способ защиты судового валогенератора переменного тока от снижения частоты вращения

Формула изобретения

1. Способ защиты судового валогенератора переменного тока от снижения частоты вращения, приводимого в действие от работающего с постоянной частотой вращения на гребной винт регулируемого шага и на валогенератор главного двигателя, снабженного датчиком, формирующим сигнал о снижении частоты вращения, заключающийся в снятии перегрузки по току элементов системы возбуждения валогенератора, отличающийся тем, что снятие перегрузки по току элементов системы возбуждения валогенератора осуществляют отключением с выдержкой времени части потребителей электроэнергии по сигналу от датчика о снижении частоты вращения главного двигателя ниже заданного значения, при этом суммарную мощность отключаемых потребителей выбирают достаточной для разгрузки валогенератора до значения отдаваемой валогенератором мощности, не вызывающей опасной нагрузки по току элементов системы возбуждения, при этом отключаемые потребители выбирают так, чтобы оставшиеся в работе обеспечивали безопасность мореплавания и работоспособность оборудования, обусловленную технологическими требованиями.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отключаемые потребители группируют по меньшей мере в две ступени, причем каждую последующую ступень отключают в том случае, если суммарная мощность предыдущих недостаточна для достижения разгрузки валогенератора до безопасной мощности.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве отключаемых потребителей используют потребители, входящие в состав отключаемых защитой от перегрузки валогенератора по полному или активному току.

4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве датчика, формирующего сигнал о снижении частоты вращения, используют датчик частоты тока, вырабатываемого валогенератором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к способам защиты валогенераторов от снижения частоты вращения, и может быть использовано в судостроении при создании способов и систем защиты валогенераторов переменного тока, например на судах рыбопромыслового флота.

В настоящей заявке в качестве валогенраторов (ВГ) рассматриваются стандартные синхронные генераторы с самовозбуждением и автоматическим регулированием напряжения, питающие судовую сеть и приводимые в действие от главного судового двигателя, работающего с постоянной частотой вращения на гребной винт регулируемого шага (ВРШ).

При снижении частоты вращения ВГ система автоматического регулирования напряжения, стремясь обеспечить постоянство напряжения, потребляет больший ток. В зависимости от величины отклонения частоты вращения от номинальной и от нагрузки ВГ, ток в системе возбуждения, в том числе и в роторе ВГ, может достичь опасной величины. При снижении частоты вращения ниже 90% от номинального значения, перегрузка элементов системы возбуждения по току может произойти и при нагрузке ВГ в кВА ниже номинальной. Без снятия перегрузки может произойти выход из строя элементов системы возбуждения, т.е. авария ВГ, обесточивание судовой сети, потеря безопасности мореплавания и т.д.

Снижение частоты вращения может следствием неисправности главного двигателя, в том числе системы автоматического регулирования частоты вращения, попадания постороннего предмета в гребной винт, ошибочных действий обслуживающего персонала и т.д.

Известен способ защиты ВГ от снижения частоты вращения в двухмашинных дизель-редукторных агрегатах, предусматривающий автоматическое разобщение кинематической связи любого из главных двигателей с гребным валом при сохранении передачи вращающего момента только на генератор своего борта (режим дизель-генератора) ("Рыболовный флот" том2, Труды V научно-технической конференции по развитию флота рыбной промышленности и промышленного рыболовства социалистических стран, Л. Судостроение, 1981, с. 524).

Известен также способ защиты ВГ от снижения частоты вращения предполагающий автоматическое изменение напряжения, например, пропорционально частоте (см. "Рыболовный флот" том 2, Л. Судостроение, 1981, с. 525). Недостатками такого способа являются изменение светового потока ламп освещения, оказывающее негативное психологическое воздействие на людей, ухудшение освещенности и т.д.

Изобретение направлено на снятие перегрузки по току элементов системы возбуждения судового валогенератора при снижении частоты вращения, например, ниже 95% от номинального значения, установленного Правилами Морского Регистра судоходства (часть XI, п. 3.2.3.5), при одновременном сохранении устойчивости электроснабжения судового электрифицированного оборудования, бесперебойность функционирования которого необходима по условиям эксплуатации судна.

При этом решена задача создания способа защиты судового валогенератора переменного тока от снижения частоты вращения, работающего на гребной винт регулируемого шага и на валогенератор, главного двигателя, позволяющего с минимальными затратами повысить безопасность мореплавания, ас также улучшить эксплуатационные качества судна, в том числе по возможности бесперебойность производственного процесса, регламентируемого технологическими требованиями.

