Устройство для управления и контроля автономной электроэнергетической установки

Союз Советскнх Соцналнстнцесхнх РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ// Н 02 ) 3/42 Н 02 Л 3/46 Ст 01 К 31 с присоединени (23) Приоритет аявки Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Изобретение относится к технике управления распределением электроэнергии в автономных электроэнергетических установках и мокет б т использовано для управления, контроля и защиты в судовых электроэнергетических установках.Известны устройства для управления и контроля автономной электроэнергетической установки, содеркашне датчики разности фаз, активных мон(ностей, сопротивления изо 1 яции, напряжен и 51 Р 1 частоты и положения автоматических выключателей, входы которых служат для подключения к соответству)ощим участкам установки. Эти датчики входят в состав функциональных устройств автоматической синхронизации, уравнивания частот, распределения активной мощ. ности между параллельно работающими генераторами, токовой зашиты генераторов от перегрузки по активной и полной мощности, контро;я сопротивления изоляции и др. 1.Однако такое устройство обеспечивает основные режимы работы установки только при непосредственном участии оператора, что приводит к его повышенной загрузке, снижению оперативности управления и к увеличению вероятности принятия неправильНОГО решенРя В слОжньх ситхаци 5)х, с,1 сдсгвием чего может явиться Возникьовсчщ( аварийных режимоь. Кроме того, оно нс вь; - полняет функци( Нрогнозирова) 1;я О ока,в элементов установки 1 самих устро 1 сгв, чго 5 пе позволяет выявть и устранить аварийные ситуации дО )10)1 ент; Их Возн(к 11вен1.Целью изобретен .5: Яв(ястся: Овьн (,(1(на;1 е)(нОст)1 11 Оперативности )1 рпвгс 1 ТОНО) Нк 1 Э),1 ЕКТРО л 1,1 л ГСГ.: ЧССК 1 ,; Нками. 10Это;Ост(гастс 5 тем, иго предложенИоеиустроиство д(5151 с 11)агхзсния и контрО,1 я;ВтО.НОМНОР Э,1 СВТПОЭ:СП( СТ 111 ССКОИ Х(Тг)НО(вл 1, содсржс 1 ц(ее дат 1 ик)1 1)азнОсти фаз, акН- вН МОЦНОСЕИ, СОИ)ОТ 1 ВГ(ЕНИ 5 ИЗОЛ 5111 ИИ, Н а П Р Я Ж Е П и 51 И Ч а С Т(Т Ы 11 П О,1 0 К С Я 1 В т 0 х( И- тически.( выкл(о:(атслсй. вхочь когорых:лу- )КЯТ ДЛЯ 110;1 КЛ(ОЧСН(15 К СООТВСТСТВ(ГОН(1.1 участка.1 х стаОвк)1, си абжеНО сОГ,1 асл 50 ц л Олоко)1, псреклОВтслсм )(.жи)10 В, блкп)1 дистанц 110 нног,) 1 р;.Влсния, 0,)окомс:)б 2 О разования информации и цифровь(;. )с;1(110 шРм ОПОкО)1, ВклОча.01 цим В себя б;1 оки пи яти разности фаз, (1 кт 1(в И 11 х моп(посте.сопроти ален и;,1 1 во 15)цин Напряжен и)1 1( 151 стОтЫ, ПОЛОЖЕНИЯ аатОМатИЧЕСК:Х В)л)КЛК)чателей, режимов работы установки, блок вычисления отклонения параметров, блок сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, блок программного управления, блоки формирования команд на автоматические выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости, на вывод информации, блоки памяти номинальных значений параметров и допустимых отклонений параметров системы, причем выходы датчиков и переключателя режимов через согласующий блок и блок преобразования информации подключены к соответствующим блокам памяти цифрового решающего блока, входы и выходы блока дистанционного управления служат для подключения через согласующий блок к управляемым элементам установки, входы блока вычисления отклонений параметров по информационным каналам подключены к выходам блоков памяти разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты, номинальных значений параметров, а вход управления этого блока подключен к выходу блока программного управления, входы которого подключены к выходам блоков памяти напряжения и частоты, положения автоматических выключателей, режимов работы, выходы блока программного управления подключены к блоку формирования команд на автоматические выключатели и к блоку сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, другие входы которого подключены к выходу блока памяти допустимых отклонений параметров и к выходу блока вычисления отклонений параметров, а выходы блока сравнения через блоки формирования команд на автоматические выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости и на