RU2731762C1

RU2731762C1 - Protection method of ship electric power system

Info

Publication number: RU2731762C1
Application number: RU2019133753A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Широков
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Форпик Стандарт Сервис"
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2020-09-08

Abstract

FIELD: electrical equipment.

SUBSTANCE: invention can be used in electric engineering for protection of shipboard and other autonomous electric power systems (SEPS) with parallel operating GS. According to the method of ship electric power system protection, the parameters describing the emergency mode of the ship operation are controlled, and in case this operating mode comes, the AGS is automatically started.

EFFECT: technical result is providing protection of SEPS by launching emergency generator set (AGS) until moment of voltage failure in network.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электроэнергетических систем (СЭЭС).The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to protect ship power systems (SEES).

Известен способ защиты сети СЭЭС (А.П. Баранов. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. / СПб.: Судостроение, 2005. -, 440 с.), заключающийся в том, что при исчезновении напряжения в сети запускается аварийный дизель генераторный агрегат (АДГ).There is a known method of protecting the SEES network (A.P. Baranov. Ship automated electric power systems: Textbook for universities. 2nd ed., Revised and additional / SPb .: Shipbuilding, 2005. -, 440 p.), Consisting in the fact that when the voltage disappears in the network, an emergency diesel generator set (ADG) is started.

Этот способ позволяет восстановить электроснабжение ответственных приемников электроэнергии (ПЭ), работающих в аварийном режиме, до момента запуска резервного генераторного агрегата (ГА).This method allows you to restore the power supply to critical receivers of electricity (PE) operating in emergency mode until the start of the backup generator set (GA).

Недостаток способа заключается в том, что на запуск АДГ необходимо время, в течение которого не работает рулевое управление судна пожарный и осушительные насосы, главная двигательная установка судна и другие ПЭ, от работы которых зависит безопасность судна и экипажа.The disadvantage of this method is that it takes time to start the ADG, during which the ship's steering control is not operated, the fire and bilge pumps, the main propulsion system of the ship and other PE, on the operation of which the safety of the ship and the crew depends.

Наиболее близким к предложенному является способ защиты СЭЭС (патент RU 2681940, H02J 9/06 (2006/01), опубликованный 14.03.2019, Бюл. №8) посредством запуска аварийного генераторного агрегата (АГА), согласно которому при переходе одного или нескольких из работающих ГА в неисправное состояние формируют команду на запуск АГА до отключения неисправного (неисправных) ГА при условии, что СЭЭС находится в режиме функционирования, при котором отключение работающего неисправного (работающих неисправных) ГА приведет к исчезновению напряжения в сети.The closest to the proposed one is the method of protecting SEES (patent RU 2681940, H02J 9/06 (2006/01), published on 03/14/2019, Bul. No. 8) by starting an emergency generator unit (AGA), according to which, when one or more of operating GAs in a faulty state form a command to start the AGA before disconnecting the faulty (faulty) GA, provided that the SEES is in operation mode, in which the disconnection of the working faulty (working faulty) GA will lead to the disappearance of the voltage in the network.

Данный способ позволяет заранее запустить АГА и избежать перерыва в электроснабжении ответственных ПЭ судна, но только тогда, когда хотя бы один из работающих ГА перешел в неисправное состояние и продолжает работать.This method allows you to start the AGA in advance and avoid an interruption in the power supply of the responsible PE of the vessel, but only when at least one of the working GA went into a faulty state and continues to work.

При этом возможны аварийные режимы работы судна, вследствие которых хотя бы один из ГА переходит в неисправное состояние и одновременно перестает работать, что вызывает обесточивание судна. Примером могут служить аварийные режимы эксплуатации судна, связанные с пробоиной ниже ватерлинии и подтоплением с одной стороны и пожаром - с другой.In this case, emergency modes of operation of the ship are possible, as a result of which at least one of the HU goes into a faulty state and at the same time stops working, which causes the ship to be de-energized. An example is the emergency modes of ship operation associated with a breach below the waterline and flooding on the one hand and fire on the other.

