RU2681522C1

RU2681522C1 - Method of protection of the ship electric power system

Info

Publication number: RU2681522C1
Application number: RU2018108495A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Широков
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Форпик Стандарт Сервис"
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-03-07

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: use in the field of electrical engineering for the protection of ship and other autonomous electric power systems (SEES) with parallel operating GUs in case of failure of one or several of them. In the method of protecting the power plant, when several GUs work in parallel, which consists in disconnecting the unworkable GU from the network, additionally, when one or several GUs go into the motor mode, they measure the load of each GU remaining in the generator mode, compare it with the specified load value, and at the moment when the load of at least one of them exceeds the specified value, the GU, which has switched to the motor mode, is defined as unworkable and disconnected from the network.

EFFECT: improving the shutdown speed of inoperative GU from the network.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электроэнергетических систем (СЭЭС), а также других автономных электроэнергетических систем.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to protect marine electrical power systems (SEES), as well as other autonomous electrical power systems.

Известен способ защиты сети автономной электростанции (А.С. SU 1653517, H02H 3/00, H02J 9/00 опубл 1991 г.), согласно которому при параллельной работе нескольких источников электроэнергии измеряют частоту и (или) напряжение сети, сравнивают их с уставкой и при превышении любого из заданных параметров уставки формируют первый сигнал на отключение, измеряют загрузку каждого источника электроэнергии, определяют величину неравномерности загрузки источников электроэнергии и при отклонении последней за установленные пределы уставки формируют второй сигнал на отключение, при совпадении которого с первым сигналом на отключение отключают тот источник электроэнергии, загрузка которого оказывается наименьшей.A known method of protecting the network of an autonomous power plant (A.S. SU 1653517, H02H 3/00, H02J 9/00 publ. 1991), according to which, in parallel operation of several sources of electricity, measure the frequency and (or) voltage of the network, compare them with the setting and if any of the specified parameters is exceeded, the settings form the first shutdown signal, measure the load of each power source, determine the unevenness of the load of the power sources, and when the latter deviates beyond the set limits, form the second signal to shutdown, if it coincides with the first shutdown signal, the source of electricity that is least loaded is turned off.

Данный способ в целом обеспечивает защиту сети СЭЭС при параллельной работе нескольких генераторных агрегатов (ГА), но так как отключение неработоспособного ГА осуществляется при отклонении частоты и (или) напряжения сети за пределы уставки, то есть когда оставшиеся в работе ГА перегружены, то они не всегда обеспечивают восстановление указанных параметров сети за необходимое время, что на практике может вызвать остановку работоспособных ГА и обесточивание судна.This method as a whole provides protection of the SEES network during the parallel operation of several generator sets (GA), but since the disabled GA is switched off when the frequency and (or) the voltage of the network deviates outside the set point, that is, when the remaining GAs are overloaded, they are not they always ensure the restoration of the indicated network parameters in the necessary time, which in practice can cause the shutdown of operational GAs and the blackout of the vessel.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ защиты СЭЭС (Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы: Учебник-5-e изд., перераб. и доп. - Ленинград, Судостроение, 1987. - 272 с. ил. (стр. 132), согласно которому при параллельной работе нескольких ГА выявляют источник электроэнергии, перешедший в двигательный режим работы, и, если в течение заданного времени (Тзад.) он не возвращается в генераторный режим работы, то этот ГА признают неработоспособным и отключают его от сети.Closest to the proposed invention relates to a method of protecting SEES (Yakovlev G.S. Ship electrical systems: Textbook-5th ed., Rev. And additional - Leningrad, Shipbuilding, 1987. - 272 pp. Ill. (P. 132) according to which, in parallel operation of several GAs, a source of electricity is detected that has switched to the motor mode of operation, and if it does not return to the generator mode of operation for a given time (Tzad.), then this GA is recognized as inoperative and disconnected from the network.

Способ в целом обеспечивает защиту СЭЭС при параллельной работе нескольких ГА, но так как отключение неработоспособного ГА осуществляется не в момент отказа и перехода в двигательный режим, а с заранее заданной выдержкой времени, определяемой величиной Тзад., то данный способ допускает возможную перегрузку сети, что может вызвать остановку работоспособных ГА, обесточивание судна и потерю его управляемости. При этом величина выдержки времени определяется, как правило, временем рекуперации энергии в сеть при работе судовых кранов, грузовых лебедок и другой подъемно-транспортной техники на борту судна и может достигать, согласно Правилам Российского Морского Регистра Судоходства, 10 секунд (Правила классификации и постройки морских судов, 2016 г., с. 56, п. 8.2.4).The method as a whole provides SEEC protection during the parallel operation of several GAs, but since the disabled GA is switched off not at the time of failure and transition to the motor mode, but with a predetermined time delay determined by the value of Tzad., This method allows a possible network overload, which can cause a halt of operable GA, blackout of the vessel and loss of its controllability. In this case, the time delay value is determined, as a rule, by the time of energy recovery into the network during the operation of ship cranes, cargo winches and other handling equipment on board the vessel and can reach, according to the Rules of the Russian Maritime Register of Shipping, 10 seconds (Rules for the classification and construction of marine courts, 2016, p. 56, paragraph 8.2.4).

