Глава 3
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМИ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫМИ УСТАНОВКАМИ
Общие положения по автоматизации дизельных электростанций
На предприятиях междугородной связи в качестве резервных электростанций применяются в основном дизель-генераторные установки (ДГУ), автоматизированные по III степени. Это означает, что дизель-генераторные установки запускаются автоматически или дистанционно и могут работать при отсутствии дежурного персонала в помещении дизельной электростанции (ДЭС) в течение определенного времени (не менее 150 ч для установок мощностью до 110 кВт и не менее 240 ч для установок мощностью свыше 110 кВт). При этом в помещении ДЭС автоматически поддерживается необходимый температурный режим.
При автоматизации по III степени автоматически выполняются следующие операции:
поддержание двигателя в «горячем» состоянии, подготовленного к пуску и быстрому подключению нагрузки;
пуск (или дистанционный пуск) с выполнением предпусковых операций; подготовка к подключению и подключение нагрузки;
поддержание стабильной частоты вращения (оборотов); поддержание установленной температуры воды и масла;
остановка (или дистанционная остановка) с выполнением послеостановочных операций;
аварийные остановки при: повышении температуры воды в системе охлаждения на 5—10% максимальной рабочей; понижении давления масла в системе смазки двигателя на 10—20% минимального рабочего давления; повышении оборотов коленчатого вала двигателя на 15—25% номинального значения;
защита, сигнализация, подзаряд аккумуляторных батарей;
пополнение топливных, масляных, водяных расходных баков и воздушных пусковых баллонов;
управление работой вентиляции помещения ДЭС;
управление системой отопления ДЭС.
Для обеспечения параллельной работы агрегатов друг с другом или с сетью предусматриваются устройства синхронизации.
Дизельные электростанции с агрегатами АСДА
НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Стационарные автоматизированные по III степени дизельные электроагрегаты АСДА-100 и АСДА-200 предназначены для использования в качестве постоянно действующих или резервных источников электроснабжения потребителей с номинальным напряжением 380 В при частоте тока 50 Гц. Условное обозначение агрегатов АСДА-100/Т-400-ЗРМ или АСДА-100/Т-400-ЗДМ расшифровывается следующим образом: АСДА—агрегат стационарный дизель-электрический, автоматизированный; 100 — номинальная мощность, кВт; Т — трехфазный переменный ток; 400 — номинальное напряжение генератора, В; 3 — степень автоматизации; Р — радиаторная система охлаждения дизеля; Д — двухконтурная система охлаждения дизеля; М — модернизированный. Обозначение агрегатов АСДА-200 расшифровывается аналогично.
Электроагрегаты АСДА-100/Т-400-3ДМ (АСДА-200/Т-400-3ДМ) предназначены для работы в установках, которые имеют достаточное количество проточной воды для нормальной работы внешнего контура системы охлаждения дизеля. Основные технические данные электроагрегатов следующие:
СОСТАВ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТА, КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВНЫХ СИСТЕМАХ ДИЗЕЛЯ
Электроагрегат АСДА-100 состоит из дизель-генератора, шкафа управления, шкафа вспомогательной аппаратуры, пульта дистанционного управления и вспомогательного оборудования (стартерных аккумуляторных батарей, топливного и масляного баков, электронасосов дозаправки топлива и масла и др.).
Шкаф управления и пульт дистанционного управления обеспечивают ручное или автоматическое управление пуском, остановкой и нормальной работой электроагрегата, а шкаф вспомогательной аппаратуры и вспомогательное оборудование—автоматическую дозаправку топливом, маслом и подзаряд аккумуляторных батарей.
В качестве первичного двигателя в агрегатах АСДА-100 применен шестицилиндровый быстроходный дизель типа 6415/18 заводской марки 1Д6КС (радиаторное охлаждение) или 7Д6ДС (двухконтурная система охлаждения). В агрегатах АСДА-200 применен двенадцатицилиндровый V-образный двигатель 12415/18 заводской марки 1Д12КС (радиаторное охлаждение) или 1Д12ДС (двухконтурная система охлаждения).
Номинальная мощность двигателя АСДА-100—150 л. с., АСДА-200—300 л. с., номинальное число оборотов—1500 об/мин. Охлаждающая жидкость — вода с присадкой эмульсола. Система иуска дизеля: основная — от электростартера, вспомогательная — сжатым воздухом.
Топливная система дизеля служит для подачи точно дозированных порций топлива под высоким давлением в камеры сгорания цилиндров дизеля и регулирования количества подаваемого топлива в зависимости от изменения нагрузки дизеля.
