ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Основные элементы, представленные на рисунке:

-        Дизельный двигатель.

-        Электромагнитная муфта сцепления.

-        Специальная бесщеточная вращающаяся машина, называемая стато-генератором переменного тока, состоит из:

-        синхронного генератора переменного тока;

-        аккумулятора кинетической энергии с однократным возбуждением.

-        Силовой шкаф, содержащий автоматы защиты входной, выходной и обходной цепи, дроссель (катушку индуктивности) и вспомогательное оборудование для защиты и управления.

-        Панель управления, содержащая программируемый логический контроллер с сенсорным дисплеем, коммутационные аппараты, реле, устройства защиты, платы электронных схем, предназначенные для управления и контроля работы всех блоков системы.

Описание работы  ДДИБП.

Особенности работы ДДИБП.

ДДИБП обеспечивает:

-        бесперебойное снабжение электроэнергией потребителей в случае выхода из строя внешней сети;

-        высокое качество поставляемой электрической энергии (устраняет скачки напряжения, выполняет синхронизацию фаз и т.д.)

-        Обычный дизельный электрогенератор при пропадании электросети запускается в течении 30 секунд. При работе ДДИБП время выхода на режим работы равно времени срабатывания автоматов переключения и составляет 0.004 сек.

ДДИБП состоит из:

-        дизельного двигателя

-        механического накопителя энергии

-        электромашины (электродвигатель / генератор)

Обозначения:

Q1-Q3 – переключатели ; D1 – дроссель; 

 ДДИБП предусматривает следующие режимы работы:

Работа при наличии сетевого питании

При нормальной работе (присутствует сетевое питание), входной (D1) и выходной (D2) выключатели замкнуты, автоматический байпас (D3) разомкнут и система питает критические нагрузки.

Синхронный генератор работает в качестве электродвигателя. Вал генератора переменного тока вращается со скоростью 1500 об./мин, в то время как аккумулятор кинетической энергии работает со скоростью 2950 об./мин.

Во время такой «нормальной» работы, которая обычно составляет 99,9% всего рабочего цикла, система делает следующее:

Устраняет все микро-перебои. Система устраняет все микро-перебои длительностью менее 50 мс, даже при 100% нагрузке, без запуска дизельного двигателя.

Регулирует напряжение в системе. При появлении колебаний напряжения электронная система регулировки напряжения воздействует на ток возбуждения синхронного генератора. Подаваемое напряжение автоматически поддерживается на уровне номинального значения ± 1%. При изменении напряжения питания больше чем ± 10% разомкнется входной выключатель и запустится дизельный двигатель.

Улучшает коэффициент мощности.  Перевозбуждение синхронного генератора обеспечивает потребление нагрузкой всей реактивной мощности. Это означает, что коэффициент мощности всей системы близок к единице. Синхронный генератор переменного тока является прекрасной заменой подключению критичных нагрузок к блоку емкостей, и в тоже время позволяет избежать всех проблем связанных с использованием блока емкостей.

Фильтрует переходные процессы.  Система «индуктивность - синхронный генератор» разделяет систему и нагрузку при появлении быстрых или гармонических переходных процессов.

С одной стороны, нагрузка защищена от возмущений напряжения сетевого питания (перенапряжение из-за разрядов молнии, пиков при переключении, гармонического напряжения) и, даже в случае очень неустойчивой сети, позволяет подавать на нагрузку напряжение очень высокого качества.

С другой стороны, пики потребления питания (запуски двигателей, короткие замыкания и т.д.) и гармонические токи, вызванные нагрузкой (в случае нелинейности) фильтруются системой No-Break KS®. Таким образом, сильно уменьшается негативное влияние критических нагрузок на сетевое питание.

Выполняя все вышеописанные функции обеспечения качества питания, система работает с очень высоким КПД (от 93 до 99%): фактически, потребляемая нагрузкой активная мощность не проходит через синхронный генератор (генератор работает просто как автономный электродвигатель). Электромашина получает энергию от сети, поддерживает вращение механического накопителя, запасая энергию на период сбоев в электроснабжении.

Пропадание внешнего электроснабжения.

При потере внешнего электроснабжения, механический накопитель энергии вращается, передавая накопленную энергию электромашине, работающей как генератор.

Происходит запуск ДГУ, который раскручивается на холостом ходу и начинает набирать обороты.

Входной выключатель размыкается сразу, как только обнаружен отказ сетевого питания.

Тут же синхронный генератор, который работал как электродвигатель, переходит в режим работы в качестве генератора, при этом панель управления модулирует индуктивную связь между главным валом генератора и ротором аккумулятора кинетической энергии, питание критичных нагрузок осуществляется без существенных возмущений напряжения (менее 5% по напряжению и менее 1% по частоте).

