RU2623106C1

RU2623106C1 - Method of automatic unloading of parallelly operating generator units

Info

Publication number: RU2623106C1
Application number: RU2016118975A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Широков
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2017-06-22

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method of automatic unloading of parallel generator units (HA) is that continuously monitor the technical condition of each HA by measuring a parameter indicative of its operating condition and comparing the measured parameter with a critical value, and the coincidence of the compared value signal is formed by summation of measured active loads both HA, while the total active HA load exceeds the allowable load value of HA, before the emergency shutdown of an inoperative HA, a signal is generated to turn off the pre-selected electricity consumers.

EFFECT: increasing the reliability of generator sets protection against overload.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электростанций от перегрузки в аварийных ситуациях.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to protect marine power plants from overload in emergency situations.

Известен способ автоматической разгрузки генераторных агрегатов (Α.Π. Баранов. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / СПб.: Судостроение, 2005, 338 с., рис. 12.13а), согласно которому измеряют активную нагрузку каждого из работающих генераторных агрегатов (ГА), сравнивают ее с допустимой величиной и, если нагрузка превышает допустимую, то через выдержку времени отключают заранее выбранные группы потребителей электроэнергии.There is a method of automatic unloading of generator assemblies (Α.Π. Baranov. Ship automated electric power systems: Textbook for universities. 2nd ed., Revised and revised / SPb .: Shipbuilding, 2005, 338 p., Fig. 12.13a ), according to which the active load of each of the operating generating sets (GA) is measured, it is compared with the permissible value, and if the load exceeds the permissible one, then the previously selected groups of electricity consumers are turned off after a time delay.

Данный способ позволяет защитить ГА от перегрузки за счет отключения группы потребителей электроэнергии и снижения нагрузки. Но при этом в случае аварийного отключения одного или нескольких параллельно работающих ГА вся нагрузка в течение выдержки времени придется на оставшиеся в работе агрегаты, что может привести к их остановке или выходу из строя.This method allows you to protect the GA from overload due to disconnection of a group of consumers of electricity and reduce load. But at the same time, in the event of an emergency shutdown of one or several GA in parallel, the entire load during the time delay will be on the units remaining in operation, which can lead to their shutdown or failure.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ, реализованный устройством для автоматической разгрузки генераторов по АС SU 1365241, МПК Η02J 3/24, опубл. 1988. Способ заключается в том, что при параллельной работе ГА контролируют активную нагрузку и напряжение каждого из них и в случае аварийного отключения одного из ГА от сети и при условии, что напряжение неработоспособного ГА в норме и активная нагрузка оставшегося в работе генератора выше заданного значения отключают заранее выбранные потребители электроэнергии.Closest to the proposed invention relates to a method implemented by a device for automatic unloading of generators according to AC SU 1365241, IPC Η02J 3/24, publ. 1988. The method consists in the fact that in parallel operation of the GA, the active load and voltage of each of them are controlled in the event of an emergency disconnection of one of the GA from the network and provided that the voltage of the inoperative GA is normal and the active load of the generator remaining in operation is higher than the specified value disconnect pre-selected consumers of electricity.

Недостатком указанного способа является то, что сигнал на отключение потребителей подается только после отключения неработоспособного ГА. При этом нагрузка на работающий агрегат возрастает практически в два раза, что во многих случаях приводит к его остановке и перерыву в подаче электроэнергии.The disadvantage of this method is that the signal to turn off consumers is given only after turning off an inoperative GA. In this case, the load on the running unit increases almost twice, which in many cases leads to its stop and interruption in the supply of electricity.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности защиты ГА от перегрузки.The aim of the present invention is to increase the reliability of the protection of GA from overload.

Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: способ автоматической разгрузки параллельно работающих генераторных агрегатов (ГА), заключающийся в том, что непрерывно контролируют техническое состояние каждого ГА путем измерения параметра, характеризующего его рабочее состояние, и сравнения измеренного параметра с критическим значением, и при совпадении сравниваемых величин формируют сигнал на суммирование измеряемых активных нагрузок обоих ГА, при этом, если суммарная активная нагрузка ГА превышает допустимое значение нагрузки одного ГА, то до момента аварийного отключения неработоспособного ГА формируют сигнал на отключение заранее выбранных потребителей электроэнергии.To achieve the specified technical result, the following set of essential features is used: a method for automatically unloading parallel-running generator units (GA), which consists in continuously monitoring the technical condition of each GA by measuring a parameter characterizing its operating state and comparing the measured parameter with a critical value, and when the compared values coincide, they form a signal for the summation of the measured active loads of both GA, moreover, if the total I HA active load exceeds the allowable load value of HA until the emergency stop inoperable form HA signal at preselected tripping of electricity consumers.

