Схемы судовых электростанций постоянного тока. На рис. 21.1 изображена схема судовой электростанции постоянного тока напряжением 220 В с двумя основными и одним стояночным генераторами. Все три генератора подключаются к шинам ГЭРЩ с помощью автоматических выключателей, устанавливаемых на генераторных секциях щита. Схема допускает параллельную работу генераторов.
Для регулирования возбуждения при одиночной работе генератора и переводе нагрузки с одного генератора на другой предусмотрен реостат возбуждения Rв При стоянке судна необходимое питание приемников обеспечивается стояночным генератором G3. Защита генераторов от, токов короткого замыкания осуществляется автоматическими выключателями, имеющими реле максимального тока КА и реле времени КТ. Последнее представляет собой электромагнитное реле с выдержкой времени до 0,6 с. При перегрузке генератора током, превышающим номинальный, действие реле КА при отключении замедляется часовым механизмом, выдержка времени которого достигает 10 с и более. Защита генератора от перехода в двигательный режим осуществляется с помощью реле обратного тока КОА, которое срабатывает при значениях обратного тока, равных 10-15% номинального.
Положения автоматического выключателя контролируются сигнальными лампами: включение - лампой Н1, выключение - лампой Н2. Лампы включают и выключают с помощью блокирующих контактов К. Для контроля работы генераторов Правила Регистра рекомендуют в данных установках следующие приборы. Каждый генератор снабжается одним амперметром. Благодаря применению переключателя SV несколько вольтметров заменяются одним для всех генераторов. Этим же вольтметром с помощью переключателя измеряется сопротивление изоляции сети, находящейся под напряжением.
Для восстановления остаточного намагничивания предназначен двухполюсный выключатель SA, с помощью которого подается напряжение на обмотку возбуждения генератора от шин электростанции. В контрольно-измерительных и защитных цепях устанавливаются предохранители, необходимые для защиты проводов вто-ричной коммутации от коротких замыканий в этих цепях. Кабели потребителей защищены от токов короткого замыкания и перегрузки установочными автоматическими выключателями с электромагнитными и тепловыми расцепителями.
Параллельная работа генераторов постоянного тока
Для включения генератора со смешанным возбуждением на параллельную работу с другим работающим генератором после подготовки включаемого генератора к пуску запускают его первичный двигатель и доводят напряжение включаемого генератора до напряжения работающего генератора (напряжения на шинах ГЭРЩ).
Для предотвращения перехода включаемого генератора в двигательный режим рекомендуется с помощью регулятора напряжения довести напряжение подключаемого генератора до значения, превышающего напряжение на шинах на 2-3 В.
После этого включают автоматический выключатель подключаемого генератора, если выключатель трехполюсный и один из полюсов используется для соединения с уравнительной шиной.
Если автоматические выключатели (рубильники) генераторов двухполюсные и для присоединения к уравнительной шине установлен отдельный однополюсный (уравнительный) рубильник, то в этом случае перед включением подключаемого генератора необходимо раньше включить уравнительный рубильник. Нагрузку на подключенный генератор переводят с помощью регуляторов возбуждения. Для этого увеличивают э. д. с. включенного генератора или снижают ее.
Для сохранения напряжения на шинах неизменным при распределении нагрузки управляют регуляторами возбуждения обоих генераторов: у подключенного генератора возбуждение увеличивают, а у работающего уменьшают.
При параллельной работе генераторов необходимо следить за равномерным (пропорциональным) распределением их нагрузки. При отключении одного из параллельно работающих генераторов его нагрузку переводят на остающиеся. Генератор отключают при нагрузке, близкой к нулю, не допуская его перехода в двигательный режим.
Схемы судовых электростанций переменного тока.
Схема судовой электростанции переменного тока (рис. 21.2) состоит из двух основных и одного резервного генераторов. Синхронные генераторы с самовозбуждением G1-G3, применяемые в современных установках, подключаются к ГЭРЩ с помощью автоматических выключателей. Схема коммутации электростанции обеспечивает параллельную работу трех генераторов. Секции щита соединяются автоматическим выключателем QF5. При коротком замыкании на ГЭРЩ выключатель разделяет секции щита, обеспечивая таким образом бесперебойное питание потребителей от неповрежденной части щита. Отходящие фидеры отключаются и включаются установочными выключателями, находящимися на распределительных секциях щита.
