Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Проектирование систем резервного электроснабжения регламентируется рядом нормативных документов, определяющих требования к надежности и бесперебойности электропитания. Основополагающим документом являются Правила устройства электроустановок, издание седьмое, в частности глава 1.2, которая определяет категории электроприемников по надежности электроснабжения.
Техническим требованиям к электрогенераторным установкам посвящены государственные стандарты ГОСТ 33105-2014, регламентирующий общие технические требования к электрогенераторным установкам с двигателями внутреннего сгорания, ГОСТ Р 53176-2008 по показателям надежности, и ГОСТ Р 55437-2013, определяющий классификацию по объему автоматизации и технические требования к автоматизации поршневых двигателей внутреннего сгорания. Эти стандарты устанавливают параметры для стационарных и передвижных установок, требования к системам управления и защиты.
Согласно нормативным требованиям, независимый источник питания определяется как источник, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания. В качестве таких источников для электроприемников первой категории могут использоваться местные электростанции, агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и дизель-генераторные установки.
К первой категории относятся электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь опасность для жизни людей, значительный ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, массовый брак продукции или расстройство сложного технологического процесса. Такие потребители должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении от одного из источников может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Внутри первой категории выделяется особая группа электроприемников, от бесперебойной работы которых напрямую зависит жизнь людей и безопасность населенных пунктов. Для них предусматривается третий независимый источник питания с возможностью взаимного резервирования. Это могут быть системы противопожарной защиты, аварийное освещение эвакуационных путей, медицинское оборудование жизнеобеспечения, диспетчерские системы управления технологическими процессами.
Электроприемники второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из источников допустимы перерывы на время, необходимое для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной оперативной бригады. Типичное время восстановления составляет от 20 до 45 секунд при автоматическом переключении или до нескольких часов при ручном.
К объектам второй категории относятся жилые и общественные здания, коммунальные предприятия, промышленные объекты, где перерыв электроснабжения связан с массовым недоотпуском продукции, простоем транспорта и механизмов, но не создает угрозы жизни людей и не приводит к значительному материальному ущербу.
К третьей категории относятся все остальные электроприемники, не попадающие в первую и вторую категории. Они могут получать питание от одного источника при условии, что перерывы электроснабжения для проведения ремонтных и аварийно-восстановительных работ не превышают одних суток. Допустимое число часов отключения в год составляет 72 часа, но не более 24 часов подряд.
Определение требуемой мощности дизель-генераторной установки осуществляется на основе анализа нагрузок объекта с учетом коэффициента спроса и коэффициента мощности. Базовая формула расчета имеет вид: Мощность ДГУ в киловольт-амперах равна произведению установленной мощности потребителей в киловаттах на коэффициент спроса, деленному на коэффициент мощности.
Коэффициент спроса учитывает неодновременность работы различных электроприемников и для жилых зданий обычно составляет 0,6-0,7, для офисных помещений 0,6-0,8, для производственных объектов 0,75-0,85. Коэффициент мощности для современного оборудования принимается в диапазоне 0,8-0,9. Для объектов первой категории надежности рекомендуется закладывать запас мощности 15-20% для обеспечения возможности подключения дополнительных нагрузок.
Рассмотрим многоквартирный жилой дом с установленной мощностью электроприемников 200 киловатт. При коэффициенте спроса 0,65 и коэффициенте мощности 0,85 расчетная мощность составит 200 × 0,65 / 0,85 = 153 киловатта. С учетом запаса 15% требуемая мощность дизель-генератора составит 176 киловатт или 220 киловольт-ампер. Для данного объекта целесообразен выбор установки номинальной мощностью 200-250 киловольт-ампер.
Дизель-генераторные установки могут работать в двух основных режимах. Режим основной мощности предполагает непрерывную работу с переменной нагрузкой в течение неограниченного времени, при этом средняя нагрузка за период не должна превышать 70% от номинальной мощности. Режим резервной мощности допускает работу до 500 часов в год с ограничением 300 часов непрерывной работы, при этом допускается кратковременная перегрузка на 10% в течение одного часа из двенадцати.
