§ 7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
В состав судовой электрической станции входят генерирующие агрегаты, преобразователи, распределительные, защитные и контрольно-измерительные устройства. Схему электростанции разрабатывают с соблюдением требований максимальной надежности, возможности обеспечения оптимальных режимов электроэнергетических агрегатов, удобства и простоты эксплуатации, экономичности.
Рис. I. Функциональные схемы судовых электростанций
На судовой электростанции устанавливают несколько электроэнергетических агрегатов.
В зависимости от схемы включения и заданного режима различают выборочную (раздельную) и параллельную работу генераторов.
При выборочной работе каждый генератор питает электроэнергией свою определенную группу потребителей (рис. 1, а). Возможна поочередная работа двух однотипных с одинаковыми параметрами генераторов (рис. 1,б) на общие несекционированные шины ГРЩ. Нагрузка с одного генератора на другой переключается с помощью переключателя П.
На электростанциях, предусматривающих одновременную и раздельную работу генераторов на свою группу потребителей, может быть применена двойная система шин (рис. 1,в). Потребители переключателями П могут быть подключены к любой системе шин.
Выборочная система работы генераторов значительно проще в эксплуатации, так как не требует специальных устройств для ввода генераторов в параллельную работу и контроля распределения нагрузки между ними. В то же время данная система менее надежная; при выходе из строя генератора лишается питания целая группа потребителей электроэнергии, нет возможности регулировать загрузку генераторов и в отдельных режимах опа может быть меньше 50% номинальной, переключение нагрузки с одного генератора на другой сопровождается перерывом подачи электроэнергии потребителям. Во избежание этого нередко дополнительно устанавливают аккумуляторные батареи, работающие в буферном режиме. Во время работы генераторов они включены на заряд, при исчезновении напряжения на шинах ГРЩ — автоматически переключаются на разряд и обеспечивают питание наиболее ответственных потребителей.
На рис. 1,г показана функциональная схема электростанции с раздельно работающими генераторами Г1 и Г2, ходовым генератором ВГ и буферной аккумуляторной батареей АБ.
При параллельном режиме работы генераторов обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей и лучшее использование генераторов по мощности.
Функциональные схемы включения генераторов на параллельную работу при несекционированной и секционированной системах шин изображены на рис. 1,д, е. При спаде нагрузки один или несколько электроэнергетических агрегатов могут быть временно отключены для обеспечения наиболее экономичного режима их работы. Кроме того, при параллельной работе генераторов сокращается число резервных агрегатов и сменно-запасных частей.
Особенностью судовых электроэнергетических систем является соизмеримость мощностей электродвигателей приводов некоторых судовых механизмов с единичной мощностью генераторов электростанций. Пуск таких двигателей неизбежно связан со значительными колебаниями напряжения и частоты тока сети. Как указывалось, провал напряжения не должен превышать 20% номинального, а время восстановления номинального значения напряжения ограничено 1,5 с. При параллельной работе генераторов повышается устойчивость электроэнергетических агрегатов, улучшаются условия переходного процесса в связи с увеличением мощности на шинах станции.
В то же время при параллельной работе генераторов усложняется эксплуатация электроэнергетических агрегатов из-за -особенностей ввода в параллельную работу генераторов и распределения нагрузок между ними, а также дополнительных, более жестких требований, предъявляемых к системам поддержания постоянства частоты вращения механических двигателей и постоянства напряжения генераторов.
Возможны случаи перехода работы генераторов в двигательный режим.
При параллельной работе генераторов значительно увеличиваются токи короткого замыкания и повышаются требования к разрывным способностям коммутационной и защитной аппаратуры.
Функциональные схемы электростанций грузовых судов (типов «Красное Сормово», «Большая Волга» и «Волго-Дон») показаны на рис. 2, а и б.
Рис. 2. Функциональные схемы судовых электростанций грузовых теплоходов проектов № 10, 11, 507А
Па электростанции сухогрузного теплохода проекта № 574 установлены два генератора постоянного тока типа ПН-205 мощностью каждый по 24 кВт. Напряжение на шинах станции 115 В. Генераторы предназначены для параллельной работы.
