Пристрій для резервного електропостачання відповідальних електроспоживачів промислових підприємств

Реферат: Пристрій для резервного електропостачання відповідальних електроспоживачів промислових підприємств містить електричний генератор, який першим входом з'єднаний з першим виходом газопоршневої теплової енергетичної установки, перший вхід якої з'єднано зі змішувачем з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу, другий вихід газопоршневої теплової енергетичної установки з'єднаний з теплообмінником для відводу тепла, вихід генератора з'єднаний через перший вимикач з відповідальним споживачем та через другий вимикач з електричною мережею підприємства, керуючі входи вимикачів з'єднані з блоком управління. Введено блок керування режимом генератора. UA 92725 U (12) UA 92725 U UA 92725 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується області електроенергетики і може бути використана для електропостачання відповідальних споживачів, тобто на підприємствах зі складними технологічними процесами. Відоме технічне рішення (A power supply device, патент ЕР 1976092 А1, H02J9/00, 01.10.2008, Бюл. № 40, Halvarsson) - високовольтне джерело живлення, що містить: перший перетворювач напруги, має сторону змінного струму і сторону постійного струму; електричний накопичувач енергії підключений до сторони постійного струму першого перетворювача напруги, другий перетворювач напруги, що має сторону змінного струму і сторону постійного струму, причому сторони постійного струму першого і другого перетворювачів напруги з'єднані між собою і в якому електричний накопичувач енергії підключений до лінії сполучних перетворювачів напруги, електричний генератор, який підключений до сторони змінного струму другого перетворювача напруги. Спільними ознаками відомого технічного рішення із корисною моделлю, що заявляється, є: електричний генератор, електрична мережа. Недоліками відомого технічного рішення є: відсутність блока керування збудженням генератора, що негативно впливає на якість електроенергії; наявність додаткових силових перетворювачів. Відоме технічне рішення (Комбінована когенераційна установка, UA патент 66657, F02G5/00, 10.01.2012, Бюл. № 1, 2012 р. Лохман І.В, Фролов В.А, Соляник В.Г.), що містить чотирициліндровий чотиритактний двигун внутрішнього згорання з електрогенератором, утилізатор-охолоджувач газоповітряної суміші продуктів згорання з системою трубопроводів і газоходів, сорочку охолодження внутрішнього контуру мастила і охолоджувальної рідини двигуна, теплообмінник-теплоутилізатор розв'язки рідинних потоків, контур блока охолодження двигуна з циркуляційним насосом та контур охолодження води мережі теплопостачання з циркуляційним насосом, додатково містить у своєму корпусі акумулюючі пристрої та інвертор і поза корпусом електромережу споживача, електрогенератор з'єднаний послідовно з акумулюючими пристроями, інвертором та електромережею споживача. Спільними ознаками відомого технічного рішення із корисною моделлю, що заявляється, є: двигун з електрогенератором, теплообмінник у вигляді споживача тепла, електромережа споживача, пристрій підготовки паливної суміші. Недоліками відомого технічного рішення є: відсутність блока керування збудженням генератора, що негативно впливає на якість електроенергії. Відоме технічне рішення (Устройство гарантированного электроснабжения ответственных потребителей, патент RU 2410816, H02J9/04, 20.09.2010, Бюл. № 26, Беленко А.В., Поляков В.Е., Муратбакеев Э.X.), що містить резервний дизель-генератор, блок розв'язки з енергосистемою, що складається з випрямляча, з'єднаного послідовно через шини постійного струму з інвертором і підключене до шини постійного струму джерело безперебійного живлення або акумуляторну батарею, приймаючу на себе потужність відповідальних споживачів з моменту відключення газопоршневої автономної електростанції до моменту запуску резервного дизель-генератора; вимикач, використовується для підключення автономної електростанції або акумуляторної батареї до шини змінного струму; вимикач, що використовується для підключення дизель-генератора; засоби автоматичного відключення повністю споживачів електропостачання різного ступеня відповідальності та безпосередньо відповідальних споживачів; систему управління, підключену до газопоршневої електростанції, дизельгенератор і джерело безперебійного живлення; шину змінного струму, від якої живляться через засоби автоматичного відключення електропостачання споживачі різного ступеня відповідальності та безпосередньо відповідальні споживачі, газопоршнева автономна електростанція підключена до шини змінного струму через блок розв'язки з енергосистемою, а джерело безперебійного живлення або акумуляторна батарея підключені до шини постійного струму, розташованої між виходом випрямляча і входом інвертора. Спільними ознаками відомого технічного рішення із корисною моделлю, що заявляється, є: електричний генератор з газопоршневим приводом, автоматичний блок управління, автоматичні вимикачі, особлива група електроприймачів, споживач тепла. Недоліками відомого технічного рішення є: відсутність блока керування збудженням генератора, що негативно впливає на якість електроенергії. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є технічне рішення (Устройство электроснабжения промышленных предприятий со сложным непрерывным технологическим процессом, патент RU 71830, H02J 9/00, 20.03.2008, Бюл. № 8, Кудряшов В.Н., Мартынов Е.В., Шкедов В.