Elektrownia okrętowa. Wyposażenie elektryczne statków. Utrzymanie elektrowni okrętowych i sieci energetycznych

Elektrownia okrętowa (SES) nazywa się kompleks techniczny, składający się ze źródeł energii elektrycznej i rozdzielnicy głównej (MSB), przeznaczony do wytwarzania energii elektrycznej i dostarczania jej do sieci elektrycznej do odbiorców (odbiorców).

Agregaty prądotwórcze GA z kablami DO i automatyczne przełączniki QF są podłączone do wewnętrznych linii połączeniowych rozdzielnicy głównej, zwanych magistralami W, do którego poprzez urządzenia przełączające i zabezpieczające-wyłączniki QF1... J Podajniki sieci kablowej statku F1, F2, F są połączone J, zaopatrujących odbiorców energii elektrycznej PE. Stacja musi mieć co najmniej dwa GA.

Kompozycja głównych elementów elektrowni (elektrowni) i ich schematy połączeń (główne schematy prądowe), które tworzą strukturę elektrowni słonecznej, powinny zapewniać możliwość:

samodzielna i równoległa praca jednostek wytwórczych SES zarówno dla całej SES, jak i poszczególnych jej części (sekcje rozdzielnicy głównej, linie zasilające);

zabezpieczenie elektryczne generatorów, rozdzielnic głównych i podłączonych do nich linii kablowych w przypadku stanów nienormalnych (awaryjnych);

łączność z lądowymi systemami elektrycznymi i SEES innych statków;

zarządzanie jakością i dystrybucja wytworzonych oraz zużytą energię elektryczną pomiędzy źródłami (w pracy równoległej) a odbiorcami;

wykonywanie monitoringu eksploatacyjnego elementów SEPS oraz prowadzenie prac remontowych bez naruszania minimalnego wymaganego zasilania statku w energię elektryczną.

W zależności od rodzaju źródeł energii elektrycznej rozróżnia się SPP prądu stałego i przemiennego. Te ostatnie występują najczęściej na statkach.

Elektrownie, których operacje kontrolne nie są zautomatyzowane lub częściowo zautomatyzowane, wymagają stałej obserwacji konserwacji (znak automatyzacji A2).

W SEES coraz częściej stosuje się w pełni zautomatyzowane SES (znak automatyzacji A1), które nie wymagają stałej konserwacji przez personel wachtowy. Najczęściej spotykane są półautomatyczne SES, sterowane przez operatora ze stanowiska centralnego.

Elektrownie okrętowe dzielą się na główne, awaryjne i specjalne. Główne SES dostarczają energię elektryczną do wszystkich środków technicznych statków w normalnych trybach pracy; awaryjne elektrownie słoneczne są tylko najważniejszymi odbiorcami w przypadku przerwy w dostawie prądu (awaria) głównej elektrowni. Specjalne elektrownie słoneczne zasilają specjalne grupy konsumentów, na przykład kompleksy technologiczne statków.

Zazwyczaj na statku znajduje się jedna główna elektrownia, ale przy dużej liczbie i mocy generatorów możliwe są SEES z kilkoma głównymi elektrowniami. Główne elektrownie znajdują się w pomieszczeniach ładowni.

Na wszystkich statkach wraz z głównymi generatorami musi znajdować się awaryjne źródło energii elektrycznej, które wraz z rozdzielnicą awaryjną (ESP) tworzy elektrownię awaryjną. Awaryjna elektrownia słoneczna zlokalizowana jest w specjalnym pomieszczeniu nad pokładem grodziowym na zewnątrz szybu maszynowni i mającym bezpośredni dostęp do pokładu otwartego.

Jako awaryjne źródło energii elektrycznej wykorzystywany jest autonomiczny generator diesla, którego zbiornik serwisowy z paliwem znajduje się również w awaryjnym SES. Pojemność zbiornika powinna być wystarczająca do zapewnienia ciągłej pracy generatora diesla przez 36 godzin na statkach pasażerskich, 6 godzin na statkach towarowych o tonażu brutto 5000 reg. t i powyżej 3 godzin - na innych statkach. Awaryjny generator diesla jest uruchamiany automatycznie przez rozrusznik elektryczny lub sprężone powietrze w celu przywrócenia zasilania odbiornikom w nie więcej niż 45 sekund w przypadku awarii zasilania.

