Системы и оптимальный объем автоматизации газопоршневых электроагрегатов
В зависимости от выполняемых функций устройства автоматизации газопоршневых электроагрегатов разделяют на следующие системы:
1) управления, в функции которой входит перестановка в требуемой последовательности органов, изменяющих подачу топлива и управляющих пусковыми и остановочными операциями.
Система обеспечивает автоматический пуск электроагрегата по команде оператора (агрегаты основного питания, пиковые, резервные) и при недопустимом снижении напряжения или предельной нагрузке работающих агрегатов, при которой еще возможен пуск наиболее мощного потребителя (пиковые и резервные гарантированного питания), прием нагрузки, а также останов при восстановлении напряжения или снижении нагрузки. При этом все предпусковые, пусковые, остановочные и послеостановочные операции производятся автоматически.
Органы управления электроагрегатом обычно размещают на постах, которые навешивают на агрегат (местное управление), либо выносят на какое-то расстояние от него (дистанционное управление).
На установках, состоящих из нескольких электроагрегатов, управление последними сосредотачивают на одном посту, который называют центральным. Количество органов управления на посту должно быть минимальным, т.к. это упрощает работу обслуживающего персонала и, соответственно, уменьшает количество возможных ошибок.
2) регулирования (частоты вращения, температуры, давления, напряжения и т. д.), предназначенной для поддержания требуемого значения или изменения по заданному закону величины каких-либо параметров в агрегате.
Системы регулирования выполняют по одной из следующих схем:
- локальные, когда регулирование каждого параметра осуществляется своей подсистемой, независимой от остальных и не связанной с ними. Такие системы являются наиболее простыми, но применяются только в случаях, когда корректировка установок регулируемых параметров при изменении нагрузки нецелесообразна;
- локальные с устройством преобразования сигнала о величине нагрузки электроагрегата в команду на корректировку ранее заданной уставки регулирования параметра (корректировка уставок обычно производится скачкообразно при достижении нагрузкой электроагрегата заданного значения). Такие системы являются более сложными и их применяют в случаях, когда изменение уставки приводит к техническому и (или) экономическому выигрышу, оправдывающему затраты. Примером могут служить электростанции EuroPower (Бельгия) , у которых при изменении нагрузки изменяется уставка регулятора температуры охлаждающей жидкости. При этом температура последней принимает новое оптимальное значение и, как следствие, снижается расход топлива и увеличивается ресурс цилиндровых втулок;
- централизованные, в которых все регуляторы или их часть заменены регулирующими органами, управление которыми производится от центрального решающего механизма. На вход последнего подают сигналы, пропорциональные заданным значениям параметров и нагрузке, а на выходе получают откорректированные команды, поступающие к позиционерам (реже сервомоторам) соответствующих регулирующих органов.
Системы регулирования, выполненные по централизованному варианту, в последнее время получили широкое распространение. Их недостатком является то, что при отказе или сбое решающего механизма все подключенные к нему позиционеры (сервомоторы) переставят регулирующие органы в несопределенное положение, что может быть недопустимо. Попытки исключить этот недостаток (путем применения особо надежных элементов, дублирования решающего механизма и т. д.) не привели к гарантии безотказной работы, существенно повысив стоимость системы. В связи с изложенным, наиболее целесообразным представляется применение варианта локальной системы с устройством преобразования сигнала о значении нагрузки электроагрегата в команду на корректировку ранее заданной уставки регулирования параметра.
В устройства автоматизации входят также следующие подсистемы, в функции которой входят:
- подгонка частоты, фазы и амплитуды напряжения генератора к частоте, фазе и напряжению других генераторных агрегатов установки или внешней сети (системы синхронизации);
- равное или пропорциональное распределение мощности между агрегатами, работающими на общую нагрузку (при одинаковой или разной мощности) (системы распределения нагрузки);
- управление мощностью электроагрегата при параллельной работе с внешней сетью. Выравнивание частот, фаз и амплитуд напряжений, а также выравнивание нагрузки производят путем их сравнения и формирования корректирующих воздействий на системы регулирования частоты вращения и напряжения.
Все эти подсистемы могут входить как составная часть в систему регулирования частоты вращения газопоршневых электроагрегатов или выполняться как самостоятельные устройства. Все они находят широкое применение не только на приводных двигателях электроагрегатов (газопоршневых и дизельных), где их используют при вводе электроагрегатов на параллельную работу между собою и с сетью (методом точной синхронизации), но и главных судовых двигателях в двухмашинных установках, работающих каждый на свою нагрузку (гребной винт) или на общий винт, а также устройства управления приводом насосов и компрессоров.