Недостаток способа - большое время отключения неработоспособного ГА и перегрузка сети.The disadvantage of this method is the long time to turn off an unhealthy GA and network congestion.

Заявляемый способ позволяет решить проблему защиты сети автономной электростанции при параллельной работе нескольких ГА путем сокращения времени отключения неработоспособного источника электрической энергии от сети, что в свою очередь исключает возможность перегрузки сети и перерыва электроснабжения судна.The inventive method allows to solve the problem of protecting the network of an autonomous power plant in parallel operation of several power units by reducing the time to disconnect an inoperative source of electrical energy from the network, which in turn eliminates the possibility of network congestion and interruption of the ship’s power supply.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе защиты СЭЭС при параллельной работе нескольких ГА, заключающемся, как и прототип, в отключении от сети неработоспособного ГА, в отличие от прототипа при переходе одного или нескольких ГА в двигательный режим измеряют загрузку каждого из ГА, оставшихся работать в генераторном режиме, сравнивают ее с заданным значением, и в момент, когда загрузка хотя бы одного из них превысит заданное значение, ГА, перешедший (ие) в двигательный режим, определяют как неработоспособный (ые) и отключают от сети.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the method of protecting SEES during the parallel operation of several GA, which consists, like the prototype, of disconnecting an inoperative GA from the network, in contrast to the prototype, when one or several GAs enter the motor mode, the load of each of GA, remaining to work in the generator mode, compare it with a predetermined value, and at the time when the loading of at least one of them exceeds the set value, the GA, which switched (s) to the motor mode, is determined elyayut inoperative (s) and is disconnected from the network.

Сущность изобретения заключается в том, что отключение неработоспособного ГА осуществляется не через выдержку времени, определяемую длительностью переходных процессов, вызванных, например, рекуперацией в сеть мощности при работе подъемно-транспортного оборудования судна, а при переходе неработоспособного ГА в двигательный режим при условии, если загрузка хотя бы для одного из ГА, оставшихся работать в генераторном режиме, превысит заданную величину. При этом оценивают не только загрузку ГА, перешедшего в двигательный режим, но и загрузку других ГА, работающих параллельно, и при этом отключают ГА, перешедший в двигательный режим без выдержки времени, если нагрузка хотя бы одного из ГА, оставшихся в генераторном режиме, больше, чем заданная величина нагрузки, что является новым существенным признаком.The essence of the invention lies in the fact that the shutdown of an inoperative GA is not carried out after a time delay determined by the duration of the transient processes caused, for example, by recovery in the power network during the operation of the lifting and handling equipment of the vessel, but when the inoperative GA switches to the motor mode, provided that the load at least for one of the GAs remaining to work in the generator mode, will exceed the specified value. At the same time, not only the load of the GA, which has switched to the motor mode, but also the load of other GAs operating in parallel, is estimated, and the GA, which has switched to the motor mode without delay, if the load of at least one of the GAs remaining in the generator mode, is more than the specified value of the load, which is a new significant feature.

Способ предлагается к использованию в ситуации, когда источники электроэнергии уже работают параллельно, то есть переходные процессы, связанные с моментом включения их на параллельную работу, закончились.The method is proposed for use in a situation where the sources of electricity are already working in parallel, that is, the transients associated with the moment they are turned on in parallel have ended.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - сокращение времени определения неработоспособного источника электрической энергии и отключение его от сети - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».Comparison of the proposed method and the prototype showed that the task is to reduce the time to determine an inoperative source of electrical energy and disconnect it from the network — it is solved as a result of a new set of features, which proves that the proposed invention meets 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, на котором (Фиг. ) представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ на примере параллельной работы «n» ГА.The essence of this method is illustrated by the drawing, on which (Fig.) Presents a functional diagram of a device that implements the proposed method on the example of parallel operation of the "n" GA.