Najważniejsi odbiorcy dla zapewnienia żywotności uszkodzonego statku są zasilani z ADS bezpośrednio przez poszczególne podajniki: żyrokompas, radiostacje, maszynę sterową, światła sygnalizacyjne i wyróżniające, oświetlenie głównych stanowisk i pomieszczeń, sprzęt gaśniczy, drenaż obiekty itp.

Całe wyposażenie elektrowni awaryjnej musi działać niezawodnie przy jednoczesnym długim przetaczaniu i trymowaniu.

Jako główne lub dodatkowe awaryjne źródło energii elektrycznej, baterie mogą służyć do zasilania oświetlenia awaryjnego i sygnalizacji, a także do sterowania drzwiami wodoszczelnymi. Minimalny czas pracy takich akumulatorów wynosi 3 ... 36 godzin, w zależności od rodzaju statku i jego wyporności.

Schematy prądu głównego elektrowni, które przewidują długotrwałą lub krótkotrwałą (na okres przenoszenia obciążenia) pracę równoległą jednostek wytwórczych, różnią się w zależności od ich składu, a także wybranej liczby odcinków szyn zbiorczych. rozdzielnicę główną i połączenia między nimi, przyjęte z myślą o wygodzie i niezawodności działania SES.

Główne obwody prądowe są typowane dla SES z wydzielonymi sekcjami odbiorników parkingowych i bez nich oraz odbiornikami (silnikami) współmiernymi pod względem mocy z generatorami.

Ilość zasilaczy zasilających odbiorniki i załączających je na rozdzielnicy głównej mierzona jest w dziesiątkach.

Elektrownia awaryjna posiada przyłącze elektryczne w postaci podajnik z głównej elektrowni. W normalnych warunkach napięcie podawane jest przez zworkę z rozdzielnicy głównej do ASB. W przypadku zaniku napięcia na szynach głównej elektrowni wysyłany jest sygnał do automatycznego uruchomienia AG. Po uruchomieniu generator jest połączony z magistralami stacji alarmowej za pomocą stycznika KM.

Elektrownie charakteryzują się przede wszystkim rodzajem, liczbą i mocą znamionową zainstalowanych generatorów, które są określane w zależności od mocy wymaganej w dowolnym momencie do pracy zelektryfikowanych obiektów technicznych statku.

Struktura SES.

Kompleks wyposażenia elektrycznego statku obejmuje systemy, podsystemy, systemy lokalne (lub urządzenia).

System elektroenergetyczny przeznaczony jest do nieprzerwanego zasilania odbiorników we wszystkich trybach pracy statku wymaganą ilością energii elektrycznej. Wysoka jakość. SES to pojedynczy kompleks składający się z elektrowni, przekształtników, urządzeń dystrybucji wtórnej połączonych liniami przesyłowymi.

SES należy do klasy systemów złożonych, która w swoim składzie zawiera wiele podsystemów: wytwarzanie i dystrybucja energii elektrycznej (PGRE); tryby sterowania jednostkami wytwórczymi (zamieć); zasilanie odbiorników alarmowych (PEAP); przystawka odbioru mocy z elektrowni (POMEU).

PGRE jest przeznaczony do wytwarzania, przetwarzania, przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej. W skład podsystemu wchodzą lokalne systemy (urządzenia) do sterowania napędami elektrycznymi (LSUE) oraz zasilania odbiorników (LSEP).

PURGA, zaprojektowana do sterowania i monitorowania parametrów GA we wszystkich trybach pracy, składa się z lokalnych systemów: sterowanie głównymi napędami GA (LSUPD); automatyczna stabilizacja napięcia generatorów (LSSN); stabilizacja częstotliwości rotacji GA (LSCH); automatyczna synchronizacja GA (J1CC); automatyczna dystrybucja mocy czynnej HA (LSRM); automatyczne wejście kopii zapasowej (GA LSVR); automatyczne zabezpieczenie generatorów przed przeciążeniem (LSZP); zabezpieczenie sieci okrętowej przed zwarciami i przeciążeniami (LSZS) oraz przed zanikiem fazy lub redukcją napięcia (LSZOFN); kontrola parametrów (LSCP).

