Системы управления электроснабжением

1. Системы управления электроснабжением

Институт повышения квалификации
Государственного морского университета имени адмирала Ф.Ф.Ушакова
Загурский Евгений
Францевич
Старший электромеханик
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

2. Системы управления электроснабжением

НАЗНАЧЕНИЕ
ПРИМЕНЕНИЕ
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

3. Требования Российского Регистра Судоходства

СУДА СО ЗНАКОМ АВТОМАТИЗАЦИИ AUT1 В СИМВОЛЕ КЛАССА
4.4.1 Автоматизированные судовые электростанции должны
обеспечивать дистанционный пуск генераторных агрегатов с
автоматическими синхронизацией, приемом и распределением
нагрузки.
4.4.2 Для обеспечения непрерывности наличия электрической
энергии на судах, кроме тех где нормальное энергоснабжение
осуществляется одним генератором, должны быть предусмотрены
устройства автоматизации, обеспечивающие автоматический пуск
резервного генератора, автоматические синхронизацию, прием и
распределение нагрузки в случаях:
достижения работающим генератором установленной предельно
допустимой нагрузки;
неисправности работающего агрегата, позволяющей выполнить
автоматическую синхронизацию генераторов.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

4.

4

5. Требования Российского Регистра Судоходства

4.4.3 На соответствующих постах управления
должна быть предусмотрена индикация готовности
генераторных агрегатов к немедленному
(автоматическому) пуску.
4.4.4 Должен быть обеспечен предварительный
выбор очередности автоматического пуска
генераторных агрегатов и их подключения к
сборным шинам ГРЩ.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

6. Требования Российского Регистра Судоходства

4.4.5 При уменьшении частоты вращения
валогенератора или снижении давления пара
перед приводной турбиной утилизационного
электрического генератора до величин, при
которых не могут быть обеспечены рабочие
параметры, указанные в 2.11.3 части IX , а также
10.6.2 и 10.7.2 части XI , автоматически должен
пускаться по крайней мере один генератор с
независимым приводом, обеспечивающий
выполнение условий, указанных в 4.4.2.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

7. Требования Российского Регистра Судоходства

4.4.6 Контролируемые параметры автоматизированных судовых
электростанций (кроме аварийных), места замера, предельные
значения параметров и виды автоматической защиты и индикации
параметров приведены в таблицах ниже.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

8. Требования Российского Регистра Судоходства

ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

9. Требования Российского Регистра Судоходства

ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

10. Требования Российского Регистра Судоходства

СУДА СО ЗНАКОМ АВТОМАТИЗАЦИИ AUT2 В СИМВОЛЕ КЛАССА
5.4.1 Кроме выполнения требований 3.1.3 части XI «Электрическое
оборудование», если не предусмотрена автоматизированная судовая
электростанция согласно 4.4, должны быть обеспечены:
дистанционный пуск и остановка приводных механизмов
генераторов из центрального поста управления;
дистанционная синхронизация, подключение и распределение
нагрузки из центрального поста управления, которые могут
выполняться на ГРЩ, если он находится в ЦПУ
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

11. Power Management System(PMS)

Основная концепция PMS фирмы Kongsberg:
Система управления энергоснабжением (СУЭ) предназначена для
управления производством и распределением электроэнергии на
судне. Это включает в себя функции, необходимые для безопасной и
экономичной эксплуатации электроэнергетической установки. СЭУ
разработана в соответствии с требованиями классификационного
общества.
Система предназначена для дистанционного управления работой
вспомогательных двигателей с генераторами, автоматическими
выключателями в ГРЩ, в так же мощными потребителями.
Автоматические регуляторы напряжения(AVR) должны быть частью
генераторной установки.
Дизель генераторы должны быть рассчитаны на непрерывную
параллельную работу.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

12. Power Management System(PMS)

Генераторные автоматы должны быть оснащены Реле пониженного
напряжения(Under Voltage Relay – UVT)
Меж секционные автоматы не должны иметь UVT.
Частота сети во всех условиях нагрузки поддерживается по
принципу droop compensation и с одинаковыми настройками на всех
дизель генераторах.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

13. Voltage Droop settings

ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

14.