Устройство для защиты СЭЭС, функциональная схема которого представлена на фиг., содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2… 1.n, пороговые блоки 2.1,2.2 … 2.n, логический элемент «ИЛИ» 3, логические элементы «И» 4.1, 4.2, … 4n, блоки отключения ГА 5.1, 5.2 …5.n, блоки контроля перехода ГА в двигательный режим 6.1, 6.2 … 6.n, причем выходы датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n соединены с входами соответствующих пороговых блоков 2.1, 2.2 … 2.n, выходы которых соединены с соответствующими входами логического элемента «ИЛИ» 3, выход которого соединен с первыми входами логических элементов «И» 4.1, 4.2, … 4n, выходы логических элементов «И» 4.1, 4.2, … 4n соединены с входами соответствующих блоков отключения ГА 5.1, 5.2 … 5.n, выходы блоков контроля перехода ГА в двигательный режим 6.1, 6.2 … 6.n соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И» 4.1, 4.2, … 4n.The device for protecting the SEES, the functional diagram of which is shown in Fig., Contains: the number of GA load sensors GA 1.1, 1.2 ... 1.n, threshold blocks 2.1,2.2 ... 2.n, logical element "OR" 3, logical elements "AND ”4.1, 4.2, ... 4n, GA shutdown blocks 5.1, 5.2 ... 5.n, GA transition control blocks to the motor mode 6.1, 6.2 ... 6.n, and the outputs of the GA loading sensors 1.1, 1.2 ... 1.n are connected to the inputs of the corresponding threshold blocks 2.1, 2.2 ... 2.n, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the logical element "OR" 3, the output of which is connected to the first inputs of the log IES elements 4.1, 4.2, ... 4n, outputs of the logic elements I, 4.1, 4.2, ... 4n are connected to the inputs of the corresponding shutdown units GA 5.1, 5.2 ... 5.n, the outputs of the blocks for controlling the transition of the GA to the motor mode 6.1, 6.2 ... 6.n are connected to the second inputs of the corresponding logical elements "AND" 4.1, 4.2, ... 4n.

Датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорционального величине мощности или тока для ГА постоянного тока и активной мощности или активного тока для ГА переменного тока; пороговые блоки 2.1, 2.2 … 2.n - известные функциональные блоки, на выходе которых формируется сигнал логической «1» в случае, когда сигнал на их входе превышает пороговое (заданное) значение; логический элемент «ИЛИ» 3 - известный функциональный блок, на выходе которого появляется сигнал логической «1» только в том случае, когда хотя бы на один его вход поступает сигнал логической «1»; логические элементы «И» 4.1, 4.2, … 4n - известные функциональные блоки, на выходах которых формируются сигналы логической «1» только в случае, когда на всех их входах присутствуют сигналы логической «1», блоки отключения ГА 5.1, 5.2 … 5.n - известные функциональные блоки, обеспечивающие отключение ГА от сети в случае поступления на их входы сигналов логической «1», в качестве этих функциональных блоков могут использоваться электромагнитные реле, размыкающие контакты которых включены в цепь катушки нулевой защиты (защиты от минимального напряжения) автоматического выключателя соответствующего ГА, блоки контроля перехода ГА в двигательный режим 6.1, 6.2 … 6n, - известные функциональные блоки, в качестве которых могут быть использованы датчики обратной мощности или обратного тока для ГА постоянного тока и датчики обратной активной мощности и датчики обратного активного тока для ГА переменного тока с отключенной выдержкой времени, на выходе каждого из которых формируется сигнал логической «1» в случае перехода соответствующего ГА в двигательный режим (Лейкин B.C. Судовые электрические станции и сети. Учебник для мореходных и арктических училищ. - 3-е изд. перераб. и доп. - М Транспорт, 1982 - 256. (стр. 178).GA 1.1, 1.2 ... 1.n load sensors are known functional units that generate signals at their outputs in the form of a DC voltage proportional to the value of power or current for a DC GA and active power or active current for a GA alternating current; threshold blocks 2.1, 2.2 ... 2.n — known functional blocks at the output of which a logical “1” signal is generated when the signal at their input exceeds a threshold (predetermined) value; logical element "OR" 3 - a known functional unit, the output of which appears a logical signal "1" only if at least one of its input receives a logical signal "1"; logical elements “I” 4.1, 4.2, ... 4n are known functional blocks, the outputs of which generate logical “1” signals only when all of their inputs contain logical “1” signals, disconnect blocks GA 5.1, 5.2 ... 5. n - known functional blocks that ensure that the GA is disconnected from the network if logical “1” signals are received at their inputs, electromagnetic relays can be used as these functional blocks, the opening contacts of which are included in the zero-protection coil circuit (protection against undervoltage ) a circuit breaker of the corresponding GA, control units for switching the GA into motor mode 6.1, 6.2 ... 6n, are known functional blocks, which can be used as reverse power sensors or reverse current sensors for direct current GAs and reverse active power sensors and reverse active current sensors for an alternating current GA with a disabled time delay, at the output of each of which a logical “1” signal is generated in the case of a corresponding GA switching to motor mode (Leikin BC Ship electrical stations and networks. Textbook for nautical and arctic schools. - 3rd ed. reslave. and add. - M Transport, 1982 - 256. (p. 178).