Рассмотрим несколько аварийных режимов работы судна, при которых произойдет исчезновение напряжения в сети.Let us consider several emergency modes of operation of the vessel, in which the voltage in the network will disappear.

1. Аварийный режим работы судна связан с подтоплением, наступившим, например, в результате пробоины корпуса судна ниже ватерлинии. В случае подтопления и поступления воды в помещение ГА может наступить ситуация, когда уровень воды достигнет обмоток генераторов, произойдет короткое замыкание, и они отключатся от сети, произойдет обесточивание судна, потеря управляемости и остановка главных двигателей.1. Emergency operation of the vessel is associated with flooding, which occurred, for example, as a result of a breach of the vessel's hull below the waterline. In the event of flooding and water entering the GA room, a situation may arise when the water level reaches the windings of the generators, a short circuit will occur, and they will be disconnected from the network, the vessel will be de-energized, lost controllability and the main engines will stop.

2. Аварийный режим работы судна связан с пожаром. При этом в случае пожара в помещении ГА, из-за сильного задымления и низкого содержания кислорода в воздухе, поступающем в первичный двигатель, (например, в дизель), он перестает работать, напряжение не генерируется, происходит обесточивание судна. Если всасывающий коллектор первичного двигателя ГА выведен за пределы помещения ГА на улицу, то к аналогичным последствиям может привести пожар в рубке или на одной из палуб судна. При этом сохраняется возможность повреждения или отключения топливных или масляных трубопроводов первичных двигателей, что также приводит к их остановке и исчезновению напряжения в сети.2. Emergency operation of the vessel is associated with fire. At the same time, in the event of a fire in the GA room, due to strong smoke and low oxygen content in the air supplied to the prime mover (for example, to a diesel engine), it stops working, voltage is not generated, and the vessel is de-energized. If the suction manifold of the primary engine of the GA is brought outside the premises of the GA to the street, then a fire in the wheelhouse or on one of the decks of the ship can lead to similar consequences. At the same time, the possibility of damage or disconnection of the fuel or oil pipelines of the prime movers remains, which also leads to their stop and the disappearance of the voltage in the network.

Положение усугубляется тем, что при обесточивании, происходящем в аварийном режиме работы судна, до запуска АГА существенно сокращаются возможности борьбы за живучесть судна, так как пожарный и осушительный насосы не работают.The situation is aggravated by the fact that in case of a power outage occurring in the emergency mode of the ship's operation, before the start of the AGA, the possibilities of fighting for the survivability of the ship are significantly reduced, since the fire and bilge pumps do not work.

При этом короткое замыкание генератора вследствие попадания воды и остановка дизеля вследствие прекращения подачи топлива или кислорода происходят внезапно, так как непосредственно перед этими событиями ГА были в исправном состоянии, изменений в их техническом состоянии не наблюдалось. Таким образом, авария на судне может привести к внезапному отказу работающих ГА.In this case, a short circuit of the generator due to the ingress of water and the shutdown of the diesel engine due to the cessation of the supply of fuel or oxygen occur suddenly, since immediately before these events the GAs were in good condition, no changes in their technical condition were observed. Thus, an accident on a ship can lead to a sudden failure of operating HA.

Во всех этих случаях момент выхода из строя ГА практически совпадает с моментом его отключения или остановки, времени на превентивный запуск АГА не остается, способ, принятый за прототип не работает, что на практике вызывает перерыв в электроснабжении судна.In all these cases, the moment of failure of the GA practically coincides with the moment of its shutdown or shutdown, there is no time left for the preventive launch of the AGA, the method taken as a prototype does not work, which in practice causes an interruption in the ship's power supply.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения способа за счет исключения возможности перерыва в электроснабжении ответственных ПЭ в случае внезапных отказов ГА, происходящих вследствие аварии на судне.The aim of the present invention is to expand the field of application of the method by eliminating the possibility of an interruption in the power supply of critical PE in the event of sudden failures of the HA that occur as a result of an accident on the ship.

