Устройство для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой
Владельцы патента RU 2758465:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» (RU)
Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС). Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства предупредительного управления СЭЭС. Целью изобретение является расширение функциональных возможностей устройства предупредительного управления СЭЭС. Достигается тем, что устройство позволяет эффективно, минуя аварийную ситуацию на судне, переводить работу СЭЭС в режим правильного функционирования в случае отказа, вызванного формированием сигнала системы управления (СУ) на постоянное уменьшение подачи топлива хотя бы в один из генераторных агрегатов (ГА) или выхода из строя его топливной аппаратуры. 1 ил.
Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС).
Известен способ предупредительного управления СЭЭС (Широков Н.В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии /Н.В.Широков// Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова. – 2019. - №2(54). – С.396-405. DOI: 10/21821/2309-5180-2019-11-2-396-405), согласно которому отключение неработоспособного ГА осуществляется непосредственно в момент его перехода в двигательный режим работы при условии, что в электроэнергетической системе не происходят процессы, при которых работоспособный агрегат на время может перейти в двигательный режим работы (например, включение одного из ГА на параллельную работу или рекуперативное торможение при опускании груза).
Этот способ предполагает отключение неработоспособного ГА без выдержки времени, что позволяет исключить перегрузку СЭЭС обратной мощностью. В данном случае условие, согласно которому в электроэнергетической системе не происходят процессы, при которых работоспособный агрегат на время может перейти в двигательный режим работы в момент, когда ГА переходит в двигательный режим, является диагностическим признаком неработоспособного состояния ГА и одновременно предупредительным сигналом о том, что с этого момента генератор начнет работать как электродвигатель. Отключение неработоспособного агрегата по предупредительному сигналу позволяет исключить перегрузку оставшихся работоспособными машин и предотвратить возникновение аварийной ситуации, вызванной обесточиванием судна вследствие отключения по перегрузке работоспособных ГА. При этом согласно ГОСТ (ГОСТ 19176-85. Системы управления техническими средствами корабля. Термины и определения) предупредительным называется управление по предупредительным сигналам отклонения параметров от их номинальных значений и предназначенное для предотвращения аварийной ситуации. Предупредительное управление предназначено для изменения состояния и режимов работы установки до вступления в действие аварийного управления. Это определение предупредительного управления с точки зрения его назначения. В аналоге дано определение предупредительного управления как процесса. Предупредительное управление — это процесс формирования такого воздействия на СЭЭС, в результате которого техническое состояние системы после срабатывания защиты будет принадлежать усеченной области правильного функционирования. При этом аварийный режим работы исключается.
Недостаток способа – относительная сложность и высокая стоимость практической реализации, вызванная необходимостью прокладки кабельных трасс, например, от датчика включения рекуперативного торможения, расположенного в кабине крановщика, до системы предупредительного управления, расположенной в Главном распределительном щите судна. Даже для судна средних размеров это расстояние составляет более сотни метров.
Для обеспечения идентификации неработоспособного состояния ГА, с целью предупредительного управления СЭЭС, можно использовать известное устройство, реализующее способ определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА) (патент RU 2686103, опубликован 24.04.2019. Бюл.№12.), согласно которому при параллельной работе нескольких ГА измеряют загрузку каждого из ГА, определяют величину неравномерности загрузки генераторных агрегатов и определяют момент отклонения последней за установленные пределы уставки, определяют момент перехода ГА в двигательный режим и при совпадении этого момента с моментом отклонения неравномерности загрузки генераторных агрегатов за пределы уставки, ГА, перешедший в двигательный режим, признается неработоспособным. Устройство для определения неработоспособного ГА, реализующее данный способ содержит: блок контроля неравномерности загрузки ГА, по числу ГА: блоки контроля перехода ГА в двигательный режим, логические элементы «И», причем соответствующие выходы блока контроля неравномерности загрузки ГА соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И», выходы блоков контроля перехода ГА в двигательный режим соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И».
В данном случае удается избежать необходимости в прокладке дополнительных кабельных трасс и существенно упростить техническую реализацию предупредительного управления. Однако недостатком данного устройства является большое время диагностирования. Это объясняется тем, что при его применении неисправный ГА идентифицируют как неработоспособный только в момент его перехода в двигательный режим. При этом в течение интервала времени, измеряемого от момента возникновения дефекта до момента полной разгрузки вышедшего из строя агрегата, устройство по патенту RU 2686103, будет определять его как работоспособный, его нагрузка перейдет на работоспособную машину, что может привести к ее перегрузке, отключению генератора и обесточиванию судна.