Сущность изобретения заключается в том, что отключение потребителей электроэнергии происходит не так, как в прототипе, - после выхода из работоспособного состояния и отключения одного из ГА, а до аварийного отключения агрегата, причем только в том случае, если измеренная суммарная активная нагрузка ГА превысит допустимое значение одного ГА. Если же суммарная нагрузка параллельно работающих ГА окажется меньше максимально допустимого значения нагрузки одного из них, отключение потребителей не произойдет. В этомслучае при аварийном отключении одного из ГА оставшийся в работе агрегат сможет принять на себя всю нагрузку.The essence of the invention lies in the fact that the disconnection of electricity consumers does not occur as in the prototype, after exiting an operational state and disconnecting one of the GA, but before the emergency shutdown of the unit, and only if the measured total active load of the GA exceeds the permissible the value of one GA. If the total load of the parallel operating GAs turns out to be less than the maximum permissible load value of one of them, consumers will not be disconnected. In this case, during an emergency shutdown of one of the GAs, the unit remaining in operation will be able to bear the entire load.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - повышение надежности защиты ГА от перегрузки - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed method and the prototype showed that the task is to increase the reliability of the protection of the GA from overload - is solved as a result of a new set of features, which proves the conformity of the proposed invention with the patentability criterion of "novelty".

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».In turn, the information search in the field of power supply did not reveal solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows us to conclude that the method meets the criterion of "inventive step".

Сущность указанного способа поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы двух ГА.The essence of this method is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a functional diagram of a device that implements the proposed method, for example, the parallel operation of two GA.

