RU220214U1 - Устройство управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата - Google Patents

Abstract

Полезная модель предназначена для использования в электротехнике. Устройство содержит трехфазный синхронный генератор, силовой агрегат, устройства для измерения электрических параметров, устройства защиты и управления дизель-генераторной установкой. Устройство управления дизель-генераторной установкой обеспечивает возможность электроснабжения нагрузки потребителей как от синхронного генератора, входящего в состав установки, так и от внешнего источника питания с автоматическим вводом резерва при возникновении неисправности в различных узлах дизель-генераторной установки. Устройство способно обеспечивать электроснабжение потребителей в пределах номинальной мощности применяемого синхронного генератора с обеспечением поддержания уровня напряжения в пределах ±10% от номинального значения. Обеспечена возможность аварийного отключения силовой установки при выходе параметров как синхронного генератора, так и силового агрегата за пределы допустимых значений.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам управления и защиты дизель-генераторных установок и может быть использована для создания устройств автоматического управления электроснабжением потребителей в условиях отсутствия (постоянного или периодического) централизованного электроснабжения.

Известна система для автономного электроснабжения потребителей, содержащая ветроэлектрическую установку, подключенную через стабилизатор, реле обратного тока, выпрямитель и инвертор к общим шинам электрической энергии, аккумуляторную батарею, подключенную между выпрямителем и инвертором, автономный источник питания, снабженный синхронизатором и регулятором вырабатываемой мощности, присоединенный к общим шинам, отличающаяся тем, что к управляющей и входной цепи инвертора подключен блок формирования сигналов, генерирующий управляющие сигналы определенной формы, к аккумуляторной батарее подключен блок управления режимами работы источников питания, содержащий промежуточное реле и реле времени, рабочие контакты реле тока и напряжения, стабилизатор и реле обратного тока установлены за инвертором, аккумуляторная батарея дополнительно в цепи соединения с инвертором содержит диод и заряжается от двухступенчатого зарядного устройства, подключаемого к общим шинам через контактор, в цепях автономного источника питания, потребителя электроэнергии и цепи заряда установлены реле тока, а за выпрямителем - реле напряжения, аккумуляторная батарея и выпрямитель подключены к инвертору через контакторы (патент RU 2382900 С1, МПК F03D 9/02, H02K 7/18, H02J 7/34).

Недостаток данной системы состоит в отсутствии возможности обеспечить работу нагрузки, подключаемой к системе автономного электроснабжения, от централизованной системы электроснабжения, что значительно сужает сферу применения предлагаемой системы.

Известно устройство гарантированного электроснабжения ответственных потребителей, подключенное к газопоршневой автономной электростанции, содержащее резервный дизель-генератор; блок развязки с энергосистемой, состоящей из выпрямителя, соединенного последовательно через шины постоянного тока с инвертором и подключенный к шине постоянного тока источник бесперебойного питания или аккумуляторную батарею, принимающую на себя мощность ответственных потребителей (неотключаемых) с момента отключения газопоршневой автономной электростанции до момента запуска резервного дизель-генератора; выключатель, использующийся для подключения автономной электростанции или аккумуляторной батареи к шине переменного тока; выключатель, использующийся для подключения дизель-генератора; средства автоматического отключения полностью отключаемых потребителей электроснабжения различной степени ответственности и напрямую ответственных потребителей; систему управления, подключенную к газопоршневой электростанции, дизель-генератору и источнику бесперебойного питания; шину переменного тока, от которой запитаны через средства автоматического отключения электроснабжения потребителей различной степени ответственности и напрямую ответственные потребители, отличающееся тем, что газопоршневая автономная электростанция подключена к шине переменного тока через блок развязки с энергосистемой, а источник бесперебойного питания или аккумуляторная батарея подключены к шине постоянного тока, расположенной между выходом выпрямителя и входом инвертора (патент RU 2410816 С2, МПК H02J 9/04).