14

15. Основные функции СУЭ

15
Основные функции СУЭ
Дистанционный запуск / остановка
вспомогательных двигателей, как в авто, так и в
полуавто режиме
Дистанционное и автоматическое управление
выключателями генератора; подключение,
снятие нагрузки и отключение, а также
синхронизация
Дистанционное и автоматическое управление
меж секционными автоматами; подключение,
отключение и синхронизация
Контроль частоты и нагрузки
(увеличение/уменьшение) генераторов в
автоматическом режиме
Симметричное и несимметричное распределение
нагрузки между генераторами в автоматическом
режиме
Запуск и остановка резервных генераторов в
зависимости от нагрузки.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

16. Основные функции СУЭ

16
Основные функции СУЭ
Автоматическая остановка по истечении времени
охлаждения ДГ
Функция переключения с неисправного ДГ на
резервный ДГ при срабатывании аварийной
сигнализации на неисправном ДГ
Автоматический запуск и подключение ДГ при
обесточивании
Контроль мощных потребителей, запроса на
запуск и разрешение запуска
Выбор резервного ДГ и автоматический запуск/
подключение ДГ
Вычисление параметров генераторов (kW, kVA,
kVAr, cosφ)
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

17. Концепция защиты генераторов

17
Концепция защиты генераторов
Отдельная система защиты должна быть
установлена для каждого ДГ.
Поставляется обычно производителем
дизельного двигателя
Если система защиты поставляется другим
производителем, то сигнал аварийной остановки
должен быть предоставлен от системы защиты к
СЭУ
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

18. Автоматические выключатели генераторов(СВ)

18
Автоматические выключатели
генераторов(СВ)
Подключение
Автоматический выключатель(CB) может быть подключен
оператором через интерфейс Компьютерной Системы
Контроля и Управления (КСКУ) или с помощью
автоматических функций СЭУ(PMS).
Если автоматический выключатель имеет функции
синхронизации, частота будет отрегулирована для
обеспечения правильного фазового угла и частоты перед
подключением CB.
Отключение
Автоматический выключатель (CB) может быть отключен
оператором через интерфейс КСКУ PMS или с помощью
автоматических функций PMS.
При выключении генератора:
Генератор разгружается. Когда относительная нагрузка
ниже заданного значения (5%), автоматический
выключатель генератора будет отключен.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

19. Межсекционные автоматические выключатели

19
Межсекционные автоматические
выключатели
Подключение
Автоматический выключатель (CB) может быть подключен
оператором с помощью интерфейса PMS или с помощью
автоматических функций PMS. Если автоматический
выключатель имеет функции синхронизации, частота будет
отрегулирована (увеличена на шине, которая является
«владельцем» выключателя), чтобы обеспечить
правильный фазовый угол и частоту перед подключением
CB.
Отключение
Автоматический выключатель (CB) может быть отключен
оператором с помощью интерфейса PMS или с помощью
автоматической функции PMS.
Если дана команда на отключение, автоматический
выключатель СB сразу отключится, только если к каждой
отделённой части ГРЩ подключен хотя бы один генератор.
Это сделано, чтобы предотвратить частичное обесточивание.
Если предусмотрен трансформатор тока, PMS может
сбалансировать нагрузку между шинами, прежде чем
отключить автоматический выключатель.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

20. Блокировка

20
Блокировка
Все автоматические выключатели имеют локальное /
дистанционное управление, CB будет блокирован для
подключения/отключения, когда CB установлен на
локальное управление.
Если CB не имеет локального / дистанционного
переключателя то PMS будет рассматривать CB как
дистанционный.
В PMS включены следующие блокировки
(программные блокировки):
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

21.

Блокировка
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

22.

Блокировка
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

23. Дизель генераторы(ДГ)

23
Дизель генераторы(ДГ)
Запуск ДГ
Вспомогательный двигатель (AE) может быть запущен оператором
через интерфейс PMS или с помощью автоматических функций PMS.
Три попытки запуска по умолчанию. При появлении сигнала о
работе двигателя сигнал запуска деактивируется.
Остановка ДГ
AE может быть остановлен оператором через интерфейс PMS или с
помощью автоматических функций PMS.
Блокировка ДГ
Запуск АЕ блокируется, если
- для двигателя выбрано локальное управление,
- обнаружен активный сигнал одной из защит двигателя
- включена другая блокировка запуска.
Контроль частоты ДГ
Обычно регуляторы устанавливаются в Droop mode. PMS отправляет
сигналы увеличения/уменьшения (DO) на регулятор для контроля
частоты и нагрузки для всех ДГ. Выходной сигнал от PMS может
быть подключен к автоматическому потенциометру на ГРЩ или
напрямую к цифровому входу электронного регулятора скорости.
Все регуляторы должны иметь одинаковые настройки (Droop settins)
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