Устройство (фиг. 1) содержит первый и второй генераторные агрегаты (ГА) 1, 2, работающие параллельно (например, дизель-генераторные агрегаты, турбогенераторные агрегаты и т.д.). Первый выход первого ГА 1 соединен с входом первого датчика активной нагрузки 3, первый выход второго ГА 2 соединен с входом второго датчика активной нагрузки 4, вторые выходы ГА 1 и 2 соединены с соответствующими входами блока контроля технического состояния генераторных агрегатов 5, на выходе которого формируется сигнал логической единицы, если хотя бы один их контролируемых параметров (температуры охлаждающей воды или смазочного масла дизеля и т.д.), приблизился к критическому значению, свидетельствующему о неработоспособности агрегата. В качестве блока контроля технического состояния может быть использована схема, аналогичная той, которая формирует на судне обобщающий сигнал аварийно-предупредительной сигнализации (АПС) при превышении температуры охлаждающей воды или смазочного масла дизеля. Выходы первого датчика активной нагрузки 3 соединены с первым входом блока коммутации 6, выход второго датчика активной нагрузки 4 соединен с вторым входом блока коммутации 6. Выход блока контроля технического состояния 5 соединен с третьим входом блока коммутации 6. Блок коммутации 6 выполнен таким образом, что при поступлении сигнала логической единицы на его третий вход на его первом и втором выходах формируются сигналы, поступающие на первый и второй входы блока 7 соответственно. В качестве блока коммутации 6 может быть использовано электромагнитное реле с двумя парами контактов или контактор и т.п. Первый и второй выходы блока коммутации 6 соединены с первым и вторым входами суммирующего блока 7, выход которого соединен с входом порогового блока 8, выход которого в свою очередь соединен с входом блока отключения 9 потребителей электроэнергии, выход которого подключен к входам потребителей электроэнергии 10.1, 10.2 … 10.n. В качестве блока отключения 9 может быть использовано электромагнитное реле с размыкающимся контактом, последовательно включенным в цепь минимального расцепителя автоматического выключателя, при помощи которого отключаемые потребители электроэнергии подключаются к шинам главного распределительного щита. Суммирующий и пороговый блоки могут быть выполнены, например, на базе операционных усилителей.The device (Fig. 1) contains the first and second generator units (HA) 1, 2, operating in parallel (for example, diesel generator units, turbo-generating units, etc.). The first output of the first GA 1 is connected to the input of the first active load sensor 3, the first output of the second GA 2 is connected to the input of the second active load sensor 4, the second outputs of GA 1 and 2 are connected to the corresponding inputs of the control unit of the technical condition of the generating units 5, at the output of which is formed a logical unit signal, if at least one of the monitored parameters (temperature of cooling water or diesel lubricating oil, etc.) is close to a critical value, indicating the unit is inoperative. As a unit for monitoring the technical condition, a circuit similar to that which generates a generalized alarm signaling signaling device (APS) on a vessel when the temperature of cooling water or diesel lubricating oil is exceeded can be used. The outputs of the first active load sensor 3 are connected to the first input of the switching unit 6, the output of the second active load sensor 4 is connected to the second input of the switching unit 6. The output of the technical condition monitoring unit 5 is connected to the third input of the switching unit 6. The switching unit 6 is designed so that when a logical unit signal arrives at its third input at its first and second outputs, signals are generated that arrive at the first and second inputs of block 7, respectively. As the switching unit 6, an electromagnetic relay with two pairs of contacts or a contactor, etc. can be used. The first and second outputs of the switching unit 6 are connected to the first and second inputs of the summing unit 7, the output of which is connected to the input of the threshold unit 8, the output of which is in turn connected to the input of the shutdown unit 9 of the electricity consumers, the output of which is connected to the inputs of the electricity consumers 10.1, 10.2 ... 10.n. As the shutdown unit 9, an electromagnetic relay with an open contact, sequentially connected to the circuit of the minimum release of the circuit breaker, with which disconnected consumers of electricity are connected to the buses of the main switchboard, can be used. Summing and threshold blocks can be performed, for example, based on operational amplifiers.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При работе обоих агрегатов датчики активной нагрузки 3 и 4 формируют сигналы, пропорциональные нагрузке каждого из них. Далее сигналы поступают на первый и второй входы блока коммутации 6. Блок контроля технического состояния 5 измеряет параметры, характеризующие рабочее состояние каждого ГА, и при приближении хотя бы одного из параметров к критическому значению формирует на своем выходе сигнал логической единицы. С выхода блока 5 сигнал логической единицы поступает на третий вход блока коммутации 6, на первом и втором выходах которого только при поступлении сигнала логической единицы появляются сигналы, пропорциональные нагрузке первого и второго ГА. Указанные сигналы поступают на первый и второй входы суммирующего блока 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный суммарной нагрузке обоих ГА, который на пороговом блоке 8 сравнивается с сигналом, соответствующим максимально допустимому значению нагрузки одного ГА. Если сигнал на входе блока 8 превышает пороговое значение, то на его выходе формируется сигнал логической единицы, который поступает на вход блока 9, отключающего заранее выбранные потребители электроэнергии. При этом аварийное отключение неработоспособного ГА не приведет к остановке или выводу из строя оставшегося в работе ГА по перегрузке, так как произойдет после отключения соответствующих потребителей. Если же суммарная нагрузка работающих параллельно ГА меньше максимально допустимого значения нагрузки одного ГА, то на выходе порогового блока 8 сигнал логической единицы не сформируется и отключение потребителей не произойдет. В этом случае при последующем аварийном отключении одного из ГА оставшийся в работе агрегат сможет принять на себя всю нагрузку и не выйдет их строя по перегрузке.During the operation of both units, the active load sensors 3 and 4 generate signals proportional to the load of each of them. Next, the signals are fed to the first and second inputs of the switching unit 6. The technical condition monitoring unit 5 measures the parameters characterizing the operational state of each GA, and when at least one of the parameters approaches a critical value, it generates a logical unit signal at its output. From the output of block 5, the signal of the logical unit goes to the third input of the switching unit 6, at the first and second outputs of which only when the signal of the logical unit arrives, signals proportional to the load of the first and second GA appear. These signals are fed to the first and second inputs of the summing block 7, the output of which forms a signal proportional to the total load of both GAs, which is compared at the threshold block 8 with a signal corresponding to the maximum allowable load value of one GA. If the signal at the input of block 8 exceeds a threshold value, then a logic unit signal is generated at its output, which is fed to the input of block 9, which turns off pre-selected consumers of electricity. In this case, an emergency shutdown of an inoperative GA will not lead to a stop or failure of the GA remaining in operation for overloading, as it will happen after the disconnection of the corresponding consumers. If the total load of the GAs operating in parallel is less than the maximum permissible load value of one GA, then the output of the threshold block 8 will not generate a logical unit signal and consumers will not be disconnected. In this case, during the subsequent emergency shutdown of one of the GAs, the unit remaining in operation will be able to take on the entire load and will not fail if overloaded.