PEAP, przeznaczony do zasilania i przesyłania energii elektrycznej do ograniczonej liczby odbiorców ze źródeł awaryjnych, zawiera w swoim składzie LSSN, LSSN, LSVR, LSZP, LSZS, LSCP.

POMEU, przeznaczony do produkcji, dystrybucji i przesyłu energii elektrycznej do odbiorników z generatorów wałowych, generatorów montowanych, turbogeneratorów odpadowych w trybach pracy statku, składa się z LSUPD, LSSN, LSSH, LSVR, LSCP.

SES obejmuje duża liczba elementy wzajemnie połączone (rys. 2): rozdzielnica główna rozdzielnicy głównej, zespoły prądotwórcze GA (w tym generatory G i silniki napędowe), tablica sterownicza PU, rozdzielnice RSH, rozdzielnica wtórna VRSh, odbiorniki mocy P linie przesyłowe, transformator Tr , wyłączniki generatora VG, podajnik VF, sekcyjny VS.

Główny element SES - elektrownia - składa się z GA, rozdzielnicy głównej, PU; sieci elektryczne zawierają rozdzielnice i linie przesyłowe.

Agregat prądotwórczy zawiera prądnicę G i silnik napędowy PD.

Klasyfikacja SES.

Wiele cech ilościowych i jakościowych SES daje wyobrażenie o zakresach mocy, rodzajach GA, trybach pracy, stopniu automatyzacji, parametrach, składzie środków technicznych, metodach konwersji energii itp.

W zależności od rodzaju konwersji energii elektrycznej ES dzieli się na cieplną i jądrową. Na większości statków floty transportowej zainstalowane są elektrociepłownie, w których energia chemiczna paliwa zamieniana jest na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną. Obecnie niektóre statki mają elektrownie jądrowe (lodołamacze jądrowe „Lenin”, „Arktika”), w których energia jądra atomowego jest przekształcana w energię cieplną, mechaniczną i elektryczną.

Ze względu na charakter prądu SES może być AC i prąd stały, różniących się charakterystyką, parametrami i konstrukcją HA, a także zawartością i składem urządzeń i rozdzielnic. Na statkach stosuje się głównie prąd przemienny, tylko niektóre specjalne instalacje działają na prąd stały.

W zależności od poziomu parametrów występują układy o napięciu i częstotliwości znamionowej, o napięciu znamionowym i podwyższonej częstotliwości, o podwyższonym napięciu i częstotliwości znamionowej, o podwyższonym napięciu i częstotliwości.

Po uzgodnieniu SES dzieli się na podstawowe, awaryjne i specjalne. Systemy główne przeznaczone są do zasilania energią elektryczną wszystkich grup odbiorników, awaryjne - do zasilania ograniczonej liczby zelektryfikowanych mechanizmów i urządzeń potrzebnych w sytuacjach awaryjnych. W systemach awaryjnych stawiane są wymagania dotyczące lokalizacji GA i rozdzielnicy, sposobów uruchamiania i czasu działania jednostek. Systemy specjalnego przeznaczenia przeznaczone są do napędowych instalacji elektrycznych (PPU).

W zależności od zainstalowanej mocy elektrownie słoneczne mogą mieć małą, średnią i dużą moc. Moc zainstalowana zespołu prądotwórczego charakteryzuje się stopniem mocy elektrycznej statku. Na podstawie analizy danych statystycznych warunkowo akceptujemy moc zainstalowaną generatorów PP niska moc 500-2000 kW, średnia moc - w zakresie 2000-10000 kW, duża moc - ponad 10000 kW.

W zależności od rodzaju systemów GA dzielą się na generator z silnikiem wysokoprężnym, turbogenerator, generator z turbiną gazową, mieszany.