Заявляемый способ позволяет решить проблему своевременного запуска АГА при аварийной ситуации на судне, которая может вызвать внезапный отказ, прекращение работы ГА и исчезновение напряжения в сети.The inventive method allows to solve the problem of the timely launch of the AGA in an emergency on the ship, which can cause a sudden failure, termination of the GA and the disappearance of voltage in the network.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе защиты судовой электроэнергетической системы посредством запуска АГА, формируют команду на запуск АГА при условии, что судно работает в аварийном режиме.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the method of protecting the ship's electric power system by starting the AGA, a command is generated to launch the AGA, provided that the ship is operating in emergency mode.

Сущность изобретения заключается в том, что в здесь, как и в прототипе, запуск АГА осуществляют до момента исчезновения напряжения в сети. Но в отличие от прототипа команда на запуск АГА подается не вследствие неисправности хотя бы одного из работающих ГА, а во время аварийного режима работы судна, для чего контролируют параметры, характеризующие аварийный режим работы судна и в случае, когда этот режим работы наступает, то автоматически запускают АГА.The essence of the invention lies in the fact that here, as in the prototype, the AGA is launched until the voltage in the network disappears. But unlike the prototype, the command to start the AGA is given not due to a malfunction of at least one of the operating GA, but during the emergency operation of the vessel, for which they control the parameters characterizing the emergency operation of the vessel and in the case when this operation occurs, then automatically start the AGA.

Запуск АГА при аварийном режиме работы судна целесообразен еще и по той причине, что исключается «человеческий фактор», когда ошибочные действия экипажа могут привести к отключению работающих ГА во время пожара или подтопления судна. В этом случае ответственные ПЭ сразу получат питание от АГА.Launching the AGA during the emergency operation of the vessel is also advisable for the reason that the "human factor" is excluded, when erroneous actions of the crew can lead to the shutdown of the working GA during a fire or flooding of the vessel. In this case, the responsible PEs will immediately receive power from the AGA.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - расширение области применения способа за счет исключения возможности перерыва в электроснабжении ответственных ПЭ в случае внезапных отказов ГА, происходящих вследствие аварии на судне - 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 set - expanding the scope of the method by eliminating the possibility of an interruption in the power supply of responsible PE in the event of sudden failures of the HA occurring as a result of an accident on the ship - is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the proposed invention with the patentability criterion "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 conducted 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 изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.The essence of the invention is illustrated by a drawing, which shows a functional diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство реализующее предлагаемый способ (см. чертеж), содержит 1.1…1.n - датчики уровня воды, 2 - станция обнаружения пожара, 3 - логический элемент «ИЛИ», 4 - блок запуска АГА, причем выходы датчиков уровня воды 1.1…1.n соединены с соответствующими первыми входами логического элемента «ИЛИ» 3, выход станции обнаружения пожара 2 соединен со вторым входом логического элемента «ИЛИ»3, выход которого соединен с входом блока запуска АГА.The device implementing the proposed method (see drawing), contains 1.1 ... 1.n - water level sensors, 2 - fire detection station, 3 - logical element "OR", 4 - starting block AGA, and the outputs of water level sensors 1.1 ... 1. n are connected to the corresponding first inputs of the "OR" logic element 3, the output of the fire detection station 2 is connected to the second input of the "OR" logic element 3, the output of which is connected to the input of the AGA startup unit.

Датчики уровня воды - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1» в случае, когда уровень воды в помещении превысит заданное значение. Примером такого судового датчика может служить датчик уровня РОС-501.Water level sensors are well-known functional blocks that generate a logical "1" signal at their outputs when the water level in the room exceeds the set value. An example of such a marine sensor is the POS-501 level sensor.

Станция обнаружения пожара - известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» в случае возникновения пожара на судне. В качестве блока можно использовать судовую станцию обнаружения пожара ТОЛ - 10.A fire detection station is a well-known functional unit that generates a logical "1" signal at its output in the event of a fire on the ship. The ship fire detection station TOL-10 can be used as a unit.

Логический элемент «ИЛИ» - известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» в том случае, когда хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в противном случае.Logic element "OR" is a well-known functional block that generates a logical "1" signal at its output when at least one of its inputs receives a logical "1" signal and a logical "0" signal otherwise.