Пример реализации способаAn example implementation of the method

В качестве примера применения способа приведена работа судовой электростанции пассажирского судна. В состав электростанции входят три включенных параллельных дизель-генераторных агрегата мощностью по 50 кВт каждый. В ходовом режиме работают следующие приемники электроэнергии:As an example of the application of the method, the operation of the ship power plant of a passenger ship is given. The power plant consists of three included parallel diesel-generator units with a capacity of 50 kW each. In running mode, the following power receivers operate:

1. Электродвигатель (ЭД) рулевого устройства - 6 кВт;1. The electric motor (ED) of the steering device - 6 kW;

2. Распределительный щит (РЩ) потребителей, обеспечивающих работу главных двигателей - 4 кВт;2. Distribution board (RC) of consumers providing the operation of the main engines - 4 kW;

3. ЭД пожарного насоса - 10 кВт;3. ED of the fire pump - 10 kW;

4. ЭД балластно-осушительного насоса - 10 кВт;4. ED ballast-drainage pump - 10 kW;

5. РЩ радиорубки - 1,0 кВт;5. RC radio cabin - 1.0 kW;

6. РЩ станции оповещения о пожаре - 0,2 кВт;6. The switchboard of the fire warning station - 0.2 kW;

7. РЩ станции сигнально-отличительных фонарей - 0,6 кВт;7. The switchgear station signal-distinctive lights - 0.6 kW;

8. РЩ станции аварийно-предупредительной сигнализации судна - 0,4 кВт;8. The control room of the ship's emergency warning system - 0.4 kW;

9. РЩ аварийного освещения - 0,8 кВт;9. RC emergency lighting - 0.8 kW;

10. РЩ камбуза - 16 кВт;10. The switchboard of the galley - 16 kW;

11. РЩ вентиляции МО - 6 кВт;11. MO ventilation duct - 6 kW;

12. РЩ потребителей бытовых нужд - 4 кВт;12. RC of consumers of domestic needs - 4 kW;

13. РЩ системы кондиционирования воздуха 8 кВт;13. RC air conditioning system 8 kW;

14. ЭД фекального насоса - 6 кВт;14. ED of the fecal pump - 6 kW;

15. ЭД санитарного насоса - 3 кВт;15. ED of the sanitary pump - 3 kW;

16. ЭД гидрофора пресной воды - 2,5 кВт;16. ED hydrophore of fresh water - 2.5 kW;

17. РЩ основного освещения по судну - 2,5 кВт.17. RC of the main lighting on the vessel - 2.5 kW.

Общая нагрузка электростанции составляет 81 кВт. При этом в обычном режиме работают два агрегата, а третий находится в резерве. Потребители, от которых зависит безопасность судна (с п. 1 по п. 9), получают питание непосредственно от Главного распределительного щита, к которому подключены ГА1 и ГА2, (1 и 2 на фиг. 1). Их суммарная нагрузка составляет 33 кВт. Остальные приемники электроэнергии (с п. 10 по п. 17) получают питание от Главного распределительного щита через блок отключения 9. Их суммарная нагрузка составляет 48 кВт. Пусть ГА1 принял на себя нагрузку 40 кВт, а ГА2 - 41 кВт. Датчики активной нагрузки 3 и 4 сформируют на своих выходах сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорциональные нагрузкам ГА1 и ГА2. Например, 1 кВт нагрузки будет соответствовать 0,1 В. Тогда на выходе блока 3 будет сформирован сигнал 4 В, а на выходе блока 5 - сигнал 4,1 В. Эти сигналы поступают на первый и второй входы блока коммутации 6.The total load of the power plant is 81 kW. At the same time, two units operate in normal mode, and the third is in reserve. Consumers on whom the ship’s safety depends (from clause 1 to clause 9) receive power directly from the Main switchboard, to which GA1 and GA2 are connected (1 and 2 in Fig. 1). Their total load is 33 kW. The remaining power receivers (from clause 10 to clause 17) receive power from the Main switchboard through the shutdown unit 9. Their total load is 48 kW. Let GA1 take on a load of 40 kW, and GA2 - 41 kW. The active load sensors 3 and 4 will form at their outputs signals in the form of a DC voltage proportional to the loads GA1 and GA2. For example, 1 kW of the load will correspond to 0.1 V. Then, at the output of block 3, a 4 V signal will be generated, and at the output of block 5, a signal of 4.1 V. These signals are fed to the first and second inputs of switching block 6.