Устройство для защиты СЭЭС (Фиг. ) работает следующим образом. Допустим, что при параллельной работе один из ГА, например j-ый, перешел в двигательный режим (например, вышла из строя система подачи топлива в дизель j-го ГА). При этом на выходе j-го блока контроля перехода ГА в двигательный режим 6.j появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего логического элемента «И» 4.j. Так как при переходе j-го ГА в двигательный режим вся его нагрузка перераспределяется между оставшимися в генераторном режиме ГА, то их нагрузка существенно возрастет и нагрузка хотя бы одного из них, например, f-го превысит пороговую величину, которая соответствует заданному значению нагрузки, и на выходе соответствующего f-го порогового блока 2.f появится сигнал логической «1» и поступит на соответствующий f-ый вход логического элемента «ИЛИ» 3, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на первые входы всех логических элементов «И» 4.1, 4.2, … 4n. Так как на оба входа j-го логического элемента «И»4.j поступают сигналы логической «1», то на его выходе появляется сигнал логической «1» и поступает на вход блока отключения j -го ГА 5.j, который отключает j-ый ГА от сети.A device for protecting the SEES (Fig.) Works as follows. Suppose that in parallel operation one of the main engines, for example, the j-th, has switched to the motor mode (for example, the fuel supply system for the diesel of the j-th GA has failed). In this case, at the output of the j-th block of control of the transition of the GA to the motor mode 6.j, a logical signal “1” will appear and will go to the second input of the corresponding logical element “AND” 4.j. Since when the j-th GA switches to the motor mode, its entire load is redistributed between those remaining in the GA generator mode, their load will increase significantly and the load of at least one of them, for example, the f-th, will exceed the threshold value that corresponds to the specified load value, and at the output of the corresponding f-th threshold block 2.f, the logic signal “1” will appear and will go to the corresponding f-th input of the logic element “OR” 3, at the output of which the signal will be logic “1” and will go to the first inputs of all logical ele ENTOV «And» 4.1, 4.2, ... 4n. Since both inputs of the j-th logical element “AND” 4.j receive logic “1” signals, a logical “1” signal appears at its output and is fed to the input of the shutdown block of the j-th GA 5.j, which disables j th GA from the network.

В случае, если переход j-го ГА в двигательный режим произойдет не по причине выхода его из работоспособного состояния, а по причине рекуперации в сеть энергии от одного из потребителей электрической энергии (например, при работе грузовой лебедки), то на выходе j -го блока контроля перехода ГА в двигательный режим 6.j также появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего логического элемента «И» 4.j. Однако, так как при рекуперации энергии в сеть все ГА, работающие параллельно, тоже разгружаются, то величина их загрузки будет меньше заданной величины и на выходах всех пороговых блоков 2.1, 2.2 … 2.n сохранится сигнал логического «0», который поступит на все входы логического элемента «ИЛИ»3. На выходе элемента «ИЛИ»3 сохранится сигнал логического «0», который поступит на первые входы всех логических элементов «И» 4.1, 4.2, … 4n, на выходах которых, а значит и на входах всех блоков отключения ГА 5.1, 5.2 … 5.n появится сигнал логического «0», при этом отключения не произойдет.In the event that the j-th GA transitions to the motor mode not because it is out of working condition, but because of the recovery of energy from one of the consumers of electric energy into the network (for example, when the cargo winch is operating), then the j-th output block control the transition of the GA into motor mode 6.j will also display a logical signal "1" and will go to the second input of the corresponding logical element "AND" 4.j. However, since during the recovery of energy into the network all GAs operating in parallel are also unloaded, their load will be less than the specified value and the output of all threshold blocks 2.1, 2.2 ... 2.n will store a logical “0” signal, which will go to all inputs of the logical element "OR" 3. At the output of the element “OR” 3, a logic signal “0” will be saved, which will go to the first inputs of all logical elements “AND” 4.1, 4.2, ... 4n, at the outputs of which, and therefore at the inputs of all shutdown units, GA 5.1, 5.2 ... 5 .n a logical “0” signal will appear, but no shutdown will occur.

Не трудно видеть, что если в результате неисправности в двигательный режим перейдут несколько ГА, например, j-ый, к-ый … m -ый (например, в результате выхода из строя общей системы подачи воздуха к их первичным двигателям) то на выходах соответствующих им блоков контроля перехода ГА в двигательный режим 6.j, 6к … 6 m появится сигнал логической «1», поступит на вторые входы соответствующих логических элементов «И» 4.j, 4к … 4 m, так как нагрузка оставшихся в генераторном режиме ГА окажется больше, чем заданная величина, то с выхода логического элемента «ИЛИ»3 сигнал логической «1» поступит и на первые входы логических элементов «И» 4.j, 4к … 4 m, на выходах которых, а значит и на входах соответствующих блоков отключения 5.j, 5к … 5 m появится сигнал логической «1», j-ый, к-ый … m -ый ГА отключат от сети.It is not difficult to see that if as a result of a malfunction several GAs enter the motor mode, for example, the j-th, k-th ... m-th (for example, as a result of the failure of the general air supply system to their primary engines), then at the outputs of the corresponding he blocks control the transition of the GA into the motor mode 6.j, 6k ... 6 m the logical signal "1" will appear, will go to the second inputs of the corresponding logical elements "And" 4.j, 4k ... 4 m, since the load remaining in the generator GA mode will be greater than the specified value, then from the output of the logical element “OR” 3 logic “1” signal will also go to the first inputs of logical elements “AND” 4.j, 4k ... 4 m, at the outputs of which, and therefore at the inputs of the corresponding trip units 5.j, 5k ... 5 m, a signal will appear logical "1", j-th, k-th ... m-th GA will be disconnected from the network.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