Zgodnie z systemem automatyki silników podstawowych, elektrownie słoneczne mogą mieć zdalne i zautomatyzowane sterowanie.

Zgodnie z metodą odbioru mocy z elektrowni wyróżnia się generatory wałowe (SH) napędzane wałem, generatory montowane (NG) napędzane silnikami głównymi elektrowni, turbogeneratory odpadowe (UTG) wykorzystujące energię spalin gazy z głównych silników Diesla i jednostki kombinowane składające się z VG i UTG. Na poszczególnych statkach moc pobierana jest z elektrowni pracującej na prądzie przemiennym, konwersja energii (redukcja napięcia za pomocą przekładników napięciowych).

Zgodnie z trybami pracy zapewniona jest autonomiczna i równoległa praca GA oraz zasilanie elektrowni z sieci przybrzeżnej.

Źródła prądu SES są generatory synchroniczne(SG) i prądnice prądu stałego (GPT). SG może być z niezależnym wzbudzeniem i samowzbudzeniem. Generatory z niezależnym wzbudzeniem mają źródło prądu stałego (wzbudnik maszyny elektrycznej) i układ mieszania fazy pośredniej. Generatory samowzbudne mają układy stabilizacji napięcia z mieszaniem faz z niekontrolowanymi i sterowanymi zaworami. Wprowadź bezszczotkowe generatory z obrotowymi zaworami sterowanymi. HPT są dostarczane z niezależnym wzbudzeniem równoległym i samowzbudzeniem (równoległym i mieszanym).

Energia elektryczna SES jest przetwarzana za pomocą statycznych przetworników półprzewodnikowych, elektromagnetycznych (transformatory) i obrotowych (elektrycznych).

W zależności od stopnia automatyzacji elektrownie słoneczne dzielą się na zautomatyzowane ze sterowaniem zdalnym lub programowym.

Zarządzanie i sterowanie obiektami SES jest możliwe z panelu sterowania, panelu sterowania rozdzielnicy głównej, centralnego panelu sterowania elektrowni.

Podczas automatyzacji SES stosuje się elektromagnetyczne elementy stykowe, bezstykowe elementy logiczne, elementy układów scalonych oraz kombinowane elementy stykowe i bezstykowe.

Kontrola parametrów SES odbywa się wizualnie za pomocą elektrycznych przyrządów pomiarowych, środków dyskretnych i scentralizowanych urządzeń sterujących.

Podsystem wytwarzania i dystrybucji energii SES charakteryzuje się liczbą ES i GA, rodzajem rozdzielnicy głównej (liczba sekcji), sposobem podziału szyn zbiorczych rozdzielnicy głównej oraz schematem rozdziału mocy (grupa zasilająca, główna , mieszane).

Ochrona w SES jest zapewniona przed prądami zwarciowymi, przeciążeniami, zasilaniem wstecznym GA, zanikiem fazy sieci elektrycznej, redukcją napięcia itp.

Typizacja w SES prowadzona jest przez elementy, węzły obwodów, urządzenia (dystrybucja i automatyka).

Elektrownia okrętowa jest zaprojektowana tak, aby dostarczać energię elektryczną wszystkim odbiorcom statku we wszystkich trybach eksploatacji statku. Według wymogi regulacyjne konsumenci energii elektrycznej na statkach są połączeni w szereg grup, w tym:

Elektromechanizmy elektrowni;

Elektromechanizmy ogólnych systemów i urządzeń okrętowych;

Mechanizmy pokładowe;

Środki do zamieszkania;

Kontrola statku;

Środki nawigacji i komunikacji.

Na statkach stosuje się głównie prąd przemienny o napięciu 400 V i częstotliwości 50 Hz. Surowe wymagania stawiane są jakości generowanego prądu, zarówno pod względem odchylenia napięcia, jak i częstotliwości.

Jako jednostki wytwarzające energię elektryczną, jednostki są wykorzystywane jako część napędów, z reguły tego samego typu co główny silnik statek. Na silniki jednostek nakładane są wymagania dotyczące niezawodności, masy i wielkości, sprawności i zwrotności. Na jednostki nakładane są szczególnie rygorystyczne wymagania, zapewniające ich stabilną pracę równoległą.

