"Новости Электротехники" Системы автоматического управления дизель-электрическими агрегатами .

< Предыдущая ] [ Следующая >

Журнал №4(4) 2000

Системы автоматического управления дизель-электрическими агрегатами.

Григорий Матвеев,инженер
Борис Мезенцев,к.т.н., инженер
Александр Окунев инженер
ОАО “ПО Элтехника”,
Санкт-Петербург

Данная статья является продолжением начатой в третьем номере нашего журнала серии публикаций, в которых рассматриваются проблемы автоматического управления дизельэлектрическими агрегатами (ДЭА), работающими в качестве основных или резервных источников электроснабжения.
Согласно ГОСТ 14288-80, вторая степень автоматизации ДЭА необходима для гарантированного обеспечения потребителей электроэнергией. При этом основным источником питания является энергосистема с определенными параметрами по величине напряжения и частоте, а ДЭА выполняет функции резервного (аварийного) источника питания.
В связи с этим, алгоритм работы системы автоматического управления (САУ) ДЭА должен быть следующим: — при наличии номинального напряжения сети обеспечивается питание нагрузки от сети;
— в случае пропадания напряжения сети или выходе его параметров за допустимые пределы нагрузка должна быть отключена либо сетевым автоматическим выключателем с моторным приводом (АВС), либо сетевым контактором (КС);
— осуществляется запуск ДЭА и подается команда на включение либо генераторного автоматического выключателя с моторным приводом (АВГ), либо генераторного контактора (КГ);
— после восстановления напряжения сети (с заданной выдержкой времени) САУ обеспечивает перевод питания нагрузки с генераторного на сетевое напряжение;
— определенное время после этого ДЭА должен работать на холостом ходу с целью обеспечения его охлаждения;
— осуществляется остановка ДЭА.
Кроме этого, САУ должна также при работе ДЭА обеспечить контроль таких параметров работающего дизеля, как давление и температура масла в системе смазки, температура охлаждающей жидкости, частота оборотов, и (при необходимости) произвести аварийную остановку ДЭА либо путем перекрытия подачи топлива, либо (при падении давления масла, разносе дизеля, невыполнении остановки по топливу) — перекрытием подачи воздуха.
При этом, САУ должна обеспечить сигнализацию по следующим параметрам:
— перегрев масла или охлаждающей жидкости;
— выход напряжения генератора за заданные пределы;
— падение давления масла;
— неудавшаяся остановка дизеля;
— превышение оборотов двигателя — разнос (высокое значение частоты генератора);
— низкое значение частоты генератора (перегрузка ДЭА);
— неисправность АВС (КС);
— неисправность АВГ (КГ);
— выход напряжения аккумуляторной батареи за допустимые пределы;
— неудавшийся пуск.