В качестве примера применения способа рассмотрим работу СЭЭС составе трех дизель-генераторов ДГ1, ДГ2 и ДГ3 с номинальной мощностью (Рном.) по 100 кВт каждый. Допустимая точность распределения активных нагрузок (Рраспр.) - наибольшая величина отклонения в нагрузках между параллельно работающими ДГ, составляет 5% от номинальной мощности ДГ, то есть Рраспр. = 5 кВт в данном случае. При переходе ДГ в двигательный режим из сети потребляется мощность (обратная мощность) (Робр.), идущая на погашение потерь в ДГ. Пусть для данного типа ДГ она составит 18% от Рном., то есть Робр. = 18 кВт. Предположим, что перегрузочная способность рассматриваемых ДГ (Рперегр.) - наибольшая величина нагрузки, которую может принять на себя данный агрегат и продолжать работать, соответствует 130% от Р ном., то есть Р перег. = 130 кВт.As an example of the application of the method, we consider the operation of the SEES consisting of three diesel generators DG1, DG2 and DG3 with a rated power (Pnom.) Of 100 kW each. Permissible accuracy of the distribution of active loads (Distrib.) - the largest value of the deviation in the loads between the parallel DG, is 5% of the nominal power of the DG, that is, R distribution. = 5 kW in this case. When DG switches to motor mode from the network, power is consumed (reverse power) (Rob.), Which goes to pay off losses in the DG. Let for this type of DW it be 18% of Rnom., That is, Robr. = 18 kW. Suppose that the overload capacity of the considered DG (Rperegr.) - the largest load that this unit can take on and continue to work, corresponds to 130% of P nom., That is, P over. = 130 kW.

При этом величина заданного значения мощности выбирается такой, чтобы в момент перехода одного из ГА в двигательный режим по причине потери работоспособности, нагрузка хотя бы одного из ГА, продолжающих работу в генераторном режиме, оказалась больше, чем заданное значение и в то же время в случае перехода ГА в двигательный режим в результате рекуперации энергии в сеть или других воздействий, вызывающих колебания нагрузки автономной электростанции, величина заданного значения нагрузки была бы больше, чем нагрузка любого из ГА, оставшихся работать в генераторном режиме. Так при выборе величины заданного значения нагрузки следует учесть, что она должна быть гарантированно больше, чем величина Р распр. во всех режимах работы, чтобы исключить ошибочное отключение временно перешедшего в двигательный режим ДГ, например, при рекуперации электроэнергии в сеть при торможении мощного грузоподъемного устройства. В данном случае, если система автоматического управления обеспечивает распределение активных нагрузок между параллельно работающим ГА с точностью до 5% от номинальной мощности одного ГА, в рассматриваемом случае заданное значение нагрузки при реализации предложенного способа должно быть выбрано более 5 кВт.In this case, the value of the set power value is selected so that at the moment of transition of one of the GAs to the motor mode due to loss of operability, the load of at least one of the GAs that continue to work in the generator mode will be greater than the set value and at the same time in the case of GA transition to the motor mode as a result of energy recovery in the network or other influences causing fluctuations in the load of an autonomous power plant, the value of the set load value would be greater than the load of any of the GA remaining work in generator mode. So when choosing the value of the specified value of the load, it should be borne in mind that it must be guaranteed more than the value of P distribution. in all operating modes, in order to prevent erroneous shutdown of the diesel engine temporarily switched to motor mode, for example, when recovering electricity to the network when braking a powerful lifting device. In this case, if the automatic control system ensures the distribution of active loads between the parallel GA with an accuracy of 5% of the rated power of one GA, in this case, the specified load value when implementing the proposed method should be selected more than 5 kW.

Если предложенный способ планируется применять для отключения ГА, перешедшего в двигательный режим, только с целью сохранения работы оставшихся в генераторном режиме с учетом их перегрузочной способности, то величина заданного значения мощности с некоторыми допущениями можно выбрать, исходя из следующего неравенства:If the proposed method is planned to be used to turn off the GA, which has switched to the motor mode, only with the aim of maintaining the operation of those remaining in the generator mode, taking into account their overload capacity, then the value of the set power value with some assumptions can be selected based on the following inequality:

где n-количество ГА, остающихся работающих на сеть в генераторном режиме. При этом здесь и далее принимаем допущение, что оставшиеся в генераторном режиме агрегаты перераспределяют обратную мощность Робр. равномерно.where n is the number of GA remaining working on the network in generator mode. At the same time, hereinafter we accept the assumption that the remaining units in the generator mode redistribute the reverse power Robr. evenly.