Для объектов с категорией надежности первой группы дизель-генератор должен иметь возможность принятия полной нагрузки в течение 10-15 секунд после запуска. Это накладывает дополнительные требования к системе предпускового подогрева, емкости аккумуляторных батарей и настройкам автоматики управления.
Расход дизельного топлива является одним из ключевых эксплуатационных параметров, определяющих экономическую эффективность использования дизель-генераторной установки. Удельный расход топлива современных дизельных двигателей составляет от 200 до 260 граммов на киловатт-час вырабатываемой электроэнергии при нагрузке 75% от номинальной. С учетом плотности дизельного топлива 840-860 килограммов на кубический метр это соответствует расходу 0,24-0,31 литра на киловатт-час.
Фактический расход топлива зависит от нескольких факторов. Нагрузка генератора оказывает существенное влияние: при работе на 60-80% номинальной мощности обеспечивается наиболее экономичный режим с расходом 0,22-0,28 литра на киловатт-час. При снижении нагрузки до 40% и менее расход возрастает до 0,30-0,40 литра на киловатт-час из-за снижения коэффициента полезного действия двигателя. Качество применяемого топлива влияет на расход: низкосортное дизельное топливо снижает эффективность на 5-15%.
Температура окружающего воздуха оказывает значительное влияние на работу дизель-генератора. При отрицательных температурах вязкость дизельного топлива увеличивается, что ухудшает распыление и смесеобразование, приводя к повышению расхода на 8-12%. Для работы в зимних условиях применяется зимнее дизельное топливо с температурой застывания не выше минус 35 градусов Цельсия или арктическое топливо для температур до минус 50 градусов.
Износ основных узлов двигателя приводит к увеличению расхода топлива. Износ поршневой группы, нагар на форсунках, деформация распылителей топливных форсунок могут увеличить расход на 15-25% по сравнению с новым двигателем. Регулярное техническое обслуживание с заменой топливных и масляных фильтров каждые 500 моточасов позволяет поддерживать расход топлива на нормативном уровне.
Современные дизельные двигатели с системой впрыска Common Rail и турбонаддувом обеспечивают расход топлива на 8-12% ниже двигателей предыдущего поколения. Применение электронного управления подачей топлива позволяет оптимизировать работу двигателя на всех режимах нагрузки, обеспечивая экономию топлива до 15% при частичных нагрузках.
Система автоматического ввода резерва обеспечивает контроль напряжения на основном вводе, автоматический запуск дизель-генератора при пропадании или недопустимом отклонении параметров сетевого напряжения и переключение нагрузки на резервный источник после его выхода на рабочий режим. Устройство АВР включает в себя реле контроля напряжения, контакторы или автоматические выключатели с моторным приводом для коммутации цепей, контроллер управления генератором и защиты от встречного включения источников.
Алгоритм работы системы АВР следующий: при обнаружении отклонения параметров основной сети за пределы допустимых значений устройство выдает команду на запуск дизель-генератора. После запуска двигателя и достижения генератором номинальных значений напряжения и частоты производится выдержка времени для стабилизации параметров, затем отключается основной ввод и включается ввод от генератора. При восстановлении параметров основной сети происходит обратное переключение с выдержкой времени для охлаждения двигателя на холостом ходу перед остановом.
Время автоматического запуска дизель-генератора складывается из нескольких составляющих. Время прокрутки стартера до момента запуска двигателя составляет 3-8 секунд в зависимости от температуры окружающей среды и технического состояния оборудования. Время выхода двигателя на номинальную частоту вращения занимает 2-5 секунд. Время стабилизации напряжения и частоты генератора до значений, допускающих подключение нагрузки, составляет 3-7 секунд. Время срабатывания коммутационного аппарата АВР составляет 0,5-3 секунды.
