🥇Funktioner af strømforsyningssystemer, der bruger DDIBP

Funktioner ved strømforsyningssystemer, der bruger Diesel Dynamic Uninterruptible Power Sources (DDIUPS)

I den følgende præsentation vil forfatteren forsøge at undgå markedsføringsklichéer og vil udelukkende stole på praktisk erfaring. DDIBP'er fra HITEC Power Protection vil blive beskrevet som testpersoner.

DDIBP installationsenhed

DDIBP-enheden ser ud fra et elektromekanisk synspunkt ganske simpel og forudsigelig ud.
Den vigtigste energikilde er en dieselmotor (DE), med tilstrækkelig effekt, under hensyntagen til installationens effektivitet, til langsigtet kontinuerlig strømforsyning til belastningen. Dette stiller derfor ret strenge krav til dets pålidelighed, lanceringsberedskab og driftsstabilitet. Derfor er det helt logisk at bruge skibs-DD'er, som sælgeren maler om fra gul til sin egen farve.

Som en reversibel konverter af mekanisk energi til elektrisk energi og tilbage, omfatter installationen en motorgenerator med en effekt, der overstiger installationens nominelle effekt for først og fremmest at forbedre strømkildens dynamiske egenskaber under transiente processer.

Da producenten hævder uafbrydelig strømforsyning, indeholder installationen et element, der opretholder strøm til belastningen under overgange fra en driftstilstand til en anden. En inertiakkumulator eller induktionskobling tjener dette formål. Det er en massiv krop, der roterer med høj hastighed og akkumulerer mekanisk energi. Fabrikanten beskriver sin enhed som en asynkronmotor inde i en asynkronmotor. De der. Der er en stator, en ydre rotor og en indre rotor. Ydermere er den udvendige rotor stift forbundet med installationens fælles aksel og roterer synkront med motorgeneratorens aksel. Den interne rotor roterer desuden i forhold til den eksterne og er faktisk en lagerenhed. For at give kraft og samspil mellem de enkelte dele, anvendes børsteenheder med slæberinge.

For at sikre overførsel af mekanisk energi fra motoren til de resterende dele af installationen anvendes en friløbskobling.

Den vigtigste del af installationen er det automatiske kontrolsystem, som ved at analysere de enkelte deles driftsparametre påvirker styringen af installationen som helhed.
Også det vigtigste element i installationen er en reaktor, en trefaset drossel med en viklingshane, designet til at integrere installationen i strømforsyningssystemet og tillade relativt sikker skift mellem tilstande, hvilket begrænser udligningsstrømmene.
Og endelig hjælpe, men på ingen måde sekundære delsystemer - ventilation, brændstofforsyning, køling og gasudstødning.

Driftstilstande for DDIBP-installationen

Jeg tror, det ville være nyttigt at beskrive de forskellige tilstande af en DDIBP-installation:

driftstilstand FRA

Den mekaniske del af installationen er ubevægelig. Der tilføres strøm til styresystemet, motorkøretøjets forvarmesystem, flydende ladesystem til startbatterier og recirkulationsventilationsenheden. Efter forvarmning er installationen klar til at starte.

driftstilstand START

Når START-kommandoen er givet, starter DD, som roterer den udvendige rotor på drevet og motorgeneratoren gennem friløbskoblingen. Når motoren varmes op, aktiveres dens kølesystem. Efter at have nået driftshastigheden begynder drevets indre rotor at spinde op (oplades). Processen med at oplade en lagerenhed bedømmes indirekte ud fra den strøm, den bruger. Denne proces tager 5-7 minutter.

Hvis ekstern strøm er tilgængelig, tager det lidt tid at afslutte den endelige synkronisering med det eksterne netværk, og når en tilstrækkelig grad af in-fase er opnået, tilsluttes installationen til det.

DD reducerer rotationshastigheden og går ind i en afkølingscyklus, som tager omkring 10 minutter, efterfulgt af et stop. Friløbskoblingen udkobles, og yderligere drejning af installationen understøttes af motorgeneratoren, mens den kompenserer for tab i akkumulatoren. Installationen er klar til at forsyne belastningen og skifter til UPS-tilstand.

I mangel af ekstern strømforsyning er installationen klar til at forsyne belastningen og sine egne behov fra motorgeneratoren og fortsætter med at fungere i DIESEL-tilstand.

driftsform DIESEL

I denne tilstand er energikilden DD. Motorgeneratoren, der roteres af den, driver belastningen. Motorgeneratoren som spændingskilde har en udtalt frekvensgang og har mærkbar inerti, der reagerer med en forsinkelse på pludselige ændringer i belastningsstørrelsen. Fordi Producenten fuldfører installationerne med marine DD-drift i denne tilstand er kun begrænset af brændstofreserver og evnen til at opretholde installationens termiske forhold. I denne driftstilstand overstiger lydtrykniveauet nær installationen 105 dBA.