Wyboru generatorów elektrycznych należy dokonać na podstawie liczby standardowych próbek wyprodukowanych przez wyspecjalizowane przedsiębiorstwa. Wcześniej wspominano o możliwości zastosowania turbogeneratorów spalinowych, a także prądnic wałowych możliwe sposoby napęd generatora wałowego, w tym zastosowanie turbiny gazowej, podano w [2]. Należy pamiętać, że nie wyklucza to konieczności uruchomienia autonomicznych agregatów prądotwórczych w trybach częściowego obciążenia SPP i na parkingu.

Według Regulamin Rosyjskiego Morskiego Rejestru Statków statki muszą być wyposażone w co najmniej dwa generatory elektryczne, z których każdy ma moc zdolną do pełnego zaspokojenia zapotrzebowania statku na energię elektryczną.

W praktyce krajowej pojawiła się tendencja do wykorzystywania na statkach transportowych elektrowni składającej się z trzech generatorów elektrycznych, dwóch jednocześnie pracujących i trzeciego rezerwowego.

Początkowym wymaganiem dla siłowni okrętowej jest moc zapewniająca realizację podstawowych trybów pracy okrętu

Istnieje kilka metod określania wymaganej mocy w trybach. Najbardziej wiarygodnym wynikiem jest zastosowanie tabel obciążeń elektrycznych. Tabela jest opracowywana zgodnie z ustaloną formą dla głównych trybów działania statku. Tabela wskazuje moc znamionową odbiorców energii elektrycznej, ich liczbę, wartości efektywne i sprawność energetyczną. e. W odniesieniu do trybów wskazana jest liczba pracujących odbiorników, ich obciążenie i wartość sprawności. d, zarówno wydajny, jak i potężny. Tabela kończy się określeniem całkowitego zużycia energii elektrycznej w trybach oraz średniej wartości sprawności energetycznej. konsumentów.

Doboru składu elektrowni dokonuje się na podstawie wartości mocy maksymalnej w trybach. Porównanie średnich wartości sprawności energetycznej. konsumenci i efektywność energetyczna. prądnicy konieczny jest dobór prądnicy przez składową czynną mocy lub przez moc pozorną, która jest wartością średniokwadratową mocy czynnej i biernej odbiorników

Postać tabel obciążeń i zależności do wyznaczania mocy prądnic podano w [2]. Szczegółowe przedstawienie problematyki projektowania siłowni okrętowej jest rozważane w ramach przedmiotu „Wyposażenie elektryczne statków”.

Sporządzenie tabel obciążenia elektrycznego jest możliwe, jeśli projektant ma wystarczające informacje w obecności bliskiego prototypu statku. W przeciwnym razie dopuszczalne jest stosowanie metod statystycznych. Wśród nich są zalecenia normy RD31.03 41-90 „Wymagania techniczne i operacyjne dotyczące optymalnej konfiguracji elektrowni dla morskich statków transportowych MMF.1990”. Tutaj zaleca się określenie mocy elektrowni według wzoru:

kW - suma średniej wartości statystycznej mocy odbiorców i 3 odchyleń standardowych mocy odbiorców.

kW dodatkowa moc określona przez charakterystykę statku.

Wartości zawarte w ostatnim wzorze podane są w funkcji mocy silnika głównego i wyporności statku w [2] i [8].

Elektrownia okrętowa (SEPP) to złożony kompleks techniczny składający się z: różnego rodzaju urządzenia elektryczne, które zapewniają procesy wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej pomiędzy odbiornikami, które przetwarzają energię elektryczną na inne rodzaje energii (mechaniczna, cieplna, świetlna, chemiczna itp.).

W skład siłowni elektrycznej statku wchodzą:

system elektroenergetyczny statku (SEES);

ogólne statkowe odbiorniki energii elektrycznej;

wioślarska instalacja elektryczna (GEM),

Strukturę SEEA przedstawiono na ryc. 1.1.

SEEA posiada wszystkie właściwości systemu, jednak dalej ogólnie przyjęta terminologia stosowana jest w odniesieniu do kompleksów, systemów i instalacji elektrycznych statków.