В этой связи можно использовать известное устройство, реализующее способ определения неработоспособного генераторного агрегата по патенту №2715555 от 02.03.2020г., заключающийся в том, что при параллельной работе нескольких ГА измеряют загрузку каждого из ГА, определяют величину неравномерности загрузки ГА и определяют момент отклонения последней за установленные пределы уставки, определяют момент, когда загрузка одного или нескольких ГА уменьшается, а загрузка другого (других) ГА увеличивается и при совпадении этого момента с моментом отклонения неравномерности загрузки генераторных агрегатов за пределы уставки, ГА, загрузка которых уменьшается, признаются неработоспособными. Устройство, реализующее указанный способ содержит по числу ГА датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, логические элементы «И», а также логический элемент «ИЛИ» и блок контроля неравномерности загрузки ГА, причем выходы датчиков загрузки ГА соединены с входами соответствующих блоков контроля увеличения загрузки, входами соответствующих блоков контроля уменьшения загрузки и соответствующими входами блока контроля неравномерности загрузки ГА, выходы блоков увеличения загрузки соединены с соответствующими входами логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с первыми входами логических элементов «И», выходы блоков контроля уменьшения загрузки соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И», соответствующие выходы блока контроля неравномерности загрузки ГА соединены с третьими входами соответствующих логических элементов «И», выходы которых являются выходами устройства.
Данное устройство позволяет своевременно, до полной разгрузки неисправного агрегата, идентифицировать его неработоспособное состояние. Недостатком устройства является низкая достоверность диагностирования в случае отказа системы управления (СУ) СЭЭС, в результате которого она формирует постоянный сигнал на увеличение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА. В данном случае загрузка этого агрегата будет увеличиваться, а остальных – уменьшаться. В момент, когда неравномерность загрузки превысит пределы уставки, все исправные ГА, нагрузка которых уменьшается, будут признаны неработоспособными.
Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является устройство, реализующее способ предупредительного управления СЭЭС (патент 2739364 С1, опубликованный 23.12.2020 в БИ №36), согласно которому определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют ГА, загрузка которого при уменьшении нагрузки СЭЭС увеличивается и отключают этот ГА. Устройство по указанному патенту содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, а также первый логический элемент «ИЛИ» и блок контроля разности загрузок ГА, по числу ГА первые логические элементы «И», а также второй логический элемент «ИЛИ», ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса, блок отключения потребителей, по числу ГА: вторые логические элементы «И» и блоки отключения ГА; причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА, выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И» и первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И», выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ», выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И», выход блока контроля разности загрузок ГА соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И», выход каждого из первых логических элементов «И» соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса и входом блока отключения потребителей, выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса соединен со вторыми входами всех вторых логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.
Применение данного устройства позволяет эффективно, минуя аварийную ситуацию на судне, переводить работу СЭЭС в режим правильного функционирования в случае отказа, вызванного формированием сигнала СУ на постоянное увеличение подачи топлива хотя бы в один из ГА. Недостатком прототипа является невозможность его применения в случае отказов СУ, вызванных уменьшением подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА или отказов, связанных с выходом из строя топливной аппаратуры хотя бы одного из этих ГА. В этом случае при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА, работающих параллельно, уменьшается и дальнейшие действия устройства не определены.
Целью изобретение является расширение функциональных возможностей устройства предупредительного управления СЭЭС за счет возможности применения в случае отказов СУ, вызванных уменьшением подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА или отказов, связанных с выходом из строя топливной аппаратуры хотя бы одного из этих ГА.
Указанная цель достигается тем, что устройство для предупредительного управления СЭЭС содержащее как прототип: по числу ГА датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, а также первый логический элемент «ИЛИ» и блок контроля разности загрузок ГА, по числу ГА первые логические элементы «И», а также второй логический элемент «ИЛИ», ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса, блок отключения потребителей, по числу ГА: вторые логические элементы «И» и блоки отключения ГА; причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА, выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И», выход блока контроля разности загрузок ГА соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И»; выход каждого из первых логических элементов «И» соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса и входом блока отключения потребителей; в отличие от прототипа дополнительно содержит: логический элемент «НЕ», по числу ГА третьи логические элементы «И» и ждущие одновибраторы с инвертирующим выходом; при этом выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с входом логического элемента «НЕ», выход которого соединен со вторыми входами всех третьих логических элементов «И», выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» и первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И»; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И», выход второго логического элемента «ИЛИ» соединен со вторым входом каждого из вторых логических элементов «И», выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего ждущего одновибратора с инвертирующим выходом, выход каждого ждущего одновибратора с инвертирующим выходом соединен с первым входом соответствующего третьего логического элемента «И», выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса соединен с третьими входами всех третьих логических элементов «И», выход каждого из третьих логических элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.
