Буцаў І.У.
[электронная пошта абаронена]
Асаблівасці сістэм электразабеспячэння з ужываннем Дызельных Дынамічных Крыніц Бесперабойнага Сілкавання (ДДІБП)
У наступным выкладзе аўтар паспрабуе пазбегнуць маркетынгавых клішэ і будзе абапірацца выключна на практычны досвед. У якасці паддоследных будуць апісаны ДДІБП кампаніі HITEC Power Protection.
Прылада ўстаноўкі ДДІБП
Прылада ДДИБП, з пункта гледжання электрамеханіка, выглядае дастаткова проста і прадказальна.
Асноўнай крыніцай энергіі з'яўляецца Дызельны Рухавік (ДД), з магутнасцю дастатковай, з улікам ККД ўстаноўкі, для працяглага бесперапыннага харчавання нагрузкі. Гэта адпаведна накладвае дастаткова жорсткія патрабаванні да яго надзейнасці, гатоўнасці да запуску і стабільнасці працы. Таму цалкам лагічным з'яўляецца прымяненне суднавых ДД, якія вендар перафарбоўвае з жоўтага ў свой колер.
У якасці зварачальна пераўтваральніка механічнай энергіі ў электрычную і зваротна ў склад усталёўкі ўваходзіць матор-генератар з магутнасцю якая перавышае пашпартную магутнасць усталёўкі для паляпшэння, першым чынам, дынамічных характарыстак крыніцы сілкавання пры пераходных працэсах.
Бо вытворца заяўляе аб бесперабойнасці сілкавання то ва ўсталёўцы прысутнічае элемент, які падтрымлівае сілкаванне нагрузкі пры пераходах з аднаго рэжыму працы да іншага. Гэтай мэты служыць інэрцыйны назапашвальнік ці індукцыйная муфта. Ён уяўляе сабою масіўнае цела, якое верціцца на высокай хуткасці і што назапашвае механічную энергію. Вытворца апісвае яго прыладу як асінхронны рухавік усярэдзіне асінхроннага рухавіка. Г.зн. маюцца статар, вонкавы ротар і ўнутраны ротар. Пры чым вонкавы ротар цвёрда злучаны з агульным валам усталёўкі і круціцца сінхронна з валам матор-генератара. Унутраны ротар дадаткова раскручваецца адносна вонкавага і з'яўляецца ўласна назапашвальнікам. Для забеспячэння сілкаваннем і ўзаемадзеянні паміж асобнымі часткамі служаць щеточные вузлы з токаздымнымі кольцамі.
Для забеспячэння перадачы механічнай энергіі ад ДД да астатніх частак усталёўкі служыць обгонная муфта.
Найважнай часткай усталёўкі з'яўляецца сістэма аўтаматычнага кіравання, якая, аналізуючы параметры працы асобных частак, аказвае ўздзеянні для кіравання ўсталёўкай у цэлым.
Таксама найважны элемент усталёўкі – рэактар, трохфазны дросель з адводам абмоткі, прызначаны для інтэграцыі ўсталёўкі ў сістэму энергазабеспячэння і які дазваляе адносна бяспечна перамыкацца паміж рэжымамі, абмяжоўваючы якія выраўноўваюць токі.
І нарэшце, дапаможныя, але зусім не другарадныя падсістэмы - вентыляцыі, палівазабеспячэння, астуджэнні і газавых лопа.
Рэжымы працы ўстаноўкі ДДІБП
Мяркую, было б карысным апісаць розныя станы ўсталёўкі ДДІБП:
- рэжым працы ВЫКЛЮЧАНА
Механічная частка ўстаноўкі знаходзіцца без руху. Сілкаванне пададзена на сістэму кіравання, сістэму папярэдняга прагрэву ДД, сістэму плывучага зарада стартарных батарэй, рэцыркуляцыйную вентыляцыйную ўсталёўку. Пасля папярэдняга прагрэву ўстаноўка гатова да запуску.
- рэжым працы ЗАПУСК
Пры падачы каманды СТАРТ адбываецца запуск ДД, які праз обгонную муфту раскручвае вонкавы ротар назапашвальніка і матор-генератар. Па меры прагрэву ДД актывуецца яго сістэма астуджэння. Пасля выхаду на працоўныя абароты пачынае раскручвацца (зараджацца) унутраны ротар назапашвальніка. Аб працэсе зарадкі назапашвальніка ўскоснай выявай судзяць па спажыванаму ім току. Гэты працэс займае 5-7 хвілін.