SEPS obejmuje jedną lub więcej elektrowni okrętowych (SES) i sieci dystrybucji statków.

SES zadzwoń do kompleksu technicznego, składającego się ze źródeł energii elektrycznej i głównej rozdzielnicy (MSB), której głównym celem jest produkcja energii elektrycznej o wymaganej ilości i jakości we wszystkich trybach pracy statku.

Elektrownie okrętowe są podzielone na podstawowe, awaryjne i specjalne. Główny SES dostarcza energię elektryczną do ogólnych odbiorników statków we wszystkich trybach pracy statku, w tym awaryjnym (pożar, dziura). nagły wypadek SES zasila tylko krytyczne odbiorniki w przypadku awarii głównego.

Specjalny SES może być stosowany na statkach do zasilania kompleksów technologicznych (przetwórnia ryb, platforma wiertnicza itp.). Do szczególnych należą SES, które zasilają instalacje elektryczne napędu. W nich źródła energii elektrycznej są połączone z tarczą napędu elektrycznego (SHED).

Jeżeli SES jednocześnie dostarcza energię elektryczną do PED i ogólnych odbiorników statku, to w tym przypadku system zasilania statku jest zwykle nazywany pojedynczym.

Sieci dystrybucji energii elektrycznej składać się z:

Rozdzielnice elektryczne (RShch);

Kablowe linie przesyłowe przesyłające energię elektryczną ze źródeł lub rozdzielnic (PS) do odbiorników;

Przetwornice zasilania, które dostarczają energię do sieci lokalnych, takich jak przenośne oświetlenie robocze, sieć rozgłoszeniowa itp.

W większości przypadków ruch statku zapewniają silniki główne (diesle, turbiny) będące częścią głównego układu napędowego statku (GPU). Na wielu statkach o różnym przeznaczeniu, aby zapewnić ruch statku, stosowana jest napędowa instalacja elektryczna (PPP), która jest częścią SEPP.

Na statkach z elektrownią ruch zapewnia działanie napędowych silników elektrycznych (PM), które są zasilane ze specjalnej lub głównej elektrowni.

SEES ze względu na rodzaj relacji z główną elektrownią statku można podzielić na:

autonomiczne SEES, które nie mają bezpośredniego połączenia z GLEU;

SEES z przystawką odbioru mocy z GLEU;

Ujednolicone ZOBACZENIE.

Podział SEES według rodzaju połączenia z główną elektrownią statku przedstawiono na rys. 1.2.

Ryż. 1.2. Klasyfikacja SEES według rodzaju połączenia z GLEU

W autonomicznych SEES energia elektryczna do zasilania odbiorników jest generowana przez autonomiczne źródła energii elektrycznej, z reguły turbogeneratory lub generatory diesla.

W skład SEES z przystawką odbioru mocy z GLEU, oprócz autonomicznych źródeł energii elektrycznej, wchodzą zespoły prądotwórcze wykorzystujące moc silnika głównego do wytwarzania energii elektrycznej. Do takich instalacji zalicza się instalacje szybowo-generatorskie (VGU) oraz instalacje utylizacyjne. W VGU energia elektryczna jest wytwarzana przez generatory wałowe (SH) napędzane bezpośrednio przez generator główny. W zakładach utylizacyjnych stosuje się generatory turbin parowych lub gazowych utylizacyjnych. Do uzyskania pary w kotłach odzysknicowych wykorzystuje się ciepło spalin (odpadowych) silnika głównego. Generatory turbin spalinowych są napędzane ciśnieniem spaliny GD.

W przeciwieństwie do VGU, turbogeneratory utylizacyjne mają ograniczone zastosowanie na nowoczesnych statkach. Wynika to przede wszystkim z niskiej wydajności zakładu recyklingu.

VSU wytwarzają bezpośredni przystawkę odbioru mocy z elektrowni, zakłady utylizacyjne - pośrednio.

W zunifikowanym SEPS wytworzona energia elektryczna jest przeznaczana na ogólne potrzeby statku i zapewnienie ruchu statku.