24. Дизель генераторы(ДГ)

24
Дизель генераторы(ДГ)
Запуск/Остановка ДГ в зависимости от нагрузки (в
режиме готов к запуску)
Резервный генератор будет подключен, когда нагрузка
выше 85% (от общей подключенной мощности) в течении
20 секунд.
Резервный генератор будет отключен, когда нагрузка ниже
70% от общей подключенной мощности в течение 10 минут.
Распределение нагрузки
Дизельные генераторы имеют возможность асимметричной
и симметричной распределения нагрузки.
Асимметричное распределение нагрузки
Функция распределения асимметричной нагрузки удерживает один
генератор с высокой нагрузкой(70%) в течение 20 минут, в то время
как второй генератор работает при низкой нагрузке (минимум 20%)
(регулируемые пределы). После 20 минут генераторы выключают
эту функцию.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

25. Дизель генераторы(ДГ)

25
Дизель генераторы(ДГ)
Симметричное распределение нагрузки
Если два или более генератора подключены и был
включен режим симметричной нагрузки, то
нагрузка будет распределена поровну среди
генераторов, в зависимости от мощности каждого
генератора.
Например, если работают два генератора и требуется
60% общей мощности, каждый генератор обеспечит
60% своей собственной мощности.
Симметричное распределение нагрузки является
настройкой по умолчанию в PMS.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

26. Дизель генераторы(ДГ) Смена работающего генератора

26
Дизель генераторы(ДГ)
Смена работающего генератора
Для повышения безопасности PMS может быть настроен на
автоматическое переключение на первый резервный
генератор при возникновении сигнала тревоги.
Возможны следующие разные функции:
Функция 1: Запустить первый резервный генератор.
Функция 2: Запустить первый резервный генератор,
синхронизировать, подключить и принять нагрузку. После
этого неисправный DG будет остановлен.
Функция 3: Запустить первый резервный генератор,
синхронизировать, подключить и принять нагрузку. После
этого неисправный DG будет разгружен, отключен и
остановлен после охлаждения.
Функция 4: Запустить первый резервный генератор,
синхронизировать, подключить и принять нагрузку. После
этого неисправный ДГ останется в работе.
Функция 3 является настройкой по умолчанию в PMS.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

27. Дизель генераторы(ДГ) Смена работающего генератора

27
Дизель генераторы(ДГ)
Смена работающего генератора
Выбраны следующие аварийные сигналы тревоги:
Описание сигнала
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова
Значение
Низкое давление
смазочного масла
3.5 kg/cm2
Высокая температура
охлаждающей воды на
выходе из ДГ
90
Высокая температура
обмоток генератора
150
Высокая температура
подшипников генератора
95
Высокое значение
масляного тумана
Разомкнутый контакт

28. Ошибка напряжения/частоты

28
Ошибка напряжения/частоты
Один DG подключен
В случае сбоя напряжения или частоты, будет выполнено
переключение на первый резервный DG (то есть изменение
напряжения/частоты ± 2,5 %).
Резервный DG будет запущен, затем неисправный DG будет
отключен, при это произойдет короткое обесточивание ГРЩ.
Сразу после обесточивания резервный DG подключится.
Неисправный DG будет остановлен после охлаждения.
Два или более DG подключены
В случае сбоя напряжения или частоты будут только
активированы аварийные сигналы.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

29. Отключение ДГ по аварийному сигналу защиты

29
Отключение ДГ по аварийному
сигналу защиты
PMS немедленно отключит генераторный выключатель,
независимо от того есть нагрузка или нет, когда появится
аварийный сигнал защиты ДГ.
Кроме того, соленоид остановки ДГ будет активирован и
останется активным, пока он не будет сброшен через
интерфейс PMS.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

30. Авто/Полу-Авто режим

30
Авто/Полу-Авто режим
ДГ установка может быть выбрана как AUTO или SEMI-AUTO.
В ПОЛУ-АВТО режиме:
Генераторная установка должна быть запущена до того, как она
может быть подключена, т.е. команда подключения к
остановленному генератору не инициирует старт – подключение ДГ.
Генераторная установка подключена в ПОЛУ-АВТО режиме, получив
сигнал «Отключение», только разгрузит и отключит, а ДГ продолжит
работать.
Генераторная установка не будет частью резервной системы, когда
находится в режиме ПОЛУ-АВТО.
Распределение нагрузки не выполняется PMS в ПОЛУ-АВТО режиме.
В этом режиме можно установить значение нагрузки вручную.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

