УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОТКЛЮЧЕНИЕМ ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА Российский патент 2021 года по МПК H02J3/38 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предупредительного управления отключением генераторного агрегата (ГА) с целью защиты, например, судовых электроэнергетических систем (СЭЭС) от перегрузки, вызванной ошибочными действиями экипажа.

Известен способ защиты сети автономной электростанции (согласно Патенту RU 2681201 С1, опубл. 05.03.2019) посредством отключения неработоспособного ГА, при котором измеряют технические параметры, характеризующие мощность, вырабатываемую каждым из ГА, работающих параллельно, определяют на основании измерений момент времени, когда один из ГА оказывается неработоспособным и при этом переходит в двигательный режим работы, и отключают этот ГА от сети.

Данный способ позволяет своевременно отключить ГА до момента перегрузки сети обратной мощностью, обеспечивая предупредительное управление СЭЭС. Но способ предназначен для отключения только заведомо неработоспособного ГА.

Наиболее близким к предложенному и выбранным автором за прототип является устройство, осуществляющее способ предупредительного управления отключением ГА (патент на изобретение RU 2 731 756, опубл. 08.09.2020.) согласно которому формируют команду на отключение (остановку) ГА, анализируют режим функционирования судовой электроэнергетической системы (СЭЭС), и если СЭЭС функционирует в режиме, при котором отключение ГА приведет к аварийной ситуации, вызванной загрузкой хотя бы одного из остающихся в работе ГА выше допустимого значения, то формируют управляющее воздействие, направленное на предотвращение данной аварийной ситуации. Устройство, принятое за прототип, содержит блок формирования сигнала на отключение ГА, блок анализа режима функционирования СЭЭС и предотвращения аварийной ситуации и блок отключения ГА, при этом выход блока формирования сигнала соединен с входом блока анализа режима функционирования СЭЭС и предотвращения аварийной ситуации, выход которого соединен с входом блока отключения ГА; при этом блок анализа режима функционирования СЭЭС и предотвращения аварийной ситуации (далее «блок анализа»), содержит по числу ГА: датчики активной нагрузки и датчики работы ГА, а также блок контроля технического состояния отключаемого ГА, одновибратор, блок сложения, блок формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА, блок сравнения, логический блок, блок сигнализации и блок отключения потребителей; при этом датчики активной нагрузки соединены с соответствующими входами блока сложения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения; выходы датчиков работы ГА соединены с соответствующими из первых входов блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения; выход блока контроля технического состояния отключаемого ГА соединен со вторым входом логического блока; вход одновибратора является входом блока анализа, выход одновибратора соединен со вторым входом блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА и с третьим входом логического блока; выход блока сравнения соединен с первым входом логического блока, первый выход которого является выходом блока анализа, второй выход логического блока соединен с входом блока сигнализации, третий выход логического блока соединен с входом блока отключения потребителей.

Недостатком устройства является совершение ошибочных действий в случае неработоспособного состояния хотя бы одного из параллельно работающих ГА в момент формирования команды на отключение (остановку) отключаемого ГА, что может привести к неоправданному отключению потребителей, приводящему к нарушению технологических процессов на судне, что особенно нежелательно для рыбопромысловых судов, ведущих добычу, переработку и хранение рыбы и судов технического флота, а также плавучих буровых платформ.

Заявляемое устройство позволяет повысить безопасность отключения отключаемого ГА за счет исключения ошибочных действий, возникающих при выходе из строя агрегатов, работающих параллельно с отключаемым (останавливаемым) ГА в момент формирования сигнала на его отключение (остановку).

Для достижения указанного технического результата устройство для предупредительного управления отключением генераторного агрегата, содержащее так же, как и прототип, блок формирования сигнала на отключение ГА, по числу ГА: датчики активной нагрузки и датчики работы, а также блок контроля технического состояния отключаемого ГА, одновибратор, блок сложения, блок формирования допустимого значения активной нагрузки судовой электроэнергетической системы (СЭЭС) после отключения отключаемого ГА, блок сравнения, логический блок, блок сигнализации, блок отключения потребителей и блок отключения ГА; при этом выход блока формирования сигнала на отключение ГА соединен с входом одновибратора, выход каждого из датчиков активной нагрузки соединен с соответствующим входом блока сложения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения; выход каждого из датчиков работы ГА соединен с соответствующим из первых входов блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения; выход блока контроля технического состояния отключаемого ГА соединен со вторым входом логического блока; выход одновибратора соединен со вторым входом блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА и с третьим входом логического блока; выход блока сравнения соединен с первым входом логического блока, первый выход которого соединен с входом блока отключения ГА, второй выход логического блока соединен с блоком сигнализации, третий выход логического блока соединен с входом блока отключения потребителей, в отличие от прототипа, дополнительно содержит блоки контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, а логический блок имеет дополнительные четвертые входы, при этом выход каждого из блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, соединен с соответствующим из четвертых входов логического блока.