Синхронные генераторы, как и генераторы постоянного тока, защищены от токов короткого замыкания, перегрузки и перехода в двигательный режим. Защита от токов короткого замыкания и перегрузки осуществляется автоматическими выключателями QF1- QF3. Положение их контролируется сигнальными лампами Hl и Н2. От перехода в двигательный режим генераторы защищены реле обратной мощности КОМ.
Регулирование возбуждения и поддержание постоянного напряжения генера¬тора осуществляется автоматическим регулятором напряжения. Гашение поля производится подключением с помощью рубильника SГ резистора RГ и обмотке возбуждения генератора.
Подача топлива или пара в первичный двигатель регулируется дистанционно серводвигателем СД установленным на дизеле или турбине. Переключатель дис-танционного управления SДУ серводвигателя СД имеет 3 положения: среднее - выключено, правое и левое обеспечивают вращение серводвигателя в разных направлениях. Переключатель дает возможность плавно изменять частоту тока генератора при синхронизации и регулировать распределение активной нагрузки между генераторами.
На схеме рис. 21.2 показаны установленные на щитах измерительные приборы, а также схема их включения и переключатели амперметра SA, вольтметра и частотомера SV для одного генератора. Амперметр РА переключателем SA включается без разрыва цепи на ток каждого трансформатора, измеряя токи в фазах А и С, а также на суммарный ток двух трансформаторов тока. Известно, что сумма токов двух фаз в трехфазной системе без нейтрального провода всегда равна току третьей фазы; поэтому в данном случае амперметр измеряет ток фазы В. Вольтметр включается через переключатель SV для измерения напряжений между фазами генератора А и В, В и С, С и А.
На схеме показаны цепи питания приборов синхронизации.
Схема предусматривает вольтметр для замера напряжения на секциях шин, приборы контроля или измерения сопротивления изоляции сети под напряжением и устройства синхронизации генераторов.
Схемы включения генераторов переменного тока на параллельную работу.
На рис. 21.3 представлена принципиальная схема точной синхронизации генераторов. Генераторы включают в такой последовательности (предположим, что генератор G1 работает, а генератор G2 подключается):
1 ) с помощью регуляторов возбуждения РВ по вольтметрам PV уравнивают напряжения генераторов;
2) воздействуя на серводвигатель СД который механически связан с регулятором частоты вращения первичного двигателя, с помощью переключателя дистанционного управления серводвигателем SДУ изменяют подачу топлива (или пара) первичного двигателя генератора и уравнивают частоты вращения генераторов, контролируя это по частотомерам PF;
3) выключателем S1 включают одну обмотку синхроноскопа S на шины ГЭРЩ электростанции, а другую через переключатель S2 на напряжение генератора G2. Изменением подачи топлива первичного двигателя генератора добиваются наиболее медленного вращения стрелки синхроноскопа (т. е. минимальной разности частот тока генераторов) и в момент, когда стрелка прибора проходит красную отметку, что соответствует совпадению напряжений подключаемого генератора и сети по фазе, включают генератор G2 на шины электростанции.
Осуществление точной синхронизации генераторов требует от обслуживающего персонала достаточного опыта и затраты определенного времени. При неточном включении возможны броски тока, превышающие значительно значения номинального тока генератора, представляющие опасность для механической прочности генератора, а также вызывающие большие колебания напряжения и его провалы.
В таком случае подключенный генератор может не втянуться в параллельную работу, а работавшие генераторы могут выпасть из синхронной работы; потребители электроэнергии могут отключиться от шин электростанции и т. п.
Чтобы исключить возможные ошибки обслуживающего персонала, процесс включения генераторов способом точной синхронизации в большинстве случаев автоматизируют.
На рис. 21.4, а показана принципиальная схема грубой синхронизации генераторов. Из названия видно, что данный способ не обеспечивает идеальных условий включения генераторов и параллельную работу. Наоборот, для упрощения процесса включения генераторов преднамеренно идут на определенный бросок тока, значение которого ограничивается индуктивным сопротивлением х1 реактора L.
Грубая синхронизация генераторов осуществляется в следующем порядке:
1)уравнивают напряжения и частоты генераторов, пользуясь теми же аппаратами и приборами, что и при точной синхронизации;
2) замыкают контакт К2 и таким образом включают генератор G2 на параллельную работу через реактор L;
3)после спадания первоначального броска тока и уменьшения колебаний напряжения генераторов включают генератор G2 и размыкают контакт К2.
Как правило, автоматический выключатель генератора включается через 3-5 с после включения реактора.