Разработанные и выпускаемые ОАО “ПО ”ЭЛТЕХНИКА” шкафы автоматического управления дизель – электрическими агрегатами (ШУГ) в полной мере учитывают требования ГОСТ 14288 и выполнены на современной элементной базе с использованием микропроцессорной техники.
Основные технические данные ШУГ приведены в Таблице 1 (стр.12).
Базовым элементом любого из этих шкафов является специализированный микропроцессорный блок управления (МБУ) RGAM31R24(12), выпускаемый итальянской фирмой ”Lovato”, с адаптированным применительно к российским ДЭА программным обеспечением. МБУ представляет собой цифровую систему управления ДЭА с достаточно гибко программируемыми входными и выходными функциями. Это позволяет легко адаптировать МБУ ко всем типам ДЭА различной мощности, выпускаемым в России, на Украине и в Латвии.
Вариант МБУ со встроенным интерфейсом RS485 позволяет с помощью персональной ЭВМ на расстоянии до 1000 м (прямой канал связи) контролировать работу ДЭА и при необходимости параметры входных и выходных функций блока управления. По телефонному каналу дальность удаления ЭВМ от ДЭА может быть сколь угодно большой.
На Рисунке 1 приведена лицевая панель данного блока со следующими кнопками управления и элементами индикации:
1 — трехразрядный цифровой дисплей;
2 — светодиоды выбора индикации;
3 — кнопка выбора индикации; 4 — кнопки и светодиоды выбора режимов работы;
5 — светодиод индикации работы дизеля;
6 — кнопки пуска и остановки дизеля в ручном режиме;
7 — светодиод индикации выхода генератора на номинальный режим;
8 — кнопка и индицирующий диод включения КГ (АВГ);
9 — таблица расшифровки кодов аварийных сигналов;
10 — кнопка и индицирующий диод включения КС (АВС);
11 — светодиоды индикации наличия напряжения сети.
МБУ может работать в 4-х режимах: “Отключено”, “Ручное управление”, “Автоматическое управление” и “Тестирование”.
В режиме “Отключено” все выходы обесточены, однако при наличии напряжения сети АВС (КС) будет замкнут, так как его обмотка запитывается через соответствующий нормально закрытый управляющий контакт, который остается замкнутым, даже если на МБУ не подано питающее напряжение.
В режиме “Ручное управление” ДГА может быть запущен либо остановлен нажатием соответствующих кнопок СТАРТ или СТОП. С помощью кнопок СЕТЬ и ГЕН можно перевести питание нагрузки с сетевого на генераторное напряжение и наоборот.
В режиме “Автоматическое управление” при пропадании напряжения сети (после заданной пользователем выдержки времени) цепь питания сетевого контактора размыкается и начинается цикл пуска ДЭА. После завершения пускового цикла и получения информации о достижении генераторным напряжением номинального значения, МБУ выдает команду на включение АВГ (КГ). Количество пусковых циклов задается пользователем.
После восстановления напряжения сети через заданное время МБУ последовательно выдает команды на отключение КГ, включение КС и после того, как ДЭА проработает в режиме холостого хода определенное время – на его остановку.
В режиме “Тестирование” МБУ производит запуск ДЭА без переключения нагрузки с напряжения сети на генераторное напряжение. Переключение происходит автоматически только в том случае, когда при работающем в данном режиме ДЭА пропадает напряжение сети.
Важной функциональной особенностью МБУ является возможность автоматической периодической проверки работоспособности ДЭА. Автоматический запуск ДЭА осуществляется через строго фиксированные промежутки времени, например, через 10 суток. Время работы ДЭА при этом также задается пользователем.
Если во время проверочного цикла пропадает напряжение сети, то МБУ выдает команду на отключение сетевого и включение генераторного АВГ (КГ). При восстановлении напряжения сети нагрузка остается подключенной до завершения проверочного цикла работы ДЭА. Затем нагрузка подключается к сети, а ДЭА останавливается.
Шкафы управления 2-й степени автоматизации, электрические схемы которых разработаны с использованием МБУ, обеспечивают:
1) автоматический или полуавтоматический пуск ДЭА и подключение нагрузки к генератору при исчезновении напряжения основной питающей сети или выходе ее параметров за заданные пределы;
2) автоматическую остановку ДЭА и возврат к питанию нагрузки от сети при восстановлении ее параметров;
3) возможность перепрограммирования параметров пуска, аварийной сигнализации и остановки ДЭА; 4) автоматическое поддержание температуры охлаждающей жидкости и масла в заданных пределах при нахождении ДЭА в режиме “горячего” резерва;
5) выдачу блокирующего сигнала на подключение нагрузки к генератору при падении температуры масла ниже заданного предела;
6) дистанционный пуск/остановку, аварийную остановку с дистанционного пульта оператора;
7) автоматический (через заданное количество дней) запуск в режиме ПРОВЕРКА;

Рисунок 1.

