книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации
..pdfнагрузки. Относительное изменение напряжения генера тора при увеличении его реактивной мощности назы вают статизмом по реактивной мощности. Для парал лельно работающих генераторов статизм по реактивной мощности должен быть одинаковым. При неодинаковом статизме по реактивной мощности и одинаковом напря жении параллельно работающих генераторов распреде-
Р н с . 21. Р а с п р е д е л е н и е р е а к т и в н о й м о щ н о с т и
м е ж д у п а р а л л е л ь н о р а б о т а ю щ и м и г е н е р а т о р а м и
(I и Я)
ление реактивной мощности между ними будет проис ходить не пропорционально их номинальным мощнос тям, как показано на рис. 21. Из графика видно, что при равном статизме по реактивной мощности распреде ление последней между генераторами I и II было бы пропорциональным их номинальным мощностям. При различном статизме пропорциональное распределение реактивной мощности между генераторами, включенны ми на параллельную работу, нарушается.
Устойчивая параллельная работа генератора ГСФ-100 с сетью возможна лишь при наличии статизма по реактивной мощности. В таком случае большей реак тивной мощности соответствует меньшее напряжение генератора. По так как напряжение определяется сетью и снижение его невозможно, то увеличение реактивной мощности генератора при неизменном напряжении сети также невозможно. Для обеспечения .необходимого ста тизма п(. реактивной мощности генератор ГСФ-100 имеет специальное устройство параллельной работы,
61
увеличивающее напряжение |
на |
входе измерительного |
органа его корректора е ростом |
реактивной нагрузки, |
|
что ведет к увеличению тока |
управления дросселя Д У , |
|
снижению тока возбуждения генератора и, следователь но, уменьшению напряжения на его зажимах.
Параллельная работа двух генераторов ГСФ с про порциональным распределением реактивной мощности может быть достигнута также и без статизма по реак тивной мощности, путем связи их устройств параллель ной работы уравнительными проводами для обеспечения самобалаиса системы по реактивной мощности.
Устройство параллельной работы (УПР), входящее в состав генераторов ГСФ, состоит (см. рис. 18) из сле дующих элементов: измерительного трансформатора то ка '1Г\ трансформатора параллельной работы ТПР\ со противлений параллельной работы RTI1 и RI72-, пере ключателя вида работы ПВ2, переключение которого позволяет осуществлять параллельную работу либо со статизмом без уравнительных проводов, либо без ста тизма с уравнительными проводами (в первом случае ПВ2 устанавливают в положение статизма, во втором случае — в положение без статизма).
При автономной работе генератора переключатель ПВ2 устанавливают в положение без статизма. При на грузке генератора во вторичной обмотке измерительного трансформатора тока ТТ наводится ток, пропорциональ ный току нагрузки генератора. Ток вторичной обмотки трансформатора ТТ разветвляется в точке а на две со
ставляющие, |
которые, обтекая участки |
сопротивления |
R fll и RT12 |
и обе половины вторичной |
обмотки транс |
форматора ТПР, сходятся в точке б. |
|
|
Число витков обеих полуобмоток одинаково; поэтому по ним протекают равные и противоположные токи, а при равенстве обтекаемых токов участков сопротивле ний RIJ1 и RTJ2 равны и противоположны и напряже ния на них. В этом случае результирующее напряжение на вторичной обмотке равно нулю, и вторичная обмотка ТПР не оказывает никакого влияния на первичную об мотку этого трансформатора, включенную последова тельно в измерительную цепь корректора напряжения. Таким образом, при автономной работе УПР не оказы вает никакого влияния на работу генератора.
