пределы допуска, ГА, перешедший в двигательный режим, признается неработоспособным.

Данный способ в целом обеспечивает определение неработоспособного ГА при параллельной работе нескольких ГА. Однако, так как идентификация неработоспособного ГА осуществляется в момент перехода неработоспособного ГА в двигательный режим, то в величину времени диагностирования входит интервал, в течение которого происходит уменьшение загрузки ГА от загрузки в момент возникновения дефекта до полной разгрузки ГА и перехода его в двигательный режим.

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 в том, что определяют момент, когда неравномерность загрузки генераторных агрегатов выходит за установленные пределы уставки и момент, когда загрузка одного или нескольких ГА уменьшается, а загрузка другого (других) увеличивается и при совпадении этих моментов определяют генераторный агрегат (генераторные агрегаты), загрузка которого (которых) уменьшается как неработоспособный (неработоспособные).

Сущность изобретения заключается в том, что определение неработоспособного ГА осуществляется не тогда, когда он полностью разгрузился и перешел в двигательный режим, а несколько ранее, когда после возникновения дефекта его загрузка и развиваемая им мощность начинают уменьшаться, а загрузка оставшихся работоспособными агрегатов начинает увеличиваться и разница в загрузке превысит допустимое значение.

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: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2…1.n, блоки контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2…2.n, блоки контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2…3.n, логические элементы «И» 4.1, 4.2,…4.n, а также логический элемент «ИЛИ» 5 и блок контроля неравномерности загрузки ГА 6, причем выходы датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2…1.n соединены с входами соответствующих блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2…2.n, входами соответствующих блоков контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2…3.n и соответствующими входами блока контроля неравномерности загрузки ГА 6, выходы блоков увеличения загрузки 2.1, 2.2…2.n соединены с соответствующими входами логического элемента «ИЛИ» 5, выход которого соединен с первыми входами логических элементов «И» 4.1, 4.2, …4.n, выходы блоков контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2…3.n соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И» 4.1, 4.2, …4.n, соответствующие выходы блока контроля неравномерности загрузки ГА 6 соединены с третьими входами соответствующих логических элементов «И» 4.1, 4.2, …4.n, выходы которых являются выходами устройства.

Датчики загрузки ГА 1.1, 1.2…1.n - известные функциональные блоки, формирующие на своем выходе сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорционального загрузке ГА (нагрузке сети, которую принимает на себя данный ГА). Блоки контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2…2.n - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1», когда сигнал в виде напряжения на их входах увеличивается и сигнал логического «0» в обратном случае. Блоки контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2…3.n - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1», когда сигнал в виде напряжения на их входах уменьшается и сигнал логического «0» в обратном случае. В качестве этих блоков могут использоваться схемы на операционных усилителях (Воловиков В.А. Схемотехника электронных устройств судовой автоматики. Учебное пособие, - Л: ЛИВТ, 1986 г. - 101. (с. 24-25.). Логические элементы «И» 4.1, 4.2, …4n - известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае. Логический элемент «ИЛИ» 5 - известный функциональный блок, который формирует на своем выходе сигнал логической «1», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае. Блок контроля неравномерности загрузки ГА 6 - известный функциональный блок, определяет неравномерность загрузки ГА, 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 аналогичен соответствующему блоку, представленному в прототипе.

Устройство определения неработоспособного ГА, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Допустим, что при параллельной работе генераторных агрегатов произошел отказ одного из них, например j-ого по причине выхода из строя системы подачи топлива. В этом случае загрузка неработоспособного агрегата начнет уменьшаться, а загрузка остальных работающих ГА начнет увеличиваться. В связи с этим сигнал на выходе датчика загрузки 1.j уменьшается, а на выходах остальных датчиков загрузки 1.1, 1.2…1.n - увеличивается. При этом на выходе блока контроля уменьшения загрузки 3.j появляется сигнал логической «1» и поступает на второй вход логического элемента «И» 4.j. На выходах всех блоков контроля увеличения нагрузки 2.1, 2.2…2.n, кроме 2.j, формируется сигнал логической «1» и поступает на соответствующие входы логического элемента «ИЛИ» 5, на выходе которого появляется сигнал логической «1» и поступает на первые входы всех логических элементов «И» 4.1, 4.2, …4n. Когда разница в загрузке j-го ГА и любого другого из параллельно работающих ГА превысит допустимое значение, заданное уставкой, то на j-ом выходе блока контроля неравномерности загрузки ГА 6 появится сигнал логической «1» и поступит на третий вход логического элемента «И» 4.j. Taк как на все три входа логического элемента «И» 4.j поступил сигнал логической «1», то на его выходе и j-ом выходе устройства формируется сигнал логической «1», информирующий о том, что j-ый ГА перешел в неработоспособное состояние. Аналогично, если вследствие выхода из строя топливной системы загрузка нескольких ГА, например j…k, начнет снижаться, то на выходах соответствующих им блоков снижения загрузки 3.j…3.k появятся сигналы логической «1», которые поступят на вторые входы соответствующих логических элементов «И» 4.j…4.k. Так как загрузка остальных, работающих параллельно ГА, например, 1-ого и n-ого будет увеличиваться, то на выходах соответствующих блоков увеличения загрузки 2.1 и 2.n появятся сигналы логической «1» и поступят на первый и n-ый входы логического элемента «ИЛИ» 5, с выхода которого сигнал логической «1» поступит на первые входы все логических элементов «И» 4.1…4.j…4.n. Когда разница в загрузке каждого из разгружаемых агрегатов j…k с любым из ГА, нагрузка которого продолжает увеличиваться, превысит значение уставки, то на соответствующих j…k выходах блока 6 появятся сигналы логической «1» и поступят на третьи входы соответствующих логических элементов «И» 4.j…4.k, на выходах которых сформируются сигналы логической «1», информирующие о неработоспособном состоянии ГА