При этом используется свойство, состоящее в существовании для каждого синхронного генератора конкретной безопасной нагрузки в кВ, значение которой, определяемое условием отсутствия опасной нагрузки элементов системы возбуждения, зависит от величины отклонения частоты вращения от номинальной. Например, для расчетного режима снижения частоты вращения до 90% от номинальной значение безопасной мощности ВГ ориентировочно составляет 70% от номинальной, опасной нагрузки элементов системы возбуждения не наблюдается.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе, предусматривающем снятие перегрузки по току элементов системы возбуждения судового валогенератора, приводимого в действие от работающего с постоянной частотой вращения на гребной винт регулируемого шага и на валогенератор главного двигателя, снабженного датчиком, формирующим сигнал о снижении частоты вращения, в отличие от прототипа по сигналу от датчика о снижении частоты вращения главного двигателя ниже заданного значения осуществляют с заданной выдержкой времени отключение части потребителей электроэнергии, суммарная мощность которых достаточна для разгрузки валогенератора до значения мощности, не превышающей безопасную для данного валогенератора, при этом отключаемые потребители выбирают таким образом, чтобы оставленные в работе обеспечивали безопасность мореплавания и бесперебойность и устойчивость производственного процесса, согласно технологическим требованиям. Отключение выбранных потребителей производят автоматически, при этом величину выдержки времени устанавливают таким образом, чтобы она была достаточной для отстройки от переходного процесса.

В другом варианте отключаемые потребители группируют по меньшей мере в две ступени и каждую последующую ступень отключают автоматически в том случае, если суммарная мощность предыдущих недостаточна для достижения разгрузки валогенератора до безопасной мощности. В конкретном случае отключаемые потребители это судовые механизмы и аппараты, не влияющие, в первую очередь, на безопасность мореплавания, сгруппированные в одну или несколько ступеней, например для рыбообрабатываемого судна, отключаемые потребители, которые могут быть сгруппированы в первую ступень общесудовая вентиляция, камбузное оборудование и т.п. в последнюю ступень производственное холодильное оборудование.

В качестве отключаемых могут быть использованы потребители, входящие в состав отключаемых и сгруппированные в заранее предусмотренные ступени в традиционных схемах защиты генераторов от перегрузки по полному или активному току (статора).

Следует отметить, что в качестве датчика, формирующего сигнал о снижении частоты вращения, может быть использован датчик частоты тока, вырабатываемого валогенератором, поскольку частота вращения n и частота тока f связаны зависимостью n 60f/P, где P число пар полюсов, в данном случае валогенератора.

На чертеже схематично изображена примерная функциональная схема защиты, позволяющая в конкретных судовых условиях реализовать описываемый способ.

Схема включает главный двигатель судна 1, соединенный механически через редуктор 2 с гребным винтом регулируемого шага 3 и валогенератором переменного тока 4, главный распределительный щит 5, к шинам которого через автоматические выключатели 6 и 7 подключены соответственно валогенератор и потребители электроэнергии: отключаемые рассматриваемой защитой 8 и неотключаемые ею 9, датчик частоты вращения 10, размещаемый на главном двигателе, соединен через реле времени 11, служит для отстройки от переходных процессов, с контактором 12, последний при срабатывании подает питание на независимые расцепители 13 автоматических выключателей, установленных в фидерах отключаемых потребителей.

Предложенный способ осуществляют следующим образом: при снижении частоты вращения главного двигателя 1 ниже заданного значения посредством датчика частоты вращения 10 выделяют сигнал, который подают на реле времени 11, по истечении выдержки времени сигнал от реле времени подают на контактор 12, с помощью которого осуществляют подачу питания на независимые расцепители 13 автоматических выключателей 7, которыми отключают от шин ГРЩ 5 группу потребителей 8, уменьшая нагрузку валогенератора 4 до определенной величины, при которой в элементах системы возбуждения нет опасных токов. Таким образом предотвращают перегрузку по току элементов системы возбуждения валогенератора и сохраняют электроснабжение потребителей 9, которые необходимы для обеспечения безопасности мореплавания и бесперебойности технологического процесса.

Номенклатуру и суммарную мощность групп потребителей, отключаемых защитой, определяют при проектировании электроэнергетической системы конкретного судна. Например, для расчетного режима снижения частоты вращения до 90% от номинального значения, общая суммарная мощность отключаемых потребителей может быть принята не менее 30% номинальной мощности защищаемого валогенератора.