8) подзарядку аккумуляторных батарей при неработающем ДЭА;
9) учет времени работы ДЭА;
10) выдачу сигнала по системе телесигнализации об аварийном состоянии ДЭА;
11) наличие дистанционного контроля и управления с использованием ПЭВМ типа РС (по отдельному заказу);
12) выдачу сигнала о необходимости техобслуживания;
13) аварийную защиту ДЭА, световую и звуковую сигнализацию по следующим параметрам:
— перегрев масла или охлаждающей жидкости;
— выход напряжения генератора за заданные пределы;
— падение давления масла;
— неудачный пуск дизеля;
— неудавшаяся остановка дизеля;
— превышение оборотов двигателя
— разнос (высокое значение частоты генератора);
— низкое значение частоты генератора;
— перегрузка генератора;
— короткое замыкание (КЗ) в цепях нагрузки.
14) измерение параметров, указанных в Таблице 2.
На лицевой панели шкафа управления располагаются:
— микропроцессорный блок управления;
— приборы контроля параметров электрической энергии;
— индикаторы аварийных режимов;
— органы дистанционного управления режимов работы ДЭА.

Таблица 2

НАИМЕНОВАНИЕ ПАРАМЕТРА	ПОГРЕШНОСТЬ
Линейное напряжение сети по 3 фазам	+ 1.5%
Линейное и фазное напряжение генератора по 3 фазам	+ 1.5%
Частота тока генератора	+ 2.5%
Сила тока генератора	+ 1.5%
Активная мощность, отдаваемая генератором *	+ 2.5%
Напряжение батареи питания	+ 1.5%
* - только по специальному заказу

Устройство шкафа управления

Шкаф управления — навесной, с одной дверцей, расположенной с передней стороны.
Корпус шкафа снабжен несущей рамочно-реечной конструкцией, на которой размещены элементы схемы (реле, трансформаторы), клеммники, жгуты проводов с элементами их крепления. На специальных кронштейнах закреплены АВС (КС) и АВГ (КГ).
В левой нижней части корпуса расположена шина нейтрали.
На дверце шкафа, наружная поверхность которой выполняет функции лицевой панели, расположены: — блок управления 31RGAMR24(12);
— амперметр с переключателем;
— вольтметр с переключателем;
— лампа — индикатор аварии ДЭА;
— лампа — индикатор срабатывания аварийного стоп-устройство по воздуху;
— лампа-индикатор аварии системы “горячего” резерва;
— кнопка разблокировки светового сигнала и сигнала телесигнализации — авария ДЭА.
Монтажные провода уложены в кабель-каналы, закрепленные в корпусе. Провода вспомогательных цепей, проходящие вне кабель-каналов, связаны в жгуты и закреплены специальными держателями.
На дне корпуса закреплена специальная крышка, имеющая уплотненные отверстия для прохода кабелей и жгутов проводов.
В верхней и нижней части корпуса имеются проушины для крепления шкафа к вертикальной плоскости. Электрическая схема шкафа управления состоит из следующих цепей:
— главная цепь;
— вспомогательные цепи.
В главную силовую цепь входят элементы, предназначенные для передачи электрической энергии нагрузке от сети (основной источник электрической энергии), либо от генератора ДЭА (резервный источник электрической энергии). В ее состав входят:
— контактор или автоматический выключатель с моторным приводом — ГЕНЕРАТОР;
— контактор или автоматический выключатель с моторным приводом — СЕТЬ;
— измерительные трансформаторы тока.

Основная встраиваемая аппапатура силовых цепей:

— для шкафов управления мощностью 100, 200 кВт — автоматические выключатели ВА511G37 чешского производства, фирмы OEZ;
— для шкафов управления мощностью 315 кВт — автоматические выключатели ВА511G39 чешского производства, фирмы OEZ;
— для шкафов управления мощностью менее 100 кВт — реверсивные контакторы с механической и электрической блокировками итальянского производства типа 11BF фирмы “Lovato” с устройством защиты генератора от перегрузки;
— по специальному заказу в шкафы управления могут быть установлены автоматические выключатели типа Compact NS фирмы MERLIN GERIN (Франция), или контакторы типа ПМ12, ПМЕ, ПМА.
К вспомогательным цепям относятся элементы схемы, осуществляющие управление работой ДЭА, измерение основных параметров и сигнализацию. В их состав входят:
— блок управления 31RGAMR24(12);
— промежуточные реле;
— контактор подачи питания на электродвигатель вентилятора при его наличии;
— автоматические выключатели защиты цепей управления;
— сигнальные лампы;
— контрольно-измерительные приборы: амперметр и вольтметр;
— переключатели, соответственно, тока и напряжения.
Выходные сигналы блок управления вырабатывает в соответствии с “зашитым” алгоритмом управления ДЭА в зависимости от комбинации входных сигналов и выдает их на промежуточные реле для согласования с исполнительными устройствами ДЭА.