Сущность изобретения заключается в том, что в случае внезапного отказа СУ СЭЭС, при котором СУ формирует постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА при его параллельной работе хотя бы с одним из других генераторных агрегатов или отказе топливной аппаратуры первичного двигателя (например, дизеля) ГА, его загрузка постоянно уменьшается вплоть до полной разгрузки и перехода в двигательный режим и не зависит от изменения нагрузки СЭЭС. При этом остальные ГА, работающие параллельно, принимают на себя нагрузку разгружаемого агрегата и их загрузка увеличивается в случае, если нагрузка СЭЭС остается постоянной. В случае подобного типа отказов уменьшение нагрузки СЭЭС приводит к уменьшению загрузки всех ГА, как и в случае с исправной СУ или исправным ГА. В этой связи предлагаемое устройство реализует подход к решению задачи, согласно которому определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, определяют ГА (группу ГА), загрузка которого (которых) уменьшается, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют момент, когда при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА не увеличивается и в этот момент отключают ГА, загрузка которого (которых) до уменьшения нагрузки СЭЭС уменьшалась. При этом с точки зрения предупредительного управления не имеет значения происходит ли разгрузка по причине формирования постоянного сигнала СУ на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА со стороны СУ или по причине выхода из строя самого агрегата, например, вследствие неисправности топливной системы (разрыв трубопровода, выход из строя топливного насоса и т.д.). И в том и другом случае отключение разгружаемого ГА после разгрузки сети приводит к тому, что СЭЭС переходит в режим правильного функционирования, при котором оставшиеся в работе машины принимают на себя нагрузку без перегрузки, минуя аварийную ситуацию.
В отличие от прототипа данный подход позволяет эффективно, минуя аварийную ситуацию на судне, переводить работу СЭЭС в режим правильного функционирования в случае отказа, вызванного формированием сигнала СУ на постоянное уменьшение подачи топлива хотя бы в один из ГА или выхода из строя его топливной аппаратуры.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача – расширение функциональных возможностей устройства предупредительного управления СЭЭС за счет возможности его применения в случае отказов СУ, вызванных уменьшением подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА или отказов, связанных с выходом из строя топливной аппаратуры хотя бы одного из этих ГА – решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию «изобретательский уровень».
На Фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой, имеющей в своем составе «n» параллельно работающих ГА. Устройство (Фиг.1) содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n, блоки контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, блоки контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, а также первый логический элемент «ИЛИ» 4 и блок контроля разности загрузок ГА 5, по числу ГА первые логические элементы «И» 6.1, 6.2, … 6.n, а также второй логический элемент «ИЛИ» 7, логический элемент «НЕ» 8, по числу ГА вторые логические элементы «И» 9.1, 9.2 … 9.n, ждущие одновибраторы с инвертирующим выходом 10.1, 10.2 … 10.n, ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса 11, блок отключения потребителей 12, по числу ГА: третьи логические элементы «И» 13.1, 13.2 … 13.n и блоки отключения ГА 14.1, 14.2 … 14.n; причем выход каждого из датчиков загрузки 1.1, 1.2 … 1.n соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА 5, выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n соединен соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» 4 и первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» 9.1, 9.2 … 9.n ; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, выход первого логического элемента «ИЛИ» 4 соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n и входом логического элемента «НЕ» 8, выход блока контроля разности загрузок ГА 5 соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; выход каждого из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ» 7, выход которого соединен со вторыми входами всех вторых логических элементов «И» 9.1, 9.2 … 9.n, входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 и входом блока отключения потребителей 12; выход каждого из вторых логических элементов «И» 9.1, 9.2 … 9.n соединен с входом соответствующего ждущего одновибратора с инвертирующим выходом 10.1, 10.2 … 10.n, выход каждого из ждущих одновибраторов с инвертирующим выходом 10.1, 10.2 … 10.n соединен с первым входом соответствующего из третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n; выход логического элемента «НЕ» 8 соединен со вторыми входами всех третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n, выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 соединен с третьими входами всех третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения ГА 14.1, 14.2 … 14.n.