При этом логический блок дополнительно содержит логический элемент «И», логический элемент «НЕ» и два логических элемента «ИЛИ» и связи между ними и другими функциональными блоками, образующие новую совокупность признаков. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство при отключении ГА учитывает в отличие от прототипа техническое состояние генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА. Если подача сигнала на отключение (останов) ГА произойдет при нагрузке сети менее предельно допустимой в работоспособном техническом состоянии отключаемого ГА, то устройство, принятое за прототип, осуществит отключение (останов) данного агрегата. Это справедливо, если остальные генераторные агрегаты, работающие параллельно с отключаемым ГА, также работоспособны. Однако, если хотя бы один из них находится в неработоспособном состоянии, то отключение ГА в этой ситуации нежелательно, так как при необходимости в отключении неработоспособного агрегата сеть будет перегружена или потребуется отключение части потребителей. Чтобы избежать подобных ошибок следует заблокировать отключение ГА с выдачей информации обслуживающему персоналу об ошибочных действиях.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - повышение безопасности отключения ГА за счет исключения ошибок, связанных с неправомерными действиями обслуживающего персонала (человеческий фактор) – 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».

На чертеже (Фиг.1) представлена функциональная схема предлагаемого устройства для электроэнергетической системы с n параллельно работающими генераторными агрегатами. Устройство (Фиг.1) содержит: блок формирования сигнала на отключение ГА 1, по числу ГА: датчики активной нагрузки 2.1, 2.2 … 2.n и датчики работы ГА3.1, 3.2 … 3.n, а также блок контроля технического состояния отключаемого ГА 4, одновибратор 5, блоки контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 … 6.k, блок сложения 7, блок формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8, блок сравнения 9, логический блок 10, блок сигнализации 11, блок отключения потребителей 12 и блок отключения ГА 13; при этом выход блока формирования сигнала на отключение ГА 1 соединен с входом одновибратора 5, выход каждого из датчиков активной нагрузки 2.1, 2.2 … 2.n соединен с соответствующим входом блока сложения 7, выход которого соединен с первым входом блока сравнения 9; выход каждого из датчиков работы ГА3.1, 3.2 … 3.n соединен с соответствующим из первых входов блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения 9; выход блока контроля технического состояния отключаемого ГА 4 соединен со вторым входом логического блока 10; выход одновибратора 5 соединен со вторым входом блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8 и с третьим входом логического блока 10; выход блока сравнения 9 соединен с первым входом логического блока 10, первый выход которого соединен с входом блока отключения ГА 13, выход каждого из блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 … 6k, соединен с соответствующим из четвертых входов логического блока 10, второй выход которого соединен с блоком сигнализации 11, третий выход логического блока 10 соединен с входом блока отключения потребителей 12.

Блок формирования сигнала на отключение ГА 1, датчики активной нагрузки 2.1, 2.2 … 2.n и датчики работы ГА3.1, 3.2 … 3.n, блок контроля технического состояния отключаемого ГА 4, одновибратор 5, ,блок сложения 7, блок формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8, блок сравнения 9, блок сигнализации 11, блок отключения потребителей 12 и блок отключения ГА 13 – известные функциональные блоки, аналогичные соответствующим блокам, используемые в устройстве, принятом за прототип.

Блоки контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 … 6.k – известные функциональные блоки, каждый из которых на своем выходе формирует сигнал логической «1» в случае, выхода из строя соответствующего ГА и сигнал логического «0» в обратном случае. Число этих блоков для СЭЭС с n ГА, работающими параллельно, равно k. При этом k = n-1. Эти блоки идентичны блоку контроля технического состояния отключаемого ГА, используемому в прототипе.

Логический блок 10 – новый функциональный блок, обеспечивающий блокировку отключения отключаемого ГА в случае, если подача сигнала на отключение (останов) ГА произойдет при нагрузке сети менее предельно-допустимой и работоспособном техническом состоянии отключаемого ГА, но неработоспособном состоянии хотя бы одного из генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА. На Фиг.2 представлена одна из возможных практических реализаций логического блока 10 (Фиг.1). Логический блок (Фиг.2) содержит первый и второй логические элементы «НЕ» 14 и 15 соответственно, блок задержки 16, первый логический элемент «ИЛИ» 17, первый и второй логические элементы «И» 18 и 19 соответственно, второй логический элемент «ИЛИ» 20, третий логический элемент «И» 21, третий логический элемент «НЕ» 22, четвертый логический элемент «И» 23, четвертый логический элемент «ИЛИ» 24 и пятый логический элемент «И» 25, причем первый вход логического блока соединен с входом первого логического элемента «НЕ» 14, первым входом первого логического элемента «И» 18 и первым входом второго логического элемента «И»19; второй вход логического блока соединен со вторым входом первого логического элемента «И» 18 и входом второго логического элемента «НЕ» 15; третий вход логического блока соединен с входом блока задержки 16, третьим входом второго логического элемента «И»19, третьим входом третьего логического элемента «И» 21 и вторым входом пятого логического элемента «И» 25; четвертые входы логического блока соединены с соответствующими входами первого логического элемента «ИЛИ» 17, выход которого соединен с четвертым входом третьего логического элемента «И» 21, выход первого логического элемента «НЕ» 14 соединен с первым входом третьего логического элемента «И» 21 и первым входом второго логического элемента «ИЛИ» 20, выход которого соединен с первым входом четвертого логического элемента «И» 23, выход первого логического элемента «И» 18 соединен со вторым входом первого логического элемента «ИЛИ» 20 и первым входом пятого логического элемента «И» 25, выход второго логического элемента «НЕ» 15 соединен со вторым входом третьего логического элемента «И» 21 и со вторым входом второго логического элемента «И» 19, выход которого соединен со вторым входом четвертого логического элемента «ИЛИ» 24, выход блока задержки 16 соединен с третьим входом четвертого логического элемента «И» 23, выход которого соединен с первым выходом логического блока, выход третьего логического элемента «И» 21 соединен с входом третьего логического элемента «НЕ»22 и первым входом четвертого логического элемента «ИЛИ» 24, выход которого соединен со вторым выходом логического блока. Выход третьего логического элемента «НЕ» 22 соединен со вторым входом четвертого логического элемента «И» 23, выход пятого логического элемента «И» 25 соединен с третьим выходом логического блока.

