RU2686103C1

RU2686103C1 - Method for determination of inoperative generator unit

Info

Publication number: RU2686103C1
Application number: RU2018125823A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Широков
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2019-04-24

Abstract

FIELD: electric power engineering.SUBSTANCE: use in the field of electric power engineering for determination of inoperative generating unit (GU) in ship electric power stations. Essence of said method consists in the fact that in the method of determining inoperative GU, loading of each of GU is measured, magnitude of non-uniformity of GU loading is determined and moment of deviation of the latter beyond the set limits of setpoint is determined. At the same time, the moment of GU transition to the engine mode is additionally determined, and at coincidence of this moment with the moment of deviation of non-uniformity of loading of this GU beyond the limits of the setting, it is determined as inoperative.EFFECT: shorter time for determination of inoperative GU during parallel operation with a network.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано для определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА) в судовых электростанциях.The invention relates to the field of technical diagnostics and can be used to determine the inoperative generating unit (GA) in ship power plants.

Известен способ определения неработоспособного ГА (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 источников электроэнергии выявляют источник электроэнергии, перешедший в двигательный режим работы, и через выдержку времени признают его неработоспособным.There is a method for determining an unworkable GA (Yakovlev, G.S. Ship Electric Power Systems: Textbook-5-e ed., Rev. and additional - Leningrad, Sudostroenie, 1987. - 272 p. Ill. (P. 132), according to which parallel operation of several sources of electricity identify the source of electricity that has passed into the motor mode of operation, and through time delay recognize it as inoperable.

Способ, в целом обеспечивает определение неработоспособного ГА при параллельной работе нескольких ГА, но так как идентификация неработоспособного ГА осуществляется не в момент отказа и перехода в двигательный режим, а с заранее заданной выдержкой времени, то данный способ допускает большую неточность в определении момента изменения технического состояния с работоспособного на неработоспособное, что при применении его, например, в средствах защиты, может привести к несвоевременному отключению ГА, перегрузке работающих ГА и обесточивание судна. 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., с56, п. 8.2.4).The method, as a whole, provides the definition of an inoperative GA when operating several GA in parallel, but since the identification of an inoperative GA is performed not at the moment of failure and transition to the motor mode, but with a predetermined time delay, this method allows for a large inaccuracy in determining the moment of change of the technical state from operable to inoperable, which, when used in, for example, protection, can lead to untimely disconnection of the HA, overload of the operating HA and de-energization s vessel. In this case, the time lag is determined, as a rule, by the time of energy recovery into the network during operation of ship cranes, cargo winches and other lifting and transport equipment on board the ship and can reach, according to the Rules of the Russian Maritime Register of Shipping, 10 seconds (Rules for the Classification and Construction of Maritime ships, 2016, с56, p. 8.2.4).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ определения неработоспособного ГА, примененный в способе защиты сети автономной электростанции (А.С. SU 1653517, Н02Н 3/00, Н02J 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 источник электроэнергии, загрузка которого оказывается наименьшей, идентифицируют как неработоспособный и отключают от сети.The closest to the proposed invention relates to a method for determining an inoperative GA used in the method of protecting a network of an autonomous power plant (AS SU 1653517, Н02Н 3/00, Н02J 9/00 publ. 1991), according to which, when operating in parallel several sources of electricity measure the frequency and (or) voltage of the network, compare them with the setpoint and, if any of the setpoint parameters are exceeded, generate the first shutdown signal, measure the load of each power source, determine the amount of load unevenness Heads of electricity and when the latter deviates beyond the set limits set a second shutdown signal, when it coincides with the first shutdown signal, the source of electrical power, the load of which turns out to be the smallest, is identified as inoperable and disconnected from the network.

