НИЖЕГОРОДСКИЙ ФИЛИАЛ ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

В. Г. СУГАКОВ

ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

ВОЕННЫХ ПЕРЕДВИЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Рецензент – полковник И. Э. Ковалёв, кандидат технических наук,

доцент, начальник научно-исследовательского отдела

В. Г. Сугаков – полковник, доктор технических наук, профессор,

начальник кафедры электрификации и автоматизации

СУГАКОВ В. Г. Основы автоматизации военных передвижных источников электрической энергии. - Кстово: НФВИУ, 2003. 168 с. Бесплатно

Учебное пособие предназначено для курсантов специальности В, изучающих дисциплины «Передвижные источники электрической энергии» и «Устройство и эксплуатация передвижных электростанций». Пособие подготовлено в полном соответствии с учебными программами этих дисциплин и содержит материал для изучения раздела «Автоматическое управление ПЭС». В работе рассмотрены алгоритмы управления, средства автоматизации и типовые схемы передвижных источников электрической энергии мощностью от 30 до 630 кВт, автоматизированных по первой и третьей степеням, которые нашли наиболее широкое применение в войсках.

Учебное пособие может быть использовано в ходе курсового и дипломного проектирования курсантами специальности В и для углубленного изучения передвижных источников курсантами других специальностей.

Работа рассмотрена на заседании кафедры 24, одобрена научно-методическим и учёным советами НФВИУ и рекомендована к изданию и использованию в образовательном процессе.

ВВЕДЕНИЕ

Большое количество потребителей электрической энергии в силу специфичности выполняемых задач получают питание от передвижных источников. Причиной тому могут служить удаленность от промышленной сети электроснабжения и необходимость резервирования на случай выхода её из строя. К числу таких потребителей относится целый ряд объектов народного хозяйства, а для большинства военных объектов и комплексов вооружения передвижные источники электрической энергии (ПИЭЭ) являются основным средством электропитания.

Свыше 70 % электротехнических средств (ЭТС), находящихся в настоящее время на снабжении ВС РФ, выполняют задачи по непосредственному обеспечению электроэнергией важных, с оперативно-тактической точки зрения, комплексов вооружения и военной техники, в числе которых ракетные, артиллерийские, зенитно-ракетные, связи, автоматизированной системы управления войск, радиоэлектронной борьбы и т. д.

В настоящее время в России выпускается и эксплуатируется обширная номенклатура ПИЭЭ, из которых 180 находится на снабжении ВС.

Номенклатура автоматизированных передвижных источников электрической энергии включает передвижные электростанции (ПЭС) и входящие в их состав электроагрегаты (ЭА) мощностью от 8 кВт напряжением 230 и 400 В частотой 50 и 400 Гц.

По объему автоматически выполняемых операций и продолжительности работы без вмешательства персонала различают нулевую и три (первая, вторая и третья) степени автоматизации ПИЭЭ. Ниже будут рассмотрены принципиальные электрические схемы цепей управления наиболее распространенных электроагрегатов и передвижных электростанций, автоматизированных по первой и третьей степеням одно- и двухагрегатного состава.

1. Общие сведения об автоматизации передвижных электростанций

1.1. Передвижные электростанции как объект автоматизации

ПЭС применяются в качестве автономных, резервных или аварийных источников электроэнергии. Широкое использование передвижных источников электроэнергии для электроснабжения различных комплексов вооружения и инженерных работ предъявляет высокие требования к качеству электроэнергии и бесперебойности электроснабжения от ПЭС и ЭА, так как от них зависит нормальное функционирование этих объектов.

С участием ПИЭЭ одновременно осуществляются процессы генерирования, распределения и потребления электроэнергии. Быстротечность и взаимосвязь электромагнитных и электромеханических процессов в ЭА оказывают существенное влияние на совместную работу систем поддержания нормального режима работы, регулирования напряжения и частоты. Наряду с этим, важными особенностями ПЭС как объекта автоматизации являются: необходимость поддержания ЭА в постоянной готовности к пуску и быстрому приему нагрузки, синхронизации и включения на параллельную работу с аналогичным источником или с промышленной сетью; необходимость длительного функционирования без обслуживания и ремонта в полевых условиях; размещение оборудования ПЭС в ограниченном объеме кузовов автомобилей и прицепов.

Указанные особенности ПЭС, высокие требования к качеству вырабатываемой электроэнергии, отсутствие в определенных условиях обслуживающего расчета обусловливают необходимость автоматизации ПЭС.

Автоматизированными ПИЭЭ называют источники электроэнергии, снабженные средствами автоматизации.

Средства автоматизации в совокупности с объектом автоматизации образуют систему автоматического управления (САУ), которая производит автоматическое управление, регулирование, контроль и защиту ЭА и других систем ПЭС без непосредственного участия человека-оператора.