Логический блок, функциональная схема которого представлена на Фиг.2, работает следующим образом.

При поступлении сигнала логического нуля на третий вход логического блока на выходе блока задержки сохраняется сигнал логического нуля и поступает на третий вход четвертого логического элемента «И» 23, на его выходе и первом выходе логического блока – сигнал логического нуля. С третьего входа логического блока сигнал логического нуля поступает на третий вход второго логического элемента «И» 19, третий вход третьего логического элемента «И» 21 и второй вход пятого логического элемента «И» 25. При этом на выходах второго, третьего и пятого логических элементов «И» 19,21 и 25 соответственно – сигнал логического нуля. Сигнал логического нуля с выхода второго логического элемента «И» 19 поступает на второй вход четвертого логического элемента «ИЛИ» 24, на первый вход которого поступает сигнал логического нуля с выхода третьего логического элемента «И» 21. Так как на оба входа четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 поступает сигнал логического нуля, то и на его выходе и втором выходе логического блока - тоже сигнал логического нуля. Так как на второй вход пятого логического элемента «И» поступает сигнал логического нуля, то на его выходе и третьем выходе логического блока – тоже сигнал логического нуля. Таким образом, при поступлении сигнала логического нуля на третий вход логического блока на всех его трех выходах - сигнал логического «0».

Если на третий вход логического блока поступает сигнал логической «1», а на первый, второй и четвертые входы поступает сигнал логического нуля, то сигнал логического нуля поступает на вход первого логического элемента «НЕ» 14, на выходе которого появляется сигнал логической «1» и поступает на первый вход второго логического элемента «ИЛИ» 20, На выходе второго логического элемента «ИЛИ»20 появляется сигнал логической «1» и поступает на первый вход четвертого логического элемента «И» 23. Сигнал логического «0» поступает на первый и второй входы первого логического элемента «И» 18, на выходе которого – сигнал логического нуля, поступающий на первый вход пятого логического элемента «И» 25. На выходе пятого логического элемента «И» 25 и третьем выходе логического блока – сигнал логического «0». Сигнал логического нуля поступает на первый вход второго логического элемента «И» 19, на его выходе – сигнал логического нуля, поступающий на второй вход четвертого логического элемента «ИЛИ» 24. Сигнал логического нуля поступает на каждый из входов первого логического элемента «ИЛИ» 17, на выходе которого – сигнал логического «0», который поступает на четвертый вход третьего логического элемента «И» 21. На выходе третьего логического элемента «И» 21 сохраняется сигнал логического нуля и поступает на вход третьего логического элемента «НЕ» 22 и первый вход четвертого логического элемента «ИЛИ» 24, на выходе которого и втором выходе логического блока - сигнал логического нуля. Так как на вход третьего логического элемента «НЕ» 22 поступил сигнал логического нуля, то на его выходе – сигнал логической «1», который поступает на второй вход четвертого логического элемента «И» 23. Сигнал логической «1» поступает на вход блока задержки 16 и через выдержку времени t₂ появляется на его выходе и поступает на третий вход четвертого логического элемента «И» 23. Величина выдержки времени t₂ определяется временем, необходимым для отключения отключаемых потребителей при разгрузке СЭЭС и обычно не превышает 1 секунды. При этом длительность сигнала логической «1» на выходе одновибратора t₁ должна превышать величину выдержки времени блока задержки и может составлять, например, 2 секунды. Так как на все три входа логического элемента «И» 23 поступил сигнал логической «1», то на его выходе и первом выходе логического блока формируется сигнал логической «1». Таким образом, если на третий вход логического блока поступил сигнал логической «1», а на все остальные его входы сигнал логического «0», то на первом выходе логического блока появляется сигнал логической «1», а на втором и третьем его выходах – сигнал логического «0».

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока хотя бы на один из его четвертых входов поступает сигнал логической «1», а на первый и второй входы – сигнал логического «0», то сигнал логической «1» поступает на один из входов первого логического элемента «ИЛИ» 17, на выходе которого и четвертом входе третьего логического элемента «И» 21 появляется сигнал логической «1». Сигнал логического нуля поступает на вход первого логического элемента «НЕ»14, на выходе которого и первом входе третьего логического элемента «И» 21 появляется сигнал логической «1». Сигнал логического нуля поступает на первый и второй входы первого логического элемента «И» 18, на его выходе и первом входе пятого логического элемента «И» 25 – сигнал логического «0». Так как на первый вход пятого логического элемента «И» 25 поступил сигнал логического «0», то на его выходе и третьем выходе логического блока – сигнал логического нуля. Сигнал логического нуля поступает на вход второго логического элемента «НЕ» 15, на выходе которого и втором входе третьего логического элемента «И» 21 появляется сигнал логической «1». Сигнал логической «1» с третьего входа логического блока поступает на третий вход третьего логического элемента «И» 21. Так как на все четыре входа третьего логического элемента «И» 21поступил сигнал логической «1» то на его выходе, входе третьего логического элемента «НЕ» 22 и первом входе четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 появляется сигнал логической «1». Так как на первый вход четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 поступает сигнал логической «1», то на его выходе и втором выходе логического блока фиксируется сигнал логической «1». При поступлении сигнала логической «1» на вход третьего логического элемента «НЕ» 22 на его выходе появляется сигнал логического «0» и поступает на второй вход четвертого логического элемента «И» 23. Так как на второй вход четвертого логического элемента «И» 23 поступил сигнал логического «0», то на его выходе и первом выходе логического блока – сигнал логического нуля. Таким образом, если на третий и хотя бы один из четвертых входов логического блока поступит сигнал логической «1», а на первый и второй его входы – сигнал логического «0», то на первом и третьем выходах логического блока фиксирован сигнал логического «0», а на втором его выходе – сигнал логической «1».