Установленное число оборотов дизеля автоматически поддерживается всережимным центробежным регулятором числа оборотов. Регулятор воздействует на дозирующий механизм топливного насоса высокого давления и устанавливает подачу топлива, соответствующую нагрузке. В дизеле предусмотрена возможность изменения числа оборотов вручную с помощью рукоятки и с помощью механизма дистанционного управления топливоподачей (автоматически при получении сигнала на изменение оборотов или при нажатии на шкафу управления кнопок «частота генератора больше (меньше)»). При получении сигнала на изменение оборотов включается электродвигатель, вращение которого передается через червячный редуктор и дифференциальный механизм на рычаг управления топливного насоса.
Дозаправка топливом расходного бака производится автоматически электронасосом, включение и отключение которого происходит по импульсам датчиков промежуточного и верхнего уровней топлива.
Система смазки служит для подачи масла ко всем трущимся поверхностям деталей дизеля и фильтрации загрязненного масла во время работы. Она состоит из внутреннего контура (узлы и детали конструкции дизеля) и внешнего контура, который включает в себя расходный масляный бак, электромаслопрокачивающий насос, масляный радиатор (или водомасляный холодильник) и электронасос для дозаправки маслом расходного бака. В системе смазки установлены датчики: температуры масла 113о С (сигнал перегрева масла); давления масла на 9,8·104 Па (сигнал на пуск дизеля); давления масла на 49·104 Па (сигнал низкого давления масла в системе); нижнего уровня масла в расходном баке (сигнал аварийного уровня); промежуточного уровня (сигнал на включение электронасоса дозаправки); верхнего уровня (сигнал на отключение электронасоса для дозаправки).
Электромаслопрокачивающий насос для прокачки масла и создания давления в магистрали подачи смазки перед пуском подсоединен параллельно нагнетающей секции масляного насоса дизеля.
Система охлаждения и подогрева предназначена для поддержания определенного теплового режима работающего дизеля и заданной температуры воды и масла в системах агрегата, находящегося в состоянии горячей готовности. Система охлаждения и подогрева дизеля 1Д6КС — радиаторная, закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости и масла.
В систему включен дополнительный контур, состоящий из водяной полости и змеевика масляного бака. Для облегчения условий пуска и быстрого включения нагрузки электроагрегатом в водяной полости масляного бака установлен электронагреватель мощностью 3,5 кВт, который питается от сборных шин напряжением 220 В, включается автоматически при температуре воды +37° С и отключается при +45° С. Циркуляция воды происходит за счет разности температур.
В системе охлаждения и подогрева установлены следующие датчики температуры воды: 108° С (сигнал перегрева воды); 75° С (сигнал на остановку дизеля); 45° С (сигнал о возможности включения нагрузки); 45° С (сигнал на отключение электронагревателя и остановку дизеля при самопрогреве); 37° С (сигнал на включение электронагревателя); 30° С — сигнал на запуск дизеля для самопрогрева; датчик дистанционного термометра воды.
Для автоматического управления и защиты по температуре и давлению в системах охлаждения и смазки дизеля использованы комбинированные реле типа РК, которые состоят из чувствительного элемента (датчика) и исполнительного реле, коммутирующего своими контактами соответствующие цепи управления и сигнализации.
Нормальная автоматическая остановка дизеля осуществляется перекрытием топлива путем воздействия на рычаг управления топливного насоса. Аварийная автоматическая остановка дизеля при «разносе» или при неудавшейся нормальной остановке производится перекрытием воздуха с помощью аварийного стоп-устройства, которое представляет собой воздушную заслонку с электромагнитным приводом. При получении сигнала на аварийную остановку привод втягивает стопор и выводит его из прорези валика заслонки. Под действием пружины и потока воздуха заслонка перекрывает доступ воздуха в цилиндры дизеля.
ГЕНЕРАТОР ГСФ-100М
Трехфазный переменный ток вырабатывает синхронный генератор типа ГСФ-100М с самовозбуждением. Исполнение генератора— фланцевое, защищенное, с самовентиляцией. Генератор сопрягается с дизелем посредством фланцевого подшипникового щита.
Схема соединения обмоток—«звезда» с выведенной нулевой точкой. В генераторе ГСФ-100М применена статическая система возбуждения, которая часть электроэнергии, вырабатываемой генератором, после выпрямления подает для питания обмоток ротора. Статическая система возбуждения состоит из блока управления (БУ), блока корректора напряжения (КН), сопротивления уставки напряжения (СУН), электродвигателя (ДУН) привода, сопротивления уставки, кнопок увеличения и уменьшения напряжения.
ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Система автоматического регулирования напряжения генератора при установившемся тепловом режиме электроагрегата обеспечивает поддержание установившегося выходного напряжения с точностью ±2% от среднерегулируемого значения. В переходных режимах при внезапном включении или отключении нагрузки мгновенное отклонение напряжения не превышает 10% установленного значения. Время стабилизации системы не более 0,5 с.