Пры наяўнасці вонкавага сілкавання нейкі час сыходзіць на канчатковую сінхранізацыю з вонкавай сеткай і пры дасягненні дастатковай ступені сінфазнасці ўсталёўка падлучаецца да яе.
ДД зніжае частату кручэння і пераходзіць у цыкл астуджэння, які займае каля 10-ці хвілін, з наступным прыпынкам. Абгонная муфта расчэпліваецца і наступнае кручэнне ўсталёўкі падтрымліваецца матор-генератарам з адначасовай кампенсацыяй страт у назапашвальніку. Устаноўка гатова запатрабаваць нагрузку і пераходзіць у рэжым КБС.
Пры адсутнасці вонкавага электразабеспячэння ўсталёўка гатовая запатрабаваць нагрузку і ўласныя патрэбы ад матор-генератара і працягвае працу ў рэжыме ДЫЗЕЛЬ.
- рэжым працы ДЫЗЕЛЬ
У гэтым рэжыме крыніцай энергіі з'яўляецца ДД. Матор-генератар, які верціцца ім, сілкуе нагрузку. Матор-генератар як крыніца напругі мае ярка выяўленую частотную характарыстыку і валодае прыкметнай інэрцыяй, з затрымкай рэагуючы на рэзкія змены велічыні нагрузкі. Т.к. вытворца камплектуе ўстаноўкі суднавымі ДД праца ў гэтым рэжыме абмежавана толькі запасамі паліва і магчымасцю падтрымання цеплавога рэжыму ўстаноўкі. У гэтым рэжыме працы ўзровень гукавога ціску паблізу ўстаноўкі перавышае 105 дба.
- рэжым працы КБС
У гэтым рэжыме крыніцай энергіі з'яўляецца знешняя сетка. Матор-генератар, падлучаны праз рэактар як да вонкавай сеткі, так і да нагрузкі, працуе ў рэжыме сінхроннага кампенсатара, у вызначаных межах кампенсуючы рэактыўны складнік магутнасці нагрузкі. У цэлым, усталёўка ДДИБП, уключаная паслядоўна з вонкавай сеткай, па вызначэнні пагаршае яе характарыстыкі як крыніцы напругі, павялічваючы эквівалентны ўнутраны імпеданс. У гэтым рэжыме працы ўзровень гукавога ціску паблізу ўстаноўкі каля 100 дба.
У выпадку праблем з вонкавай сеткай, усталёўка адключаецца ад яе, падаецца каманда на запуск ДД і ўсталёўка пераходзіць у рэжым ДЫЗЕЛЬ. Неабходна адзначыць, што запуск стала прагрэтага ДД адбываецца без нагрузкі да моманту перавышэння частаты кручэння вала ДД астатніх частак усталёўкі з замыканнем абгоннай муфты. Тыповы час запуску і выхаду працоўныя абароты ДД складае 3-5 секунд.
- рэжым працы БАЙПАС
Пры неабходнасці, напрыклад, на час абслугоўвання, сілкаванне нагрузкі можна перавесці на байпасную лінію непасрэдна ад вонкавай сеткі. Пераключэнне на байпасную лінію і зваротна адбываецца з перакрыццем па часе спрацоўвання камутуюцца апаратаў, што дазваляе пазбегнуць нават кароткачасовага знікнення сілкавання нагрузкі т.к. сістэма кіравання імкнецца падтрымліваць сінфазнасць выходнай напругі ўсталёўкі ДДИБП і вонкавай сеткі. Пры гэтым рэжым працы самой усталёўкі не змяняецца г.зн. калі працаваў ДД, то ён працягне працу ці сілкаванне самой усталёўкі ажыццяўлялася ад знешняй сеткі, то яно будзе працягнута.
- рэжым працы спыненне
Пры падачы каманды СТОП сілкаванне нагрузкі перамыкаецца на байпасную лінію, перарываецца сілкаванне матор-генератара і назапашвальніка. Устаноўка працягвае круціцца па інэрцыі яшчэ нейкі час і пасля прыпынку пераходзіць у рэжым ВЫКЛЮЧАНА.
Схемы падключэння ДДІБП і іх асаблівасці
Адзіночная ўстаноўка
Гэта самы просты варыянт выкарыстання незалежнага ДДІБП. Устаноўка можа мець два выхады - NB (no break, бесперабойнае харчаванне) без перапынення электрасілкавання і SB (short break, гарантаванае харчаванне) з кароткачасовым перапыненнем харчавання. Кожны з выхадаў можа мець уласны байпас (гл. мал 1.).