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый вход поступает сигнал логической «1», а на второй и четвертые входы – сигнал логического «0», то сигнал логической «1» поступает на вход первого логического элемента «НЕ» 14, на выходе которого и первом входе второго логического элемента «ИЛИ» 20 появляется сигнал логического «0». Так как на второй вход первого логического элемента «И» 18 поступает сигнал логического нуля, то на его выходе, втором входе второго логического элемента «ИЛИ» 20 и первом входе пятого логического элемента «И» 25 – сигнал логического «0». На выходе пятого логического элемента «И» 25 и третьем выходе логического блока фиксируется сигнал логического «0». Так как на оба входа второго логического элемента «ИЛИ» 20 поступили сигналы логического нуля то на его выходе и первом входе четвертого логического элемента «И» 23 – тоже сигнал логического «0». На выходе четвертого логического элемента «И» 23 и первом выходе логического блока фиксируется сигнал логического «0». Сигнал логического нуля со второго входа логического блока поступает на вход второго логического элемента «НЕ» 15, на выходе которого и на втором входе второго логического элемента «И» 19 появляется сигнал логической «1». Сигнал логической «1» с первого и третьего входов логического блока поступает соответственно на первый и третий входы второго логического элемента «И»19. Так как на все три входа второго логического элемента «И» 19 поступил сигнал логической «1» то на его выходе и втором входе четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 – также сигнал логической «1». Так как на второй вход четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 поступил сигнал логической «1», то на его выходе и втором выходе логического блока – тоже появляется сигнал логической «1». Таким образом, при поступлении сигнала логической «1» на первый и третий входы логического блока и сигнала логического «0» на второй и четвертые входы логического блока на его первом и третьем выходах – сигнал логического «0», а на втором его выходе – сигнал логической «1».

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его второй вход поступает сигнал логической «1», а на первый и четвертые входы – сигнал логического «0», то сигнал логической «1» поступает на вход второго логического элемента «НЕ» 15, на выходе которого появляется сигнал логического нуля и поступает на вторые входы второго и третьего логических элементов «И» 19 и 21 соответственно. На выходе второго логического элемента «И» 19 и втором входе четвертого логического элемента «ИЛИ»24 - сигнал логического нуля. На выходе третьего логического элемента «И» 21, входе третьего логического элемента «НЕ» 22 и первом входе четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 - сигнал логического нуля. Так как на оба входа четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 поступает сигнал логического нуля, то на его выходе и втором выходе логического блока фиксирован сигнал логического «0». Так как на вход третьего логического элемента «НЕ» 22 поступает сигнал логического нуля, то на его выходе и втором входе четвертого логического элемента «И» 23 – сигнал логической «1». Сигнал логического нуля поступает на вход первого логического элемента «НЕ»14, на выходе которого появляется сигнал логической «1» и поступает на первый вход второго логического элемента «ИЛИ» 20. На выходе второго логического элемента «ИЛИ» 20 появляется сигнал логической «1» и поступает на первый вход четвертого логического элемента «И» 23. Сигнал логической «1» поступает на вход блока задержки 16 и через выдержку времени появляется на его выходе и третьем входе четвертого логического элемента «И» 23. Так как на все три входа четвертого логического блока «И» 23 поступил сигнал логической «1», то на его выходе и первом выходе логического блока появляется сигнал логической «1». Сигнал логического нуля поступает на первый вход первого логического элемента «И» 18, на его выходе и первом входе пятого логического элемента «И» 25 - сигнал логического «0». Так как на первый вход пятого логического элемента «И» 25 поступает сигнал логического нуля, то на его выходе и третьем выходе логического блока фиксирован сигнал логического «0». Таким образом, если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его второй вход поступает сигнал логической «1», а на первый и четвертые входы – сигнал логического «0», то на первом выходе логического блока формируется сигнал логической «1», а на втором и третьем его выходах – сигнал логического «0».