Данный способ в целом обеспечивает определение неработоспособного ГА при параллельной работе нескольких ГА, но так как идентификация неработоспособного ГА осуществляется при отклонении частоты и (или) напряжения сети за пределы уставки, то есть когда переход ГА в неработоспособное состояние произошел, он перешел в двигательный режим, дополнительно нагрузил сеть обратной мощностью и тогда, когда оставшиеся в работе ГА перегружены и не могут поддерживать параметры сети в заданных пределах, то практическая реализация этого способа также приводит к большим затратам времени для определения неработоспособного состояния ГА.This method as a whole provides the definition of an inoperative GA when several GA are operating in parallel, but since the identification of an inoperative GA occurs when the frequency and (or) voltage of the network deviates from the setpoint, that is, when the GA transitions to an inoperative state, it goes into a motor mode, additionally loaded the network with reverse power and when the remaining GAs are overloaded and cannot support the network parameters within the specified limits, the practical implementation of this method also leads to a large investment of time to determine the inoperative state of the GA.

Заявляемый способ позволяет решить проблему сокращения времени определения неработоспособного ГА.The inventive method allows to solve the problem of reducing the time to determine an inoperative GA.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе определения неработоспособного ГА заключающемся, как и прототип, в том, что измеряют загрузку каждого из ГА и определяют величину неравномерности загрузки ГА, в отличие от прототипа дополнительно определяют момент, когда неравномерность загрузки ГА выходит за установленные пределы уставки и один из этих ГА переходит в двигательный работы, и определяют этот ГА как неработоспособный.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the method of determining an inoperative GA, which, like the prototype, measures the load of each GA and determines the amount of non-uniformity of the load of the GA, unlike the prototype, the moment of non-uniformity of the load of GA is determined additionally beyond the set limits and one of these GA goes into motor work, and this HA is determined to be inoperative.

Сущность изобретения заключается в том, что определение неработоспособного ГА осуществляется не тогда, когда вследствие перегрузки работоспособных ГА параметры сети - частота и (или) напряжение, отклонились за пределы уставки, а непосредственно в момент перехода неработоспособного ГА в двигательный режим. При этом, если переход одного из ГА в двигательный режим произошел не вследствие его неисправности, а, например, по причине рекуперации в сеть электроэнергии при торможении мощного грузоподъемного устройства, то в этом случае разгружаются все ГА и величина неравномерности нагрузки не выходит за пределы уставки, идентификация ГА, перешедшего в двигательный режим, как неработоспособного не происходит.The essence of the invention lies in the fact that the definition of an inoperative GA is not carried out when, due to an overload of operational GAs, the network parameters — frequency and (or) voltage — deviated beyond the setpoint, but directly at the moment of the inoperative GA transition to the motor mode. At the same time, if the transition of one of the HA to the motor mode did not occur due to its malfunction, but, for example, due to recovery into the electricity network when braking a powerful lifting device, then all the HAs are unloaded and the amount of load non-uniformity does not exceed the setpoint identification of a GA that has switched to a motor mode does not occur as unworkable.

Предлагаемый способ предполагается к использованию в ситуации, когда источники электроэнергии уже работают параллельно, то есть переходные процессы, связанные с моментом включения на параллельную работу, закончились.The proposed method is supposed to be used in a situation where the sources of electricity are already working in parallel, that is, the transient processes associated with the moment of switching on for parallel operation have ended.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - сокращение времени определения неработоспособного ГА - 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 at hand - reducing the time for determining an unworkable GA - is solved as a result of a new set of features, which proves the conformity of the proposed invention to the patentability criterion of "novelty."

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения и технической диагностики не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».In turn, the conducted information search in the field of power supply and technical diagnostics did not reveal any solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows to make a conclusion about the compliance of the method with the criterion of "inventive step".

Сущность указанного способа поясняется чертежом (Фиг.), на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы «n» ГА.The essence of this method is illustrated by the drawing (Fig.), Which shows the functional diagram of the device that implements the proposed method, for example, the parallel operation "n" GA.

