Проектирование системы устройств автоматического управления и защиты судовой электростанции, отвечающей требованиям регистра РФ

Краткая характеристика судовой электроэнергетической системы. Выбор устройств стабилизации параметров напряжения и частоты синхронного генератора. Подбор устройств автоматизации управления параллельной работой генераторов и автоматической защиты.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки

Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северный (Арктический) федеральный университет

имени М.В. Ломоносова»

Специальность Судовая электроэнергетика и электротехника

Курсовой проект

по дисциплине «Системы и устройства судовой автоматики»

Тема: Проектирование системы устройств автоматического управления и защиты судовой электростанции, отвечающей требованиям регистра РФ

Выполнил: студент 4 курса

1453 группы

Тугаринов Иван Александрович

Преподаватель: к.т.н. М.Л. Ивлев

Содержание

1. Краткая характеристика СЭС и требования, предъявляемые к объёму её автоматизации

2. Выбор устройств стабилизации параметров напряжения и частоты синхронного генератора

3. Выбор устройств автоматизации управления параллельной работой синхронных генераторов

3.1 Выбор устройств синхронизации

3.2 Управление распределением активной нагрузки параллельно работающих генераторов

3.3 Управление распределением активной нагрузки

4. Выбор автоматической защиты СЭС

4.1 Устройство автоматической разгрузки генераторов (УРГ)

4.2 Устройство автоматического включения резерва (УВР)

4.3 Устройство контроля изоляции (УКИ)

4.4 Защита от обрыва фазы при питании с берега

4.5 Реле обратной мощности (тока)

4.6 Выбор генераторного автоматического выключателя

4.7 Устройство звуковой и световой сигнализации типа УЗСС-1

5. Расчёт изменения напряжения и частоты

5.1 Режим включения статической нагрузки

5.2 Включение статического преобразователя

5.3 Режим прямого пуска асинхронного двигателя

Список литературы

1. Краткая характеристика СЭС и требования, предъявляемые к объёму её автоматизации

Судовой электроэнергетической системой (СЭС) называется совокупность электротехнических устройств, объединённых процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии, предназначенной для питания судовых приёмников электроэнергии. Отсюда следует, что СЭС состоит из источников электроэнергии, линий электропередачи, электрораспределительных щитов и преобразователей электроэнергии. Приёмниками электроэнергии в состав СЭС не входят, однако оказывают существенное влияние на структуру и основные параметры СЭС.

Совокупность линий электропередачи с распределительными щитами называется электрической сетью.

В качестве источников электроэнергии на судах используют генераторы переменного и постоянного тока, имеющие привод от турбин или дизелей, а также аккумуляторные батареи. Линии электропередачи выполняются с помощью кабелей или шинопроводов.

Электрораспределительные щиты представляют собой устройства, предназначенные для подключения линий электропередачи. В качестве преобразователей электрической энергии применяют трансформаторы, выпрямители и др.

Электрораспределительный щит, к которому подключены основные источники электроэнергии и судовая силовая электрическая сеть, называется главным распределительным щитом (ГРЩ).

Электроэнергетический щит, к которому подключены аварийный источник энергии и аварийная сеть, называется аварийным распределительным щитом (АРЩ). Совокупность аварийного источника электроэнергии с аварийным распределительным щитом принято называть аварийной судовой электростанцией.

Основная электростанция (ОЭ) предназначена для обеспечения судна электроэнергией во всех нормальных эксплуатационных режимах работы.

Аварийная электростанция (АЭ) обеспечивает судно электроэнергией в аварийных режимах работы (например, при затоплении основной электростанции). Аварийная электростанция расположена в отдельном помещении в кормовой части надстройки теплохода.