31. Авто/Полу-Авто режим

31
Авто/Полу-Авто режим
В АВТО режиме:
Команда «Разъединение» вызовет последовательность разгрузки,
отключения, охлаждения и остановки ДГ.
Команда «Остановка» вызовет последовательность разгрузки,
отключения и немедленной остановки ДГ.
Команда «Подключение» вызовет последовательность запуска,
синхронизация и подключение.
Команда «Запуск» вызовет только запуск ДГ.
Запуск после обесточивания также входит этот режим
Смена ДГ, зависимый от нагрузки пуск/остановка, пуск резерва и
распределение нагрузки также работает в АВТО режиме.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

32. Расчет токов короткого замыкания

32
Расчет токов короткого
замыкания
Исходя из расчетов токов короткого замыкания все 4 генератора не
могут работать параллельно вместе.
PMS должна предотвратить работу всех 4 генераторов параллельно
на один ГРЩ.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

33. Портовый/аварийный генератор

33
Портовый/аварийный генератор
Портовый/аварийный (HG/EG) генератор может быть выбран:
Режим аварийного генератора
Режим портового генератора
Когда выбран HG, он может управляться PMS, главным образом для
запуска режима PMS Портовый генератор.
Выбор режима Harbor осуществляется двумя переключателями:
07604 Режим порта
07606 EG дистанционный
EG обычно стоит в аварийном режиме, в таком случае он не
является частью PMS.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

34. Обесточивание Функциональность

34
Обесточивание
Функциональность
Состояние
обесточивания
определяется
как
отсутствие напряжения (<10% от номинального
напряжения) измеряется на шинах в MSB при
отключенных всех автоматических выключателях.
После обесточивания электроэнергии PMS
автоматически запустит 1-й резервный дизельный
генератор и подключит его к MSB. Если 1-й
резервный DG не подключится через 10 секунд
(регулируемая настройка), то 2-й резервный DG
запускается и подключается автоматически.
Дизель генераторы и ГРЩ должны быть в режиме
AUTO, чтобы восстановить/перенастроить MSB после
обесточивания.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

35. Обнаружение полного отключения электроэнергии и изменение конфигурации

35
Обнаружение полного отключения
электроэнергии и изменение конфигурации
При отключении электроэнергии следующие выключатели
отключатся по уставке пониженного напряжения (UVT).
PMS автоматически переподключит эти выключатели
которые были подключены до отключения электроэнергии.
Breaker
Reconnect
delay (sec.)
ACB2
10
ACB3
10
ACB1
10
Если MSBD работал с разомкнутыми Bus-Tie выключателями,
когда произошло отключение, Bus-Tie не должен замыкаться
автоматически.
Трастерные автоматические выключатели не должны
автоматически подключаться.
Выключатели VCB5, VCB6 и VCB7 не имеют UVT и поэтому они не
разомкнутся во время обесточивания.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

36. Обнаружение частичного обесточивания и реконфигурация

36
Обнаружение частичного
обесточивания и реконфигурация
Если межсекционные выключатели открыты, то ГРЩ 1, 2, 3
будут работать независимо. Это означает, что резервный ДГ,
если таковой имеется на обесточенном ГРЩ, запустится и
подключится.
Когда ГРЩ работают с разомкнутыми межсекционными
выключателями и происходит обесточивание, то
межсекционные выключатели не должны автоматически
закрываться системой PMS.
Трастерные автоматические выключатели не должны
автоматически подключаться.
Выключатели VCB5, VCB6 и VCB7 не имеют UVT и
поэтому этот выключатель не отключится при отключении
электроэнергии
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

37. Отключение не важных потребителей

37
Отключение не важных
потребителей
Отключение несущественных потребителей будет
выполнена, при одном из следующих условий:
- Если частота тока на шина ниже 55 Гц (задержка 10
сек.)
- Если нагрузка генератора (кВт или ток) превышает
95% от номинальной нагрузки / тока (с задержкой
10 сек.)
- Если нагрузка генератора (кВт или ток) превышает
100% от номинальной нагрузки / тока (мгновенное
отключение)
- Если генератор отключается во время параллельной
работы, и остальная часть электростанции становится
перегруженной.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

38. Уменьшение нагрузки ДГ

38
Уменьшение нагрузки ДГ
Функция установлена по заявке судостроительного
завода.
Реализуется, как включение трех выходов 07386A /
07229A / 07297A в случае, когда подключенный DG
имеет аварийный сигнал снижения нагрузки
(07360K).
Выходы должны активировать PT2 в дополнение к
стандартной функции отключения несущественных
потребителей.
Состояние межсекционных выключателей не имеет
значения.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

39. ТЯЖЕЛЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ

39
ТЯЖЕЛЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ
Если тяжелый потребитель (HC) должен быть
запущен сигнал «Требуется запуск» отправляется в
PMS. Если есть доступная мощность, то сигнал
«Запуск предоставлен» будет активирован из PMS.
Если доступная мощность слишком низкая,
резервный DG будет запущен и подключен к MSB,
прежде чем активируется «Запуск предоставлен».
Минимальное количество подключенных DG перед
запуском HC, см. Таблицу ниже.
Если два или более генератора работают, когда
двигатель посылает запрос HC, и имеется достаточно
доступной мощности, PMS выдаст разрешение на
запуск без запуска какого-либо нового генератора.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

40.

Heavy consumers
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

41. Переменные потребители

41
Переменные потребители
Для Трастеров, которые являются переменными
потребителями, PMS контролирует сигнал работы и
нагрузки.
Пока Трастер работает, PMS не будет останавливать DG,
который был запущен из-за запроса запуска HC от этого
трастера.
Пока Трастер работает, PMS будет рассчитывать разницу
между номинальной и используемой нагрузкой и
резервировать эту разницу мощности.
Если доступная мощность, зарезервированная для
запущенного HC, исчезает из-за остановленного DG,
предоставленный сигнал «Запуск предоставлен» останется.
При наличии сигнала о потребляемом токе Трастера, то
PMS будет использовать его для расчета используемой
мощности и сравнивать паспортным током(при нагрузке
трастера 100%). При необходимости, в зависимости от
расчетов, PMS запускает резервный ДГ.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

42. Уменьшение мощности трастера

42
Уменьшение мощности трастера
PMS отправит сигнал снижения мощности на Трастер
(контакт включения / выключения)
в случае выполнения следующего условия:
- Если частота тока шины ниже 55 Гц (задержка 10 сек.)
- Если ток генератора превышает 100% от номинального тока
- Если нагрузка генератора (кВт) превышает 95% от
номинальной нагрузки
PMS будет измерять напряжение и ток каждого генератора
отдельно. Затем контроллер рассчитает использованную
мощность и общий ток (PMS измеряет ток на каждом
автоматическом выключателе генератора, поэтому он
содержит как активный ток, так и реактивный ток)
каждого отдельного генератора.
Затем PMS сравнивает эти два параметра с мощностью сети в
сети и выдают аналоговый сигнал (4- 20 мА) для Трастеров,
чтобы сказать им, сколько мощности каждый Трастер может
использовать на основании этих расчетов.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

43. Авто режимы

43
Авто режимы
MSB может быть настроен в нескольких режимах с помощью
ручного управления от PMS. Кроме того, PMS может работать с MSB
в нескольких предопределенных автоматических режимах.
Для безопасной и быстрой смены режима работы PMS обрабатывает
все необходимые изменения конфигурации главного
распределительного щита между различными автоматическими
режимами.
Перед сменой режима необходимо выполнить три условия:
Все доступные генераторы в АВТО.
MSB и все автоматические выключатели в дистанционном
режиме.
MSB должен быть настроен в определенном режиме.
Когда режимы настраиваются вручную, PMS автоматически
определяет различные режимы и выдает индикацию в мнемосхеме.
Для данного судна 3 режима:
SEA MODE
DP MODE
HG MODE
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

44.

ВЫВОДЫ
СУЭ является одной из самых важных систем управления на
судне, обеспечивающая стабильную
различных
режимах.
Благодаря
и надежную
встроенным
работу СЭС в
алгоритмам
СЭУ
уменьшает риск ошибки, которая может быть совершена оператором, а
также значительно сокращает время, необходимое для управления
судовой электростанцией.
ИПК ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова

45.

46.

The Power Management system provides
Monitoring, Control and Safety functions for
the power generation systems.
The PMS has different control possibilities:
Auto Mode
Semi Auto
Manual

47.

Diesel Generator (DG), Shaft Generator (SG) start,
stop control and monitoring
Switchboard control and monitoring
SG, DG safety system
Auto-synchronizing of generators and breaker
control
Load depend start, stop
Load sharing control

48.

Blackout Monitoring and Restart
Power reservation of heavy consumers
Preference trip (load shedding)
Net Frequency control
Ship operation mode selection and start
sequence program