- •1.1. Передвижные электростанции как объект автоматизации
- •1.2. Объем и степени автоматизации пэс
- •1.3. Основные технические требования к системам автоматического
- •2. Автоматизация основных технологических операций передвижных эа и пэс
- •2.1. Алгоритмы пуска и приема нагрузки
- •2.2. Алгоритм остановки
- •2.3. Алгоритм резервирования внешнего источника
- •3. Аппаратура автоматического управления эа и пэс
- •3.1. Общие сведения и технические требования
- •3.2. Приемные реле и датчики
- •3.3. Механические приемные реле
- •Основные параметры комбинированных реле крм и крд
- •3.4. Реле комбинированные электронные
- •Состав комплектов комбинированных электронных реле
- •Основные технические характеристики комплектов реле рк
- •3.5. Исполнительные устройства и механизмы
- •4. Устройство и работа комплекта реле рк
- •4.1. Реле температуры
- •4.2. Реле давления
- •4.3. Реле уровня воды
- •4.4. Реле уровня масла и топлива
- •4.5. Реле частоты вращения
- •5. Функциональные устройства автоматики
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Реле времени
- •5.3. Реле контроля напряжения
- •5.4. Цифровое реле контроля напряжения
- •5.5. Реле контроля оперативного напряжения
- •5.6. Устройство мигающей сигнализации
- •6. Типовые схемы управления передвижных источников электроэнергии первой степени автоматизации
- •6.1. Принципиальная электрическая схема управления
- •6.2. Принципиальная электрическая схема управления
- •6.3. Принципиальная электрическая схема управления
- •6.3.1. Цепи питания схемы и ручного управления
- •6.3.2. Цепи автоматического управления пуском и приема нагрузки
- •6.3.3. Цепи контроля аварийных параметров, защиты и сигнализации
- •6.3.4. Цепи остановки
- •7. Типовые схемы управления передвижных источников электроэнергии третьей степени автоматизации
- •7.1. Принципиальная электрическая схема управления
- •7.1.1. Общие положения
- •7.1.2. Цепи пуска
- •7.1.3. Цепи приема нагрузки
- •7.1.4. Цепи контроля аварийных параметров, защиты и сигнализации
- •7.1.5. Цепи остановки
- •7.1.6. Цепи собственных нужд
- •7.1.7. Цепи дистанционного управления
- •7.2. Принципиальная электрическая схема управления
- •7.2.1. Общие положения
- •7.2.2. Цепи пуска
- •7.2.3. Цепи приема нагрузки
- •7.2.4. Цепи аварийной защиты и сигнализации
- •7.2.5. Цепи остановки
- •Автоматическая остановка от действия защиты по аварийным режимам
- •7.2.6. Цепи дистанционного управления
- •7.3. Принципиальная электрическая схема управления
- •7.3.1. Общие положения
- •7.3.2. Цепи пуска
- •7.3.3. Цепи контроля аварийных параметров, защиты и сигнализации
- •7.3.4. Цепи остановки
- •7.3.5. Цепи собственных нужд
НИЖЕГОРОДСКИЙ ФИЛИАЛ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
В. Г. СУГАКОВ
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
ВОЕННЫХ ПЕРЕДВИЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Рецензент – полковник И. Э. Ковалёв, кандидат технических наук,
доцент, начальник научно-исследовательского отдела
В. Г. Сугаков – полковник, доктор технических наук, профессор,
начальник кафедры электрификации и автоматизации
СУГАКОВ В. Г. Основы автоматизации военных передвижных источников электрической энергии. - Кстово: НФВИУ, 2003. 168 с. Бесплатно
Учебное пособие предназначено для курсантов специальности В, изучающих дисциплины «Передвижные источники электрической энергии» и «Устройство и эксплуатация передвижных электростанций». Пособие подготовлено в полном соответствии с учебными программами этих дисциплин и содержит материал для изучения раздела «Автоматическое управление ПЭС». В работе рассмотрены алгоритмы управления, средства автоматизации и типовые схемы передвижных источников электрической энергии мощностью от 30 до 630 кВт, автоматизированных по первой и третьей степеням, которые нашли наиболее широкое применение в войсках.