Блок запуска АГА - известный функциональный блок, обеспечивающий запуск АГА в случае, когда на его вход поступает сигнал логической «1», этот блок аналогичен тому, что применяется в устройстве, реализующем способ, принятый за прототип.The AGA startup block is a well-known functional block that provides the AGA startup when a logical "1" signal is received at its input; this block is similar to that used in a device that implements the method taken as a prototype.

Устройство, реализующее предложенный способ защиты СЭЭС, функциональная схема которого представлена на чертеже, работает следующим образом.A device that implements the proposed method for protecting SEES, the functional diagram of which is shown in the drawing, operates as follows.

В случае нарушения целостности корпуса вода начинает поступать внутрь судна. Когда ее уровень превысит заданное значение, то сработает хотя бы один из датчиков 1.1…1.n, например, 1.к. На его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на к - ый из первых входов логического элемента «ИЛИ»3. На выходе логического элемента «ИЛИ»3 сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА, который запустит АГА. Если в процессе борьбы за живучесть судна уровень воды в помещении АГА достигнет обмоток генератора и ГА отключится защитой, то ответственные ПЭ сразу получат питание от АГА, обесточивание судна не произойдет. Аналогично, если произошел пожар, то на выходе станции обнаружения пожара 2 сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход логического элемента «ИЛИ»3, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА, который запустит аварийный источник электроэнергии.If the integrity of the hull is violated, water begins to flow into the vessel. When its level exceeds the set value, at least one of the sensors 1.1 ... 1.n will be triggered, for example, 1.c. At its output, a logical "1" signal will be generated and fed to the jth of the first inputs of the "OR" logic gate 3. At the output of the logical element "OR" 3, a logical "1" signal will be generated and will be fed to the input of the AGA start unit, which will start the AGA. If, in the process of fighting for the survivability of the vessel, the water level in the AGA room reaches the generator windings and the GA is switched off by protection, then the responsible PE will immediately receive power from the AGA, the vessel will not be de-energized. Similarly, if a fire has occurred, then the output of the fire detection station 2 will generate a logical "1" signal and go to the second input of the logical element "OR" 3, at the output of which a logical "1" signal will appear and go to the input of the AGA start unit, which will start emergency source of electricity.

При этом датчики 1.1…1.n и 2 контролируют момент наступления аварии и начало работы судна в аварийном режиме, логический элемент «ИЛИ» 3 формирует команду на запуск АГА (в данном случае в виде сигнала логической «1»), а блок запуска АГА 4 осуществляет запуск АГА до момента возникновения внезапных отказов ГА, происходящих вследствие аварии на судне.In this case, sensors 1.1 ... 1.n and 2 control the moment of the onset of an accident and the beginning of the ship's operation in emergency mode, the logical element "OR" 3 generates a command to start the AGA (in this case, in the form of a signal of the logical "1"), and the start unit of the AGA 4 carries out the launch of the AGU until the occurrence of sudden failures of the GA occurring as a result of an accident on the ship.

Примеры реализации способа.Examples of implementation of the method.