Таким образом, общее время восстановления электроснабжения для электроприемников первой категории составляет 10-20 секунд, для второй категории 20-45 секунд при автоматическом переключении. Для потребителей первой категории особой группы, где недопустим даже кратковременный перерыв питания, применяются источники бесперебойного питания, обеспечивающие непрерывность электроснабжения на период запуска и переключения на дизель-генератор.
Системы АВР различаются по количеству вводов и алгоритму работы. Двухвводные системы обеспечивают переключение между основной сетью и одним резервным источником. Трехвводные системы позволяют подключать две независимые линии электропередачи и резервный генератор, что соответствует требованиям для электроприемников первой категории особой группы. Многовводные системы применяются при параллельной работе нескольких генераторов или при наличии нескольких независимых секций шин.
По способу управления различают системы с самовозвратом, когда при восстановлении основной сети происходит автоматическое переключение нагрузки обратно, и системы с работой на двух независимых вводах, когда переключение происходит только при отказе работающего источника. Последний вариант предпочтителен для мощных дизель-генераторов, способных длительное время работать без дозаправки.
Емкость встроенного топливного бака определяет время автономной работы дизель-генератора без дозаправки. Стандартная комплектация установок мощностью до 100 киловатт включает бак емкостью 200-260 литров, что обеспечивает работу в течение 6-10 часов при нагрузке 75%. Для генераторов мощностью 200-300 киловатт типовая емкость составляет 400-600 литров, обеспечивая автономность 8-12 часов. Установки мощностью 500 киловатт и выше могут комплектоваться баками до 1000-1500 литров.
Для объектов с требованием длительной автономной работы применяются внешние топливные емкости. Расчет требуемого объема производится исходя из расхода топлива при расчетной нагрузке и требуемого времени автономной работы с учетом коэффициента запаса 1,1-1,15. Например, для обеспечения работы генератора 100 киловатт в течение 24 часов при нагрузке 75% требуется объем топлива 24 литра в час × 24 часа × 1,15 = 660 литров.
Внешние топливные емкости выполняются в виде наземных или подземных резервуаров. Наземные емкости устанавливаются на бетонное основание с обваловкой для предотвращения растекания топлива при разгерметизации. Подземные резервуары требуют устройства приямка и системы откачки грунтовых вод. Материал емкостей — стальные листы толщиной 4-6 миллиметров с антикоррозионным покрытием или стеклопластиковые баки для подземной установки.
Для увеличения времени непрерывной работы без обслуживания применяются системы автоматической дозаправки топлива из внешней емкости во встроенный бак дизель-генератора. Система включает топливный насос с производительностью 30-50 литров в минуту, датчик уровня топлива в баке генератора, обратный клапан для предотвращения слива топлива и фильтр грубой очистки. Контроллер управления запускает насос при снижении уровня топлива до минимального значения и отключает при достижении максимального уровня.
Система автоматической дозаправки позволяет обеспечить непрерывную работу дизель-генератора в течение нескольких суток без участия персонала, что критично для объектов первой категории надежности. Объем внешней топливной емкости выбирается исходя из требуемого времени автономной работы между плановыми дозаправками, обычно 72-168 часов.
Параллельная работа нескольких дизель-генераторов позволяет создать энергосистему с повышенной надежностью и гибкостью управления нагрузкой. Для подключения генератора на параллельную работу необходимо соблюдение условий синхронизации: равенство напряжений подключаемого генератора и работающей сети с отклонением не более 1-5%, совпадение частот с разницей не более 0,1 герца, совпадение чередования фаз и угол сдвига фаз между источниками не более 10 градусов.
Процесс синхронизации может выполняться тремя способами. Точная синхронизация предполагает подключение генератора в момент совпадения фаз при выравненных напряжении и частоте, что обеспечивает минимальные переходные токи. Самосинхронизация применяется при разгоне двигателя до околосинхронной скорости с последующей подачей возбуждения после подключения к сети. Грубая синхронизация через индуктивное сопротивление допускает подключение при приблизительно равных параметрах, окончательное выравнивание происходит за счет демпфирования переходного процесса индуктивностью системы.