Учебное пособие может быть использовано в ходе курсового и дипломного проектирования курсантами специальности В и для углубленного изучения передвижных источников курсантами других специальностей.
Работа рассмотрена на заседании кафедры 24, одобрена научно-методическим и учёным советами НФВИУ и рекомендована к изданию и использованию в образовательном процессе.
ВВЕДЕНИЕ
Большое количество потребителей электрической энергии в силу специфичности выполняемых задач получают питание от передвижных источников. Причиной тому могут служить удаленность от промышленной сети электроснабжения и необходимость резервирования на случай выхода её из строя. К числу таких потребителей относится целый ряд объектов народного хозяйства, а для большинства военных объектов и комплексов вооружения передвижные источники электрической энергии (ПИЭЭ) являются основным средством электропитания.
Свыше 70 % электротехнических средств (ЭТС), находящихся в настоящее время на снабжении ВС РФ, выполняют задачи по непосредственному обеспечению электроэнергией важных, с оперативно-тактической точки зрения, комплексов вооружения и военной техники, в числе которых ракетные, артиллерийские, зенитно-ракетные, связи, автоматизированной системы управления войск, радиоэлектронной борьбы и т. д.
В настоящее время в России выпускается и эксплуатируется обширная номенклатура ПИЭЭ, из которых 180 находится на снабжении ВС.
Номенклатура автоматизированных передвижных источников электрической энергии включает передвижные электростанции (ПЭС) и входящие в их состав электроагрегаты (ЭА) мощностью от 8 кВт напряжением 230 и 400 В частотой 50 и 400 Гц.
По объему автоматически выполняемых операций и продолжительности работы без вмешательства персонала различают нулевую и три (первая, вторая и третья) степени автоматизации ПИЭЭ. Ниже будут рассмотрены принципиальные электрические схемы цепей управления наиболее распространенных электроагрегатов и передвижных электростанций, автоматизированных по первой и третьей степеням одно- и двухагрегатного состава.
1. Общие сведения об автоматизации передвижных электростанций
1.1. Передвижные электростанции как объект автоматизации
ПЭС применяются в качестве автономных, резервных или аварийных источников электроэнергии. Широкое использование передвижных источников электроэнергии для электроснабжения различных комплексов вооружения и инженерных работ предъявляет высокие требования к качеству электроэнергии и бесперебойности электроснабжения от ПЭС и ЭА, так как от них зависит нормальное функционирование этих объектов.
С участием ПИЭЭ одновременно осуществляются процессы генерирования, распределения и потребления электроэнергии. Быстротечность и взаимосвязь электромагнитных и электромеханических процессов в ЭА оказывают существенное влияние на совместную работу систем поддержания нормального режима работы, регулирования напряжения и частоты. Наряду с этим, важными особенностями ПЭС как объекта автоматизации являются: необходимость поддержания ЭА в постоянной готовности к пуску и быстрому приему нагрузки, синхронизации и включения на параллельную работу с аналогичным источником или с промышленной сетью; необходимость длительного функционирования без обслуживания и ремонта в полевых условиях; размещение оборудования ПЭС в ограниченном объеме кузовов автомобилей и прицепов.
Указанные особенности ПЭС, высокие требования к качеству вырабатываемой электроэнергии, отсутствие в определенных условиях обслуживающего расчета обусловливают необходимость автоматизации ПЭС.
Автоматизированными ПИЭЭ называют источники электроэнергии, снабженные средствами автоматизации.
Средства автоматизации в совокупности с объектом автоматизации образуют систему автоматического управления (САУ), которая производит автоматическое управление, регулирование, контроль и защиту ЭА и других систем ПЭС без непосредственного участия человека-оператора.
В ПИЭЭ различают автоматическое, ручное и дистанционное управление.
Автоматическим называется управление, которое осуществляется по сигналам системы автоматического управления, в результате чего происходит автоматическое выполнение функционально связанных операций, предусмотренных алгоритмом управления.
Ручным называется управление, которое осуществляется путем непосредственного воздействия человека-оператора на органы управления ПИЭЭ в соответствии с алгоритмом управления.
Дистанционным называется управление, которое осуществляется посредством воздействия человека-оператора на органы управления, находящиеся на дистанции, в результате чего происходит автоматическое выполнение операций, предусмотренных алгоритмом управления.
