ЧАСТНЫЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПОСТРОЕНИЕМ И

ЧАСТНЫЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПОСТРОЕНИЕМ И РАБОТОЙ
ДИЗЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ - ДЭС И ИСТОЧНИКА БЕСПЕРЕБОЙНОГО
ПИТАНИЯ - ИБП (СИСТЕМЫ «ДЭС-ИБП»)
М.И. Цыркин, А.Я. Гольдинер, А.И. Любельский, К.А. Тюляков, С.В. Соколов, ТХ
«Электросистемы» Круг А.Е. АО «Электросила»
http://www.electrosystems.ru/
1. На ДЭС, предназначенных для работы совместно с ИБП, устанавливают, как
правило, электронные регуляторы частоты вращения и электронные с постоянным
подмагничиванием регуляторы напряжения (возбуждения). Приводимые в литературе [6]
сведения о применении на них регуляторов нагрузки являются ошибочными: последние
используются только на тепловозах. Что же касается собственно нагрузки, то она
определяется потребителями (по виду - активная или реактивная и по величине), для
каждой системы «ДЭС-ИБП» является данностью и не может «регулироваться».
Устройство нормированного подключения нагрузки не является регулятором, оно
определяет темп нагружения ДЭС, заменяя одномоментный («мгновенный») наброс
нагрузки ее плавным увеличением и предотвращая перегрузку ДЭС в переходном
режиме. Попутно отметим, что это устройство является принадлежностью ИБП, а не
ДЭС.
2. Источник бесперебойного питания является нелинейной комплексной нагрузкой
для ДЭС. Искажение формы кривых тока и напряжения приводит к добавочным потерям
в ферромагнитных участках магнитной цепи и, как следствие, к увеличению нагрева
обмотки и железа генератора.
Как правило, синхронные дизельные генераторы, предназначенные для работы на
линейную нагрузку при cos = 0,8, имеют запасы по нагреву обмотки и железа статора
25…30% и не имеют больших запасов по нагреву обмотки возбуждения. Однако, при
работе ДЭС на источник бесперебойного питания, коэффициент мощности генератора
примерно равен 0,9…0,95, его ток возбуждения меньше номинального на 30…35% и,
следовательно, количество выделяемого в обмотке возбуждения тепла не превышает 50%
номинального значения. Соответственно, проблем с нагревом обмотки возбуждения не
возникает. Из сказанного следует, что генераторы, спроектированные для работы на
линейную нагрузку, могут, как правило, использоваться в составе ДЭС для работы на
номинальной мощности на источник бесперебойного питания. При этом повышение
температуры обмоток и железа не выходит за пределы норм, оговоренных ГОСТ 183
«Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования».
3. В ряде случаев при подключении ИБП, не имеющих устройств программного
подключения («мгновенный» наброс) или имеющих входной фильтр, наблюдается
кратковременное снижение («провал») напряжения, приводящее к отключению ИБП от
ДЭС. Этот «провал» вызывается увеличенной нагрузкой, подключаемой к ДЭС, которая
существенно больше входной мощности ИБП, т.к. расходуется не только на обеспечение
нужд потребителей, но и компенсацию затраченной аккумуляторной батареей ИБП
энергии, а также заряд входных цепей ИБП (фильтров).
С целью уменьшения «провала» напряжения и времени его восстановления
представляется целесообразной замена в ДЭС штатных генераторов на генераторы
повышенной мощности при неизменной мощности дизелей. В результате такой замены
при неизменном (по абсолютной величине) набросе нагрузки, загрузка генератора (в
процентах от мощности) будет меньшей, а, следовательно, меньшими будут «провал»
напряжения и время его восстановления.
4. Приводимые в литературе [6] соображения о том, что потребляемый ИБП ток,
имеющий пульсирующий (импульсный) характер, приводит к снижению динамической
устойчивости системы автоматического регулирования «частота вращения - напряжение нагрузка», являются, по мнению авторов, спорными, а предлагаемое решение увеличение мощности ДЭС - неоправданным.
Дело в том, что:
- как уже было сказано, системы регулирования нагрузки на дизель-генераторах,
предназначенных для работы совместно с ИБП, вообще не применяют (используются
только на тепловозах);
- постоянная времени регулятора возбуждения генератора - Тrв существенно
меньше постоянной времени регулятора частоты вращения ДГ - Тrд, так что последний
при работе дизель-генератора на ИБП не реагирует на отдельные импульсы тока,
воспринимая их как осредненную нагрузку и соответственно на нее реагируя.
Сказанное подтверждается анализом наблюдавшихся случаев неустойчивой
работы системы, который показал, что причинами являлись:
а) кратковременная перегрузка ДЭС в момент переключения ИБП, не имеющего
устройства программного подключения и оборудованного входным фильтром, на работу
от ДЭС с генератором недостаточной мощности. При этом недопустимо снижались
напряжение и частота вращения и ИБП вновь переходил на питание нагрузки от
аккумуляторных батарей. После восстановления напряжения на клеммах генератора
вновь происходило переключение ИБП на работу от ДЭС, после чего все повторялось.
Очевидно, что какого-либо отношения к работе системы автоматического регулирования
«частота вращения - нагрузка» и, в частности, снижению ее динамической устойчивости,
этот процесс не имел.
в) дефект конкретного генератора, что, естественно, также не было связано с
видом нагрузки.
Замена генератора полностью ликвидировала неустойчивую работу системы.
с) недостаточное быстродействие регулятора напряжения. В этом случае нагрузка
также была линейной, а неустойчивая работа системы исключена заменой регулятора на
быстродействующий.
Кроме изложенного, в эксплуатации наблюдались два-три случая повышенной
низкочастотной модуляции (с частотою 10…12 Гц), не влияющей на работу
оборудования, но приводящей к «мерцанию» осветительных люминисцентных ламп.
Из сказанного следует, что вид нагрузки не оказывает определяющего влияния на
поведение системы регулирования «частота вращения - напряжение», хотя полностью
исключить его влияние без проведения дополнительных исследований и
экспериментальных проверок было бы неверно.
Что же касается соотношения мощностей ДЭС и ИБП, то они должны находиться
в пределах, указанных в [1].
Литература
1. Цыркин М.И., Гольдинер А.Я., Тюляков К.А. Режимы работы и определение
оптимальной мощности ДЭС в системе «ДЭС-ИБП». Электросистемы, 2001, №1(3) стр.811 (специализированное издание по энергетике и системам бесперебойного
электропитания).
2. Цыркин М.И., Гольдинер А.Я., Тюляков К.А. Совместная работа дизельной
электростанции (ДЭС) и источника бесперебойного питания (ИБП). Системы «ДЭСИБП». Двигателестроение, 2000, № 2 (200), стр. 6-8.
3. Цыркин М.И., Гольдинер А.Я., Тюляков К.А., Соколов С.В. Системы «ДЭСИБП». Согласование работы дизельной электростанции (ДЭС) и источника
бесперебойного питания (ИБП). Двигателестроение, 2000, № 4 (202), стр. 6-7.
4. Попов Е.П. Автоматическое регулирование. Государственное издание техникотеоретической литературы, М., 1956.
5. Левин М.И. Автоматизация судовых дизельных установок. Судостроение, Л.,
1969 г.
6. Антипов М., Пожидаев В. Оптимизация малой электроэнергетики. Экспресс
Электроника, 2000, № 5, стр.38-40.