Недостатками данного устройства являются: отсутствие возможности обеспечить работу нагрузки, подключаемой к системе автономного электроснабжения, от централизованной системы электроснабжения, что значительно сужает сферу применения предлагаемого устройства; а также высокая сложность устройства, вызванная необходимостью использования двойного преобразования энергии от аккумуляторной батареи или источника бесперебойного питания для электроснабжения потребителей.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) к предлагаемому устройству является система автономного резервного электроснабжения на базе дистанционно управляемой дизель-генераторной установки, отличающаяся тем, что содержит дизель-генераторную установку, автоматизированное рабочее место удаленного оператора, сервер автоматизированной информационной системы дистанционного управления дизель-генераторной установкой, соединенной с автоматизированным рабочим местом удаленного оператора каналом связи с удаленным оператором, щит дистанционного управления дизель-генераторной установкой, соединенный с сервером автономной информационной системы дистанционного управления дизель-генераторной установки каналом связи с сервером автоматизированной информационной системы дистанционного управления дизель-генераторной установки, устройство автоматизированного перевода нагрузки, управляющий вход которого подключен к щиту дистанционного управления дизель-генераторной установкой, устройство переключения нагрузки, сетевой вход которого является входом напряжения сети, а управляющий вход подключен к устройству автоматизированного перевода нагрузки, панель управления дизель-генераторной установки, вход которой соединен с выходом устройства автоматизированного перевода нагрузки, а выход соединен с входом управления дизель-генератора, выход напряжения которого соединен с входом напряжения дизель-генераторной установки устройства переключения нагрузки (патент RU 2678820 С1, МПК H02J 9/04).

Недостатком данной системы является то, что в данной системе не предусмотрена защита дизель-генераторной установки при возникновении неисправности в силовом агрегате. Также данная система характеризуется высокой сложностью в связи с необходимостью реализации устройства перевода нагрузки с автоматизированного перевода нагрузки, предполагающая выполнение полной синхронизации дизель-генераторной установки с сетью и обеспечение их параллельной работы.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании устройства управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата, способного обеспечить двухэтапную защиту дизель-генераторной установки в том числе и при возникновении неисправности в силовом агрегате, а также обеспечить перевод потребителей (нагрузки) с внешнего источника питания на дизель-генераторную установку или с дизель-генераторной установки на внешний источник питания как в случае исчезновения напряжения на используемом источнике питания, так и по внешнему сигналу.

Решение данной технической проблемы достигается тем, что в устройстве управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата, содержащем: трехфазный синхронный генератор; силовой агрегат, представляющий собой дизельный двигатель внутреннего сгорания; устройство измерения величины выходного тока, представляющее собой совокупность трех трансформаторов тока и измерительного устройства; устройство измерения величины выходного напряжения синхронного генератора; аппарат защиты синхронного генератора от перегрузки, представляющий собой автоматический выключатель с тепловым, электромагнитным и независимым расцепителями; коммутационный аппарат подключения нагрузки к выходу синхронного генератора, представляющий собой контактор; систему защиты и управления узлами и агрегатами дизель-генераторной установки на базе микроконтроллера, согласно изобретению, предусмотрена двухэтапная защита дизель-генераторной установки при возникновении неисправностей в силовом агрегате за счет использования показаний и сигналов с датчиков: давления масла, уровня охлаждающей жидкости, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива, или синхронном генераторе, которая реализует отключение нагрузки от синхронного генератора с возможным последующим полным отключением дизель-генераторной установки; а также реализована функция автоматического ввода резерва от внешнего источника питания, представляющая собой средство подключения к внешнему источнику питания; аппарат защиты сети от перегрузки, представляющий собой автоматический выключатель с тепловым и электромагнитным расцепителями; устройство измерения величины напряжения внешнего источника питания; коммутационный аппарат подключения нагрузки к внешнему источнику питания; при использовании которой исключается возможность параллельной работы дизель-генераторной установки с внешним источником питания, причем перевод нагрузки на внешний источник питания производится не только в случае исчезновения выходного напряжения генератора, но и по внешнему сигналу, в том числе в случае возникновения неисправности в синхронном генераторе или в силовом агрегате.

Обеспечение возможности осуществления защиты дизель-генераторной установки в том числе и при возникновении неисправности в силовом агрегате обусловлено использованием в цепях защиты дизель-генераторной установки сигналов с датчиков силового агрегата (давления масла, уровня охлаждающей жидкости, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива). При этом возможна реализация двухэтапной защиты: предварительное отключение нагрузки потребителей от синхронного генератора дизель-генераторной установки и полное отключение дизель-генераторной установки.