Структурная модель ПИЭЭ объединяет структурные модели первичного двигателя (ПД), генератора, силовой схемы и схемы устройств собственных нужд, каждая из которых имеет определенный набор объектов управления.
Схема структурной модели первичного двигателя в общем случае может содержать 16 объектов управления.
К их числу отнесены: воздушная заслонка, или аварийное стоп-устройство; подогревательный элемент, плунжерные пары топливного насоса высокого давления или дроссельная заслонка с приводом от рабочего стоп-устройства и регулятора частоты вращения, топливный электрический прокачивающий и маслопрокачивающий насосы, выключатель гидромуфты привода вентилятора, электродвигатель насосного агрегата, электрический топливный клапан и запальное устройство жидкостного подогревателя, электронагревательный элемент; тяговое реле или контактор стартера; устройство подзарядки стартерных аккумуляторов, запорный кран баллона сжатого воздуха и воздушный пусковой кран, регулятор опережения и аппарат включения зажигания.
Структурная модель генератора включает в свой состав 2 объекта управления: устройство начального возбуждения и устройство гашения поля.
В состав элементов структурной модели силовой схемы включены 7 объектов управления. В их число входят: коммутационные аппараты линии генератора и сети, аппарат включения нейтрали, привод органа установки напряжения, выключатель статизма, выключатель уравнительных соединений и синхронизатор.
В структурной модели схемы устройств собственных нужд ПЭС в общем случае присутствуют 14 объектов управления. Среди них могут быть: переключатель питания с генератора на внешний источник, коммутационные аппараты зарядных устройств для стартерных аккумуляторных батарей и батарей питания цепей автоматики, коммутационные аппараты электродвигателей закачки масла и топлива; коммутационные аппараты нагревательных элементов масла, охлаждающей жидкости и электрической печи; коммутационный аппарат электродвигателя вентилятора ПД, коммутационный аппарат электродвигателя привода радиаторного люка на закрытие и на открытие, переключатель питания освещения с переменного на постоянное напряжение; коммутационный аппарат электродвигателя привода вентиляционного люка на закрытие и на открытие.
В общем случае на систему автоматического управления ПИЭЭ может быть возложено выполнение следующих основных операций и функций: регулирование частоты, напряжения и теплового режима первичного двигателя; защита от коротких замыканий и перегрузок, подзарядка аккумуляторных батарей, распределение активной и реактивной мощности, дистанционное управление и контроль пуска и остановки, аварийно-предупредительная сигнализация; защита двигателя от разноса, перегрева охлаждающей жидкости и масла, снижения давления масла, уровня охлаждающей жидкости в двигателе, масла и топлива в расходных баках; защита при аварии цепей генератора и возбуждения, при появлении потенциала на корпусе и обратной мощности; возбуждение и гашение поля генератора, экстренный пуск; пуск для ввода резерва, резервирования сети и самопрогрева; приём нагрузки с синхронизацией; остановка по аварийным параметрам, после ввода сети, самопрогрева и снижения нагрузки; пополнение ёмкостей топлива, масла и сжатого воздуха; управление подогревом двигателя и кузова, вентиляцией кузова и люками
Кроме приведенного перечня 40 основных операций и функций управления системы могут обеспечивать выполнение ряда не основных операций, например, переключение цепей собственных нужд с аккумуляторных батарей на генератор, объединение и разъединение аккумуляторных батарей питания цепей ручного и автоматического управления, включение и отключение режима светомаскировки и т. д.
Системы автоматического управления современных передвижных источников электрической энергии с поршневыми двигателями внутреннего сгорания и водовоздушной системой охлаждения обеспечивают автоматическое выполнение от 16 до 35 основных операций управления.
Схемы САУ существующих ПИЭЭ содержат от 10 до 109 реле и контакторов с общим числом контактов от 27 до 389.
Расход аппаратных средств на обеспечение выполнения одной операции управления в схемах современных автоматизированных ПЭС носит случайный характер и подчиняется нормальному закону распределения.
Математическое ожидание расхода на обеспечение выполнения одной основной операции управления составляет 1,45 реле и 4,51 контактов.