Рассмотрим случай, когда у ГА2 вышел из строя насос забортной воды, служащий для подачи холодной воды в холодильник дизеля. При этом проходящая по холодильнику пресная вода внутреннего контура системы охлаждения дизеля начнет стремительно нагреваться. При достижении температуры охлаждающей воды критического значения (95°C) датчик температуры, входящий в блок контроля технического состояния генераторных агрегатов 5, сформирует сигнал логической единицы, который поступит на третий вход блока коммутации 6 и подключит блоки 3 и 4 к суммирующему блоку 7. На выходе блока 7 сформируется сигнал, пропорциональный суммарной нагрузке работающих агрегатов (4+4,1=8,1В). Этот сигнал поступит на вход порогового блока 8, где будет сравниваться с величиной, пропорциональной номинальной мощности одного ГА (5В). Так как 8,1 В>5 В, на выходе порогового блока 8 сформируется сигнал логической единицы, который поступит на блок отключения 9 потребителей электроэнергии 10. Блок 9 сработает и отключит потребители с п. 10 по п. 17 включительно. В следующий момент времени при превышении температуры охлаждающей воды дизеля выше 95°С штатная система защиты отключит автоматический выключатель генератора ГА2 и подаст команду на останов неработоспособного дизеля и запуск резервного ГАЗ. На шинах ГРЩ остается только 33 кВт нагрузки, которые не вызовут перегрузку ГА1 и он продолжит снабжение электроэнергией потребителей, обеспечивающих безопасность работы судна. Отключенные потребители могут быть подключены после запуска резервного ГАЗ и включения его на параллельную работу. В случае, если при этом не работают потребители п. 3, п. 4 и п. 10, суммарная нагрузка составит 45 кВт и отключения потребителей не произойдет, они продолжат работу и после аварийного отключения ГА2, не вызывая перегрузку ГА1.Consider the case when a GA2 outboard water pump, which serves to supply cold water to a diesel refrigerator, is out of order. At the same time, the fresh water of the internal circuit of the diesel cooling system passing through the refrigerator will begin to rapidly heat up. When the cooling water temperature reaches a critical value (95 ° C), the temperature sensor included in the unit for monitoring the technical condition of the generating units 5 will generate a logical unit signal, which will be fed to the third input of the switching unit 6 and will connect blocks 3 and 4 to the summing block 7. On the output of block 7 will generate a signal proportional to the total load of the working units (4 + 4.1 = 8.1V). This signal will go to the input of threshold block 8, where it will be compared with a value proportional to the rated power of one GA (5V). Since 8.1 V> 5 V, a logic unit signal is generated at the output of threshold block 8, which will be sent to power-off unit 9 of power consumers 10. Unit 9 will operate and turn off consumers from p. 10 to p. 17 inclusive. At the next moment of time, when the temperature of the cooling water of the diesel engine exceeds 95 ° C, the standard protection system will turn off the automatic circuit breaker of the GA2 generator and issue a command to stop the inoperative diesel engine and start the backup GAS. Only 33 kW of load remains on the main switchboard tires, which will not cause GA1 overload and it will continue to supply electricity to consumers, ensuring the safe operation of the vessel. Disconnected consumers can be connected after the backup GAS is launched and turned on for parallel operation. If the consumers of clause 3, clause 4 and clause 10 do not work, the total load will be 45 kW and the consumers will not turn off, they will continue to work after the emergency shutdown of GA2, without causing GA1 overload.

Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре судовых энергетических установок, технических средств и технологий ФБГОУ ВО «Государственный университет 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 вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.The present invention was created as part of scientific research conducted at the Department of Ship Power Plants, Technical Means and Technologies, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education “State University of the Sea and River Fleet named after Admiral S.O. Makarova. " Calculations were made that showed the possibility of using the proposed method in ship power plants and electric power systems, which, taking into account the foregoing, allows us to conclude that it can be used industrially.

Claims

A method of automatically unloading parallel-running generator sets (GA), which consists in continuously monitoring the technical condition of each GA by measuring a parameter that characterizes its operating state, and comparing the measured parameter with a critical value, and when the compared values coincide, they generate a signal to sum the measured active loads of both GA, while if the total active load of the GA exceeds the permissible load value of one GA, then until the emergency shutdown GA form otosposobnogo trip signal preselected power consumers.