М.), що містить незалежні взаємно резервовані зовнішні джерела живлення і додаткове незалежне резервоване джерело живлення, що як додаткове незалежне 1 UA 92725 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зарезервоване джерело живлення використана генеруюча установка, що містить електричний генератор з приводом від теплової енергетичної установки і забезпечена блоком управління, підключеним через відповідні перемикачі до зовнішніх і додаткового джерела живлення, блок управління включає блок швидкодіючих автоматичних електричних захистів, управління і блокувань, що забезпечує своєчасний і безударний переклад електропостачання від зовнішніх джерел живлення до додаткового джерела живлення, а при аварійних ситуаціях додаткового джерела живлення забезпечує переклад електропостачання на зовнішні джерела живлення або безаварійний зупинник технологічного процесу, як додаткове незалежне зарезервоване джерело живлення використана генеруюча установка, що містить електричний генератор з приводом від теплової енергетичної установки, на вході якої є змішувач з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу, а на виході - теплообмінник для відводу тепла до споживача. Спільними ознаками даного технічного рішення та пропонованої корисної моделі, є: електричний генератор з приводом від теплової енергетичної установки, особлива група електроприймачів, вимикачі, блок управління, блок підготовки паливної суміші, електрична мережа, теплообмінник для відводу тепла до споживача. Недолік даного технічного рішення полягає у відсутності блока керування збудженням генератора, що негативно впливає на якість електроенергії, яка ним виробляється. Дане технічне рішення вибрано як прототип корисної моделі, що заявляється. В основу корисної моделі поставлена задача керування режимом синхронного генератора пристрою для резервного електроспостачання шляхом регулювання збудження з контролем параметрів режиму, забезпечити підвищення якості електричної енергії у вузлі електричної мережі. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому технічному рішенні, що містить електричний генератор, який першим входом з'єднаний з першим виходом газопоршневої теплової енергетичної установки, перший вхід якої з'єднано зі змішувачем з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу, другий вихід газопоршневої теплової енергетичної установки з'єднаний з теплообмінником для відводу тепла, вихід генератора з'єднаний через перший вимикач з відповідальним споживачем та через другий вимикач з електричною мережею підприємства, керуючі входи вимикачів з'єднані з блоком управління, згідно з корисною моделлю, введено блок керування режимом генератора, перший вхід якого з'єднаний з виходом трансформатора напруги, вхід якого з'єднаний з відповідальним споживачем, другий вхід блока керування режимом генератора з'єднано з трансформатором струму генератора, який підключений між першим вимикачем та другим вимикачем, третій вхід блока керування режимом генератора з'єднаний з виходом трансформатора струму відповідального споживача, який підключений між відповідальним споживачем та другим вимикачем, перший вихід блока керування режимом генератора з'єднаний з входом блока управління, другий вихід блока керування режимом генератора з'єднаний з другим входом газопоршневої теплової енергетичної установки, третій вихід блока керування режимом генератора з'єднаний з входом блока збудження, вихід якого з'єднаний з другим входом генератора. Запропонована корисна модель пояснюється кресленням, де на кресленні: 1 - газопоршнева теплова енергетична установка; 2 - електричний генератор; 3 - змішувач з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу; 4 - теплообмінник для відводу тепла; 5 - перший вимикач; 6 - відповідальний споживач; 7 - другий вимикач; 8 - блок управління; 9 - блок керування режимом генератора; 10 трансформатор напруги; 11 - трансформатор струму генератора; 12 - трансформатор струму відповідального споживача; 13 - блок збудження. Запуск технологічного процесу після планового зупинника здійснюється від шин секції РП 6/10 кВ електричної мережі підприємства у відповідності з технологічним регламентом і інструкцією по експлуатації газопоршневої теплової енергетичної установки 1 або, при наявності технологічної можливості, блоком управління 8 безпосередньо від блока керування режимом генератора 9. Після виходу технологічного агрегату 6 на номінальні параметри, (у випадку запуску від секції шин) блок управління 8 здійснює автоматичний пуск газопоршневої теплової енергетичної установки 1, синхронізацію електричних параметрів генератора 2 з параметрами електричної мережі і переводить електропостачання відповідального споживача 6 в автономний режим шляхом ввімкнення вимикача 5 і відімкнення вимикача 7. При цьому газопоршнева теплова енергетична установка 1 стає основним незалежним джерелом електропостачання. Блок управління 8 оснащений системою швидкодіючих автоматичних електричних захистів, управління і блокувань, виконаних у відповідності з технічним завданням на технологічний 2 UA 92725 U 5 10 15 регламент і вимогами виробничого процесу, що забезпечує своєчасний і безударний перехід електропостачання технологічного агрегату 6 від газопоршневої теплової енергетичної установки 1 на шини при аварійних ситуаціях на газопоршневій тепловій енергетичній установці 1. Блок керування режимом генератора призначений не тільки для підтримання напруги на заданому рівні та генерованої