Логический элемент «НЕ» - представляет собой функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1», если на его входе – сигнал логического «0» и формирующий выходной сигнал в виде логического «0», если на его вход поступил сигнал логической «1»; ждущий одновибратор с инвертирующим выходом – функциональный блок, на выходе которого формируется сигнал логического «0» заданной длительности при поступлении на вход сигнала логической «1», в остальное время на его выходе – сигнал логической «1». Остальные функциональные блоки устройства – выполнены как одноименные блоки устройства, принятого за прототип, и выполняют аналогичные функции.
Устройство (Фиг.1) работает следующим образом. В случае внезапного отказа СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА, например, g –го, загрузка g –го агрегата начнет уменьшаться. Тогда уменьшится значение выходного сигнала на выходе соответствующего датчика загрузки 1.g. Этот сигнал поступит на вход соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 3.g и g – ый вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока контроля уменьшения загрузки 3.g сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего (g-го) из первых логических элементов «И» (6.g).Так как загрузка g –го агрегата уменьшится, то загрузка остальных агрегатов, работающих параллельно, увеличится. При этом начнут увеличиваться сигналы на выходах всех датчиков загрузки 1.1, 1.2 … 1.n, кроме 1.g. На выходах всех датчиков увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, кроме 2.g, появится сигнал логической «1», который поступит на соответствующий вход первого логического элемента «ИЛИ» 4 и на первый вход соответствующего второго логического элемента «И» 9.1, 9.2 … 9.n (кроме 9.g). Так как, по крайней мере, на один из входов первого логического элемента «ИЛИ» 4 поступит сигнал логической «1», то и на его выходе также сформируется сигнал логической «1» и поступит на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n и вход логического элемента «НЕ» 8. На выходе логического элемента «НЕ» 8 появится сигнал логического «0» и поступит на вторые входы всех третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n, блокируя отключение агрегатов. Так как сигнал на g- ом входе блока 5 уменьшится, а на остальных его входах увеличится, то разность загрузок g –го ГА и остальных вырастет и в момент, когда она превысит допустимое значение и продолжит увеличиваться на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 появится сигнал логической «1», который поступит на третьи входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n. При этом на все входы g-го из первых логических элементов «И» 6.g поступит сигнал логической «1», на его выходе появится сигнал логической «1», который поступит на g – ый вход второго логического элемента «ИЛИ» 7. Так как хотя бы на один из входов второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит сигнал логической «1» на его выходе тоже появится сигнал логической «1», свидетельствующий о неработоспособном техническом состоянии СЭЭС (В данном случае СЭЭС признается неработоспособной, если один (одни) из ГА увеличивают свою загрузку в то время как другой (другие) уменьшают свою загрузку и при этом разность загрузок превышает допустимое значение и увеличивается).
Сигнал логической «1» с выхода второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит на вторые входы всех вторых логических элементов «И» 9.1, 9.2 … 9.n, а также на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 и на вход блока отключения потребителей 12, который отключит выбранные группы потребителей электроэнергии. Через время tвыд, равное времени отключения потребителей электроэнергии, на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 появится короткий сигнал логической «1», длительность которого tимп несколько больше, чем время срабатывания топливного регулятора (tсраб ) данной СУ. Этот сигнал поступит на третьи входы всех третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n. Так как на первый и второй входы всех вторых логических элементов «И» 9.1, 9.2 … 9.n (кроме 9.g), поступит сигнал логической «1», то на их выходах появится сигнал логической «1» и поступит на вход соответствующего ждущего одновибратора с инвертирующим выходом 10.1, 10.2 … 10.n. При этом на выходах всех ждущих одновибраторов с инвертирующим выходом 10.1, 10.2 … 10.n, (кроме 10.g), сформируется сигнал логического «0» заданной длительности tимп1, который поступит на первые входы соответствующих из третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n. Длительность импульса логического «0» на выходе каждого из одновибраторов с инвертирующим выходом 10.1, 10.2 … 10.n, выбирается несколько больше, чем время выдержки ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11, увеличенное на длительность импульса логической «1» на его выходе, то есть tимп1> tвыд.+ tимп . Так как на первый вход g-го из вторых логических элементов «И» 9.g поступит сигнал логического «0», то на его выходе и входе соответствующего ждущего одновибратора с инвертирующим выходом 10.g – сигнал логического «0», на его выходе и первом входе соответствующего третьего элемента «И» 13.g – сигнал логической «1». Вследствие того, что после отключения выбранных групп потребителей электроэнергии загрузка всех ГА уменьшится, на все входы первого логического элемента «ИЛИ» 4 поступит сигнал логического «0», на его выходе и входе логического элемента «НЕ» 8 появится сигнал логического «0». На выходе логического элемента «НЕ» 8 сформируется сигнал логической «1» и поступит на вторые входы всех третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n. При этом на все три входа третьего логического элемента «И» 13.g поступит сигнал логической «1», на его выходе сформируется сигнал логической «1», который поступит на вход блока отключения ГА 14.g, g-ый ГА будет отключен.