Допустим, что в машинном отделении (МО), где находится помещение ГА, установлены шесть датчиков уровня воды 1.1…1.6 (n=6). Нумерация датчиков возрастает от кормы по часовой стрелке. При этом датчики 1.1 и 1.2 расположены по левому борту, 1.3 расположен на диаметральной плоскости (ДП) в носовой части МО, 1.4 и 1.5 расположены по правому борту, а 1.6 - на ДП в кормовой части МО. Допустим, что судно получило пробоину правого борта в районе МО. Судно получило крен на правый борт и дифферент в корму. Вода начала затоплять помещение и в этом случае первым превысит заданное значение уровень воды в районе датчика 1.5, он сработает, на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на пятый из первых входов логического элемента «ИЛИ»3 (см. чертеж). На выходе логического элемента «ИЛИ»3 сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА 4, АГА запустится и будет готов принять нагрузку в случае отключения ГА. Заданное значение уровня для датчиков 1.1…1.6 выбирается с таким расчетом, чтобы АГА успел запуститься до момента, когда вода достигнет обмоток генератора и ГА выйдет из строя или будет остановлен. При этом возможна ситуация, когда при уровне воды в МО несколько меньшем, чем заданное значение датчика 1.5 произойдет короткое замыкание какого-либо из ПЭ, расположенных в МО. При этом нефтесодержащая смесь, всплывшая на поверхность воды, загорится и начнется пожар в помещении МО. В этом случае на выходе станции обнаружения пожара 2 (см. чертеж) появится сигнал логической «1», который поступит на второй вход логического элемента «ИЛИ»3, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока запуска АГА 4. АГА запустится.Let us assume that six water level sensors 1.1… 1.6 (n = 6) are installed in the engine room (MO), where the HA room is located. The sensors are numbered clockwise from the stern. At the same time, sensors 1.1 and 1.2 are located on the left side, 1.3 is located on the center plane (DP) in the bow of the MO, 1.4 and 1.5 are located on the starboard side, and 1.6 - on the DP in the stern of the MO. Let us assume that the vessel received a breach in the starboard side in the MO area. The vessel was heeled to starboard and trimmed to the stern. Water began to flood the room and in this case the water level in the area of the sensor 1.5 will be the first to exceed the set value, it will work, a logical “1” signal will appear at its output and will be sent to the fifth of the first inputs of the “OR” logic 3 (see drawing). At the output of the logical element "OR" 3, a logical "1" signal will be generated and will be fed to the input of the AGA 4 startup unit, the AGA will start and will be ready to accept the load in the event of a disconnection of the GA. The set level value for sensors 1.1 ... 1.6 is chosen so that the AGA has time to start before the water reaches the generator windings and the GA will fail or be stopped. In this case, a situation is possible when, at a water level in the MO that is slightly lower than the preset value of the sensor 1.5, a short circuit of any of the PE located in the MO will occur. In this case, the oily mixture that has floated to the surface of the water will ignite and a fire will start in the MO room. In this case, a logical “1” signal will appear at the output of the fire detection station 2 (see drawing), which will go to the second input of the logical element “OR” 3, at the output of which a logical signal “1” will appear and will be sent to the input of the AGA 4 start unit The AGA will start.

Предлагаемое изобретение было создано в процессе разработки опытного образца блока защиты судовой электроэнергетической системы, проводимой ООО «Форпик Стандарт Сервис». Были проведены расчеты и изготовлена действующая модель устройства, реализующего заявляемый способ, лабораторные испытания которой показали возможность использования данного способа в судовых электроэнергетических системах, что с учетом вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.The proposed invention was created in the process of developing a prototype unit for protecting the ship's electric power system, carried out by LLC Forepeak Standard Service. Calculations were carried out and a working model of a device that implements the inventive method was made, laboratory tests of which showed the possibility of using this method in ship power systems, which, taking into account the above, allows us to conclude about the possibility of its industrial application.

Claims

1. A method of protecting a ship's electric power system by starting an emergency generator set (AGA), characterized in that a command to start an AGA is generated provided that the ship is in emergency operation, in which a sudden failure of at least one of the operating generating units is possible.

2. The method of protecting the ship's electric power system according to claim 1, characterized in that the condition of the ship being in an emergency mode of operation, in which a sudden failure of at least one of the operating generating sets is possible, is defined as the ship being in a fire mode on the ship.

3. A method for protecting a ship's electric power system according to claim 1, characterized in that the condition of the ship being in an emergency mode of operation, in which a sudden failure of at least one of the operating generating sets is possible, is defined as the ship being in a fire mode in the generator's room.

4. The method of protecting the ship's electric power system according to claim 1, characterized in that the condition of the ship being in an emergency mode of operation, in which a sudden failure of at least one of the operating generating sets is possible, is defined as the ship being in the ship flooding mode.

5. The method of protecting the ship's electric power system according to claim 1, characterized in that the condition of the ship being in emergency operation mode, in which a sudden failure of at least one of the operating generating sets is possible, is defined as the ship being in the mode of flooding the generator sets premises.