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый и второй входы поступает сигнал логической «1», а на все четвертые входы – сигнал логического «0», то сигнал логической «1» поступает на вход первого логического элемента «НЕ» 14, на выходе которого и первом входе третьего логического элемента «И» 21 появляется сигнал логического нуля. При этом на выходе третьего логического элемента «И» 21, входе третьего логического элемента «НЕ» 22 и первом входе четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 появляется сигнал логического нуля. На выходе третьего логического элемента «НЕ» 22 появляется сигнал логической «1» и поступает на второй вход четвертого логического элемента «И» 23. Сигнал логической «1» поступает на первый и второй входы первого логического элемента «И» 18, на выходе которого, втором входе второго логического блока «ИЛИ» 20 и первом входе пятого логического элемента «И» 25 формируется сигнал логической «1». На выходе второго логического элемента «ИЛИ» 20 и первом входе четвертого логического элемента «И» 23 появляется сигнал логической «1». Сигнал логической «1» с третьего входа логического блока поступает на вход блока задержки 16 и на второй вход пятого логического элемента «И» 25, на выходе которого и третьем выходе логического блока формируется сигнал логической «1». Через выдержку времени сигнал логической «1» появляется на выходе блока задержки 16 и поступает на третий вход четвертого логического элемента «И» 23. Так как на все три входа четвертого логического элемента «И» 23 поступил сигнал логической «1» , то на его выходе и первом выходе логического блока появляется сигнал логической «1». Сигнал логической «1» поступает на вход второго логического элемента «НЕ» 15, на выходе которого и втором входе второго логического элемента «И» 19 появляется сигнал логического нуля. На выходе второго логического элемента «И» 19 и втором входе четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 – сигнал логического нуля. Так как на оба входа четвертого логического элемента «ИЛИ» 24 поступает сигнал логического нуля, то на его выходе и втором выходе логического блока фиксирован сигнал логического нуля. Таким образом, если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый и второй входы поступает сигнал логической «1», а на все четвертые входы – сигнал логического «0», то на первом и третьем выходах логического блока – сигнал логической «1», а на втором выходе – сигнал логического нуля.

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый и второй входы, а также хотя бы на один из четвертых входов поступает сигнал логической «1», то сигнал логической «1» поступит по крайней мере на один из входов первого логического элемента «ИЛИ» 17, на выходе которого и на четвертом входе третьего логического элемента «И» 21 появится сигнал логической «1».Однако на выходе третьего логического элемента «И» 21 сохранится сигнал логического нуля, так как на первый его вход поступит сигнал логического нуля с выхода первого логического элемента «НЕ» 14. В целом при поступлении сигналов логической «1» на первый, второй и третий входы логического блока схема работает также как и в предыдущем случае, независимо от сигналов поступающих на четвертые входы. Таким образом, если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый и второй входы, а также хотя бы на один из четвертых входов поступает сигнал логической «1», то на первом и третьем выходах логического блока – сигнал логической «1», а на втором выходе – сигнал логического нуля.

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый, а также хотя бы на один из четвертых входов поступает сигнал логической «1», а на второй вход – сигнал логического «0», то сигнал логической «1» поступит по крайней мере на один из входов первого логического элемента «ИЛИ» 17, на выходе которого и на четвертом входе третьего логического элемента «И» 21 появится сигнал логической «1», но на его выходе сохранится сигнал логического нуля, так как на первый вход третьего логического элемента «И» 21 поступает сигнал логического нуля с выхода первого логического элемента «НЕ» 14.В этой связи схема работает также как и в случае, когда сигнала логической «1» поступает только на первый и третий входы логического блока. Таким образом, если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его первый, а также хотя бы на один из четвертых входов поступает сигнал логической «1», а на второй вход – сигнал логического «0», то на втором выходе логического блока формируется сигнал логической «1», а на первом и третьем его выходах – сигнал логического нуля.

Если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его второй, а также хотя бы на один из четвертых входов поступает сигнал логической «1», а на первый вход – сигнал логического «0», то сигнал логической «1» поступит по крайней мере на один из входов первого логического элемента «ИЛИ» 17, на выходе которого и на четвертом входе третьего логического элемента «И» 21 появится сигнал логической «1», но на его выходе сохранится сигнал логического нуля, так как на второй вход третьего логического элемента «И» 21 поступает сигнал логического нуля с выхода второго логического элемента «НЕ» 15.

В этой связи схема работает также как и в случае, когда сигнала логической «1» поступает только на второй и третий входы логического блока. Таким образом, если при поступлении сигнала логической «1» на третий вход логического блока на его второй, а также хотя бы на один из четвертых входов поступает сигнал логической «1», а на первый вход – сигнал логического «0», то на первом выходе логического блока формируется сигнал логической «1», а на втором и третьем его выходах – сигнал логического нуля.

Устройство для предупредительного управления отключением генераторного агрегата, функциональная схема которого представлена на Фиг.1, работает следующим образом.

В исходном состоянии сигналы, пропорциональные активной нагрузке каждого из работающих ГА с выходов датчиков активной нагрузки 2.1, 2.2 … 2.n поступают на соответствующие входы блока сложения 7, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный суммарной нагрузке СЭЭС в данный момент времени (Р1). Этот сигнал поступает на первый вход блока сравнения 9. Датчики работы ГА 3.1, 3.2 … 3.n формируют на своих выходах сигналы логической «1», если соответствующий ГА работает и передают эту информацию на соответствующие первые входы блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный суммарной допустимой нагрузке всех работающих ГА (Р2). Этот сигнал поступает на второй вход блока сравнения 9. Если перегрузки нет, то на выходе блока 9 – сигнал логического «0», но на всех выходах логического блока 10 – сигнал логического «0», так как на его третьем входе – сигнал логического «0».