Система автоматического регулирования частоты в режиме автоматического управления при любом изменении нагрузки в пределах номинальной мощности обеспечивает автоматическое поддержание установившейся частоты с точностью ± 1 % номинальной, т. е. в пределах 49,5—50,5 Гц.
Электроагрегаты допускают: работу при несимметричной нагрузке по фазам в пределах ±25% номинального тока; длительную работу при нагрузке не менее 40% номинальной мощности. Длительная работа при нагрузке менее 40% номинальной мощности не рекомендуется. Электроагрегат АСДА-100 может устойчиво работать параллельно с промышленной сетью напряжением 400 В и частотой 50 Гц или с аналогичными электроагрегатами.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОАГРЕГАТА АСДА-100
В общей электрической схеме установки, рассмотрение которой не входит в задачу настоящей книги, можно выделить следующие цепи: силовую, возбуждения и регулирования напряжения генератора, аварийной защиты и сигнализации и др.
Схема силовой цепи АСДА-100 показана на рис. 3.1. В силовую цепь входят: синхронный генератор ГСФ-100М, фидер генератора ФГ, фидер сети ФС, автоматический выключатель генератора АГ, автоматический выключатель сети АС, контактор фидера генератора КФГ, контактор фидера сети КФС. Автоматические выключатели генератора АГ и сети АС включаются вручную и предназначены для защиты силовой цепи от короткого замыкания и перегрузок. Контакторы КФГ и КФС предназначены для дистанционной и автоматической коммутации силовой цепи.
При резервировании внешней сети одним электроагрегатом потребитель получает питание от внешней сети через фидер сети, автоматы АГ, АС и контактор КФС включены, контактор КФГ отключен. При исчезновении или снижении напряжения сети на время, превышающее 10 с, автоматически запускается резервный агрегат. Если в течение 10 с напряжение в сети не восстановится, то контактор КФС отключается, а контактор КФГ включает агрегат на нагрузку. После восстановления напряжения сети на время более 30 с контактор КФГ отключает резервный электроагрегат от нагрузки, а контактор КФС включает внешнюю сеть. Резервный агрегат останавливается.
Рис. 3.1. Схема силовой цепи агрегата АСДА-100
При необходимости перейти на резервный источник при наличии внешней сети запускается электроагрегат (в автоматическом режиме), синхронизируется с сетью и включается на параллельную работу с сетью. После этого внешняя сеть отключается, а нагрузка получает питание от дизель-генератора.
АВТОМАТИКА ПУСКА И ОСТАНОВКА АГРЕГАТА
Для автоматического управления электроагрегатом в шкафу управления имеются блоки пуска и остановки, контроля напряжения, синхронизации. Каждый блок предназначен для выполнения определенных функций при работе агрегата в автоматическом режиме. Автоматические пуск и остановку электроагрегата производит блок пуска и остановки, который обеспечивает выполнение в заданной технологической последовательности следующих операций:
включения маслопрокачивающего насоса на время не более 30 с, с одновременным выводом рычага управления топливного насоса в положение, соответствующее 1000—1200 об/мин;
включения стартера (до трех попыток) по импульсу давления в системе смазки дизеля, равного 9,8·104 (1 кгс/см2).
Время включения стартера 2,5 с, длительность пауз — 7,5 с. После пуска дизеля стартер отключается по импульсу датчика скорости вращения 500—700 об/мин;
прогрева дизеля при работе на оборотах 1000—1200 об/мин до температуры охлаждающей жидкости 45° С;
вывода рычага управления топливного насоса по импульсу датчика температуры охлаждающей жидкости 45° С в положение номинальных оборотов и возбуждения генератора по импульсу датчика скорости вращения 1400—1500 об/мин;
приема автономной нагрузки (т. е. включения контактора КФГ), в случае необходимости синхронизации и включения на параллельную работу и распределения нагрузки между работающими электроагрегатами.
Технологическая последовательность остановки электроагрегата следующая: отключение нагрузки (т. е. контактора КФГ); вывод рычага управления топливного насоса в положение, соответствующее 1000—1200 об/мин и охлаждение дизеля до температуры охлаждающей жидкости 75° С; вывод рычага управления топливного насоса до положения нулевой подачи топлива по импульсу датчика температуры охлаждающей жидкости 75° С.
Для аварийной остановки при падении давления масла ниже 49х104 Па (5 кгс/см2) рычаг управления топливного насоса выводится в положение нулевой подачи топлива и включается электродвигатель маслопрокачивающего насоса на время 30 с. При аварийной остановке электроагрегата в случае «разноса» дополнительно включается привод воздушной заслонки. Аварийная остановка при «разносе» и снижении давления масла в системе смазки производится без предварительного охлаждения дизеля.