вывод информации служат для подключения к соответствующим управляемым элементам установки,На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства для управления и контроля автономной электроэнергетической установки. Оно содержит первичные двигатели 1 с регуляторами скорости, синхронные генераторы 2, автоматические выключатели 3, главный распределительный шит 4 (ГРШ,) и нагрузки 5,Входы датчиков 6 разности фаз напряжений генераторов, датчиков 7 напряжения и частоты, датчиков 8 активной мощности, датчиков 9 положения автоматических выключателей и датчиков 10 сопротивления изоляции подключены к соответствующим участкам электроэнергетической установки, а их выходы через согласующий блок 11 и через блок 12 преобразования информации подключены к входам соответствующих блоков памяти цифрового решающего блока 13 (блок 14 - памяти разности фаз, блок 15 - памяти активных мощностей, блок 16 - памяти сопротивления изоляции, блок 17 памяти значений напряжения и частоты и блок 18 - памяти положения автоматических выключателей), Устройство снабжено 5 также переключателем 19 режимов работыустановки, который через согласующий блок 11 подключен к блоку 20 дистанционного управления и к блоку 21 памяти режимов работы. По цепям управления блок 20 дистанционного управления через согласующий блок подключен к объектам управления.Цифровой решающий блок - 13 снабжен блоком 22 памяти номинальных значений параметров системы и блоком 23 памяти допустимых отклонений параметров системы.1 Выходы блоков памяти 14, 15, 16, 17 и 22подключены к соответствующим входам блока 24 вычисления отклонения параметров, выход которого подключен к входу блока 25 сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, который по второму входу связан с выходом блока 23 памяти допустимых отклонений параметров. Выходы блоков памяти 17, 18 и 21 подключены к входам блока 26 программного управления, выходы которых подключены один - к блоку 24 вычисления отклонения параметров, а другой - к блоку 27 формирования команд на автоматические выключатели. Выходы управления блока 25 сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями подключены соответственно к блоку 27 фор мирования команд на автоматические выключатели, к блоку 28 команд на разгрузку генераторов и к блоку 29 формирования воздействия на регуляторы скорости, а информационный выход блока 25 через блок 30 35формирования информации к блоку 31 сигнализации и контроля параметров. Выходы блоков 27, 28, 29 формирования команд через согласуюший блок 11 подключены к соответствующим объектам управления.Устройство работает в двух режимах - 4 о дистанционного управления и автоматического управления. Задание режима работы установки осушествляется оператором с помощью переключателя 19 режимов работы.При задании режима дистанционного управления согласующий блок 11 подключает входы и выходы блока 20 дистанционного управленияк соответствуюшим участкам электро- энергетической установки и к объектам управления. При этом управление установкой осуществляется оператором с пульта управления блока 20. При задании режима автоматического управления согласующий блок 11 отключает блок 20 дистанционного управления и подключает выходы датчиков параметров и состояния установки через блок 12 преобразования информации к входам циф рового решающего блока 13, а выходы этого блока - к соответствующим объектам управления, Управление электроэнергетической установкой осуществляется блоком 13 по заложенным в него алгоритмам управ 64909910 15 20 25 30 35 45 50 55 ления в соответствии с поступающей от датчиков информацией без участия оператора.В режиме автоматического управления в зависимости от принятой схемы генерирования, количества и типов автоматических выключателей, типов регуляторов скорости в память блока 25 программного управления записывается программа автоматического управления, включающая в себя подпрограммы перестройки структуры установки, синхронизации генераторов, распределения активных мощностей, перевода нагрузки с одного генератора на другой, разгрузки генераторов путем отключения второстепенных потребителей, а также подпрограммы контроля параметров установки и прогнозирования неисправностей.