Обеспечение возможности перевода нагрузки на различные источники питания осуществляется за счет применения системы контакторов, цепи управления которых подключены таким образом, чтобы не допустить параллельной работы двух источников питания. Таким образом, повышается общая надежность устройства и достигается значительное упрощение конструкции без значительного снижения эксплуатационных показателей (перерыв подачи электропитания при переключении с дизель-генераторной установки на централизованную систему электроснабжения не превышает времени включения контактора и в общем случае составляет менее 0,1 секунды).

Существо предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена его принципиальная электрическая схема.

Устройство управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата состоит из силового агрегата (на чертеже не показан), синхронного генератора 1, устройства 2 измерения величины выходного тока, устройства 3 измерения величины выходного напряжения синхронного генератора, аппарат защиты 4 синхронного генератора от перегрузки, коммутационный аппарат 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора, аппарат защиты 6 сети от перегрузки, устройство 7 измерения величины напряжения внешнего источника питания, коммутационный аппарат 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания, микроконтроллер 9.

Синхронный генератор 1 представляет собой трехфазный синхронный генератор, приводимый во вращение силовым агрегатом дизель-генераторной установки.

Устройство 2 измерения величины выходного тока представляет собой совокупность трех трансформаторов тока и измерительного устройства, входящего в состав микроконтроллера 9.

Устройство 3 измерения величины выходного напряжения подключается к выходным клеммам устройства 2 измерения величины выходного тока и входит в состав микроконтроллера 9.

Аппарат защиты 4 синхронного генератора от перегрузки представляет собой автоматический выключатель с тепловым, электромагнитным и независимым расцепителями, причем независимый расцепитель автоматического выключателя имеет внешнее управление от микроконтроллера 9.

Коммутационный аппарат 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора представляет собой контактор, причем катушка включения контактора имеет внешнее управление от микроконтроллера 9.

Аппарат защиты 6 сети от перегрузки представляет собой автоматический выключатель с тепловым и электромагнитным расцепителями и не имеет внешнего управления.

Устройство 7 измерения величины напряжения внешнего источника питания подключается к клеммам присоединения внешнего источника питания (сети) и входит в состав микроконтроллера 9.

Коммутационный аппарат 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания представляет собой контактор, причем катушка включения контактора имеет внешнее управление от микроконтроллера 9.

Микроконтроллер 9, являющийся центральным устройством управления и образующий систему защиты и управления узлами и агрегатами дизель-генераторной установки, предназначен для управления всеми подключенными к нему узлами и устройствами, выполнения необходимых вычислений и выдачи управляющих сигналов на исполнительные устройства.

Синхронный генератор 1, приводимый во вращение силовым агрегатом (на чертеже не показан), подключается выходными клеммами к устройству 2 измерения величины выходного тока таким образом, чтобы весь ток, отдаваемый синхронным генератором 1, протекал через трансформаторы тока устройства 2 измерения величины выходного тока. Устройство 2 измерения величины выходного тока также подключается к микроконтроллеру 9 для обеспечения измерения величины протекающего тока. Устройство 3 измерения величины выходного напряжения подключается к выходным клеммам устройства 2 измерения величины выходного тока и к микроконтроллеру 9 таким образом, чтобы обеспечивать измерение величины напряжения на выходе синхронного генератора 1. Аппарат защиты 4 синхронного генератора от перегрузки подключается к выходным клеммам устройства 2 измерения величины выходного тока таким образом, чтобы при его отключении синхронный генератор 1 переходил в режим холостого хода, причем независимый расцепитель аппарата защиты 4 синхронного генератора от перегрузки подключается через микроконтроллер 9, за счет чего обеспечивается возможность управления аппаратом защиты 4 синхронного генератора от перегрузки путем подачи сигнала от микроконтроллера 9. Коммутационный аппарат 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора подключается к выходным клеммам аппарата защиты 4 синхронного генератора от перегрузки таким образом, чтобы при его отключении происходило отключение нагрузки от синхронного генератора 1 и его переход в режим холостого хода, причем катушка управления коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора подключается через микроконтроллер 9, за счет чего обеспечивается возможность управления коммутационным аппаратом 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора путем подачи сигнала от микроконтроллера 9. Аппарат защиты 6 сети от перегрузки подключается к внешнему источнику питания (сети) таким образом, чтобы при его отключении происходило полное отключение устройства от внешнего источника питания (сети). Устройство 7 измерения величины напряжения внешнего источника питания подключения к выходным клеммам аппарата защиты 6 сети от перегрузки таким образом, чтобы обеспечивать измерение величины напряжения внешнего источника питания (сети). Коммутационный аппарат 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания подключается к выходным клеммам аппарата защиты 6 сети от перегрузки таким образом, чтобы при его отключении происходило отключение от внешнего источника питания (сети) силовых цепей устройства управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата, в том числе нагрузки, причем катушка управления коммутационного аппарата 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания подключается через микроконтроллер 9, за счет чего обеспечивается возможность управления коммутационным аппаратом 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания путем подачи сигнала от микроконтроллера 9. Микроконтроллер 9 дополнительно подключается к датчикам давления масла, уровня охлаждающей жидкости, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива силового агрегата (на чертеже не показан) таким образом, чтобы обеспечивать снятие сигналов с упомянутых датчиков.

