Судовые электростанции. Классификация, схемы, состав.

Структура СЭС.

В комплекс электрооборудования судна входят системы, подсистемы, локальные системы (или устройства).

Электроэнергетическая система предназначена для бесперебойного снабжения приемников во всех эксплуатационных режимах судна требуемым количеством электроэнергии высокого качества. СЭС представляет собой единый комплекс, состоящий из электростанций, преобразовательных устройств, вторичных распределительных устройств, связанных между собой линиями передач.

СЭС относится к классу сложных систем, которая в своем составе содержит много подсистем: генерирования и распределения электроэнергии (ПГРЭ); управления режимами генераторных агрегатов (ПУРГА); электроснабжения аварийных приемников (ПЭАП); отбора мощности от энергетической установки (ПОМЭУ).

ПГРЭ предназначена для генерирования, преобразования, передачи и распределения электроэнергии. В подсистему входят локальные системы (устройства) управления электроприводами (ЛСУЭ) и электроснабжения приемников (ЛСЭП).

ПУРГА, предназначенная для управления и контроля параметров ГА во всех эксплуатационных режимах, состоит из локальных систем: управления первичными двигателями ГА (ЛСУПД); автоматической стабилизации напряжения генераторов (ЛССН); стабилизации частоты вращения ГА (ЛССЧ); автоматической синхронизации ГА (J1CC); автоматического распределения активной мощности ГА (ЛСРМ); автоматического ввода резервного (ГА ЛСВР); автоматической защиты генераторов от перегрузки (ЛСЗП); защиты судовой сети от коротких замыканий и перегрузки (ЛСЗС) и от обрыва фазы или снижения напряжения (ЛСЗОФН); контроля параметров (ЛСКП).

ПЭАП, предназначенная для снабжения и передачи электроэнергии ограниченному числу приемников от аварийных источников, содержит в своем составе ЛССН, ЛССЧ, ЛСВР, ЛСЗП, ЛСЗС, ЛСКП.

ПОМЭУ, предназначенная для производства, распределения и передачи электроэнергии к приемникам от валогенераторов, навешенных генераторов, утилизационных турбогенераторов в ходовых режимах судна, состоит из ЛСУПД, ЛССН, ЛССЧ, ЛСВР, ЛСКП.

В состав СЭС входят большое число взаимно связанных между собой элементов (рис. 2): главный распределительный щит ГРЩ, генераторные агрегаты ГА (сюда относятся генераторы Г и приводные двигатели), пульт управления ПУ, распределительные щиты РЩ, вторичный распределительный щит ВРЩ, приемники электроэнергии П линии передач, трансформатор Тр, выключатели генераторные ВГ, фидерные ВФ, секционные ВС.

Основной элемент СЭС – электростанция – состоит из ГА, ГРЩ, ПУ; электрические сети содержат РЩ и линии передач.

В генераторный агрегат входят генератор Г и приводной двигатель ПД.

Классификация СЭС.

Множество количественных и качественных признаков СЭС дают представление о диапазонах мощности, типах ГА, режимах работы, степени автоматизации, параметрах, составе технических средств, способах преобразования энергии И др.

По виду преобразования электроэнергии ЭС делят на тепловые и атомные. На большинстве судов транспортного флота устанавливают тепловые ЭС, где химическая энергия топлива преобразуется в механическую, а затем в электрическую. В настоящее время на отдельных судах имеются атомные ЭС (атомоходы «Ленин», «Арктика»), где энергия атомного ядра преобразуется в тепловую, механическую и электрическую.

По роду тока СЭС могут быть переменного и постоянного тока, различные по характеристикам, параметрам и конструкциям ГА, а также по содержанию и составу аппаратуры и распределительных устройств. На судах в основном применяют переменный ток, лишь отдельные специальные установки работают на постоянном токе.

По уровню параметров бывают системы с номинальными напряжением и частотой, с номинальным напряжением и повышенной частотой, с повышенным напряжением и номинальной частотой, с повышенными напряжением и частотой.

По назначению СЭС делят на основные, аварийные и специальные. Основные системы предназначены для снабжения всех групп приемников электроэнергией, аварийные – для электроснабжения ограниченного числа электрифицированных механизмов и устройств, необходимых в аварийной ситуации. В аварийных системах предъявляют требования к расположению ГА и РЩ, способам пуска и длительности работы агрегатов. Системы специального назначения предназначены для гребных электрических установок (ГЭУ).

По установленной мощности СЭС могут быть малой, средней и большой мощности. Установленная мощность генераторного агрегата характеризуется степенью электровооруженности судна. На основании анализа статистических данных условно принимаем установленную мощность генераторов ЭС малой мощности 500–2000 кВт, средней мощности– в диапазоне 2000–10000 кВт, большой мощности – свыше 10 000 кВт.

По типу ГА системы делят на дизель-генераторные, турбогенераторные, газотурбогенераторные, смешанные.

По системе автоматизации первичных двигателей СЭС могут иметь дистанционное и автоматизированное управление.

По способу отбора мощности от энергетических установок различают валогенераторы (ВГ) с приводом от валопровода, навешенные генераторы (НГ) с приводом от главных двигателей ГЭУ, утилизационные турбогенераторы (УТГ), использующие энергию отработанных газов главных дизелей, и комбинированные установки, состоящие из ВГ и УТГ. На отдельных судах производится отбор мощности от ГЭУ, работающей на переменном токе, преобразованием энергии (понижение напряжения с помощью трансформаторов напряжения).

По режимам работы предусматривается автономная и параллельная работа ГА и электроснабжение ЭС от береговой сети.

Источниками тока СЭС являются синхронные генераторы (СГ) и генераторы постоянного тока (ГПТ). СГ могут быть с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением имеют источник постоянного тока (электромашинный возбудитель) и систему косвенного фазного компаундирования. Генераторы с самовозбуждением имеют системы стабилизации напряжения с фазным компаундированием с неуправляемыми и управляемыми вентилями. Внедряют бесщеточные генераторы с вращающимися управляемыми вентилями. ГПТ бывают с независимым параллельным возбуждением и самовозбуждением (параллельным и смешанным).

Преобразование электроэнергии СЭС производится посредством преобразователей статических полупроводниковых, электромагнитных (трансформаторов) и вращающихся (электромашинных).

По степени автоматизации СЭС делят на автоматизированные с дистанционным или программным управлением.

Управление и контроль объектами СЭС возможны с пульта управления, панели управления ГРЩ, централизованного пульта управления энергетической установкой.

При автоматизации СЭС применяют элементы электромагнитные контактные, бесконтактные логические, элементы на интегральных схемах и комбинированные контактные и бесконтактные.

Контроль параметров СЭС производят визуально электроизмерительными приборами, дискретными средствами и устройствами централизованного контроля.

Подсистема генерирования и распределения электроэнергии СЭС характеризуется числом ЭС и ГА, типом ГРЩ (числом секций), способом секционирования шин ГРЩ, схемой распределения электроэнергии (фидерно-групповая, магистральная, смешанная).

Защита в СЭС предусматривается от токов короткого замыкания, перегрузок, обратной мощности ГА, обрыва фазы электрической сети, снижения напряжения и др.

Типизация в СЭС осуществляется по элементам, схемным узлам, устройствам (распределительным и автоматизации).