Следовательно, при грубой синхронизации в отличие от точной включение генераторов на параллельную работу обычно производится при наличии угла сдвига фаз δ между напряжениями генераторов (см. векторную диаграмму на рис. 21.4, б), что связано с броском уравнительного тока между генераторами под действием геометрической разности их напряжений ΔU:
Значение сопротивления xL реактора выбирается значительно превышающим сумму сопротивлений генераторов (xG1 + xG2) с таким расчетом, чтобы бросок тока не вызвал снижения напряжения менее 85% и повышения более 120% номинального.
Очевидно, что при точной синхронизации Δ U и 1 равны нулю.
Грубая синхронизация генераторов применяется на электростанциях таких судов, где трудно осуществить точную синхронизацию (например, при большой нестабильности напряжения и частоты).
Автоматизация грубой синхронизации осуществляется более простыми средствами по сравнению с точной.
Распределение нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами.
После подключения на параллельную работу синхронного генератора, нагрузка которого в это время близка к нулю, его необходимо нагрузить.
Распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами производится регулированием тока возбуждения. Изменение тока возбуждения осуществляется изменением значения сопротивления уставки системы автоматического регулирования напряжения или ручным регулятором возбуждения.
Распределение активной нагрузки между параллельно работающими синхронными генераторами производится регулированием вращающего момента первичных двигателей, а следовательно, и их частоты вращения путем воздействия на систему подачи топлива (пара) первичного двигателя. Это устанавливается на ГЭРЩ кнопками управления серводвигателями на регуляторы частоты вращения первичных двигателей.
При переводе нагрузки с одного синхронного генератора на другой следует одновременно изменять токи возбуждения у подключенного и работающего генераторов, а также их вращающие моменты, благодаря чему обеспечивается постоянство напряжения и частоты тока сети.
Поскольку первичные двигатели судовых генераторных агрегатов всегда снабжены автоматическими регуляторами частоты вращения, если синхронные генераторы имеют автоматические регуляторы напряжения, нагрузку между параллельно работающими генераторами можно перераспределять, воздействуя на первичный двигатель только одного из генераторных агрегатов.
После принудительного распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, произведенного при включении, генераторы в дальнейшем должны самостоятельно поддерживать распределение нагрузок в заданной им пропорции.
Распределение реактивных нагрузок между генераторами во время их параллельной работы достигается применением генераторов, обладающих соответствием характеристик систем автоматического регулирования возбуждения, наладкой этих систем и уравнительными связями между ними.
Для обеспечения распределения активных нагрузок между генераторами во время их параллельной работы необходимо, чтобы характеристики регулирования частоты вращения первичных двигателей был и статическими. При равных наклонах (статизмах) относительных статических характеристик регулирования частоты вращения первичных двигателей характеристики совпадают и активные нагрузки будут распределяться между синхронными генераторами пропорционально их номинальным мощностям.
На рис. 21.5 приведены статические характеристики 1 и 2 регулирования первичных двигателей двух генераторов.
Во время параллельной работы генераторов, например одинаковой мощности, при номинальной частоте вращения пном первый генератор отдает в сеть активную мощность Р1 а второй - Р2, т. е. их активные нагрузки неодинаковы, так как характеристики не совпадают.
Во всех случаях относительные характеристики регулирования первичных двигателей генераторов, предназначенных для совместной параллельной работы, должны совпадать.
Механические регуляторы частоты вращения современных первичных двигателей обычно имеют приспособление для изменения статизма регуляторной характеристики в пределах от 2 до 6%. Такое значение статизма позволяет с достаточной для практики степенью точности обеспечить пропорциональное распределение активных мощностей между параллельно работающими синхронными генераторами.
Параллельная работа синхронных генераторов в процессе эксплуатации судов вызывает в большинстве случаев ухудшение работы регуляторов частоты вращения первичных двигателей генераторов вследствие разладки, износа или неудовлетворительной наладки после ремонта.
Поэтому при ремонте первичных двигателей генераторных агрегатов необходимо уделять особое внимание ремонту и наладке работы автоматических регуляторов частоты вращения, а также регулировать статизм их характеристик, чтобы активные нагрузки распределялись пропорционально номинальным мощностям генераторов.
В связи с недостатками механических регуляторов частоты вращения первичных двигателей в последнее время на судах начали применять электрические устройства автоматического распределения активной нагрузки, непосредственно воздействующие на существующие регуляторы частоты вращения.
Надо помнить, что синхронный генератор, работающий параллельно с другими генераторами, следует отключать после снятия с него нагрузки.
Литература
Судовой механик: Справочник. Том 3 - Фока А.А. (2016)