Электростанция теплохода «Волго-Дон» состоит из двух основных дизель-генераторов, одного стояночного дизель-генератора и одного валогенератора с приводом от гребного вала. Часть потребителей получает питание через понижающий трансформатор. Схемой предусмотрена только раздельная работа генераторов (см. § 25). Любой из основных генераторов может быть подключен на шины подруливающего устройства с отключением его от главных шин. Стояночный генератор используется на стоянках; когда не работают палубные механизмы и не может быть обеспечено питание с берега.
§ 8. СУДОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С ВАЛОГЕНЕРАТОРАМИ
Главные судовые двигатели обладают определенным резервом мощности. Это позволяет использовать их для приведения во вращение электрических генераторов внутрисудовых нужд. С гребным валом или валом отбора мощности двигателей генераторы соединяются зубчатыми, текстропными или цепными передачами. Такие генераторы называются ходовыми или валогенераторами.
Особенностью валогенераторов является зависимость их частоты вращения от скорости хода судна. Они работают только на переднем ходу судна в диапазоне частоты вращения главного двигателя от «Самый полный» до «Средний».
Постоянство напряжения на зажимах генератора в пределах ±10% номинального при изменении частоты вращения от 100 до 80% поддерживается автоматическим регулятором напряжения. Генераторы постоянного тока применяют с параллельным возбуждением.
Судовые электростанции с валогенераторами всегда должны иметь надежный, готовый к работе автономный источник электроэнергии (дизель-генератор) с тем, чтобы при выполнении судном маневров, связанных с резким изменением скорости хода последнего и реверсом главных двигателей, на него можно было переключить с валогенератора электрическую нагрузку. Время пуска автономного дизель-генератора ограничено 10—15 с с момента поступления сигнала на запуск.
Сигнал подается при U=0,85Uн и частоте f=0,9fн. Во избежание перерыва в электроснабжении обычно на время перевода нагрузки с валогенератора на стояночный дизель-генератор питание ответственных потребителей предусматривают от аккумуляторной батареи. Время переключения ответственных потребителей с шин станции на питание от аккумуляторной батареи ограничено 1—2 с.
При использовании в качестве валогенератора синхронного генератора трехфазного переменного тока надо учитывать, что изменение частоты вращения его связано не только с изменением напряжения на зажимах, но и частоты тока, что неблагоприятно сказывается на работе многих потребителей, и в том числе асинхронных двигателей, приводя к их перегреву.
Изменение частоты вращения главного двигателя для вало- генераторных установок переменного тока ограничено 85—100% номинальной. При этом напряжение и частота тока изменяются соответственно в пределах 85—100% Uн и 45—52,5 Гц. Кратковременно допускается повышение частоты тока до 54 Гц при частоте вращения главного двигателя 103% номинальной и до 55 Гц при его холостом ходе.
В установках переменного тока перерывов в электроснабжении потребителей избежать нельзя, так как в данном случае буферные аккумуляторные батареи не могут быть применены. Практически отключение валогенератора и подключение к шинам электростанции дизель-генератора происходят достаточно быстро и на работе потребителей не сказываются, особенно, если их номинальная защита имеет соответствующую выдержку времени.
Валогенераторы предназначены только для раздельной работы. Параллельная работа их исключена из-за неравномерности хода главных двигателей.
Применение валогенераторов повышает экономичность использования основной энергетической установки судна, ее к. п. д., удельный расход топлива на 1 кВт/ч выработанной электроэнергии, сохраняет моторесурс первичных двигателей электростанции и уменьшает эксплуатационные расходы на обслуживание и ремонт дизель-генераторов, значительно снижает уровень шума в машинном отделении, создавая благоприятные условия для работы команды судна. Установка валогенераторов наиболее целесообразна на грузовых транзитных судах, так как у них достаточно высок удельный вес ходового времени (выше 25%), а мощность ответственных потребителей, работающих во время хода, относительно невелика.
