5.4 . Выбор и описание системы управления судовой электростанцией .

Распределение активной нагрузки

Основные сведения

Если включить СГ на параллельную работу с соблюдением перечисленных выше условий, он останется работать в режиме холостого хода.

Поэтому вслед за включением генератора на шины его надо нагрузить, при этом распределяя нагрузку между включенными СГ пропорционально их номинальным активным мощностям.

Распределение активной нагрузки осуществляют путем изменения подачи топлива (пара), т. е. по регуляторным характеристикам ПД. Равномерность распределения зависит от наклона (статизма) характе­ристик (рис. 7).

Рисунок 7 – Регуляторные характеристики приводных двигателей СГ при распределении активных нагрузок

Предположим, что для каждого из двух приводных двигателей по отдельности были сняты регуляторные характеристики 1 и 2, которые изображены на рисунке 7.

После включения генераторов на параллельную работу их угловые скорости должны быть одинаковы и равны, например, номинальной угловой скорости ω_ном. Напомним, что если угловые скорости приводных двигателей неодинаковы, то, значит, неодинаковы частоты тока генераторов ( например, f₁ ≠ f₂, 49 ≠ 51 Гц ), что недопустимо при параллельной работе.

Как следует из рис. 7, одинаковой угловой скорости ω_номсоответствуют разные значения активной мощности генераторов, а именно: для генератора со статической характеристикой 1 это значение равно Р , а для генератора с характернистикой 2 – Р ( чтобы найти эти значения мощности, надо при значении скорости ω = ω_ном провести вспомогательную горизонтальную прямую до ее пересечения с характеристиками 1 и 2, а затем эти точки пересечения спроектировать на горизонтльную полуось активных мощностей ).

При этом меньшему наклону ( меньшему статизму ) характеристики соответ­ствует большая активная нагрузка генератора, что следует из сравне­ния регуляторных характеристик 1 и 2.

Таким образом, при одинаковой (номиналь­ной) частоте вращения ω активная нагрузка 1-го генератора составляет Р , а второго - Р ,причемР >Р

Для того чтобы распределить активные нагрузки и в то же время оставить частоту генераторов неизменной, надо увеличить подачу топлива (пара) на ГА, имеющий меньшую нагруз­ку, и одновременно уменьшить подачу топлива (пара) на ГА большей нагрузкой.

При этом регуляторные характеристики переместятся параллельно самим себе: характеристика 2 второго ГА вверх, а характеристика 1 первого ГА вниз.

Изменение подачи топлива (пара) следует прекратить в момент, когда характеристики пересекут­ся в точке А. Каждый генератор будет нагружен одинаковой мощностью: Р = ( Р + Р ) / 2.

Системы распределения активной нагрузки с базовым генератором

Важной особенностью систем автоматического распределения активной нагрузки является выделение так называемого базового генератора, у которого исключают воздействие серводвигателя на топливную рейку дизеля. По этой причине положение регуляторной характеристики базового генератора не изменяется.

Выделение базово­го генератора связано с тем, что без него частота системы из несколь-ких параллельно работающих СГ становится неопределенной и произ­вольно изменяется в обе стороны от номинальной. Переходный процесс становится колебательным, а работа системы распределения нагруз­ки - неустойчивой.

По отношению к базовому остальные генераторы являются подстраиваемыми.

Рисунок 8 – Система автоматического распределения активных нагрузок СГ:

а – структурная схема; б – регуляторные характеристики приводных двигателей СГ

При автоматическом распределении активной нагрузки (рис. 8, а ) используют датчики активного тока В1 и В2, подключаемые к генера­торам через трансформаторы напряжения ТV1 и ТV2 и трансформаторы тока ТА1 и ТА2.

Выходы этих датчиков соединены последовательно, а напряжения на выходах направлены встречно. Такой способ соедине­ния выходов называют дифференциальной схемой.