Устройство управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата работает следующим образом. В режиме работы, когда нагрузка подключена к сети во включенном состоянии, находятся: аппарат защиты 4 синхронного генератора от перегрузки, аппарат защиты 6 сети от перегрузки, коммутационный аппарат 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания, а коммутационный аппарат 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора находится в отключенном состоянии. В данном случае нагрузка получает электропитание от внешнего источника питания. Данный режим работы может продолжаться неограниченно длительное время. В случае исчезновения напряжения на внешнем источнике питания произойдет автоматическое отключение коммутационного аппарата 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания в связи с исчезновением питающего напряжения, а также устройством 7 измерения величины напряжения внешнего источника питания будет зафиксировано исчезновение напряжения на внешнем источнике питания. В таком случае будет произведен запуск силового агрегата и вывод его на номинальный режим работы. При определении устройством 3 измерения величины выходного напряжения наличия напряжения на выходе генератора микроконтроллером 9 будет выдан сигнал на включение коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора. В данном случае нагрузка будет получать электропитание от синхронного генератора 1 дизель-генераторной установки. Данный режим работы может продолжаться неограниченно длительное время. При переводе электропитания нагрузки от внешнего источника питания (сети) на синхронный генератор 1 в автоматическом режиме (при исчезновении напряжения на внешнем источнике питания) продолжительность перерыва в электроснабжении будет определяться временем, необходимым на запуск дизель-генераторной установки и выводом ее на номинальный режим работы. Перевод электропитания нагрузки от внешнего источника питания (сети) на синхронный генератор 1 в ручном режиме по внешнему сигналу подразумевает предварительный запуск дизель-генераторной установки и вывод ее на номинальный режим работы, после чего микроконтроллером 9 обеспечивается последовательное отключение коммутационного аппарата 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания и включение коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора. Тогда продолжительность перерыва в электроснабжении будет определяться временем, необходимым для включения контактора коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора. Перевод электропитания нагрузки от синхронного генератора 1 на внешний источник питания (сеть) также может выполняться в ручном и в автоматическом режиме. В ручном режиме перевод электропитания нагрузки происходит по внешнему сигналу управления, при этом микроконтроллер 9 обеспечивает последовательное отключение коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора и включение коммутационного аппарата 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания. В автоматическом режиме перевод электропитания нагрузки от синхронного генератора 1 на внешний источник питания (сеть) выполняется в случае возникновения неисправности в силовом агрегате (срабатывание датчиков давления масла, уровня охлаждающей жидкости, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива силового агрегата (на чертеже не показан)) или в случае исчезновения напряжения на выходе синхронного генератора 1 или в случае превышения величиной потребляемого нагрузкой тока предельного уровня. В данном случае микроконтроллер 9 обеспечивает последовательное отключение коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора и включение коммутационного аппарата 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания. Причем при возникновении неисправности в силовом агрегате (на чертеже не показан) или синхронном генераторе 1 дизель-генераторной установки происходит отключение ее от нагрузки путем отключения коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора даже в случае отсутствия напряжения на внешнем источнике питания (сети). В таком случае не происходит включения коммутационного аппарата 8 подключения нагрузки к внешнему источнику питания. В данном случае остановка силового агрегата (на чертеже не показан) производится только в случае возникновения неисправности в силовом агрегате: при исчезновении напряжения на выходе силового генератора производится только отключение коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора до момента его восстановления, а при превышении величиной потребляемого нагрузкой тока предельного уровня происходит отключение коммутационного аппарата 5 подключения нагрузки к выходу синхронного генератора до подачи сигнала внешнего управление на подключение нагрузки к выходу синхронного генератора 1. Таким образом, обеспечивается двухэтапная защита дизель-генераторной установки. Включение коммутационного аппарата 9 подключения нагрузки к внешнему источнику питания (сети) возможно исключительно при наличии напряжения на внешнем источнике питания (сети). При этом при переключениях источника электропитания нагрузки исключается возможность параллельной работы дизель-генераторной установки с внешним источником питания за счет последовательного характера операций с коммутационными аппаратами 5 и 8.