Порядок взаимодействия указанных подпрограмм определяется основными режимами работы судна в целом, задаваемыми оператором из центрального поста с помощью переключателя режимов 19. Функционирование устроиства в режиме автоматического управления может быть рассмотрено на примере перехода из режима работы судна в порту в режим работы при маневрировании, когда требуется подключение дополнительного источника электроэнергии. Сигнал о предполагаемом изменении режима работы судна поступает от переключателя режимов 9 ца блок памяти 2 режимов работы и затем на блок 25 программного управления. Этот сигнал является оператором пуска для алгоритма подключения на шины ГРЩ резервного агрегата. По этому алгоритму блок 26 программного управления задает на блок 24 вычисления отклонения параметров программу опроса датчика О сопротивления изоляции, подключенного к шинам включаемого генератора. Сигнал датчика в блоке 24 сравнивается с номинальным значением сопротивления изоляции, поступающим ца блок 24 от блока 22 памяти номинальных значений параметров. После чего полученная разность сравнивается в блоке 25 с допустимым отклонением, поступающим ца этот блок от блока 23 памяти допустимых отклонений. Если сопротивление изоляции находится в допустимых пределах, блок 26 вырабатывает команду на пуск резервного агрегата. При выходе генераторного агрегата на номинальные обороты блок 26 через блок 24 опрашивает датчикй 7 напряжения и частоты, подключенные по обе стороны автоматического выключателя 3, т.е. на шинах подключаемого агрегата и на соответствующей секции ГРЩ. В случае, если на подключаемом генераторе оказываются номинальные параметры напряжения и частоты и на секции ГРЩ отсутствует напряжение, блок 26 программного управления вырабатывает команду на включение агрегата на шины ГРЩ без синхронизации. Эта команда проходит через блок 27 формирования команды на соответствующий автоматический выключатель. Если номинальные параметры присутствуют как на агрегате так и на шинах ГРШ блок 26 задает приоритет подпрограмме синхронизации. В соответствии с этой подпрограммой блок 24 периодически опрашивает датчики 6 разности фаз напряжений и датчики 7 напряжения и частоты. В случае допустимых отклонений по разности частот, напряжений и фаз источников производится уравнивание указанных параметров по цепям воздействия через блок 29 на регуляторы скорости синхронизируемых генераторов. После уравнивания частоты и фаз блоком 25 вырабатывается команда на включение соответствующего автоматического выключателя с постоянным временем опережения момента синхронизма, равным времени срабатывания автоматического выключения,После синхронизации генераторов в соответствии с алгоритмом ввода источника получает приоритет подпрограмма распределения активных нагрузок между параллельно работающими генераторами. Г 1 о этой подпрограмме блоком 24 опрашиваются датчики 8 активной мощности, включенные на шины каждого работающего генератора. В зависимости от соотношения активных мощностей генераторов, которое вычисляется в блоке 24 и сравнивается с допустимым рассогласованием в блоке 25, осуществляется воздействие на регулятор скорости соответствующего агрегата (тем самым уменьшается величина рассогласования по нагрузке). Наряду с распределением нагрузок устройство непрерывно следит за наличием перегрузок в системе по активной и полной мощности и в случае выявления перегрузок вырабатывает команду через блок 28 на отключение второстепенных потребителей.Одновременно с операциями, обладающими приоритетом (токовая защита от перегрузок, синхронизация, распределение активных мощностей) устройство осугцествляет обегающий контроль всех датчиков ц анализирует тенденцию изменения во времени основных параметров установки. Например, периодический контроль отклонения частоты работающих генераторов позволяет стабилизировать частоту путем воздействия на регулятор скорости в функции отклонения. Обработка результатов измерений по заданным алгоритмам и аналитическим зависимостям позволяет осуществлять диагностику состояния установки, прогнозировать возможные неисправности и давать советы оператору в случае необходимости его вмешательства в процесс управления. Например, контроль тенденции изменения во времени величины сопротивления изоляции сети позволяет вовремя отключать неисправные участки до возможного наступления электрического пробоя и возникновения аварии.