Для получения статизма по реактивной мощности
62
переключатель ПВ2 устанавливают в положение «Статизм», шунтируя часть сопротивления RT12. Так как в этом случае сопротивления участков РП1 и RIJ2 не бу дут равны, то нарушится равенство напряжений на них, и 'результирующее напряжение на вторичной обмотке ТПР не будет равно нулю. Соответственно напряжению вторичной обмотки возникает напряжение и на первич ной обмотке ТПР, так как он рассчитан таким образом, что его сердечник не насыщен. Нагрузкой трансформа
тора |
являются |
активные |
со |
|
|
||||
противления; |
поэтому |
напря |
|
|
|||||
жение, |
индуктируемое |
в |
пер |
|
|
||||
вичной |
обмотке |
ТПР, |
пропор |
|
|
||||
ционально |
току |
нагрузки |
ге |
|
|
||||
нератора и |
находится |
с |
ним |
|
|
||||
в фазе. |
|
|
обмотка |
ТПР |
|
|
|||
Первичная |
|
|
|
||||||
включена |
последовательно в |
|
|
||||||
измерительную |
цепь корректо |
|
|
||||||
ра, |
поэтому |
напряжение |
на |
Р и с . 22. |
В е к т о р н а я д и а |
||||
измерительном |
органе |
коррек |
|||||||
тора |
|
равно |
геометрической |
г р а м м а |
н а п р я ж е н и я и |
||||
|
т о к о в |
г е н е р а т о р а |
|||||||
сумме |
напряжений генератора |
|
|
||||||
и первичной обмотки ТПР. На рис. 22 представлена век торная диаграмма напряжений и токов генератора. Измерительный_ орган корректора включен на линейное напряжение и Св фаз С и В генератора; трансформатор тока ТТ включен в фазу А. При холостом ходе напря жение на измерительном органе" корректора равно ли нейному напряжению и Св.
Если генератор нагружен током /д, отстающим от
напряжения UA на угол ср, то |
на первичной_обмотке |
||
трансформатора |
ТПР появится |
напряжение |
Uвд, про |
порциональное току 1А и находящееся с ним |
в фазе. |
||
В этом случае |
напряжение на |
измерительном , органе |
|
корректора будет равно геометрической сумме напря жений генератора и первичной обмотки ТПР, т. е. век тору Псд. Таким образом, при появлении нагрузки гене
ратора |
напряжение на |
измерительном |
органе его кор |
ректора возрастает. Разложим вектор напряжения Uвд |
|||
на две |
составляющие: |
активную _ U BF , |
находящуюся в |
фазе с напряжением генератора UA , и реактивную USE. отстающую на 90° от напряжения UА.
63
Напряжение U B F мало по сравнению с U C B , склады вается с ним под прямым углом, а__значпт,' очень мало влияет на его величину. Наоборот, U BE , совпадающее по направлению с UCB, полностью к нему прибавляется. Напряжение U BE совпадает по направлению с реактив ной составляющей тока фазы А; поэтому очевидно, что изменение напряжения на зажимах измерительного органа корректора происходит в основном за счет ко-
Р н с . 23 . С х е м а |
п а р а л л е л ь н о й р а б о т ы д в у х г е н е р а т о р о в |
( I и / / ) |
с у р а в н и т е л ь н ы м и с о е д и н е н и я м и |
лебания величины этой составляющей. Изменение ак тивной составляющей тока нагрузки генератора не ока зывает практически влияния на измерительный орган его корректора напряжения.
Таким образом, с ростом реактивной нагрузки гене ратора напряжение на входе измерительного органа его корректора будет увеличиваться, что приведет к росту тока управления дрооселя Д У , уменьшению тока воз буждения генератора и снижению напряжения на его зажимах: следовательно, генератор будет обладать статизмом по реактивной мощности.
Параллельная работа генераторов без статизма с уравнительными проводами осуществлена по схеме, представленной на рис. 23. Переключатели ПВ2 уст ройств параллельной работы обоих генераторов уста
64
новлены в положение без статизма. Участки 1—2 сопротивлений RT12 обоих генераторов связаны уравни тельными проводами УП, которые замыкаются блокконтактами автоматов АВГ генераторов. У каждого ге нератора УПР настроено таким образом, чтобы при но минальной нагрузке напряжения на участках / —2 сопротивлений RI11 и RI72 были равны 25 в у всех па раллельно работающих генераторов.
Поэтому если нагрузка параллельно, работающих ге нераторов распределена между ними .пропорционально их номинальным мощностям, то напряжения на участ ках 1— 2 их сопротивлений RT12 (соединенных уравни тельными проводами) равны, и в этих проводах не. воз никает уравнительных токов. При этом, как и в случае автономной работы, напряжения да ,первичных обмот ках трансформаторов ТПР параллельно работающих генераторов равны нулю.