Одновременно с размыканием входного выключателя, электрический стартер начинает проворачивать двигатель.

Примерно через 1 секунду электромагнитная муфта сцепления плавно замыкается, тем самым обеспечивается соединение дизельного двигателя с генератором.

Дизельный двигатель быстро принимает нагрузку, а электронный регулятор скорости поддерживает постоянную скорость, обеспечивая механическую энергию необходимую для получения активной мощности нужной для нагрузки.

С этого момента и далее аккумулятор кинетической энергии постепенно возвращается к своей установленной скорости. Как только сетевое питание возвращается в норму, и при этом аккумулятор кинетической энергии развил нужную скорость, система возвращается к нормальной работе. Дизельный двигатель работает без нагрузки, чтобы остыть перед остановкой.

Работа от ДГУ.

Дизельгенератор набрал необходимые обороты, через обгонную муфту происходит сцепление с механическим накопителем энергии, а через него и электромашиной в режиме генератора.

Возврат в нормальный режим работы

При появлении внешней сети, дезельгенератор отключается, электромашина работает в режиме электродвигателя и восстанавливает обороты механического накопителя

Для группы ДДИБП, работающих параллельно процесс распределения нагрузки осуществляется следующим образом. Каждый генератор обладает наклонной характеристикой (зависимость выдаваемого напряжения от мощности нагрузки), которая выставляется и настраивается в регуляторе контроля напряжения (блок в шкафу UCP).

Наклонная характеристика каждой машины идентична, что означает, что вся нагрузка между машинами работающими в параллель (подключёнными к одной шине) распределяется равномерно.

В нормальном режиме работы (без дизельного двигателя) при нагрузке равной 0% ДДИБП выдают на общую шину напряжение равное ~420В (400В +5%). С ростом нагрузке напряжение на шине понижается, достигая 380В при 100% нагрузке.

В случае работы установок в дизельном режиме определяющим является поддержание (стабильность) частоты. Блок синхронизации DiCon, расположенный в шкафу UCP осуществляет контроль частоты вращения дизеля и генератора на заданном уровне (1500 об./мин.). В случае изменения электрической нагрузки на генераторе модуль синхронизации управляет подачей топлива в двигатель, удерживая частоту вращения установки на заданном уровне в пределах нагрузочной характеристики генератора.

Гарантия запуска двигателя

Опыт, полученный при эксплуатации дизель - генераторов, показал, что слабым моментом использования является отсутствие гарантии запуска дизельного двигателя. Причинами отказов запуска обычно являются неисправности стартера, отказ батареи, проблемы с техническим обслуживанием и т.д.

Система No-Break KS® (предлагаемая одним из производителей) решает подобные проблемы посредством решения, которое обеспечивает резервный цикл запуска.

Даже если дизельный двигатель не запустится после размыкания входного выключателя, муфта все же замкнется и механически соединит генератор с дизельным двигателем. Затем аккумулятор кинетической энергии заставит дизельный двигатель запуститься. Данная процедура принудительного запуска может периодически иметь место и не окажет негативного эффекта на муфту или на дизельный двигатель.

Пример:

1. Исходные технические данные для разработки.

Требования к функциональным свойствам системы.

Контейнеры для ДДИБП должны быть изготовлены в климатическом исполнении УХЛ, категория размещения 1 в соответствии с ГОСТ 15150-69 и предназначена для эксплуатации при следующих значениях параметров воздействия внешних окружающих факторов:

интервал температур от минус -60°С до плюс 40°С;

относительная влажность воздуха до 98% при температуре плюс 25°С;

запыленность воздуха до 0,01 г/м3;

дождь, иней, снег, роса.

Постоянное пребывание обслуживающего персонала внутри контейнера во время работы установки – не предусмотрено.

Постоянное пребывание обслуживающего персонала внутри контейнера предусматривается только во время проведения регламентных и ремонтных работ, при подготовке ДДИБП к запуску и проведении послеостановочных операций, а также при периодическом визуальном контроле работы ДДИБП.

ДДИБП (как пример HITEC).

ДДИБП  HITEC- Mitsubishi S16R-F1PTAW2 состоит из:

ДДИБП на базе дизельного двигателя Mitsubishi S16R-F1PTAW2 1 шт.,  включая:

-        Щит PGM (щит управления двигателем)

-        Панель RSP (панель резервного пуска)

-        Щит UCP (щит управления установкой ДДИБП)

-        Щит ACP (щит управления доп. оборудованием, включая управление вентиляцией)

-        Щит с выключателем Q12

-        Панель URP («Дроссель»)

-        Щит MPB (щит главный силовой)

-        Аккумуляторные батареи (кол-во определяется производителем ДДИБП).