Пример практической реализации предлагаемого изобретения.
Рассмотрим в качестве примера СЭЭС с двумя параллельно работающими ГА (ГА1 и ГА2 соответственно). Предположим, что номинальная мощность каждого из них – 100кВт (Рн1=Рн2=100кВт), точность распределения нагрузок-10%Рн (∆Рраспр =10%Рн=10кВт), время срабатывания топливного регулятора равно 0,5с (tсраб=0,5с ), время отключения потребителей электроэнергии (tотк) равно 0,3с. Для данной СЭЭС установим допустимое значение разности загрузок (∆Рдоп >∆Рраспр) ГА равным 15%Рн (∆Рдоп =15%Рн=15кВт), время задержки (выдержки) ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса равным 0,3с (tвыд=tотк=0,3с), длительность сигнала логической «1» ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса равным 1,0с (tимп=1,0с > tсраб=0,5c), длительность импульса в виде сигнала логического «0» на выходе ждущего одновибратора с инвертирующим выходом равным 1,5 с (tимп1> tвыд.+ tимп). Предположим, что загрузка ГА1 составила 65%Рн (Р1=65кВт), а загрузка ГА2 составила 60%Рн (Р2=60кВт). Допустим, что в процессе эксплуатации произошла неисправность СУ СЭЭС, при которой СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА2 или вышла из строя его топливная аппаратура. При этом ГА1 начал принимать на себя нагрузку, его загрузка начала увеличиваться, а загрузка ГА2 уменьшаться. Так как загрузка ГА1 увеличивается, увеличивается и сигнал на выходе датчика загрузки 1.1 устройства (Фиг.1), который поступает на вход блока контроля увеличения загрузки 2.1 и первый вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока 2.1 появляется сигнал логической «1» и поступает на первый вход первого логического элемента «ИЛИ» 4 и первый вход первого из вторых логических элементов «И» 9.1 Так как ГА2 разгружается, на выходе датчика загрузки 1.2 сигнал уменьшается и поступает на вход блока уменьшения загрузки 3.2 и второй вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока уменьшения загрузки 3.2 формируется сигнал логической «1» и поступает на второй вход второго из первых логических элементов «И» 6.2. Так как на первый вход первого логического элемента «ИЛИ» 4 поступил сигнал логической «1» то на его выходе также формируется сигнал логической «1» и поступает на первые входы первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2, а также на вход логического элемента «НЕ» 8. На выходе логического элемента «НЕ» 8 появляется сигнал логического «0» и поступает на вторые входы третьих логических элементов «И» 13.1 и 13.2, блокируя отключение агрегатов. В момент, когда разница загрузок ГА превысила допустимое значение (∆Р>∆Рдоп), например, когда загрузка агрегатов составила: Р1=70,5кВт, а Р2=54,5 кВт, и продолжила увеличиваться, так как ГА1 загружается, а ГА2 разгружается, на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 сформируется сигнал логической «1» и поступит на третьи входы первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2. Так как на все три входа второго из первых логических элементов «И» 6.2 поступит сигнал логической «1», то и на его выходе – сигнал логической «1», который поступит на второй вход второго логического элемента «ИЛИ» 7. При поступлении сигнала логической «1» на второй вход второго логического элемента «ИЛИ» 7 на его выходе формируется сигнал логической «1», информирующий о том, что СЭЭС неработоспособна. Сигнал логической «1» с выхода блока 7 поступит на вторые входы вторых логических элементов «И» 9.1 и 9.2, на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 и на вход блока отключения потребителей 12. Так как на оба входа первого из вторых логических элементов «И» 9.1 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход ждущего одновибратора инвертирующим выходом 10.1, на выходе которого появится сигнал логического «0» длительностью равной 1,5с. Этот сигнал поступит на первый вход первого из третьих логических элементов «И» 13.1. Блок 12 отключит группы потребителей электроэнергии за время tотк=0,3с, осуществляя уменьшение нагрузки СЭЭС до значения, менее номинального, например, до 40 кВт. Через выдержку времени tвыд=tотк=0,3с на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 появится сигнал логической «1» и поступит на третьи входы третьих логических элементов «И» 13.1 и 13.2. Так как нагрузка сети уменьшится, уменьшится загрузка первого ГА. При этом на выходе блока контроля увеличения загрузки первого агрегата 2.1 появится сигнал логического «0», что