Обобщенная сигнализация (как предупрелитечьная, так н аварийная) пост паетна блок 31 сигнализации и контроля от блока 30 формирования информации.Построение управления, контроля и защиты электроэнергетических установок с использованием предложенного устройства позволит отказаться от решаюпей части функциональных устройств электроавтоматики, что дает сугцествснный выигрыш в элементной базе, надежности эксплуатации, потребляемой мощности, стоимости проектирования и изготовления, а также в улучшении условий обслуживания. Кроме того, появляется возможность использования оптимальных законов регулирования и управления элементами системы, изменяющихся в зависимости от изменения схемы генерирования, параметров агрегатов и регуляторов, что позволит перейти от проектирования сложных систем автоматизации к решсцик) более эффективной задачи программирования управления распределением электроэнергии.Фор,ула изоб(рете(иУстройство д,(151 уцпявлсци 51 и кОцт)оля автономной элсктроэцергстичс ской установки, содержащее датчики разности фаз, активных могцносте, сон)с) гРВЛСИРя изоляции, напряжения и частоты и положения автоматических выключателей, вхс)ды которых служат для подклочсния к сосггветствуюгцим участкам установки, отличиодеев) тем, что, с целью повышения надежности и оперативности управления, оно снабжено согласующим блоком, переключатслсм режимов, блоком дистанционного управления, блоком преобразования информации и цифровым решаюРцим блоком, включающим В себя блоки памяти разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, цяцр 5 кеРИя и частоты, положения автоматц сских Выключателеи, режимов работы сгацовсц, Олок Вычисления отклонения параметров, блок сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, блок программного управления, блок формирования команд на автоматические выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости, на вывод информации, блоки памяти 5 номинальных значений параметров и допустимых отклонений параметров системы, причем выходы датчиков и переключателя режимов через согласующий блок и блок преобразования информации подключены к соответствующим блокам памяти цифрового решающего блока, выходы и входы блока дистанционного управления служат для подключения через согласующий олок к управляемым элементам устаРОВКИ, входы блока вычисления отклонений параметров по информационным каналам подключены к выходам блоков памяти разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты, цомицяль ых значений параметров, а Вход управления этого блока подключен к выходу блока цро граммного управления, Входы которого подключены к Выходам блоков памяти цацря- )КЕНИЯ И ЧЯСТОТЫ, ПС)ЛОЖСЦИЯ ЯВТОМЯТИЧССКИХ Выклочятслсй, рс)кРмоц п 100 ть, Выходь блока гро 1)яммОгс) 5 цряВлени 5 о;1 с,ю(си 1 25к блок) форы)ОвсИРя кс)мсн 1, цс 1 яВТО)1 ятнческис выключатели и к блоку сравнения отклоцс ний царямстроп с допустимыми значениями, дру Ис входы которо о подклкгчсцы к выходу блока памяти допустимых отклонений параметров и к Выходу олока ВычисзО ления отклонений параметров, Я Выходы сблока сравнения через блоки формирования команд на аьтоматичсскис Выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия ца регуляторы скорости и на вывод информации служат для подключения к соотвстстыоцРхуправляемьм элементам установки. Источники информации, принятые во внимание цри экспсртизс1. КонсгацтиРОв В. П. Системы и устройства автоматизации судовых электроэцергетических установок. Судостроение, 1972, с. 205 - 235.Редактор Е. КравионаЗаказ 66131 Составитель К.фотннаТсхред О. Лутовая Корректор П.МакаревичТираж 856 Подписное11 НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раугнская наб., д. 4/5филиал Г 11 П Патенть г. Ужгород, ул. Проектная, 4