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 данных ГА нагрузка ДГ1 составит 65 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. Допустим, что произошла потеря работоспособности первичного двигателя ДГ2, вызванная выходом из строя топливного насоса и прекращением поступления топлива в дизель. В этом случае загрузка ДГ2 начнет уменьшаться, а загрузка ДГ1 - расти. Согласно предлагаемому способу определяют момент, когда загрузка ДГ1 начала увеличиваться, а загрузка ДГ2 - уменьшаться и при этом оценивают величину неравномерности нагрузок ДГ1 и ДГ2 и сравнивают ее с допустимым значением, задаваемым уставкой, например, в данном случае 14 кВт. Рекомендуемая величина уставки должна быть больше, чем допустимая точность распределения нагрузок Рдоп. Тогда для приведенного примера определяют момент, когда загрузка ДГ1 будет увеличиваться, а загрузка ДГ2 уменьшаться и при этом ДГ1 будет загружен более, чем на 72 кВт, а ДГ2 - менее, чем на 53 кВт (разница в загрузке будет больше уставки, равной для данного примера 14 кВт) и в этот момент признают ДГ2 неработоспособным.

В способе, принятом за прототип, определение неработоспособного ГА произойдет несколько позже, когда ДГ2 полностью разгрузится, а ДГ1 примет на себя всю нагрузку сети в 125 кВт.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе разработки опытного образца устройства для диагностирования генераторных агрегатов в процессе функционирования, 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 системах контроля технического состояния судовых электроэнергетических систем, что с учетом вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.

Использование: в области электроэнергетики для определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА) в судовых электростанциях. Технический результат - повышение быстродействия определения неработоспособного ГАЭ. Согласно способу определяют момент, когда неравномерность загрузки генераторных агрегатов выходит за установленные пределы уставки, и момент, когда загрузка одного или нескольких ГА уменьшается, а загрузка другого (других) увеличивается, и при совпадении этих моментов определяют генераторный агрегат (генераторные агрегаты), загрузка которого (которых) уменьшается, как неработоспособный (неработоспособные). 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА), заключающийся в том, что при параллельной работе нескольких ГА измеряют загрузку каждого из ГА, определяют величину неравномерности загрузки ГА и определяют момент отклонения последней за установленные пределы уставки, отличающийся тем, что дополнительно определяют момент, когда загрузка одного или нескольких ГА уменьшается, а загрузка другого (других) ГА увеличивается, и при совпадении этого момента с моментом отклонения неравномерности загрузки генераторных агрегатов за пределы уставки ГА, загрузка которых уменьшается, признаются неработоспособными.

2. Способ определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА) по п.1, отличающийся тем, что для его осуществления используется устройство, содержащее: по числу ГА датчики загрузки, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, логические элементы «И», а также логический элемент «ИЛИ» и блок контроля неравномерности загрузки ГА, причем выходы датчиков загрузки ГА соединены с входами соответствующих блоков контроля увеличения загрузки, входами соответствующих блоков контроля уменьшения загрузки и соответствующими входами блока контроля неравномерности загрузки ГА, выходы блоков увеличения загрузки соединены с соответствующими входами логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с первыми входами логических элементов «И», выходы блоков контроля уменьшения загрузки соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И», соответствующие выходы блока контроля неравномерности загрузки ГА соединены с третьими входами соответствующих логических элементов «И», выходы которых являются выходами устройства.