Если предложенный способ планируется применять для отключения ГА, перешедшего в двигательный режим, с целью сохранения работы оставшихся в генераторном режиме без перегрузки, то величину заданного значения мощности с некоторыми допущениями можно выбрать, исходя из следующего неравенства:If the proposed method is planned to be used to turn off the GA, which has switched to the motor mode, in order to maintain the work of those remaining in the generator mode without overload, then the value of the set power value with some assumptions can be selected based on the following inequality:

Если предложенный способ планируется применять для защиты сети посредством скорейшего отключения ГА, перешедшего в двигательный режим, не только с целью сохранения работы оставшихся в генераторном режиме без перегрузки, но и с целью защиты самого ГА, перешедшего в двигательный режим, то величину заданного значения мощности с некоторыми допущениями можно выбрать, исходя из следующего неравенства:If the proposed method is planned to be used to protect the network by quickly shutting down the GA, which has switched to the motor mode, not only to maintain the work of those remaining in the generator mode without overload, but also to protect the GA itself, which has switched to the motor mode, then the value of the set power value with some assumptions can be chosen based on the following inequality:

Рассмотрим правую часть неравенства. При неисправности одного из ГА и переходе его в двигательный режим, оставшийся в генераторном режиме максимально загруженный ГА может оказаться загружен на величину Рзагр. = P1+Робр./n, где P1 - величина нагрузки наиболее загруженного ГА в момент перехода неисправного ГА в двигательный режим. Так как, согласно предложенному способу, отключение ГА, перешедшего в двигательный режим, должно произойти при условии, что Рзагр. превысит заданное значение, то для отключения неисправного ГА необходимо, чтобы при выборе величины Рзад. выполнялось условие Рзад.<Рзагр. или Рзад.<P1+Робр./n. При заданном значении Робр. и переменном значении Р1 наименьшее (и наиболее общее в данном случае) значение правой части неравенства получается при условии, когда величина нагрузки наиболее загруженного ГА в момент перехода неисправного ГА в двигательный режим окажется наименьшей, то есть стремится к нулю, а именно: Рзад.<Робр./n. Так как величина Робр. в несколько раз меньше, чем Рном., то при выполнении неравенства (3) автоматически выполняются и неравенства (1) и (2).Consider the right side of the inequality. In the event of a malfunction of one of the GAs and its transition to the motor mode, the maximum loaded GA remaining in the generator mode may be loaded by the value of Рзагр. = P1 + Rob. / N, where P1 is the load value of the most loaded GA at the moment of transition of the faulty GA to the motor mode. Since, according to the proposed method, the shutdown of the GA, which went into motor mode, should occur provided that Rzagr. exceeds the set value, then to turn off the faulty GA it is necessary that when choosing the value of Rzad. the condition Rzad. <Rzagr. or Rzad. <P1 + Robr. / n. At a given value, Robr. and a variable value P1, the smallest (and the most common in this case) value of the right-hand side of the inequality is obtained under the condition that the load value of the most loaded GA at the moment of the transition of the faulty GA into the motor mode is the smallest, that is, tends to zero, namely: Rzad. < Rob. / N. Since the value of Robr. several times smaller than Pnom., then when inequality (3) is satisfied, inequalities (1) and (2) are also automatically satisfied.

Рассмотрим несколько режимов работы СЭЭС.Consider several modes of operation of the SEES.

Режим 1.Mode 1.

Пусть при параллельной работе данных ГА нагрузка ДГ1 составит 60 кВт, нагрузка ДГ2 составит 64 кВт, а нагрузка ДГ3 составит 70 кВт. В данном случае выберем Р зад. из интервала 5 кВт < Рзад. < 100 кВт-18кВт / 2. Чтобы повысить помехоустойчивость устройства в переходных режимах и избежать случайных отключений ГА при рекуперации энергии в сеть, значение Рзад. лучше выбрать несколько большим, чем Рраспр., поэтому для приведенного примера выберем Рзад. = 3Рраспр. = 15 кВт. Допустим, что произошла потеря работоспособности первичного двигателя ДГ3. В этом случае ДГ3 переходит в двигательный режим и вся нагрузка электростанции в 194 кВт поступает на оставшиеся в генераторном режиме ДГ1 и ДГ2. Согласно предлагаемому способу оценивают величину загрузки оставшихся в генераторном режиме ДГ1 и ДГ2 и сравнивают ее с допустимым значением. Так как нагрузка ДГ1 и ДГ2 больше, чем 15 кВт, при переходе в двигательный режим ДГ3 он отключается от сети.Suppose that in parallel operation of the GA data, the load of DG1 will be 60 kW, the load of DG2 will be 64 kW, and the load of DG3 will be 70 kW. In this case, select P ass. from the interval of 5 kW <Rzad. <100 kW-18kW / 2. In order to increase the noise immunity of the device in transient conditions and to avoid accidental shutdowns of the GA during energy recovery in the network, the value of Rzad. it’s better to choose a little larger than the Distribution. Therefore, for the given example, choose Rzad. = 3 Distrib. = 15 kW. Suppose that there is a loss of operability of the primary engine DG3. In this case, DG3 goes into motor mode and the entire power plant load of 194 kW goes to the remaining DG1 and DG2 in the generator mode. According to the proposed method, the load value of the remaining in the generator mode of DG1 and DG2 is estimated and compared with an acceptable value. Since the load of DG1 and DG2 is more than 15 kW, when switching to the motor mode of DG3 it is disconnected from the network.