мал.1
Да выхаду NB звычайна падключаецца крытычная нагрузка (ІТ, цыркуляцыйныя помпы сістэмы холадазабеспячэння, прэцызійныя кандыцыянеры), а да выхаду SB - нагрузка, для якой кароткачасовае перапыненне электрасілкавання не крытычна (чылеры сістэмы холадазабеспячэння). З мэтай выключэння поўнага знікнення электразабеспячэння крытычнай нагрузкі камутацыя выхаду ўстаноўкі і байпаснага ланцуга ажыццяўляецца з перакрыццем па часе, а токі замыкання памяншаюцца да бяспечных значэнняў за кошт комплекснага супраціву часткі абмоткі рэактара.
Асоба трэба звярнуць увагу на сілкаванне ад ДДИБП нелінейнай нагрузкі, г.зн. нагрузкі, якая характарызуецца наяўнасцю ў спектральным складзе спажыванага току прыкметнай колькасці гарамонік. З-за асаблівасцяў працы сінхроннага генератара і схемы падлучэння гэта прыводзіць да скажэння формы напругі на вынахадзе ўсталёўкі, а таксама наяўнасці гарманічных складнікаў спажыванага току пры сілкаванні ўсталёўкі ад вонкавай сеткі пераменнай напругі.
Ніжэй прыведзены выявы формы (гл. мал.2) і гарманічны аналіз выходнай напругі (гл. мал. 3) пры сілкаванні ад вонкавай сеткі. Каэфіцыент гарманічных скажэнняў перавысіў 10% пры сціплай нелінейнай нагрузцы ў выглядзе частотнага пераўтваральніка. Пры гэтым усталёўка не пераключылася ў дызельны рэжым, што пацвярджае, што сістэма кіравання не адсочвае такі важны параметр як каэфіцыент гарманічных скажэнняў выходнай напругі. Па назіраннях узровень гарманічных скажэнняў залежыць не ад магутнасці нагрузкі, а ад суадносін магутнасцяў нелінейнай і лінейнай нагрузкі і пры выпрабаваннях на чыстую актыўную, цеплавую, нагрузку форма напругі на вынахадзе ўсталёўкі сапраўды блізкая да сінусоіднай. Але гэтая сітуацыя вельмі далёкая ад рэальнасці, асабліва што дакранаецца сілкаванні інжынернага абсталявання, мелага ў сваім складзе частотныя пераўтваральнікі, і ІТ-нагрузкі, мелай імпульсныя блокі сілкавання, не заўсёды абсталяваныя карэктарам каэфіцыента магутнасці (PFC).
мал.2
мал.3
У гэтай і наступных схемах звяртаюць на сябе тры акалічнасці:
- Гальванічная сувязь паміж уваходам і выхадам ўстаноўкі.
- Перакос фазнай нагрузкі з выхаду пападае на ўваход.
- Неабходнасць дадатковых мер для памяншэння гарамонік току нагрузкі.
- Гарманічныя складнікі току нагрузкі і скажэнні, выкліканыя пераходнымі працэсамі, пранікаюць з выхаду на ўваход.
паралельная схема
З мэтай умощнения сістэмы электрасілкавання ўсталёўкі ДДИБП можна ўключаць раўналежна, злучаючы ўваходныя і выходныя ланцугі асобных усталёвак. Пры гэтым трэба разумець, што ўстаноўка губляе незалежнасць і станавіцца часткай сістэмы пры выкананні ўмоў сінхранізму і сінфазнасці, у фізіцы гэта абазначаюць адным словам - кагерэнтнасць. З практычнага пункта гледжання гэта азначае, што ўсе ўсталёўкі, якія ўваходзяць у сістэму павінны працаваць у аднолькавым рэжыме, т.е., напрыклад, варыянт з частковай працай ад ДД, а частковай ад вонкавай сеткі не дапушчальны. Байпасная лінія ў такім разе ствараецца агульнай для ўсёй сістэмы (гл. мал.4).
Пры такой схеме падлучэння існуюць два патэнцыйна небяспечных рэжыму:
- Падлучэнне другой і наступных усталёвак да выходнай шыны сістэмы з захаваннем умоў кагерэнтнасці.
- Адключэнне адзінкавай усталёўкі ад выходнай шыны з захаваннем умоў кагерэнтнасці да моманту размыкання выходных выключальнікаў.