Устройство определения неработоспособного ГА (Фиг.) содержит: блок контроля неравномерности загрузки ГА - 1, по числу ГА, блоки контроля перехода ГА в двигательный режим - 2.1, 2.2 …2n, логические элементы «И» - 3.1, 3.2, …3n,, причем соответствующие выходы блока 1 соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И» 3.1, 3.2, …3n„ выходы блоков контроля перехода ГА в двигательный режим 2.1, 2.2 …2n соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И» 3.1, 3.2, …3n.The device for determining an inoperative GA (Fig.) Contains: a block of control of uneven loading of GA - 1, by the number of HA, blocks of control of the transition of HA to the motor mode - 2.1, 2.2 ... 2n, logical elements "And" - 3.1, 3.2, ... 3n, moreover, the corresponding outputs of block 1 are connected to the first inputs of the corresponding logical elements "And" 3.1, 3.2, ... 3n "the outputs of the control units for the transition of the HA into the motor mode 2.1, 2.2 ... 2n are connected to the second inputs of the corresponding logical elements" And "3.1, 3.2, ... 3n.

Блок контроля неравномерности загрузки ГА - 1, измеряет загрузку каждого ГА, определяет неравномерность загрузки, сравнивает полученную величину с допустимым значением и формирует на своем соответствующем выходе сигнал логической «1» в случае, когда разность в загрузке работающих параллельно ГА оказывается вне зоны, установленной допуском, причем указанный сигнал появляется на выходе, соответствующем номеру ГА, имеющую наименьшую загрузку. Данный блок полностью аналогичен соответствующему блоку, представленному в прототипе. Блоки контроля перехода ГА в двигательный режим 2.1, 2.2 …2n - известные функциональные блоки, в качестве которых могут быть использованы датчики обратной активной мощности, датчики обратного активного тока, реле обратной мощности с отключенной цепью задержки и т.д., на выходе 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-e изд. перераб. и доп. -М: Транспорт, 1982 - 256. (стр. 178). Логические элементы «И» 3.1, 3.2, …3n - известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1». 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-ro ГА). При этом на выходе j-го блока контроля перехода ГА в двигательный режим 2.j появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего логического элемента «И» 3.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 превысит величину установленного допуска (уставки) и при этом на j-ом выходе блока 1 контроля неравномерности загрузки ГА появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход соответствующего логического элемента «И» 3.J. Так как на оба входа логического элемента «И» 3.J поступает сигнал логической «1», то и на его выходе - сигнал логической «1», информирующий о том, что j-ый ГА неработоспособен. 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 2.j также появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего логического элемента «И» 3.J. Однако, так как при рекуперации энергии в сеть все ГА, работающие параллельно, тоже разгружаются, то величина неравномерности загрузки ГА будет меньше допустимой величины уставки, на соответствующем j-ом выходе блока 1 контроля неравномерности загрузки ГА появится сигнал логического «0» и поступит на первый вход соответствующего логического элемента «И» 3.J, на выходе которого сохранится сигнал логического «0» что свидетельствует, что неработоспособных ГА нет.The block of control of uneven loading of GA - 1, measures the load of each GA, determines the uneven loading, compares the obtained value with the allowable value and generates a logical “1” signal at its corresponding output in the case when the difference in loading of the GAs working in parallel is outside the zone established by the tolerance , moreover, the specified signal appears at the output corresponding to the number of GA, having the lowest load. This unit is completely analogous to the corresponding unit presented in the prototype. The control units of the transition of the HA into the motor mode 2.1, 2.2 ... 2n are well-known functional blocks, which can be used as reverse active power sensors, reverse active current sensors, reverse power relays with the delayed circuit off, etc., which are formed at the output signal of logical "1" in the case of the transition of the corresponding GA to the motor mode (Leikin VS Ship power plants and networks. A textbook for the nautical and arctic schools-3-e ed. revised and amended. -M: Transport, 1982 - 256. ( p. 178). Logic elements "And" 3. 1, 3.2, ... 3n - well-known functional blocks that form logical «1’ signals at their outputs if logical «1’ signals have been received at all their inputs. Suppose that in parallel operation one of the GA, for example the jth, has passed in the motor mode (for example, the fuel supply system to the diesel engine j-ro failed). At the output of the j-th block of control of the transition of the GA to the motor mode 2.j, a logical signal “1” will appear and go to the second input of the corresponding logic element "And" 3.J. Since when the jth GA goes into the motor mode, its entire load is redistributed between the remaining GA in the generator mode, their load will significantly increase and exceed the set tolerance (setpoint) and at the same time, the irregularity of the GA load will appear at the jth output of the GA the logical signal "1" and will go to the first input of the corresponding logical element "And" 3.J. Since both inputs of the logical element “And” 3.J receive a signal of logical “1”, then at its output there is a signal of logical “1” informing that the j-th GA is inoperable. If the transition of the jth GA to the motor mode occurs not because of its exit from the operating state, but because of the recovery into the network of energy from one of the electrical energy consumers (for example, during the operation of the cargo winch), then at the jth output the control unit of the transition of the GA to the motor mode 2.j will also receive a logical “1” signal and will go to the second input of the corresponding “AND” logic element 3.J. However, since during the energy recovery into the network, all HAs operating in parallel are also unloaded, the unevenness of the GA load will be less than the allowable set value, at the corresponding jth output of the HA load irregularity control block 1, a logical signal “0” will appear and go to the first input of the corresponding logical element "And" 3.J, at the output of which the logical signal "0" will remain, which indicates that there is no inoperative GA.