Предположим, что дополнительная нагрузка между оставшимися в генераторном режиме агрегатами распределится равномерно, тогда нагрузка ДГ1 составит 95 кВт, а нагрузка ДГ2 составит 99 кВт, перегрузки не произойдет. Способ, принятый за прототип, приведет к отключению ДГ3 не сразу, а через выдержку времени, которая для судов может составлять 10 секунд, при этом перешедший в двигательный режим ГА3 дополнительно нагрузит сеть на 18 кВт, и нагрузка ГА1 составит 104 кВт, нагрузка ГА2 108 кВт, то есть агрегаты окажутся перегружены, что может привести к отключению части потребителей.Suppose that the additional load between the units remaining in the generator mode is distributed evenly, then the load of DG1 will be 95 kW, and the load of DG2 will be 99 kW, overload will not occur. The method adopted for the prototype will lead to disabling DG3 not immediately, but after a time delay, which for ships can be 10 seconds, while switching to GA3 motor mode will additionally load the network by 18 kW, and GA1 load will be 104 kW, GA2 load 108 kW, that is, the units will be overloaded, which can lead to disconnection of some consumers.

Режим работы 2.Operating mode 2.

Пусть в составе СЭЭС в данном режиме работают только два ГА. При этом нагрузка ГА1 составляет 60 кВт, а нагрузка ГА2 - 64 кВт. Допустим, что в процессе работы произошел отказ первичного двигателя ГА2 и он перешел в двигательный режим. Согласно предложенному способу, так как нагрузка ГА1 больше, чем заданная величина 15 кВт, при переходе в двигательный режим ГА2 будет отключен от сети и нагрузка ГА1 составит 128 кВт. ГА1, хоть и будет перегружен, но останется в работе благодаря его перегрузочной способности. В способе, принятом за прототип, ГА2 будет отключен только через выдержку времени (до 10 секунд), за которую он дополнительно нагрузит сеть на 18 кВт и нагрузка ГА1 составит 146 кВт, что приведет к остановке ГА1, обесточиванию судна и потере его управляемости.Let as a part of SEES in this mode only two GA operate. Moreover, the GA1 load is 60 kW, and the GA2 load is 64 kW. Suppose that in the process of operation the primary engine GA2 failed and it went into motor mode. According to the proposed method, since the GA1 load is greater than a predetermined value of 15 kW, when switching to the motor mode, the GA2 will be disconnected from the network and the GA1 load will be 128 kW. GA1, although it will be overloaded, but will remain in operation due to its overload capacity. In the method adopted for the prototype, GA2 will be turned off only after a time delay (up to 10 seconds), during which it will additionally load the network by 18 kW and load GA1 will be 146 kW, which will lead to GA1 shutdown, power failure to the vessel and loss of controllability.

Режим работы 3.Operating mode 3.

Рассмотрим случай, когда работают два ДГ и нагрузка ДГ1 составит 5 кВт, а нагрузка ДГ2 составит 7 кВт. Это кратковременный, редко встречающийся на практике режим работы электростанции. Допустим, что вышла из строя система подачи топлива в дизель ДГ2, например в результате разрыва трубопровода подачи топлива. ДГ2 переходит в двигательный режим и вся его нагрузка в 7 кВт переходит на ГА1. Так как генератор ДГ2 начинает вращать его дизель с частотой, равной частоте ДГ1, то ДГ1 покрывает и все потери ДГ2, в данном случае 18 кВт. В итоге нагрузка ДГ1 оказывается равной 30 кВт, что существенно больше, чем заданное значение 15 кВт. В этом случае ГА, перешедший в двигательный режим, тоже отключается, его дизель останавливается, работа топливоподкачивающего насоса блокируется и разлив топлива прекращается. В этом случае применение предлагаемого способа позволяет эффективно защитить ГА, перешедший в двигательный режим, от дальнейшего развития аварийной ситуации. Применение способа, принятого за прототип приводит к тому, что ДГ2 тоже отключится, но только через выдержку времени, в течение которой негативная ситуация будет сохраняться, а в отдельных случаях даже нарастать.Consider the case when two DGs are operating and the DG1 load is 5 kW, and the DG2 load is 7 kW. This is a short-term, rarely encountered in practice, mode of operation of a power plant. Suppose that the fuel supply system for DG2 diesel engine has failed, for example, as a result of a rupture of the fuel supply pipeline. DG2 goes into motor mode and its entire load of 7 kW goes to GA1. Since the DG2 generator begins to rotate its diesel engine with a frequency equal to the frequency of DG1, DG1 also covers all losses of DG2, in this case 18 kW. As a result, the load of DG1 turns out to be 30 kW, which is significantly more than the set value of 15 kW. In this case, the GA, which has switched to the motor mode, is also turned off, its diesel engine stops, the fuel priming pump is blocked and the fuel spill stops. In this case, the application of the proposed method allows you to effectively protect the GA, switched to motor mode, from the further development of the emergency. The application of the method adopted as a prototype leads to the fact that DG2 is also turned off, but only after a delay of time during which the negative situation will persist, and in some cases even increase.