Если по какой-либо причине у одного из генераторов изменится реактивный ток нагрузки, . например увели чится ток генератора /, то это приведет к увеличению напряжения на сопротивлении RTIL Увеличение напря жения на | сопротивлении RT12 будет значительно меньше, так как параллельно ему подключено уравни тельными проводами 'сопротивление RTI2 генератора II и приращение вторичного тока трансформатора ТТ, вы званное увеличением тока нагрузки генератора /, соз дает меньшее изменение напряжения на RII2 ввиду того, что часть этого тока ответвляется в уравнительные провода. Баланс напряжений на участках 1—2 сопро тивлений RI11 и 'RII2 у генератора I нарушится, и на первичной обмотке его ТПР появится напряжение, уве личивающее напряжение (Измерительного органа коррек тора; при этом ток возбуждения генератора I будет уменьшаться. ■
Возникший уравнительный ток приведет к увеличе нию напряжения на сопротивлении кП2 генератора II, так как он суммируется со вторичным током его транс форматора тока |7Т. Это приведет к нарушению балан са напряжений на участках 1—2 сопротивлений RIII и
R n 2 генератора II, |
и на первичной обмотке его ТПР |
||||
появится напряжение обратного !знака |
(по |
отношению |
|||
к |
напряжению |
на |
первичной обмотке |
ТПР |
генерато |
ра |
/). В этом |
случае напряжение на измерительном ор- |
|||
3 В . А . А н д р е й к о в и д р . |
65 |
гане корректора генератора II уменьшится, а следова тельно, увеличится его ток возбуждения. Уменьшение тока возбуждения генератора / и увеличение тока воз буждения генератора II при одинаковом напряжении приведут к выравниванию их реактивных токов. Таким образом, система параллельной работы с уравнительны ми проводами самобалаисируется по реактивной мощ ности.
Генераторы ГСФ с приведенной системой автомати ческого регулирования напряжения обеспечивают:
точность регулирования напряжения 6 = + 2 % при изменении нагрузки в пределах 0— 100% номинальной и коэффициенте мощности 1—0,4;
максимальное отклонение напряжения во время пе реходного процесса о = + 10% при внезапном изменении нагрузки в пределах 100—50— 100% номинальной;
длительность переходного процесса т=^0,5 сек при изменении нагрузки в указанных выше пределах;
нестабильность напряжения В ^ ± ’1% при любой не изменной нагрузке в пределах от холостого хода до но минальной с коэффициентом мощности 1—0,8.
Глава II
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ.
ЗАЩИТА ,0Т АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ
£ 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ
Автоматизированные электроагрегаты в отличие от неавтоматизированных снабжены устройствами и меха низмами, обеспечивающими их длительную работу без обслуживающего персонала. В зависимости от назначе ния электроагрегата, а также конкретных условий его эксплуатации, может быть осуществлена та или иная степень его автоматизации. В соответствии с ГОСТом 10032—62 предусмотрены три степени автоматизации. При этом главным критерием определения степени авто матизации электроагрегата принята полнота автомати зации и его способность нормально работать в течение длительного времени без обслуживающего персонала.
Система автоматизации электроагрегатов включает практически все типы основных элементов, применяемых в автоматических устройствах:
воспринимающие элементы (датчики), которые вос принимают изменения параметров управляемого процес са электроагрегата и, преобразовав их в удобный для дальнейшего использования вид, передают в последую щие звенья системы;
задающие элементы (задатчики), при помощи кото рых устанавливают значение или закон изменения вели чины, характеризующей управляемый процесс;
сравнивающие элементы (нуль-органы), автоматиче ски сравнивающие фактические значения выходных па раметров процесса с заданными и сигнализирующие о их рассогласовании;
3* 67
йреббразующие элементы, которые преобразуют сиг налы в вид, удобный для воздействия 'на последующие элементы системы, и, в частности, усиливают эти сиг налы;
исполнительные элементы, непосредственно воздейст вующие на органы управления электроагрегата;
стабилизирующие устройства, используемые в неко торых системах автоматизации 'для повышения надеж ности и четкости их работы.