приведет к формированию сигнала логического «0» на выходе первого логического элемента «ИЛИ 4, а, следовательно, на выходе второго из первых логических элементов «И» 6.2 и на выходе второго логического элемента «ИЛИ» 7. Однако это не приведет к нарушению работы схемы – на выходе ждущего одновибратора инвертирующим выходом 10.1 сохранится сигнал логического «0» в течение 1,5с, а на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 11 сохранится сигнал логической «1», запущенные по переднему фронту входного сигнала, поданного ранее, с выхода блоков 9.1 и 7 соответственно. Так как на выходе второго из вторых логических элементов «И» 9.2 сохранится сигнал логического «0», то на выходе второго ждущего одновибратора инвертирующим выходом 10.2 сохранится сигнал логической «1», который продолжит поступать на первый вход второго из третьих логических элементов «И» 13.2. Сигнал логического «0» с выхода первого логического элемента «ИЛИ» 4 поступит на вход логического элемента «НЕ» 8, на выходе которого сформируется сигнал логической «1» и поступит на вторые входы третьих логических элементов «И» 13.1 и 13.2. Так как на все три входа второго из третьих логических элементов «И» 13.2 поступят сигналы логической «1» то на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения ГА 14.2, который отключит второй агрегат. Нагрузка сети невелика и ГА1 примет ее на себя, осуществляя переход неработоспособной СЭЭС в режим правильного функционирования без аварийной ситуации, связанной с перерывом в электроснабжении судна. При этом если причиной отказа СЭЭС явился выход из строя топливной аппаратуры первичного двигателя одного из ГА, его отключение осуществляется значительно раньше, чем произошла бы полная разгрузка при использовании способа, описанного в приведенном аналоге (Широков Н.В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии /Н.В.Широков// Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова. – 2019. -№2(54). – С.396-405. DOI: 10/21821/2309-5180-2019-11-2-396-405). Более раннее отключение неработоспособного агрегата в большинстве случаев позволяет предотвратить дальнейшее развитие неисправности.
Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Электропривода и электрооборудования береговых установок» ФБГОУ ВО «Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого устройства в судовых энергетических установках и электроэнергетических системах, что с учетом выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.
Устройство для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой, содержащее: по числу генераторный агрегатов (ГА) датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, а также первый логический элемент «ИЛИ» и блок контроля разности загрузок ГА, по числу ГА первые логические элементы «И», а также второй логический элемент «ИЛИ», ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса, блок отключения потребителей, по числу ГА: вторые логические элементы «И» и блоки отключения ГА; причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА, выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И», выход блока контроля разности загрузок ГА соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И»; выход каждого из первых логических элементов «И» соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса и входом блока отключения потребителей, отличающееся тем, что дополнительно содержит логический элемент «НЕ», по числу ГА третьи логические элементы «И» и ждущие одновибраторы с инвертирующим выходом; при этом выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с входом логического элемента «НЕ», выход которого соединен со вторыми входами всех третьих логических элементов «И», выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» и первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И»; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И», выход второго логического элемента «ИЛИ» соединен со вторым входом каждого из вторых логических элементов «И», выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего ждущего одновибратора с инвертирующим выходом, выход каждого ждущего одновибратора с инвертирующим выходом соединен с первым входом соответствующего третьего логического элемента «И», выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса соединен с третьими входами всех третьих логических элементов «И», выход каждого из третьих логических элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.