3) предупредительной сигнализации, аварийной сигнализации и защиты, а также исполнительной сигнализации, предназначенных для:
- оповещения обслуживающего персонала о достижении контролируемым параметром предельно-допустимого значения. Подаваемый сигнал выполняют текстовым (на экране), световым и звуковым. При этом световой сигнал для более оперативного его выделения обслуживающим персоналом обычно выполняют мигающим. Предусматривают отключение звукового сигнала кнопкой квитирования. Одновременно, при нажатии кнопки, мигающий световой сигнал переводится в постоянный (предупредительная сигнализация);
- оповещения обслуживающего персонала о достижении контролируемым параметром аварийного значения и подачи команды (отключаемой или неотключаемой) на отключение нагрузки и остановку агрегата. Последовательность работы устройств аварийной сигнализации не отличается от таковых предупредительной сигнализации (аварийная сигнализация и защита);
- оповещения обслуживающего персонала о выполнении заданной рабочей функции (например, «пуск», «работа») или достижении каким-либо исполнительным органом крайнего («стоп-устройство сработало») положения (исполнительная сигнализация).
Все устройства перечисленных выше подсистем сигнализации размещают в пульте (панели) управления агрегатом или в отдельном блоке, устанавливаемом в месте, удобном для наблюдения и проведения (при необходимости) профилактических работ обслуживающим персоналом.
Иногда оказывается целесообразным разделение блока на две части (данная технология наиболее часто используется при проектировании систем резервного энергоснабжения, на базе такой модификации оборудования). В этом случае в одной из них, устанавливаемой около пульта (панели), в звукоизолированной кабине рядом с машинным отделением, размещают расшифровывающие и обобщенные световые сигнальные устройства, звуковой сигнал, кнопки квитирования и остановки (нормальной и аварийной) агрегата. Во второй — упрощенной по схеме и конструкции и размещаемой в помещении дежурного, а в ряде случаев и руководящего персонала станции, обобщенный световой сигнал, звуковой сигнал, кнопку квитирования.
В заключение отметим, что количество, тип (предупредительные, аварийные) и номенклатура используемых сигналов, а также алгоритм функционирования системы сигнализации в целом, зависят от надежности конкретных газопоршневых электроагрегатов, а также требований, предьявляемых заказчиком.
4) текущего дистанционного контроля, в функции которой входит непрерывное измерение значения контролируемых параметров, их преобразование в вид, удобный для дальнейшего использования и передачу на измерительные устройства (приборы), установленные на дистанционных пультах, щитах, панелях и т.п. Все эти операции, включая передачу показаний на установленные на дистанции измерительные приборы, могут выполняться как электрическими, так и пневматическими приборами. Последние используют во взрывоопасных помещениях (например, компрессорных), где применение электрических приборов недопустимо.
5) поддержания агрегата в «горячем резерве», предназначенной для его прогрева и последующего поддержания температуры охлаждающей жидкости и смазочного. масла в пределах, заданных изготовителем и обеспечивающих пуск вне зависимости от температуры окружающей среды. При этом сокращается время подогрева газопоршневого двигателя после его пуска до разрешения на прием нагрузки и уменьшается износ.
При выборе оптимального объема автоматизации в каждом конкретном случае следует исходить из требований не только повышения технико-эксплуатационных и потребительских свойств электроагрегатов, но и экономической целесообразности. Разумеется, последнее требование не распространяется на средства, повышающие безопасность работы, а также условия труда обслуживающего персонала.
По существу, выбор оптимального объема автоматизации сводится к решению проблемы оператор-машина, которое может быть получено на основе создания эрготических систем. При этом должно быть обеспечено следующее:
- соответствие технических характеристик собственно электроагрегатов и обслуживающего его вспомогательного оборудования требованиям, предъявляемым при их автоматизации;
- приспособление технических характеристик устройств автоматизации к психофизиологическим возможностям оператора;
- оптимальность алгоритмов, выбранных для работы оператора. При выполнении последнего требования необходимо учитывать надежность человека как управляющего звена и, в частности, понижение его работоспособности при чрезмерном усложнении задачи и стрессовых нагрузках.
Отсюда следует, что при разделении функций между системами автоматизации и оператором следует учитывать как технические характеристики автоматических устройств, так и условия работы и психофизиологические данные человека. Экономическую целесообразность применения какой-либо системы или устройства автоматизации определяют, сравнивая их стоимость с получаемой при этом экономией. Последняя складывается из прямого и дополнительного экономического эффектов. Прямой экономический эффект получают за счет сокращения обслуживающего персонала, благодаря уменьшению расходов на управление и контроль. Дополнительный за счет повышения качества контроля, следствием чего является уменьшение числа отказов и поломок, и стабильного поддержания оптимальных режимов работы, что обуславливает меньший износ оборудования и, как результат, увеличение межремонтного срока службы, а также меньший расход топлива и масла.
Таким образом, экономическая целесообразность внедрения какой-либо автоматизированной системы определяется разностью между получаемой экономией и стоимостью внедряемой системы.
На правах рекламы