Пример реализации способаAn example implementation of the method

В качестве примера применения способа рассмотрим работу судовой электростанции в составе двух дизель-генераторов ДГ1 и ДГ2 с номинальной мощностью по 100 кВт каждый. Пусть при параллельной работе нагрузка ДГ1 составит 6 5 кВт, а нагрузка ДГ2 составит 60 кВт. Допустимая точность распределения активных нагрузок (Рдоп.) составляет 10% от номинальной мощности ДГ, то есть Рдоп.=10 кВт в данном случае, а мощность, потребляемая ДГ в двигательном режиме (Рпот.) составляет 16% от его номинальной мощности, то есть Рпот.=16 кВт. Допустим, что произошла потеря работоспособности первичного ДГ2, вызванная несанкционированным срабатыванием воздушной захлопки и прекращением поступления воздуха в дизель. В этом случае ДГ2 переходит в двигательный режим и вся нагрузка электростанции в 125 кВт поступает на ДГ1. Согласно предлагаемому способу оценивают величину неравномерности нагрузок ДГ1 и ДГ2, которая в данном случае равна 125 кВт, и сравнивают ее с допустимым значением, задаваемым уставкой, например, 14 кВт. Величину уставки целесообразно выбирать в интервале между величиной Рдоп. и величиной, определяемой Рпот., в данном случае 10 кВт и 16кВт соответственно. Так как ДГ2 перешел в двигательный режим работы и величина неравномерности нагрузок его и оставшегося в генераторном режиме ДГ1 больше величины уставки, то ДГ2 признают неработоспособным.As an example of the application of the method, we consider the operation of a ship power station consisting of two diesel generators DG1 and DG2 with a rated power of 100 kW each. Suppose that in parallel operation the load of DG1 will be 6 5 kW, and the load of DG2 will be 60 kW. The allowable accuracy of the distribution of active loads (Rdop.) Is 10% of the nominal power of the DG, that is, Rdop. = 10 kW in this case, and the power consumed by the DG in the motor mode (Rpot.) Is 16% of its nominal power, that is Rpot. = 16 kW. Suppose that there was a loss of efficiency of the primary DG2, caused by the unauthorized activation of the air shutdown and the termination of air entering the diesel. In this case, DG2 goes into motor mode and the entire load of the 125 kW power station is supplied to DG1. According to the proposed method, the magnitude of the non-uniformity of the loads DG1 and DG2, which in this case is equal to 125 kW, is evaluated and compared with the allowable value specified by the setting, for example, 14 kW. The value of the set point is advisable to choose in the interval between the value of Rdop. and the value determined by the Rpot., in this case, 10 kW and 16 kW, respectively. Since DG2 switched to motor mode of operation and the magnitude of its uneven loads and remaining in the generator mode DG1 is greater than the setpoint, DG2 is recognized as inoperable.