Для обеспечения параллельной работы дизель-генераторы оснащаются специализированными контроллерами управления с функцией синхронизации. Контроллер осуществляет измерение параметров сети и генератора, управление частотой вращения двигателя через регулятор подачи топлива, управление возбуждением генератора через автоматический регулятор напряжения и выдачу команд на включение и отключение силовых выключателей.
Несколько контроллеров объединяются в сеть с использованием аналоговой или цифровой шины обмена данными. Это позволяет осуществлять координированное управление мощностью всех работающих генераторов, обеспечивая равномерное распределение нагрузки. Точность распределения активной мощности составляет 5-10%, реактивной мощности 10-15% от номинального значения каждого генератора.
Параллельная работа дизель-генератора с основной сетью электроснабжения может осуществляться в нескольких режимах. Режим кратковременного резервирования предполагает запуск генератора при отказе сети, синхронизацию и переключение нагрузки на резервный источник без разрыва питания. Режим длительной параллельной работы применяется при недостаточной мощности основной сети, генератор работает параллельно с сетью постоянно или в часы пиковой нагрузки.
Режим экспорта мощности в сеть используется на объектах с собственной генерацией, где излишки вырабатываемой электроэнергии могут передаваться во внешнюю сеть. Режим островной работы предполагает отключение от внешней сети и питание всей нагрузки объекта от собственных генераторов. Переход между режимами осуществляется автоматически по заданным алгоритмам управления мощностью.
Дизель-генераторы нулевой степени автоматизации обеспечивают базовый уровень автоматических функций: автоматическое регулирование частоты вращения и температуры в системах охлаждения, автоматическое регулирование напряжения, местное или дистанционное управление пуском и остановом, автоматический подзаряд аккумуляторных батарей и индикацию контролируемых параметров. Пуск и останов осуществляются оператором вручную.
Первая степень автоматизации дополнительно включает автоматическую аварийно-предупредительную сигнализацию и защиту, обеспечивающую останов двигателя при превышении критических значений температуры или падении давления масла. Панель управления обеспечивает контроль основных параметров работы. Такие установки применяются в качестве резервных источников для объектов третьей категории надежности с постоянным присутствием обслуживающего персонала.
Вторая степень автоматизации обеспечивает дистанционный автоматический запуск по сигналу от устройства автоматического ввода резерва, автоматический прием нагрузки, автоматизацию совместной работы при параллельном подключении и бесперебойную работу без участия персонала в течение 50 часов. Система управления включает контроль напряжения на основном вводе, автоматический запуск двигателя при пропадании сетевого напряжения, контроль выхода генератора на рабочий режим, подачу команды на переключение нагрузки и автоматическую остановку при восстановлении основной сети.
Дизель-генераторы второй степени автоматизации применяются для объектов второй и первой категории надежности. Время автономной работы 50 часов определяется емкостью встроенного топливного бака и требует дозаправки каждые 2 суток при непрерывной работе под нагрузкой.
Третья степень автоматизации предусматривает работу без обслуживания в течение 240 часов с автоматическим пополнением расходных емкостей топлива, масла, охлаждающей жидкости. Дополнительно к функциям второй степени реализованы: система автоматической дозаправки топлива из внешней емкости, автоматизированное управление вспомогательными агрегатами, поддержание температуры охлаждающей жидкости в дежурном режиме для обеспечения быстрого запуска и автоматическая подзарядка аккумуляторных батарей.
Четвертая степень автоматизации обеспечивает работу до 375 часов без обслуживания с расширенным функционалом диагностики и управления. Дополнительные функции включают систему дистанционного мониторинга и управления с передачей данных по каналам связи, прогнозирование технического состояния оборудования на основе анализа трендов изменения параметров, автоматическое ведение журнала событий и наработки моточасов, возможность программирования сложных алгоритмов управления и взаимодействия с другими системами объекта.
Системы четвертой степени автоматизации применяются на крупных энергетических комплексах с несколькими параллельно работающими генераторами, где требуется координированное управление мощностью, автоматическое распределение нагрузки между агрегатами и возможность удаленного контроля состояния оборудования.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.