Результирующий сигнал в виде напряжения определенного значения и полярности поступает на вход усилителя А2, на выход которого подключен серво­двигатель М2 приводного двигателя подстраиваемого генератора G2.

Серводвигатель М1 приводного двигателя базового генератора G1 не связан с усилителем А2, что исключает воздействие на него со стороны системы автоматического распределения активных нагрузок.

В исходном состоянии базовый G1 и подстраиваемый G2 генерато­ры нагружены каждый мощностью P , т. е. общая нагрузка составляет 2P Этому состоянию соответствует точка А (рис. 8, б).

При увеличе­нии общей нагрузки до значения ( Р + Р ) угловая скорость обоих генераторов уменьшится до ω и нагрузка базового генератора составит Р , подстраиваемого - Р .

Равновесие между напряжениями на выхо­дах датчиков В1 и В2 нарушится, поэтому серводвигатель М2 начнет уменьшать подачу топлива дизеля ПД2.

Регуляторная характеристика 2 подстраиваемого генератора переместится вниз и займет положение характеристики 2'.

Новое состояние равновесия наступит в точке В пересечения характеристик 1 и 2'. При этом положение регуляторной характеристики базового генератора не изменилось.

Каждый генератор нагружен одинаковой мощностью: Р = (Р + Р ) / 2.

Угловая скорость обоих генераторов также одинакова и составляет ω .

Наличие зон нечувствительности регуляторов частоты вращения ПД генераторов приводит к тому, что нагрузки параллельно работающих генераторов распределяются с некоторой погрешностью ΔР, значение которой не должно превышать ±10 % номинальной активной мощности наибольше­го генератора.

Системы распределения активной нагрузки с повышенной точностью регулирования скорости

Недостатком рассмотренной выше системы автоматического распределе­ния активной нагрузки ( рис.9) является изменение частоты вращения СГ при изменении нагрузки.

Рисунок 9 – Регуляторные характеристики приводных двигателей при распределении активных нагрузок СГ с сохранением частоты

Если требуется повышенная стабильность частоты, серводвигатель М1 приводного двигателя ПД1 генератора G1 включается через усили­тель А1 на датчик частоты В .

Пусть в исходном состоя­нии общая нагрузка СЭС составляет 2P , регуляторные характеристики 1 и 2 пересекаются в общей точке А.

При номинальной угло­вой скорости ω каждый генератор нагружен мощностью P . Увели­чение нагрузки СЭС до значения 2Р сопровождается снижением угловой скорости и возникновением токов в усилителях А1 и А2 . Включение серводвигателей М1 и М2 приведет к параллель­ному смещению регуляторных характеристик и восстановлению частоты. Работа серводвигателей прекратится в момент времени, когда характеристики пересекутся в точке В.

Подобное пропорциональное распределение активной мощности с сохранением частоты ранее выполняли устройства типа УРЧН (устрой­ства автоматического регулирования частоты и распределения актив­ной нагрузки), которые применялись совместно с датчиком частоты.

В связи с внедрением новых типов 2-импульсных регуляторов частоты вращения ПД задача поддержания частоты исключена из функций автоматизированных устройств СЭС.

В настоящее время распределение активных нагрузок выполняют устройство распределения мощности типа УРМ в системе "Ижора" ( включено постоянно, пока работает генератор) и блок распределе­ния нагрузок генератора типа БРНГ в системе "Ижора-М".

Распределение реактивной нагрузки

Основные сведения

Распределение реактивной нагрузки при параллельной работе СГ проводится путем изменения тока возбуждения генераторов: у перегруженного генератора ток возбуждения уменьшают, а у недогруженного - увеличивают.

При ручном перераспределении реактивных нагрузок ( если нет АРН или он не работает ) токи возбуждения изменяют при помощи ручных реостатов ( регуляторов ) возбуждения, маховички которых выведены на лицевую часть генераторной секции каждого генератора.