В способе, принятом за прототип, определение неработоспособного агрегата произойдет несколько позже. В самом деле, после перехода ДГ2 в двигательный режим общая нагрузка на ДГ1 составит 125 кВт, но так как в двигательном режиме он возьмет на себя еще и мощность, потребляемую ДГ2, то нагрузка ДГ1 окажется равной 141 кВт, что вызовет снижение оборотов ДГ и снижение частоты и (или) напряжения, вырабатываемого ДГ1, то есть в данном случае частоты и (или) напряжения сети. Только в этом случае, когда уже наступят негативные последствия перегрузки, ДГ2 будет определен как неработоспособный.In the method adopted for the prototype, the definition of an inoperative aggregate will occur somewhat later. In fact, after the transition of DG2 to the motor mode, the total load on DG1 will be 125 kW, but since in the motor mode it will also assume the power consumed by DG2, the DG1 load will be equal to 141 kW, which will cause a decrease in DG revolutions and a decrease frequency and (or) voltage generated by DG1, that is, in this case, the frequency and (or) voltage of the network. Only in this case, when the negative consequences of the overload already occur, DG2 will be determined as inoperable.

Теперь рассмотрим другой режим работы электростанции. Предположим, что при параллельной работе ДГ1 будет загружен на 34 кВт, ДГ2 - на 29 кВт и при этом включается в качестве нагрузки и начинает работать мощная грузовая лебедка. Пусть при рекуперативном торможении этой грузовой лебедки в сеть возвращается 60 кВт мощности. В данной ситуации ДГ1 и ДГ2 разгружаются и допустим, что мощность ДГ1 составит 4 кВт, а ДГ2 перейдет в двигательный режим и будет потреблять из сети мощность в 1 кВт (агрегат при этом не останавливается и работает на покрытие оставшихся собственных потерь ДГ2 в 15 кВт). Так как величина неравномерности загрузки ДГ1 и ДГ2 составит 5 кВт и будет меньше, чем величина уставки в 14 кВт, то ДГ2 не будет определен как неработоспособный, хотя и перешел в двигательный режим работы.Now consider another mode of operation of the power plant. Suppose that in parallel operation, the DG1 will be loaded with 34 kW, the DG2 - with 29 kW, and at the same time, a powerful cargo winch will start up as a load. Let 60 kW of power return to the network during regenerative braking of this cargo winch. In this situation, DG1 and DG2 are unloaded and assume that the power of DG1 will be 4 kW, and DG2 will go into motor mode and will consume 1 kW of power from the network (the unit does not stop and works to cover the remaining own losses of DG2 of 15 kW) . Since the magnitude of uneven loading of DG1 and DG2 will be 5 kW and will be less than the set value of 14 kW, DG2 will not be defined as inoperative, although it has switched to the motorized mode of operation.

Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Судовых автоматизированных электроэнергетических систем» ФБГОУ ВО «Государственного университета 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 выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.The proposed invention was created as part of the research work carried out at the department "Ship's automated electric power systems" FSBEI HE "State University of Maritime 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 electrical power systems, which, taking into account the above, allows us to conclude that it can be used industrially.

Claims

The method for determining an inoperative generating unit (GA), which consists in the fact that when several GA work in parallel, they measure the load of each GA, determine the amount of uneven loading of the generator units and determine the moment of the latter deviation beyond the set limits, which additionally determine the moment of transition of the GA in the motor mode and at the coincidence of this moment with the moment of deviation of the uneven loading of the generating units beyond the limits of the setpoint, GA, passed into the engine tionary regime recognized unusable.