UPS driftstilstand

I denne tilstand er energikilden det eksterne netværk. Motorgeneratoren, der er forbundet gennem en reaktor til både det eksterne netværk og belastningen, fungerer i den synkrone kompensatortilstand og kompenserer inden for visse grænser den reaktive komponent af belastningseffekten. Generelt forværrer en DDIBP-installation, der er forbundet i serie med et eksternt netværk, per definition dens egenskaber som spændingskilde, hvilket øger den tilsvarende interne impedans. I denne driftstilstand er lydtrykniveauet i nærheden af installationen omkring 100 dBA.

I tilfælde af problemer med det eksterne netværk afbrydes enheden fra det, der gives en kommando om at starte dieselmotoren, og enheden skifter til DIESEL-tilstand. Det skal bemærkes, at lanceringen af en konstant opvarmet motor sker uden belastning, indtil motorakslens omdrejningshastighed overstiger de resterende dele af installationen med lukningen af friløbskoblingen. Den typiske tid for opstart og opnåelse af driftshastigheder for DD er 3-5 sekunder.

BYPASS driftstilstand

Om nødvendigt, for eksempel under vedligeholdelse, kan belastningseffekten overføres til bypass-ledningen direkte fra det eksterne netværk. Skift til bypass-linjen og tilbage sker med et overlap i koblingsenhedernes responstid, hvilket giver dig mulighed for at undgå selv et kortvarigt tab af strøm til belastningen pga. Styresystemet stræber efter at holde i fase mellem udgangsspændingen fra DDIBP-installationen og det eksterne netværk. I dette tilfælde ændres driftstilstanden for selve installationen ikke, dvs. hvis DD'en virkede, så vil den fortsætte med at virke, eller selve installationen blev forsynet med strøm fra et eksternt netværk, så fortsætter den.

driftstilstand STOP

Når STOP-kommandoen gives, skiftes belastningsstrømmen til bypass-ledningen, og strømforsyningen til motorgeneratoren og lagerenheden afbrydes. Installationen fortsætter med at rotere af inerti i nogen tid, og efter standsning går den i OFF-tilstand.

DDIBP-forbindelsesdiagrammer og deres funktioner

Enkelt installation

Dette er den enkleste mulighed for at bruge en uafhængig DDIBP. Installationen kan have to udgange - NB (ingen pause, uafbrydelig strøm) uden at afbryde strømforsyningen og SB (kort pause, garanteret strøm) med en kortvarig strømafbrydelse. Hver af udgangene kan have sin egen bypass (se fig. 1.).

Fig. 1

NB-udgangen er normalt forbundet med en kritisk belastning (IT, kølecirkulationspumper, præcisionsklimaanlæg), og SB-udgangen er en belastning, for hvilken en kortvarig afbrydelse af strømforsyningen ikke er kritisk (kølekølere). For at undgå et fuldstændigt tab af strømforsyning til den kritiske belastning udføres omskiftningen af installationsudgangen og bypass-kredsløbet med tidsoverlapning, og kredsløbsstrømmene reduceres til sikre værdier på grund af den komplekse modstand af delen af reaktorviklingen.

Der skal lægges særlig vægt på strømforsyningen fra DDIBP til den ikke-lineære belastning, dvs. belastning, som er karakteriseret ved tilstedeværelsen af en mærkbar mængde harmoniske i den spektrale sammensætning af den forbrugte strøm. På grund af de særlige forhold ved driften af den synkrone generator og tilslutningsdiagrammet fører dette til en forvrængning af spændingsbølgeformen ved installationens udgang, såvel som tilstedeværelsen af harmoniske komponenter af den forbrugte strøm, når installationen strømforsynes fra et eksternt vekselspændingsnetværk.

Nedenfor er billeder af formen (se fig. 2) og harmonisk analyse af udgangsspændingen (se fig. 3), når den forsynes fra et eksternt netværk. Den harmoniske forvrængningskoefficient oversteg 10 % med en beskeden ikke-lineær belastning i form af en frekvensomformer. Samtidig skiftede installationen ikke til dieseltilstand, hvilket bekræfter, at kontrolsystemet ikke overvåger en så vigtig parameter som den harmoniske forvrængningskoefficient for udgangsspændingen. Ifølge observationer afhænger niveauet af harmonisk forvrængning ikke af belastningseffekten, men af forholdet mellem styrkerne af den ikke-lineære og lineære belastning, og når testet på en ren aktiv, termisk belastning, spændingsformen ved udgangen af installationen er virkelig tæt på sinusformet. Men denne situation er meget langt fra virkeligheden, især når det kommer til at drive teknisk udstyr, der inkluderer frekvensomformere, og it-belastninger, der har skiftende strømforsyninger, der ikke altid er udstyret med en effektfaktorkorrektion (PFC).