Зарядное устройство.

Основные технические характеристики (информационный материал) ДДИБП HITEC  приведены в таблице 1.

Таблица 1

-        Глушителя индустриального Г- образного исполнения  1 шт.

-        Радиатора с электрическими вентиляторами -  1 шт.

-        Фильтра каталитической очистки - 1 шт.

-        Контейнера цельносварного утепленного, оборудованного следующими инженерными системами:

-        воздухоснабжения и вентиляции;

-        топливоснабжения внутри контейнера (бак 1000 л, запорная арматура и трубопроводы);

-        трубопроводов охлаждения;

-        отопления (электрические конвекторы);

-        газовыхлопа;

-        освещения (рабочая, аварийная, ремонтная);

-        пожарно-охранной сигнализации;

-        пожаротушения газового типа на сжиженном газе «3M TMNovecTM 1230»;

-        управления (щит собственных нужд, приборы КИПиА, кабели и лотки);

-        питания собственных нужд (кабели и лотки);

-        вывода электрической мощности (кабели и лотки);

-        заземления;

-        молниезащиты.

Основное и вспомогательное оборудование ДДИБП смонтировано в утепленном контейнере специальной конструкции, который изготовлен в габаритах 12000 х 3000 х 3000 мм. Утепление выполнено с помощью теплоизоляционного  негорючего материала  "ISOROC" толщиной 100мм, обернутого в пароизоляционную пленку, внутренняя обшивка выполняется перфорированным листом, пол – рифленый стальной лист. Внутреннее помещение контейнера выполнено единым.

В корпус контейнера встроены: входная дверь 2 шт, распашные ворота для монтажа ДДИБП с торца контейнера в машинный зал, распашной люк для обслуживания щита управления двигателем ДДИБП, проемы воздушных клапанов , опорные конструкции для установки и крепления оборудования, проемы ввода/вывода силовых и контрольных кабелей, проемы прохода трубопроводов систем ДДИБП. В полу контейнера смонтирован силовой каркас, рассчитанный на статические и динамические воздействия от ДДИБП.

Для подачи воздуха на крыше контейнера установлен блок подачи воздуха, в котором размещены пластины шумоглушения и вентиляторы осевые (4 шт). Для удаления воздуха из контейнера предусматривается блок выброса воздуха, смонтированный на крыше контейнера. Внутри блока выброса смонтированы пластины щумоглушения и выносной радиатор ДДИБП с электрическими радиаторами. Блоки подачи и выброса воздуха выполнены утепленными "ISOROC" толщиной 100мм с использованием негорючих материалов, внутренняя обшивка выполняется перфорированным листом. Проемы воздушных клапанов блоков подачи и выброса воздуха оборудованы откидными створками, предотвращающими повреждение жалюзи во время транспортирования и хранения и обеспечивающими защиту от попадания в них дождя и снега во время работы.

В контейнере установлены ДДИБП, вспомогательное оборудование (щиты ДДИБП, бак топлива 1 м.куб панели управления и пр.). На крыше контейнера  устанавливается рама глушителя с фильтром каталитической очистки и глушителем. На крыше контейнера по периметру установлен канат стальной для крепления троса безопасности. Окраска контейнера выполнена лакокрасочными материалами в цветах, указанных заказчиком.

Для обеспечения работы ДГУ в контейнере предусмотрен расходный бак, объемом 1 м.куб. Пополнение расходного бака осуществляется по внешним трубопроводам топлива.

При возникновении нештатной ситуации или проведении регламентных работ ДДИБП топливо из расходного бака предусмотрена возможность слива топлива во внешнюю емкость.

В комплектацию контейнера включено следующее оборудование:

- блок подачи воздуха в контейнер 1 шт.

- блок выброса воздуха 1 шт.

- рама глушителя 1 шт.

- внешние трубопроводы газовыхлопа 1 комплект.

На время транспортировки блок подачи, блок выброса воздуха, рама глушителя, внешние трубопроводы демонтируются и устанавливаются непосредственно на площадке эксплуатации.

Предлагаемая конфигурация системы:

Две установки (2N)

Система дизель-роторных ИБП 2 х 2000 кВА, 0.4кВ, 50Гц, в единичной конфигурации, на базе установки QPS Compact (1600кВт/2000кВА DCC).

Рисунок №4 Данные изготовителя.

С. Филин

ДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ.pdf

//cons-systems.ru/