В случае подачи сигнала на отключение (остановку) отключаемого ГА (например, при нажатии кнопки «Стоп» системы дистанционного автоматизированного управления (ДАУ) генераторного агрегата) на выходе блока формирования сигнала на отключение ГА 1 появляется сигнал логической «1», который поступит на вход одновибратора 5, на выходе которого появится сигнал логической «1» заданной длительности t₂. Этот сигнал поступит на третий вход блока 8, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный допустимому значению активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА (Р2). Сигнал Р2 поступает на второй вход блока сравнения 9 и, если нагрузка сети не велика и Р1<Р2, то на его выходе сохраняется сигнал логического «0», который поступает на первый вход логического блока 10. Если все работающие параллельно ГА работоспособны, то на выходе блока контроля технического состояния отключаемого ГА 4 и всех выходах блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 … 6.k – сигнал логического нуля, который поступает на второй и все четвертые входы логического блока 10. Так как на третий вход логического блока 10 поступает сигнал логической «1» с выхода одновибратора 5, то на его первом выходе формируется сигнал логической «1», который поступает на вход блока отключения ГА 13, происходит отключение (останов) отключаемого ГА. Сигнал отключения ГА не блокируется. На втором и третьем выходах логического блока 10 – сигнал логического нуля. Если же в это время хотя бы один из генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, например g–ый, перешел в неработоспособное состояние, то на выходе соответствующего из блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, 6.g появится сигнал логической «1» и поступит на g–ый из четвертых входов логического блока 10. Так как в момент подачи сигнала логической «1» на третий вход логического блока 10 на его первый и второй входы поступает сигнал логического нуля, а на один из его четвертых входов поступает сигнал логической «1», то на первом и третьем выходе логического блока – сигнал логического нуля, а на втором его выходе – сигнал логической «1», сигнализирующий о том, что отключение агрегата заблокировано. То есть сигнал на отключение отключаемого генератора блокируется, работоспособный агрегат при отказе ГА, работающего параллельно, не отключается. Это важно, так как в случае выхода из строя одного из работающих генераторных агрегатов срабатывает аварийно-предупредительная сигнализация и в условиях экстремальной ситуации обслуживающий персонал часто нажимает кнопку останова не того ГА, отключая работоспособную машину и еще более усугубляя ситуацию. Предлагаемое изобретение позволяет избежать указанной ошибки. Дополнительные признаки данного технического решения обусловливают изменение алгоритма работы устройства предупредительного управления отключением генераторного агрегата, принятого за прототип, и поэтому являются существенными отличиями предлагаемого изобретения. При использовании устройства, принятого за прототип, произойдет отключение работоспособного агрегата, что приведет к возникновению опасной ситуации и при достижении параметров неработоспособного ГА критического значения к отключению отключаемых потребителей, приводящему к нарушению технологических процессов на судне.

В остальных режимах предлагаемое устройство работает также как и принятое за прототип.

Если нагрузка СЭЭС велика и в момент подачи команды на отключение отключаемого ГА (сигнал логической «1»будет сформирован блоком 1 и поступит на вход одновибратора 5, на выходе которого появится сигнал логической «1» заданной длительности и поступит на третий вход логического блока 10) окажется, что Р1>Р2, то на выходе блока сравнения 9 появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического блока 10. Если при этом отключаемый ГА работоспособен, то на выходе блока контроля технического состояния отключаемого ГА 4 и втором входе блока 10 - сигнал логического «0», на первом выходе логического блока 10 - сигнал логического «0», отключение блокируется. На втором выходе логического блока 10 появляется сигнал логической «1», который поступает на вход блока сигнализации 11, который информирует экипаж об ошибочных действиях. На третьем выходе блока 10 – сигнал логического «0» - отключение отключаемой части потребителей не происходит. Это произойдет независимо от технического состояния параллельно работающих ГА и сигналов, поступающих на четвертые входы логического блока 10 с блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 … 6.k.

Если же при выполнении условия Р1>Р2 окажется, что отключаемый ГА неработоспособен, то на выходе блока контроля технического состояния отключаемого ГА 4 появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход логического блока 10. Так как на первый, второй и третий входы логического блока 10 поступит сигнал логической «1», то на его третьем выходе появится сигнал логической «1», который поступит на вход блока отключения потребителей 12. Тогда произойдет отключение необходимого числа потребителей для выполнения условия Р1<Р2. При этом через выдержку времени t₂, достаточную для отключения выбранных групп потребителей, на первом выходе логического блока 10 также появляется сигнал логической «1», блокировки сигнала отключения ГА не произойдет и блок отключения 13 отключит отключаемый агрегат. Это произойдет независимо от технического состояния параллельно работающих ГА и сигналов, поступающих на четвертые входы логического блока 10 с блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 … 6.k.

Работа устройства.

В качестве примера рассмотрим СЭЭС с тремя ГА с номинальной мощностью по 100 кВт каждый (Рном.1= Рном.2=Рном.3=100кВт). Допустим, что все ГА работоспособны и работают, а нагрузка СЭЭС составляет 180 кВт. Предположим, что члены экипажа решили отключить ГА3 и нажали кнопку «Стоп» ДАУ третьего агрегата. В этом случае сигнал логической «1» с выхода блока формирования сигнала на отключение ГА1 (Фиг.1) поступит на вход одновибратора 5, на выходе которого появится сигнал логической «1» длительностью t=2с и поступит на второй вход блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8 и третий вход логического блока 10. Величина суммарной нагрузки трех ГА равна 180 кВт, поэтому на выходе блока сложения 7 формируется сигнал, пропорциональный 180 кВт, который поступит на первый вход блока сравнения 9. Так как сигнал, пропорциональный суммарной допустимой нагрузке всех работающих ГА в случае отключения ГА3 (Р2) в данном случае будет равен Р2=(Рном.1+ Рном.2 + Рном.3)- Рном.3 = 200 кВт, то на выходе блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА 8 появится сигнал, пропорциональный 200 кВт, и поступит на второй вход блока сравнения 9. Так как Р1 < Р2 (180 кВт < 200кВт), то на выходе блока сравнения 9 и первом входе логического блока 10 сохранится сигнал логического нуля. Так как все работающие ГА работоспособны, то на выходе блока контроля технического состояния отключаемого ГА 4 и выходах блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.1,6.2 – сигнал логического «0», который поступит на второй и первый и второй из четвертых входов логического блока 10. При этом на первом выходе логического блока 10 появится сигнал логической «1», который поступит на вход блока отключения ГА 13, третий агрегат будет отключен, сигнал отключения не блокируется. На втором и третьем выходах логического блока 10 – сигнал логического «0».