Таким образом, применение данного устройства позволит обеспечить двухэтапную защиту дизель-генераторной установки при возникновении неисправностей в силовом агрегате и/или синхронном генераторе, которая позволяет повысить надежность работы дизель-генераторной установки за счет обеспечения возможности временного снятия нагрузки для охлаждения узлов и элементов дизель-генераторной установки и восстановления нормальных показателей ее работы; а также обеспечить функцию автоматического ввода резерва с исключением параллельной работы дизель-генераторной установки с внешним источником питания.

В представляемом устройстве решены недостатки, присущие устройству, выбранному в качестве прототипа, а именно: обеспечена возможность контроля параметров силового агрегата и использование данных параметров при формировании функций защиты дизель-генераторной установки, а также обеспечена максимальная простота и ремонтопригодность конструкции устройства, что положительно сказывается на эксплуатационной надежности устройства.

Claims (1)

1. Устройство управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата, содержащее: трехфазный синхронный генератор, силовой агрегат, представляющий собой дизельный двигатель внутреннего сгорания, устройство измерения величины выходного тока, представляющее собой совокупность трех трансформаторов тока и измерительного устройства, устройство измерения величины выходного напряжения синхронного генератора, аппарат защиты синхронного генератора от перегрузки, представляющий собой автоматический выключатель с тепловым, электромагнитным и независимым расцепителями, коммутационный аппарат подключения нагрузки к выходу синхронного генератора, представляющий собой контактор, систему защиты и управления узлами и агрегатами дизель-генераторной установки на базе микроконтроллера, отличающееся тем, что коммутационный аппарат подключения нагрузки к выходу синхронного генератора подключается к выходным клеммам аппарата защиты синхронного генератора от перегрузки таким образом, чтобы при его отключении происходило отключение нагрузки от синхронного генератора и его переход в режим холостого хода, причем катушка управления коммутационного аппарата подключения нагрузки к выходу синхронного генератора подключается через микроконтроллер, который дополнительно подключается к датчикам давления масла, уровня охлаждающей жидкости, температуры охлаждающей жидкости, уровня топлива дизель-генераторной установки таким образом, чтобы обеспечить снятие сигналов с датчиков; кроме того, в устройстве управления дизель-генераторной установкой на базе синхронного генератора и силового агрегата содержится автоматический ввод резерва от внешнего источника питания, который состоит из аппарата защиты сети от перегрузки, представляющего собой автоматический выключатель с тепловым и электромагнитным расцепителями, устройства измерения величины напряжения внешнего источника питания и коммутационного аппарата подключения нагрузки к внешнему источнику питания, при этом устройство измерения величины напряжения внешнего источника питания и коммутационный аппарат подключения нагрузки к внешнему источнику питания подключаются к выходным клеммам аппарата защиты сети от перегрузки таким образом, что при отключении коммутационного аппарата подключения нагрузки к внешнему источнику питания происходит отключение от внешнего источника питания силовых цепей устройства управления дизель-генераторной установки, в том числе нагрузки, причем катушка управления коммутационного аппарата подключения нагрузки к внешнему источнику питания подключается через микроконтроллер, который последовательно переключает коммутационные аппараты подключения нагрузки к внешнему источнику питания и к выходу синхронного генератора так, что один из них включен, а другой - отключен, причем подключение нагрузки на внешний источник питания производится как в случае исчезновения выходного напряжения синхронного генератора, так и по внешнему сигналу, в том числе в случае возникновения неисправности в дизель-генераторной установке.

Images