мал.4
Аварыйнае адключэнне адзінкавай усталёўкі можа прывесці да сітуацыі, калі яна пачне запавольвацца, а выходны камутацыйны апарат яшчэ не растуліўся. Пры гэтым за кароткі час розніца фаз паміж усталёўкай і астатняй сістэмай можа дасягаць аварыйных значэнняў, выклікаючы рэжым кароткага замыкання.
Таксама трэба звярнуць увагу на балансаванне нагрузкі паміж асобнымі ўстаноўкамі. У разгляданым тут абсталяванні балансіроўка ажыццяўляецца за кошт падальнай нагрузачнай характарыстыкі генератара. У сілу яе неідэальнасці і неідэнтычнасці характарыстык асобнікаў усталёвак паміж усталёўкамі размеркаванне таксама нераўнамерна. Акрамя таго, пры набліжэнні да максімальных значэнняў нагрузкі на размеркаванне пачынаюць уплываць такія, здавалася б, малаважныя фактары як даўжыня якія падключаюцца ліній, кропкі падлучэння да размеркавальнай сеткі ўсталёвак і нагрузкі, а таксама якасць (пераходны супраціў) саміх злучэнняў.
Трэба заўсёды памятаць, што ДДИБП і камутацыйныя апараты - гэта электрамеханічныя прылады са значным момантам інэрцыі і адчувальнымі значэннямі часу затрымкі рэакцыі на кіравальныя ўздзеянні з боку сістэмы аўтаматычнага кіравання.
Раўналежная схема з падлучэннем па «сярэдняй» напрузе
У гэтым выпадку, генератар падлучаецца да рэактара праз трансфарматар з які адпавядае каэфіцыентам трансфармацыі. Такім чынам, рэактар і камутацыйныя аўтаматы працуюць пры "сярэднім" узроўні напругі, а генератар працуе на ўзроўні 0.4 кВ (гл. мал.5).
мал.5
Пры гэтым варыянце выкарыстання трэба звярнуць увагу на характар канчатковай нагрузкі і схему яе падключэння. Г.зн. калі канчатковая нагрузка падлучаная праз паніжальныя трансфарматары трэба мець на ўвазе, што падлучэнне трансфарматара да сілкавальнай сеткі з высокай ступенню верагоднасці суправаджаецца працэсам перамагнічвання стрыжня, які ў сваю чаргу выклікае кідок току спажывання і, такім чынам, правал напругі (гл. мал.6).
Адчувальнае абсталяванне ў такой сітуацыі можа працаваць некарэктна.
Прынамсі, малаінэрцыйнае асвятленне міргае, а настроеныя па змаўчанні частотныя пераўтваральнікі электрарухавікоў перазапускаюцца.
мал.6
Схема з «расшчэпленай» выходнай шынай
З мэтай аптымізацыі колькасці ўсталёвак у сістэме электрасілкавання вытворца прапануе ўжываць схему з «расшчэпленай» выходнай шынай, у якой усталёўкі раўналежныя як па ўваходзе, так і па вынахадзе, пры чым кожная ўсталёўка індывідуальна падлучаная да больш за адной выходнай шыны. У гэтым выпадку колькасць байпасных ліній павінна быць роўна колькасці выходных шын (гл. мал.7).
Трэба разумець, што выходныя шыны не з'яўляюцца незалежнымі і гальванічна злучаны паміж сабой праз камутацыйныя апараты кожнай з усталёвак.
Такім чынам, нягледзячы на запэўненні вытворцы, гэтая схема ўяўляе сабой адну крыніцу харчавання з унутраным рэзерваваннем, у выпадку паралельнай схемы, які мае некалькі гальванічна звязаных паміж сабой выхадаў.
мал.7
Тут, гэтак жа, як і ў папярэднім выпадку, трэба звярнуць увагу не толькі балансаванне нагрузкі паміж усталёўкамі, але паміж выходнымі шынамі.
Таксама некаторыя заказчыкі катэгарычна пярэчаць супраць падачы "бруднага" харчавання, г.зн. выкарыстання байпаса, да нагрузкі ў любых рэжымах працы. Пры такім падыходзе, напрыклад, у цэнтрах апрацоўкі дадзеных, праблема (перагрузка) на адным з прамянёў прыводзіць да сістэмнай аварыі з поўным адключэнне карыснай нагрузкі.
Жыццёвы цыкл ДДІБП і яго ўплыў на сістэму электразабеспячэння ў цэлым
Не трэба забываць, што ўсталёўкі ДДИБП з'яўляюцца электрамеханічнымі прыладамі, якія патрабуюць да сябе ўважлівага, калі не сказаць больш, трапяткога стаўлення і перыядычнага тэхнічнага абслугоўвання.