Если при этих же условиях произошел отказ одного из ГА, работающих параллельно с ГА3, например, второго, то на выходе второго из блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА 6.2 появится сигнал логической «1» и поступит на второй из четвертых входов логического блока 10. При этом на первом и третьем выходах логического блока 10 сохранится сигнал логического «0», а на втором его выходе и входе блока сигнализации 11 появится сигнал логической «1». На выходе блока 11 сформируется сигнал, информирующий экипаж об ошибочных действиях. Сигнал отключения ГА3 будет заблокирован, его отключение не произойдет. Потребители отключаться не будут. Если через некоторое время параметры неработоспособного, но продолжающего работать ГА2 достигнут критического значения и он будет отключен защитой, то на два работающих агрегата ГА1 и ГА3 придется 180кВт нагрузки, что вполне допустимо, не произойдет перегрузки и отключения потребителей.

Применение в этом случае устройства, принятого за прототип, не учитывающего техническое состояние ГА, работающих параллельно с отключаемым, приведет к отключению работоспособного ГА3. Нагрузка на ГА1 и ГА2 составит 180 кВт. В этом случае при достижении параметров ГА2 критического значения произойдет отключение отключаемых потребителей, например, способом описанным в патенте на изобретение RU 2 731 760, опубл. 08.09.2020, Бюл. №25. При этом удастся избежать аварийной ситуации, но будут отключены почти все потребители, кроме тех, которые обеспечивают безопасность судна, работу главного двигателя и рулевого управления.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет избежать неоправданного отключения потребителей, приводящее к нарушению технологических процессов на судне, что особенно актуально для рыбопромысловых судов, ведущих добычу, переработку и хранение рыбы и судов технического флота, плавучих буровых платформ.

В остальных режимах предлагаемое устройство работает аналогично устройству, принятому за прототип.

Если в момент нажатия кнопки «Стоп» ДАУ третьего агрегата нагрузка СЭЭС составляла 240 кВт, то сигнал на первом входе блока сравнения 9 превысит сигнал на его втором входе (240 кВт > 200 кВт). При этом на выходе блока 9 и первом входе логического блока 10 появится сигнал логической «1». Если при этом отключаемый ГА3 работоспособен, а работающий с ним параллельно ГА2 вышел из строя, то на второй вход логического блока 10 поступит сигнал логического «0», а на второй из четвертых его входов – сигнал логической «1». В этом случае сигнал отключения ГА3 будет заблокирован, на первом и третьем выходах логического блока – сигнал логического нуля, а на втором его выходе и входе блока сигнализации 11 появится сигнал логической «1». На выходе блока 11 сформируется сигнал, информирующий экипаж об ошибочных действиях. Если бы этого не произошло и ГА3 отключился, то на ГА1 и ГА2 пришлось бы 240 кВт, произошла бы перегрузка и обесточивание судна.

Если при данных условиях в момент нажатия кнопки «Стоп» ДАУ третьего агрегата ГА3 находится в неработоспособном состоянии, а работающие с ним ГА1 и ГА2 работоспособны, то на второй вход логического блока 10 поступит сигнал логической «1». В этом случае на третьем, а через выдержку времени t₂ = 1с и на первом выходах логического блока 10 появится сигнал логической «1», а на втором его выходе – сигнал логического нуля. Сигнал логической «1» с третьего выхода логического блока 10 поступит на вход блока отключения потребителей 12, который отключит группы отключаемых потребителей. При этом нагрузка сети уменьшится до значения, допустимого для работы двух ГА, например, до 180 кВт. Через время выдержки блока задержки 16 (Фиг.2) равное 1с на первом выходе логического блока появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения ГА, который отключит ГА3. В этом режиме отключение неработоспособного отключаемого ГА не блокируется, но осуществляется после отключения отключаемых потребителей. Оставшиеся в работе ГА примут на себя 180кВт нагрузки и не будут перегружены.

Если в момент нажатия кнопки «Стоп» ДАУ третьего агрегата нагрузка СЭЭС составляла 240 кВт, то сигнал на первом входе блока сравнения 9 превысит сигнал на его втором входе (240 кВт > 200 кВт). При этом на выходе блока 9 и первом входе логического блока 10 появится сигнал логической «1». Если при этом отключаемый ГА3 и работающий с ним параллельно ГА2 вышли из строя, то на второй вход логического блока 10 и на второй из четвертых его входов поступит сигнал логической «1». В этом случае на третьем, а через выдержку времени t₂ = 1с и на первом выходах логического блока 10 появится сигнал логической «1», а на втором его выходе – сигнал логического нуля. Сигнал логической «1» с третьего выхода логического блока 10 поступит на вход блока отключения потребителей 12, который отключит группы отключаемых потребителей. При этом нагрузка сети уменьшится до допустимой при отключении двух ГА, например до 80 кВт. Через время выдержки блока задержки 16 (Фиг.2) на первом выходе логического блока появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения ГА, который отключит ГА3. Если техническое состояние ГА2 будет продолжит ухудшаться и хотя бы один из его параметров достигнет критического значения, то он будет отключен защитой, но перегрузки не произойдет.

Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре Электропривода и электрооборудования береговых установок 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.

Использование: в области электротехники для предупредительного управления отключением генераторного агрегата (ГА) с целью защиты, например, судовых электроэнергетических систем (СЭЭС) от перегрузки, вызванной ошибочными действиями экипажа. Технический результат – повышение безопасности отключения ГА. Устройство содержит блок формирования сигнала на отключение ГА, по числу ГА: датчики активной нагрузки и датчики работы, а также блок контроля технического состояния отключаемого ГА, одновибратор, блок сложения, блок формирования допустимого значения активной нагрузки судовой электроэнергетической системы (СЭЭС) после отключения отключаемого ГА, блок сравнения, логический блок, блок сигнализации, блок отключения потребителей и блок отключения ГА; при этом выход блока формирования сигнала на отключение ГА соединен с входом одновибратора, выход каждого из датчиков активной нагрузки соединен с соответствующим входом блока сложения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения; выход каждого из датчиков работы ГА соединен с соответствующим из первых входов блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения; выход блока контроля технического состояния отключаемого ГА соединен со вторым входом логического блока; выход одновибратора соединен со вторым входом блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА и с третьим входом логического блока; выход блока сравнения соединен с первым входом логического блока, первый выход которого соединен с входом блока отключения ГА, второй выход логического блока соединен с блоком сигнализации, третий выход логического блока соединен с входом блока отключения потребителей, в отличие от прототипа, дополнительно содержит блоки контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, а логический блок имеет дополнительные четвертые входы, при этом выход каждого из блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, соединен с соответствующим из четвертых входов логического блока. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для предупредительного управления отключением генераторного агрегата (ГА), содержащее блок формирования сигнала на отключение ГА, по числу ГА: датчики активной нагрузки и датчики работы, а также блок контроля технического состояния отключаемого ГА, одновибратор, блок сложения, блок формирования допустимого значения активной нагрузки судовой электроэнергетической системы (СЭЭС) после отключения отключаемого ГА, блок сравнения, логический блок, блок сигнализации, блок отключения потребителей и блок отключения ГА; при этом выход блока формирования сигнала на отключение ГА соединен с входом одновибратора, выход каждого из датчиков активной нагрузки соединен с соответствующим входом блока сложения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения; выход каждого из датчиков работы ГА соединен с соответствующим из первых входов блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения; выход блока контроля технического состояния отключаемого ГА соединен со вторым входом логического блока; выход одновибратора соединен со вторым входом блока формирования допустимого значения активной нагрузки СЭЭС после отключения отключаемого ГА и с третьим входом логического блока; выход блока сравнения соединен с первым входом логического блока, первый выход которого соединен с входом блока отключения ГА, второй выход логического блока соединен с блоком сигнализации, третий выход логического блока соединен с входом блока отключения потребителей; отличающееся тем, что дополнительно содержит блоки контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, а логический блок имеет дополнительные четвертые входы, при этом выход каждого из блоков контроля технического состояния генераторных агрегатов, работающих параллельно с отключаемым ГА, соединен с соответствующим из четвертых входов логического блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что логический блок, включает в себя первый и второй логические элементы «НЕ», блок задержки, первый логический элемент «ИЛИ», первый и второй логические элементы «И», второй логический элемент «ИЛИ», третий логический элемент «И», третий логический элемент «НЕ», четвертый логический элемент «И», четвертый логический элемент «ИЛИ» и пятый логический элемент «И», причем первый вход логического блока соединен с входом первого логического элемента «НЕ», первым входом первого логического элемента «И» и первым входом второго логического элемента «И»; второй вход логического блока соединен со вторым входом первого логического элемента «И» и входом второго логического элемента «НЕ»; третий вход логического блока соединен с входом блока задержки, третьим входом второго логического элемента «И», третьим входом третьего логического элемента «И» и вторым входом пятого логического элемента «И»; четвертые входы логического блока соединены с соответствующими входами первого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с четвертым входом третьего логического элемента «И», выход первого логического элемента «НЕ» соединен с первым входом третьего логического элемента «И» и первым входом второго логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с первым входом четвертого логического элемента «И», выход первого логического элемента «И» соединен со вторым входом первого логического элемента «ИЛИ» и первым входом пятого логического элемента «И», выход второго логического элемента «НЕ» соединен со вторым входом третьего логического элемента «И» и со вторым входом второго логического элемента «И», выход которого соединен со вторым входом четвертого логического элемента «ИЛИ», выход блока задержки соединен с третьим входом четвертого логического элемента «И», выход которого соединен с первым выходом логического блока, выход третьего логического элемента «И» соединен с входом третьего логического элемента «НЕ» и первым входом четвертого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен со вторым выходом логического блока, выход третьего логического элемента «НЕ» соединен со вторым входом четвертого логического элемента «И», выход пятого логического элемента «И» соединен с третьим выходом логического блока.