Fig. 2

Fig. 3

I dette og efterfølgende diagrammer er tre forhold bemærkelsesværdige:

Galvanisk forbindelse mellem installationens input og output.
Ubalancen af fasebelastningen fra udgangen når indgangen.
Behovet for yderligere foranstaltninger for at reducere belastningsstrømharmoniske.
Harmoniske komponenter af belastningsstrømmen og forvrængning forårsaget af transienter strømmer fra udgangen til indgangen.

Parallelt kredsløb

For at forbedre strømforsyningssystemet kan DDIBP-enheder forbindes parallelt og forbinder de enkelte enheders ind- og udgangskredsløb. Samtidig er det nødvendigt at forstå, at installationen mister sin uafhængighed og bliver en del af systemet, når betingelserne for synkronisme og in-fase er opfyldt, i fysik omtales dette med ét ord - sammenhæng. Fra et praktisk synspunkt betyder det, at alle installationer, der indgår i systemet, skal fungere i samme tilstand, dvs. for eksempel en mulighed med delvis drift fra DD, og delvis drift fra det eksterne netværk er ikke acceptabel. I dette tilfælde skabes bypass-ledningen fælles for hele systemet (se fig. 4).

Med denne forbindelsesordning er der to potentielt farlige tilstande:

Tilslutning af den anden og efterfølgende installationer til systemets udgangsbussen og samtidig opretholdelse af sammenhængsbetingelser.
Frakobling af en enkelt installation fra udgangsbussen, mens sammenhængsbetingelserne opretholdes, indtil udgangskontakterne åbnes.

Fig. 4

En nødstop af en enkelt installation kan føre til en situation, hvor den begynder at sænke farten, men udgangskontaktenheden er endnu ikke åbnet. I dette tilfælde kan faseforskellen mellem installationen og resten af systemet på kort tid nå nødværdier, hvilket forårsager en kortslutning.

Du skal også være opmærksom på belastningsbalancering mellem individuelle installationer. I det her betragtede udstyr udføres afbalancering på grund af generatorens faldende belastningskarakteristik. På grund af dens uidealitet og ikke-identiske karakteristika for installationstilfælde mellem installationer, er fordelingen også ujævn. Derudover, når man nærmer sig de maksimale belastningsværdier, begynder fordelingen at blive påvirket af så tilsyneladende ubetydelige faktorer som længden af de tilsluttede linjer, forbindelsespunkterne til distributionsnetværket af installationer og belastninger samt kvaliteten (overgangsmodstand ) af selve forbindelserne.

Vi skal altid huske, at DDIBP'er og omskiftningsenheder er elektromekaniske enheder med et betydeligt inertimoment og mærkbare forsinkelsestider som reaktion på kontrolhandlinger fra det automatiske styresystem.

Parallel kredsløb med "mellem" spændingsforbindelse

I dette tilfælde er generatoren forbundet med reaktoren gennem en transformer med et passende transformationsforhold. Således arbejder reaktoren og koblingsmaskinerne på et "gennemsnitligt" spændingsniveau, og generatoren arbejder på et niveau på 0.4 kV (se fig. 5).

Fig. 5

Med denne brugstilfælde skal du være opmærksom på arten af den endelige belastning og dens tilslutningsdiagram. De der. hvis den endelige belastning er tilsluttet gennem step-down transformatorer, skal det huskes, at tilslutning af transformeren til forsyningsnettet højst sandsynligt er ledsaget af en magnetiseringsreverseringsproces af kernen, som igen forårsager en indstrømning af strømforbrug og, følgelig et spændingsfald (se fig. 6).

Følsomt udstyr fungerer muligvis ikke korrekt i denne situation.

I det mindste blinker belysningen med lav inerti, og standardmotorens frekvensomformere genstartes.

Fig. 6

Kreds med en "split" udgangsbus

For at optimere antallet af installationer i strømforsyningssystemet foreslår producenten at anvende et skema med en "split" udgangsbus, hvor installationerne er parallelle både i input og output, hvor hver installation individuelt er forbundet til mere end en udgangsbus. I dette tilfælde skal antallet af bypass-linjer være lig med antallet af udgangsbusser (se fig. 7).

Det skal forstås, at udgangsbusserne ikke er uafhængige og er galvanisk forbundet med hinanden gennem koblingsenhederne i hver installation.