Электроагре |
Восприни |
Сравниваю |
Задающий |
|
гат (объект |
мающий |
|||
щий элемент |
элемент |
|||
регулирова |
элемент |
|||
(нуль-орган) |
(задатчик) |
|||
ния) |
(датчик) |
|||
|
|
|||
|
Стабилизирующее |
|
|
|
|
устройство |
|
|
|
Исполнитель |
|
Преобразую |
|
|
ныйэлемент |
« ----------------------- щий элемент |
|
||
— |
|
|
|
|
Рис. 24. Структурная схема системы автоматизации электроагрегатов
Структурная (схема системы автоматизации электро агрегатов показана на рис. 24. Элементы системы могут быть конструктивно выполнены 'в виде различных уст ройств. В ряде случаев одно такое устройство может выполнять две функции и (более, т. е. 'объединять в своем составе несколько типовых элементов. 1
В практике разработки и производства электроагре гатов наибольшее распространение получили электриче ские системы автоматизации, использующие в основном электромагнитные и электромеханические . элементы. В настоящее время идут работы по созданию систем ав томатизации электроагрегатов на .пневматических эле ментах, но они еще не вышли за рамки разработки опытных образцов.
Кроме элементов, непосредственно применяемых для автоматизации и контроля того или иного процесса, в системах автоматизации электроагрегатов используют также приборы сигнализации и блокировки. В качестве
ей
сигнальных приборов обычно применяют сигнальные лампы, световые табло, сигнальные реле и акустические приборы. Система блокировки, выполняемая при помо щи электрических ; и электромеханических приборов, предназначена для предотвращения неправильных дей ствий обслуживающего персонала или системы автома тизации (при аварийном ее состоянии), а также для предотвращения внезапного автоматического пуска электроагрегата в момент его технического обслужива ния или ремонта.
При разработке системы автоматизации дизель-элек- трических агрегатов : учитывают следующие основные факторы:
назначение ’электроагрегатов и их место в системе электроснабжения потребителей;
типы дизелей и генераторов, входящих в состав электроагрегатов, системы пуска дизелей, топливо- и маслоснабжения и системы охлаждения;
условия окружающей среды, в которой должны ра ботать электроагрегаты;
требования потребителей .к качеству электроэнергии
идопустимые перерывы в их электроснабжении;: степень обслуживания электроагрегатов;
технико-экономическое 'обоснование для выбора оп тимального объема автоматизации;
надежность и ■стабильность работы элементов систе мы автоматизации и простота эксплуатации;
производственная база для изготовления элементов системы автоматизации.
§5. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ
>НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ ■
Предварительные замечания. , Подавляющее боль шинство автоматизированных дизель-электрических (аг регатов, выпущенных в нашей стране до 1965 г., были изготовлены с контактными электрическими элементами в системах их автоматизации. Наибольшее практическое применение в системах автоматизации таких электро
агрегатов получили: • комбинированные реле КР, используемые для авто
матического контроля и защиты дизеля от аварийных температур и ’ давления в системах охлаждения и смазки;
центробежное трехимпульсное реле РЦ-3, обеспечи вающее контроль за скоростью вращения вала дизеля и ротора генератора;
реле уровня РУС-3 и конструкции Рижского дизелестроительного завода, позволяющие контролировать уровень топлива и охлаждающей жидкости в системах электроагрегата;
электромагнитные и магнитоэлектрические реле по стоянного и переменного тока;
электромеханические и механические исполнитель ные устройства и механизмы;
сигнальные электрические лампы и световые табло. Устройство автоматизированных электроагрегатов, а также контактных элементов, применяемых в их си
стемах автоматизации, подробно описано в литературе [5, 7]. Опыт эксплуатации этих электроагрегатов пока зал, что их системы автоматизации имеют ряд сущест венных недостатков, основные из которых следующие:
недостаточно высокая надежность работы; большая чувствительность к ударным и вибрацион
ным нагрузкам; ограниченность условий применения (например, ком
бинированные реле КР допускают эксплуатацию лишь при температуре окружающего воздуха от -}-8 до
+50° С).
Впоследние годы рядом организаций были проведе ны работы по созданию бесконтактных элементов си стем автоматизации, выполненных при широком исполь зовании различных полупроводниковых приборов: тер мосопротивлений, диодов, триодов и т. п.
Внастоящее время начат серийный выпуск таких элементов, которые находят все более широкое приме нение в системах автоматизации промышленных устано вок и дизель-электрических агрегатов. Это объясняется тем, что элементы, выполненные на полупроводниковых приборах, обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с контактными элементами систем авто матизации электроагрегатов. Основные преимущества следующие:
высокая механическая прочность при ударных и виб рационных нагрузках;
большой диапазон температур, в котором нормально работают полупроводниковые приборы;
70