По правилам классификации и постройки морских судов Российского морского регистра судоходства НД №2-020101-052 судам и плавучим сооружениям, оборудование автоматизации которых отвечает требованиям части XV «Автоматизация», к основному символу класса добавляется один из следующих знаков автоматизации:

1) AUT1 - если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и в центральном посту управления (ЦПУ);

2) AUT2 - если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки одним оператором из ЦПУ без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях;

3) AUT3 - если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки судна с мощностью главных механизмов не более 2250 кВт без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и ЦПУ;

4) AUT1-C, AUT2-C или AUT3-C - если автоматизация выполнена с применением компьютеров или программируемых логических контроллеров (PLC), отвечающих требованиям разд. 7 части XV «Автоматизация»,

5) AUT1-ICS, AUT2-ICS или AUT3-ICS - если автоматизация выполнена с применением компьютерной интегрированной системы управления и контроля, отвечающей требованиям разд. 7 части XV «Автоматизация»

Исходя из задания на курсовое проектирование, выбираем степень автоматизации AUT2.

AUT2 - вторая степень автоматизации предусматривает обслуживание энергетической установки в ходовом режиме одним человеком, находящимся в центральном посту управления, без вахты в машинном отделении (80% судов), это:

- стабилизация напряжения и частоты генераторов;

- автоматическая синхронизация генераторов;

- распределение активной и реактивной нагрузок между параллельно-работающими генераторами в пределах ±10%;

- автоматическая защита генераторов;

- при необходимости, ввод или отключение генераторного агрегата;

- защита генераторов от перегрузки с помощью отключения второстепенных потребителей;

- защита от короткого замыкания;

- защита от обрыва фазы при питании с берега;

- непрерывный контроль сопротивления изоляции под напряжением;

- защита от обратной мощности;

- дистанционный пуск и остановка генераторных агрегатов.

Проектируемая электростанция состоит из 4-х генераторов серии МСК 91-4, которые относятся к классу дизель-генераторов.

2. Выбор устройств стабилизации параметров напряжения и частоты синхронного генератора

В процессе работы судовой электроэнергетической системы происходит непрерывное изменение нагрузки потребителей и изменение отдаваемой мощности генераторов. Эти изменения вызывают отклонение напряжения в системе, и если отсутствует регулирование, то качество электрической энергии, вырабатываемой генераторами, ухудшается.

Нормальная работа судовых потребителей электроэнергии может быть обеспечена в том случае, если напряжение в системе с изменением режима работы сохраняется на определённом уровне при допустимом отклонении от нормального значения. Поэтому Правилами Регистра РФ предусматривают установку автоматических регуляторов напряжения (АРН).

Применяемые в настоящее время в судовых электроэнергетических установках (ЭЭУ) переменного тока автоматические системы регулирования напряжения синхронных генераторов по принципу регулирования можно подразделить на следующие три группы:

- системы с регулированием по отклонению;

- системы регулирования по возмущению;

- системы с комбинированным регулированием - по отклонению и возмущению.

Наибольшее распространение получили системы, относящиеся ко второй и третьей группам, причём в них основную функцию выполняет регулирование по возмущению, воздействию по отклонению отводится вспомогательная роль. Это улучшает динамические характеристики, уменьшает габариты и повышает надёжность систем. Следовательно, в курсовом проекте используется комбинированный принцип регулирования.

Преимущественное применение имеют системы фазового компаундирования, позволяющие осуществить регулирование по двум основным возмущающим воздействиям: по модулю тока и по фазовому сдвигу относительно напряжения. К ним, в частности, относится система регулирования напряжения серии МС, применяемая на некоторых судах различного назначения. Однако кроме основных возмущений на систему оказывает влияние ряд второстепенных воздействий (например, изменение температуры окружающей среды и параметров отдельных элементов, нелинейность статических характеристик ряда узлов, не идентичность характеристик однотипных машин, возможная неточность настройки системы и др.). Поэтому связь по основному возмущению не будет реагировать на указанные воздействия и в системе могут возникнуть отклонения напряжения, превышающие требуемые номиналы. Для повышения точност...