В случае перехода одного из параллельно работающих ДГ в двигательный режим по причине рекуперации в сеть мощности при работе одного из потребителей, не будет выполнено условие превышения загрузки выше допустимой для хотя бы одного из ДГ, работающих в генераторном режиме, так как в этом случае все работающие параллельно ДГ будут разгружаться и их нагрузка не превысит допустимую величину.If one of the parallel DGs goes into motor mode due to the recovery of power into the network during operation of one of the consumers, the condition for exceeding the load will not be fulfilled for at least one of the DGs operating in the generator mode, since in this case all operating in parallel, the DWs will be unloaded and their load will not exceed the permissible value.

Режим работы 4.Operating mode 4.

Допустим, что работают параллельно ДГ1 и ДГ2, основную нагрузку составляет грузовая лебедка. Пусть перед спуском груза нагрузка ДГ1 составляет 23 кВт, а нагрузка ДГ2 составляет 28 кВт. Спуск осуществляется с рекуперацией энергии в сеть эквивалентной работе внешнего источника электроэнергии мощностью 50 кВт., который будет разгружать ДГ1 и ДГ2. При этом, в случае равномерного перераспределения дополнительной мощности, ДГ1 перейдет в двигательный режим и нагрузит сеть на 2 кВт (дизель ДГ1 исправен и сам будет покрывать оставшуюся часть потерь, равную 16 кВт), ДГ2 останется в генераторном режиме и окажется загружен на 3 кВт. Так как величина загрузки оставшегося в генераторном режиме агрегата менее, чем заданная величина в 15 кВт, то отключение перешедшего в двигательный режим ДГ1 не произойдет. После окончания торможения ДГ1 и ДГ2 вновь вернутся в генераторный режим и будут готовы к подъему груза. В данном режиме устройство, реализующее способ, принятый за прототип, работает аналогично и тоже не отключит ДГ1, перешедший в двигательный режим, в течение заданной выдержки времени, величина которой выбирается гарантированно большей, чем время торможения грузовой лебедки.Suppose that DG1 and DG2 work in parallel, the main load is a cargo winch. Let the DG1 load be 23 kW before launching the load, and the DG2 load be 28 kW. The descent is carried out with the recovery of energy into the network equivalent to the operation of an external source of electricity with a capacity of 50 kW., Which will unload DG1 and DG2. In this case, in the event of a uniform redistribution of additional power, DG1 will go into motor mode and load the network by 2 kW (DG1 diesel is healthy and will cover the rest of the losses equal to 16 kW), DG2 will remain in generator mode and will be loaded at 3 kW. Since the load value of the unit remaining in the generator mode is less than the specified value of 15 kW, the DG1, which has switched to the motor mode, will not be disconnected. After braking is finished, DG1 and DG2 will again return to the generator mode and will be ready to lift the load. In this mode, a device that implements the method adopted for the prototype works similarly and also does not turn off DG1, which switched to motor mode, for a given time delay, the value of which is guaranteed to be selected longer than the braking time of the cargo winch.

Из приведенных примеров видно, что в наиболее тяжелых режимах работы СЭЭС, связанных с перегрузкой источников электроэнергии, предложенный способ позволяет определить неработоспособный ГА в момент перехода его в двигательный режим, то есть по сравнению с прототипом на Тзад. сократить время определения неработоспособного ГА и отключение его от сети.It can be seen from the above examples that in the most difficult operating modes of the SEES associated with the overloading of electric power sources, the proposed method allows us to determine the inoperative GA at the moment of its transition to the motor mode, that is, in comparison with the prototype Tzad. reduce the time for determining an inoperative GA and disconnecting it from the network.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе разработки опытного образца блока защиты от перегрузки СЭЭС, проводимой ООО «Форпик Стандарт Сервис». Были произведены расчеты и изготовлена действующая модель устройства, реализующего заявляемый способ, лабораторные испытания которой показали возможность использования данного способа в судовых электроэнергетических системах, что с учетом выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.The present invention was created in the process of developing a prototype unit for protection against overload SEES conducted by LLC “Forpik Standard Service”. Calculations were made and a working model of the device that implements the inventive method was manufactured, laboratory tests of which showed the possibility of using this method in ship electric power systems, which, given the above, allows us to conclude that it can be used industrially.

Claims

A method of protecting a ship’s electric power system during parallel operation of several generator assemblies (GA), which consists in disconnecting from an inoperative GA (s), characterized in that when one or several GAs enter the motor mode, the load of each GA remaining in generator mode is measured , compare it with the set value, and at the moment when the load of at least one of them exceeds the set value, the GA, which has switched (s) to the motor mode, is defined as inoperative (s) and disconnected from the set and.