Входные сигналы для шкафа управления формируют:

— контакт датчика температуры охлаждающей жидкости ДТВпод, настроенного на замыкание в случае падения температуры охлаждающей жидкости ниже заданного значения. Используется для подогрева дизеля в режиме ожидания через соответствующее промежуточное реле; одновременно при этом другое промежуточное реле запрещает АВГ (КГ) принимать нагрузку;
— контакт датчика температуры охлаждающей жидкости ДТВохл, настроенного на замыкание при достижении температуры заданного значения. Используется для включения вентилятора ДЭА (для ДЭА производства ОАО ”Юждизельмаш”, г. Б.Токмак);
— контакт датчика давления масла ДМраб в системе смазки дизеля. Используется для аварийного останова ДЭА при падении давления масла ниже допустимого на работающем дизеле;
— контакт датчика давления масла ДМпуск в системе смазки дизеля. Используется для разрешения включения реле стартера после включения маслопрокачки при условии, чтодавление масла достигло заданного предпускового значения;
— контакт датчика температуры охлаждающей жидкости ДТВпод, настроенного на замыкание при достижении температуры жидкости 105°С. Используется для аварийной остановки ДЭА по перегреву;
— контакт датчика температуры масла ДТМ110, настроенного на замыкание при достижении температуры масла 110°С. Используется для аварийной остановки ДЭА по перегреву;
— контакт датчика оборотов дизеля Д 500 (если он установлен), замыкающийся при реальных оборотах запускающегося дизеля выше 500 об/мин. Используется для выдачи сигнала в систему телесигнализации о работающем дизеле;
— вспомогательный контакт АВГ (КГ), который замыкается при срабатывании АВГ (КГ). Используется для контроля выполнения команды на включение АВГ (КГ);
— вспомогательный контакт АВС (КС). Используется для контроля выполнения команды на включение АВС (КС);
— сигнал-24 В для перевода блока управления в режим ТЕСТ в случае необходимости запуска дизеля в режиме «Cамопрогрев»;
— нормально замкнутый контакт кнопки аварийного останова ДЭА. Может использоваться как дополнительный входной сигнал для дистанционного аварийного останова ДЭА с дистанционного пульта оператора ДЭАС;
— нормально разомкнутый контакт кнопки дистанционного пуска ДЭА. Может использоваться как дополнительный входной сигнал для дистанционного пуска ДЭА с дистанционного пульта оператора, если МБУ находится в режиме АВТ;
— линейные напряжения сети L1-L2, L2 -L3, L3 -L1. Используются для автоматического пуска ДЭА и перевода нагрузки на генератор в режиме АВТ и ТЕСТ при их исчезновении или выходе за допустимые пределы. При восстановлении параметров сети используются для автоматического перевода нагрузки на сеть и останова ДЭА;
— линейное напряжение генератора L1-L2. Используется для контроля работы ДЭА и его аварийного останова при пропадании напряжения или выходе его за допустимые границы;
— частота напряжения генератора. Используется совместно с напряжением генератора для определения момента пуска дизеля, аварийного останова ДЭА по превышению или снижению частоты вращения вала дизеля;
— нормально разомкнутый контакт датчика оборотов дизеля Д 1700 (если он установлен), замыкающийся при реальных оборотах работающего дизеля выше 1700 об/мин. Используется наряду с блоком 31RGAMR для выдачи сигнала на срабатывание воздушной захлопки (при ее наличии) при сверхоборотах дизеля. Выходными сигналами блока и шкафа управления являются:
— сигнал включения предварительной маслопрокачки запускаемого дизеля или свечей прогрева;
— сигнал включения реле стартера;
— звуковой сигнал аварии; выдается при любой аварии на ДЭА в течении заданного времени;
— сигнал на срабатывание аварийного стоп-устройства. Выдается при наличии сигнала о падении давления масла ниже допустимого, превышении оборотов дизеля заданного предела или неудачной остановке дизеля;
— сигнал на включение АВГ (КГ). Выдается МБУ в виде сигнала ~220 В через блокировочные контакты АВС (КС) при разомкнутом контакте ДТВпод. Сигнал ~220 В присутствует только при работающем ДЭА и возбужденном генераторе;
— сигнал на включение контактора АВС (КС). Выдается МБУ в виде сигнала ~220 В через блокировочный контакт АВГ (КГ);
— сигнал телесигнализации — авария ДЭА выдается промежуточным реле при любой аварии на ДЭА. Для снятия сигнала «Авария» необходимо снять режим аварии наМБУ и нажать кнопку “Разблокировка” на лицевой панели шкафа;
— сигнал на включение нагревателя выдается промежуточным реле в виде сигнала ~220 В в случае падения температуры охлаждающей жидкости до заданной температуры;
— сигнал на включение вентилятора выдается замыкающимися НО контактами контактора электродвигателя вентилятора в виде трехфазного переменного напряжения ~380 В в случае достижения температуры охлаждающей жидкости работающего дизеля заданного значения.