På trods af producentens forsikringer repræsenterer dette kredsløb således én strømforsyning med intern redundans, i tilfælde af et parallelt kredsløb, med flere galvanisk forbundne udgange.

Fig. 7

Her, som i det foregående tilfælde, er det nødvendigt at være opmærksom ikke kun på belastningsbalancering mellem installationer, men mellem udgangsbusser.

Også nogle kunder protesterer kategorisk mod levering af "beskidte" fødevarer, dvs. ved hjælp af en bypass til lasten i enhver driftstilstand. Med denne tilgang, for eksempel i datacentre, fører et problem (overbelastning) på en af egerne til et systemnedbrud med en fuldstændig nedlukning af nyttelasten.

DDIBP's livscyklus og dens indvirkning på strømforsyningssystemet som helhed

Vi må ikke glemme, at DDIBP-installationer er elektromekaniske enheder, der kræver en mildt sagt opmærksom holdning og periodisk vedligeholdelse.

Vedligeholdelsesplanen omfatter nedlukning, nedlukning, rengøring, smøring (en gang hvert halve år) samt belastning af generatoren til en testbelastning (en gang om året). Det tager typisk to hverdage at servicere én installation. Og fraværet af et specielt designet kredsløb til at forbinde generatoren til testbelastningen fører til behovet for at deaktivere nyttelasten.

Lad os for eksempel tage et redundant system med 15 paralleldrift DDIUPS forbundet med "gennemsnitlig" spænding til en dobbelt "split" bus i mangel af et dedikeret kredsløb til tilslutning af testbelastningen.

Med sådanne indledende data, for at servicere systemet i 30(!) kalenderdage i hver anden dagstilstand, vil det være nødvendigt at deaktivere en af udgangsbusserne for at forbinde testbelastningen. Således er tilgængeligheden af strømforsyning til nyttelasten af en af udgangsbusserne - 0,959, og faktisk endda 0,92.

Derudover vil tilbagevenden til standard nyttelast strømforsyningskredsløbet kræve at tænde for det nødvendige antal step-down transformere, hvilket igen vil forårsage flere spændingsfald gennem hele(!) systemet forbundet med magnetiseringsreversering af transformatorerne.

Anbefalinger til brug af DDIBP

Fra ovenstående antyder en ikke trøstende konklusion - ved udgangen af strømforsyningssystemet ved hjælp af en DDIBP er højkvalitets (!) uafbrudt spænding til stede, når alle følgende betingelser er opfyldt:

Ekstern strømforsyning har ingen væsentlige ulemper;
Systembelastningen er konstant over tid, aktiv og lineær af natur (de sidste to karakteristika gælder ikke for datacenterudstyr);
Der er ingen forvrængninger i systemet forårsaget af skift af reaktive elementer.

For at opsummere kan følgende anbefalinger formuleres:

Adskil strømforsyningssystemerne for ingeniør- og IT-udstyr, og opdel sidstnævnte i undersystemer for at minimere gensidig indflydelse.
Dediker et separat netværk for at sikre muligheden for at servicere en enkelt installation med mulighed for at tilslutte en udendørs testbelastning med en kapacitet svarende til en enkelt installation. Forbered stedet og kabelfaciliteter til tilslutning til disse formål.
Overvåg konstant belastningsbalancen mellem strømbusser, individuelle installationer og faser.
Undgå at bruge nedtrapningstransformatorer forbundet til udgangen på DDIBP.
Test og optag omhyggeligt driften af automatiserings- og strømafbryderenheder for at indsamle statistik.
For at verificere kvaliteten af strømforsyningen til belastningen, test installationer og systemer ved hjælp af en ikke-lineær belastning.
Ved servicering skal startbatterierne skilles ad og testes individuelt, fordi... På trods af tilstedeværelsen af såkaldte equalizere og et backup-startpanel (RSP) starter DD muligvis ikke på grund af et defekt batteri.
Træf yderligere foranstaltninger for at minimere belastningsstrømharmoniske.
Dokumenter installationernes lyd- og termiske felter, resultaterne af vibrationstests for en hurtig reaktion på de første manifestationer af forskellige typer mekaniske problemer.
Undgå langvarig nedetid for installationer, tag foranstaltninger til jævnt at fordele motorressourcer.
Fuldfør installationen med vibrationssensorer for at forhindre nødsituationer.
Hvis lyd og termiske felter ændrer sig, vibrationer eller fremmede lugte opstår, skal installationerne straks tages ud af drift for yderligere diagnostik.

PS Forfatteren ville være taknemmelig for feedback om artiklens emne.

Kilde: www.habr.com

Funktioner af strømforsyningssystemer, der bruger DDIBP