Рэгламент абслугоўвання мае на ўвазе выснову з эксплуатацыі, прыпынак, чыстку, змазку (раз у паўгода), а таксама прагрузку генератара на тэставую нагрузку (раз у год). Звычайна на абслугоўванне адной усталёўкі патрабуецца два працоўных дня. А адсутнасць спецыяльна спраектаванай схемы для падлучэння генератара да тэставай нагрузкі прыводзіць да неабходнасці абясточвання карыснай нагрузкі.
Для прыкладу, возьмем залішнюю сістэму з 15-ці раўналежна якія працуюць ДДИБП, падлучаных па «сярэдняй» напрузе на падвойную «расшчэпленую» шыну пры адсутнасці вылучанага ланцуга для падлучэння тэставай нагрузкі.
Пры такіх зыходных дадзеных, для абслугоўвання сістэмы на працягу 30 (!)-ці каляндарных дзён у рэжыме праз дзень будзе неабходна абясточваць адну з выходных шын для падлучэння тэставай нагрузкі. Такім чынам, даступнасць электрасілкавання карыснай нагрузкі адной з выходных шын складае – 0,959, а насамрэч нават 0,92.
Акрамя таго, вяртанне да штатнай схемы электразабеспячэння карыснай нагрузкі запатрабуе ўключэнні неабходнай колькасці паніжальных трансфарматараў, што, у сваю чаргу, выкліча шматразовыя правалы напругі ва ўсёй(!) сістэме, злучаныя з перамагнічваннем трансфарматараў.
Рэкамендацыі прымянення ДДІБП
З вышэйсказанага напрошваецца не суцяшальная выснова – на выхадзе сістэмы электразабеспячэння з ужываннем ДДІБП якасная (!) бесперабойная напруга прысутнічае пры выкананні ўсіх наступных умоў:
- Вонкавае электразабеспячэнне не мае істотных недахопаў;
- Нагрузка сістэмы пастаянная ў часе, актыўная і лінейная па сваім характары (апошнія дзве характарыстыкі не адносяцца да абсталявання цэнтраў апрацоўкі дадзеных);
- У сістэме адсутнічаюць скажэнні, выкліканыя камутацыяй рэактыўных элементаў.
Рэзюмуючы можна сфармуляваць наступныя рэкамендацыі:
- Падзяляйце сістэмы электразабеспячэння інжынернага і ІТ-абсталявання, а апошнія падзяляйце на падсістэмы, для мінімізацыі ўзаемнага ўплыву.
- Вылучайце асобную сетку для забеспячэння магчымасць абслугоўвання адзінкавай усталёўкі з магчымасцю падлучэння вулічнай тэставай нагрузкі, магутнасцю роўнай адзінкавай усталёўкі. Падрыхтоўвайце для гэтых мэт пляцоўку і кабельную гаспадарку для падлучэння.
- Увесь час сочыце за балансам нагрузкі паміж сілавымі шынамі, асобнымі ўсталёўкамі і фазамі.
- Пазбягайце прымянення паніжальных трансфарматараў, якія падключаюцца да выхаду ДДІБП.
- Старанна тэстуйце і пратакалюйце працу аўтаматыкі і сілавых камутацыйных апаратаў з мэтай збору статыстыкі.
- Для праверкі якасці электразабеспячэння нагрузкі тэсціруйце ўстаноўкі і сістэмы з выкарыстаннем нелінейнай нагрузкі.
- Пры абслугоўванні разбірайце старцернае батарэі і тэстуйце іх індывідуальна, т.к. нягледзячы на наяўнасць так званых эквалайзераў і панэлі рэзервовага запуску (RSP), з-за адной няспраўнай батарэй ДД можа не запусціцца.
- Прымайце дадатковыя меры да мінімізацыі гарамонік току нагрузкі.
- Дакументуйце гукавыя і цеплавыя палі ўстановак, вынікі вібратэстаў для аператыўнай рэакцыі на першыя праявы рознага роду механічных праблем.
- Пазбягайце працяглага прастою ўсталёвак, прымайце меры да раўнамернага размеркавання моторесурса.
- Камплектуй ўстаноўкі вібрадатчыкамі для прадухілення аварыйны сітуацыі.
- Пры змене гукавых і цеплавых палёў, з'яўленні вібрацыі, старонніх пахаў неадкладна выводзьце ўстаноўкі з эксплуатацыі для далейшай дыягностыкі.
PS Аўтар будзе ўдзячны за зваротную сувязь па тэматыцы артыкула.
Крыніца: habr.com