Алгоритм работы схемы шкафа управления.

Основной режим работы шкафа управления автоматический, поэтому именно его мы и рассмотрим.
При исчезновении напряжения сети МБУ выдает команду на отключение АВС (КС) и через заданное время (выдержка времени отсутствия напряжения сети) начинается программа пуска ДЭА;
— МБУ через замкнувшийся нормально разомкнутый контакт промежуточного реле включает насос предварительной маслопрокачки или свечи прогрева;
— после окончания заданного времени прокачки масла МБУ подает сигнал постоянного тока +24 В на обмотку промежуточного реле, которое при условии, что давление масло в результате предварительной маслопрокачки поднялось выше заданного давления ДМпуск, срабатывает, его контакты замыкаются и включается стартер. Наряду с этим, в течение времени работы стартера, продолжает функционировать маслопрокачивающий насос. При успешном пуске стартер отключается при поступлении сигнала о вращении вала дизеля. При неудавшемся пуске стартер отключается, выдерживается определенная пауза и попытка пуска повторяется. Число попыток определяется пользователем.
— через заданное время задержки срабатывания АВГ (КГ), после пуска ДЭА происходит переключение нагрузки на генератор, но только если температура охлаждающей жидкости выше температуры ДТВпод. Если температура ниже ДТВпод, то выдается сигнал телесигнализации “Авария”. После самопрогрева охлаждающей жидкости АВГ (КГ) срабатывают, но на дисплее МБУ сигнал аварии системы “горячего” резерва.
При поступлении команды на остановку (при восстановлении параметров напряжения сети, либо при наличии аварийного сигнала) начинается программа остановки:
— по команде МБУ отключается АВГ (КГ) и включается АВС (КС);
— происходит охлаждение дизеля на холостых оборотах определенный промежуток времени;
— выдается команда на остановку дизеля.
В случае аварии по падению давления масла ниже допустимого ДМраб, превышении оборотов дизеля заданного предела останов происходит без охлаждения с включением дополнительно аварийного стоп-устройства.

Изложенный принцип построения ШУГ второй степени автоматизации используется нами при разработке дизель-электрических станций, автоматизированных по третьей степени. При этом (наряду с ШУГ) станция оснащается шкафами вспомогательной автоматики, которые мы рассмотрим в следующем номере издания.

Таблица 1