При наличии АРН распределение реактивных нагрузок осуществляется автоматически, при помощи компенсаторов реактивной нагрузки.

Равно­мерность распределения зависит от наклона внешних характеристик СГ, при чем меньшему наклону характеристики соответствует больший ток нагрузки, что следует из сравнения внешних характеристик 1 и 2 ( рис.10 ).

Рисунок 10 – Внешние характеристики СГ при распределении реактивных нагрузок

Предположим, что для каждого из генераторов по отдельности были сняты внешние характеристики 1 и 2, которые изображены на рис. 10.

После включения генераторов на параллельную работу их угловые скорости должны быть одинаковы и равны, например, номинальной угловой скорости ω_ном. Напомним, что если угловые скорости приводных двигателей неодинаковы, то, значит, неодинаковычастоты тока генераторов ( например, f₁ ≠ f₂, 49 ≠ 51 Гц ), что недопустимо при параллельной работе.

Как следует из рис. 10, одинаковой угловой скорости ω_номсоответствуют разные значения тока генераторов, а именно: для генератора с внешней характеристикой 1 это значение равно I , а для генератора с характеристикой 2 – I ( чтобы найти эти значения токов, надо при значении скорости ω = ω_ном провести вспомогательную горизонтальную прямую до ее пересечения с характеристиками 1 и 2, а затем эти точки пересечения спроектировать на горизонтальную полуось активных мощностей ).

При этом меньшему наклону ( меньшему статизму ) характеристики соответ­ствует больший ток нагрузки генератора, что следует из сравне­ния внешних характеристик 1 и 2.

При одинаковом номинальном напряжении U ток нагруз­ки 1-го генератора составляет I , а 2-го - I , причем I >I .

Для того чтобы распределить реактивные нагрузки и в то же время оставить напряжение СГ неизменным, надо увеличить ток возбуждения генератора с меньшим током нагрузки и одновременно уменьшить у генератора с большим током нагрузки.

При этом внешние характеристики СГ переместятся параллельно самим себе: характерис­тика 2 вверх, а характеристика 1 вниз. Изменение токов возбужде­ния надо прекратить в точке А ( рис.10 ), где реактивные нагрузки равны.

Автоматическое распределение реактивной нагрузки СГ

При параллельной работе СГ автоматическое распределение реактивной нагрузки обеспечивают реактивные компенсаторы ( см. п. 4. Реактивные компенсаторы ).В отсутствие реактивных компенсаторов реактивную нагрузку распределяют при помощи т.н. уравнительных связей ( рис. 11 ).

Рисунок 11 – Принципиальная схема различных способов подключения уравнительных связей между параллельно работающими СГ

Для однотипных генераторов с одинаковым номинальным напря­жением возбуждения уравнительную связь устанавливают между обмотками возбуждения, т. е. на стороне постоянного тока. При замыкании контактов КМ1 обмотки возбуждения соединяются параллельно, поэтому любое изменение напряжения на одной из них автоматиче­ски приводит к такому же изменению напряжения на другой.

Уравнительные соединения применяют также на стороне переменного тока. Для СГ одинаковой мощности могут быть установлены уравнительные соединения между выходными обмотками L3 компаундирующих трансформаторов. При замыкании контактов КМ2 эти обмотки соединяются параллельно, поэтому изменение напряжения на одной из них вызовет такое же изменение напряжения на другой.

Для СГ разной мощности, имеющих разные напряжения возбуждения, применяют дополнительные обмотки L4 с одинаковыми выходными напряжениями. Если реактивные нагрузки СГ одинаковы, то в уравни­тельных проводах, соединяющих эти обмотки, токи не протекают. При изменении реактивной нагрузки одного из генераторов возникающие между обмотками L4 уравнительные токи будут подмагничивать магнитопровод одного из компаундирующих трансформаторов и размагничивать магнитопровод другого, что приведет к выравниванию реактивных нагрузок генераторов.