або споживаної синхронним генератором реактивної потужності, а й для підвищення до максимально можливих рівнів статичної та динамічної стійкості вузла електричної мережі підприємства в цілому. Регулювальний вплив на блок керування режимом генератора зумовлюється поточними параметрами режиму вузла, до якого він підключений: струму навантаження Ісп , який надходить з виходу трансформатора струму відповідального споживача 12, струму генератора Іген , який надходить з виходу трансформатор струму генератора 11, та напруги мережі Uc , яка контролюється по виходу трансформатора напруги 10. Відповідно до призначення блока керування режимом генератора формування впливу за основним параметром, від якого залежить статична, динамічна і результуюча стійкість електропередачі - по куту  зсуву фаз між ЕРС E q генератора і напругою Uc шин мережі. Додатково в блоці керування режимом генератора за вказаними параметрами режиму визначаються: відхилення амплітуди або діючого значення напруги Uг від заданого значення Uг.пр ; похідна напруги U  dUг dt ; зміна f  d dt і перша похідна f   df dt  d2  dt частоти г 20 f і похідна струму збудження генератора I  dIзб dt . зб Відхилення напруги Uг необхідно для забезпечення практично постійного (з точністю статичної похибки регулювання) напруги Uг при змінах струму навантаження генератора або напруги на початку лінії електропередачі: Uc  Uг  jIг Хг  const , (1) 25 30 35 формованого на виході регулятора моделюванням падіння напруги j Iг Хг . Використання сигналу по похідній регульованої величини напруги Uг представляє другий спосіб забезпечення стійкості функціонування замкнутої автоматичної системи регулювання: перший спосіб введення місцевого гнучкого негативного зворотного зв'язку, тобто стабілізації. Сигнал по похідній напруги стабілізує автоматичну систему регулювання збудження насамперед при холостому ході генератора. Сигнали, що відображають зміну і похідну частоти сумісно з сигналами по похідних напруги і струму збудження, тобто електрорушійної сили генератора, підвищують стійкість замкнутої автоматичної системи регулювання, що включає навантажену мережу електропередачі, забезпечуючи загасання електромеханічних перехідних процесів, - підвищуючи, статичну і динамічну стійкість паралельної роботи декількох електричних машин. Таким чином, алгоритм автоматичного регулювання збудження дії представляється у вигляді: з Uрег  k UU  k  U  k f f  k  f   kII U f (2) 40 або в операторній формі у вигляді:  pk f   Uрег р   k U  рk  Up     рk f  f p   pk І Iзб р  ,(3) U  pTд.р  1    45 50 де f - відхилення частоти напруги генератора fг від синхронної fс ; f  fс  fг ; k U , k f , k f ,   - коефіцієнти з розмірністю постійної часу. kІ В результаті сигнал регулювання напруги подається з третього виходу блока керування режимом генератора на вхід блока збудження 13, на виході якого формується заданий струм збудження, який подається на другий вхід (обмотку збудження) генератора. Для забезпечення необхідного потоку активної потужності на підставі контрольованих параметрів визначається поточна активна потужність генератора: 3 UA 92725 U Р UгUc sin г . Хс (4) Яка порівнюється з активною потужністю за умов статичної стійкості синхронного генератора з внутрішнім опором Хг : 5 РUген  2 Uг Uc Uc Xг sin    sin 2 .(5) Хс 2 Х с Хг  Х с  10 Якщо P  PU , то на другому виході блока керування режимом генератора 9 формують г сигнал та передають його на другий вхід газопоршневої теплової енергетичної установки 1, в результаті чого збільшується її потужність та відповідно потужність, яка видається в мережу генератором. Таким чином, вказані блоки та зв'язки між ними реалізують регулювання збудження генератора, що призводить до підвищення якості електричної напруги у статичних та динамічних режимах відповідальних споживачів. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Пристрій для резервного електропостачання відповідальних електроспоживачів промислових підприємств, що містить електричний генератор, який першим входом з'єднаний з першим виходом газопоршневої теплової енергетичної установки, перший вхід якої з'єднано зі змішувачем з відповідними каналами підведення природного газу і попутних вуглеводневих фракцій основного виробничого процесу, другий вихід газопоршневої теплової енергетичної установки з'єднаний з теплообмінником для відводу тепла, вихід генератора з'єднаний через перший вимикач з відповідальним споживачем та через другий вимикач з електричною мережею підприємства, керуючі входи вимикачів з'єднані з блоком управління, який відрізняється тим, що введено блок керування режимом генератора, перший вхід якого з'єднаний з виходом трансформатора напруги, вхід якого з'єднаний з відповідальним споживачем, другий вхід блока керування режимом генератора з'єднано з трансформатором струму генератора, який підключений між першим вимикачем та другим вимикачем, третій вхід блоку керування режимом генератора з'єднаний з виходом трансформатора струму відповідального споживача, який підключений між відповідальним споживачем та другим вимикачем, перший вихід блоку керування режимом генератора з'єднаний з входом блоку управління, другий вихід блоку керування режимом генератора з'єднаний з другим входом газопоршневої теплової енергетичної установки, третій вихід блоку керування режимом генератора з'єднаний з входом блоку збудження, вихід якого з'єднаний з другим входом генератора. 4 UA 92725 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5