В ПИЭЭ различают автоматическое, ручное и дистанционное управление.

Автоматическим называется управление, которое осуществляется по сигналам системы автоматического управления, в результате чего происходит автоматическое выполнение функционально связанных операций, предусмотренных алгоритмом управления.

Ручным называется управление, которое осуществляется путем непосредственного воздействия человека-оператора на органы управления ПИЭЭ в соответствии с алгоритмом управления.

Дистанционным называется управление, которое осуществляется посредством воздействия человека-оператора на органы управления, находящиеся на дистанции, в результате чего происходит автоматическое выполнение операций, предусмотренных алгоритмом управления.

Структурная модель ПИЭЭ объединяет структурные модели первичного двигателя (ПД), генератора, силовой схемы и схемы устройств собственных нужд, каждая из которых имеет определенный набор объектов управления.

Схема структурной модели первичного двигателя в общем случае может содержать 16 объектов управления.

К их числу отнесены: воздушная заслонка, или аварийное стоп-устройство; подогревательный элемент, плунжерные пары топливного насоса высокого давления или дроссельная заслонка с приводом от рабочего стоп-устройства и регулятора частоты вращения, топливный электрический прокачивающий и маслопрокачивающий насосы, выключатель гидромуфты привода вентилятора, электродвигатель насосного агрегата, электрический топливный клапан и запальное устройство жидкостного подогревателя, электронагревательный элемент; тяговое реле или контактор стартера; устройство подзарядки стартерных аккумуляторов, запорный кран баллона сжатого воздуха и воздушный пусковой кран, регулятор опережения и аппарат включения зажигания.

Структурная модель генератора включает в свой состав 2 объекта управления: устройство начального возбуждения и устройство гашения поля.

В состав элементов структурной модели силовой схемы включены 7 объектов управления. В их число входят: коммутационные аппараты линии генератора и сети, аппарат включения нейтрали, привод органа установки напряжения, выключатель статизма, выключатель уравнительных соединений и синхронизатор.

В структурной модели схемы устройств собственных нужд ПЭС в общем случае присутствуют 14 объектов управления. Среди них могут быть: переключатель питания с генератора на внешний источник, коммутационные аппараты зарядных устройств для стартерных аккумуляторных батарей и батарей питания цепей автоматики, коммутационные аппараты электродвигателей закачки масла и топлива; коммутационные аппараты нагревательных элементов масла, охлаждающей жидкости и электрической печи; коммутационный аппарат электродвигателя вентилятора ПД, коммутационный аппарат электродвигателя привода радиаторного люка на закрытие и на открытие, переключатель питания освещения с переменного на постоянное напряжение; коммутационный аппарат электродвигателя привода вентиляционного люка на закрытие и на открытие.

В общем случае на систему автоматического управления ПИЭЭ может быть возложено выполнение следующих основных операций и функций: регулирование частоты, напряжения и теплового режима первичного двигателя; защита от коротких замыканий и перегрузок, подзарядка аккумуляторных батарей, распределение активной и реактивной мощности, дистанционное управление и контроль пуска и остановки, аварийно-предупредительная сигнализация; защита двигателя от разноса, перегрева охлаждающей жидкости и масла, снижения давления масла, уровня охлаждающей жидкости в двигателе, масла и топлива в расходных баках; защита при аварии цепей генератора и возбуждения, при появлении потенциала на корпусе и обратной мощности; возбуждение и гашение поля генератора, экстренный пуск; пуск для ввода резерва, резервирования сети и самопрогрева; приём нагрузки с синхронизацией; остановка по аварийным параметрам, после ввода сети, самопрогрева и снижения нагрузки; пополнение ёмкостей топлива, масла и сжатого воздуха; управление подогревом двигателя и кузова, вентиляцией кузова и люками‮

Кроме приведенного перечня 40 основных операций и функций управления системы могут обеспечивать выполнение ряда не основных операций, например, переключение цепей собственных нужд с аккумуляторных батарей на генератор, объединение и разъединение аккумуляторных батарей питания цепей ручного и автоматического управления, включение и отключение режима светомаскировки и т. д.

Системы автоматического управления современных передвижных источников электрической энергии с поршневыми двигателями внутреннего сгорания и водовоздушной системой охлаждения обеспечивают автоматическое выполнение от 16 до 35 основных операций управления.

Схемы САУ существующих ПИЭЭ содержат от 10 до 109 реле и контакторов с общим числом контактов от 27 до 389.

Расход аппаратных средств на обеспечение выполнения одной операции управления в схемах современных автоматизированных ПЭС носит случайный характер и подчиняется нормальному закону распределения.

Математическое ожидание расхода на обеспечение выполнения одной основной операции управления составляет 1,45 реле и 4,51 контактов.