Дипломная работа (ВКР) — колледж, техникум на тему Автоматическое распределение активных и реактивных нагрузок на теплоходе 92-040 типа «Амур»

Содержание:

Введение 3

1 Характеристика объекта исследования 4

1.1 Проект 92-040, тип «АМУР» 4

1.2 Модернизация судовых электроэнергетических систем 6

1.3 Судовая энергетическая установка 12

2 Расчет и выбор генераторов судовой электростанции 17

2.1 Расчет мощности электростанции 17

2.2 Выбор числа и единичной мощности генераторов 18

2.3 Описание схемы генерирования и распределения электрической энергии 19

2.4 Расчет токов короткого замыкания 21

2.5 Расчет судовой электрической сети 23

2.5.1 Выбор типа и сечения кабелей и проводов 23

2.5.2 Выбор сборных шин распределительных устройств 26

2.6 Выбор аппаратуры распределительных устройств 26

2.7 Выбор и проверка автоматических выключателей 28

3 Автоматическое распределение активных и реактивных нагрузок 30

3.1 Выбор систем автоматического регулирования напряжения и частоты генераторных агрегатов 30

3.2 Выбор устройств автоматизации и управления параллельной работой синхронных генераторов 32

3.2.1 Выбор устройств синхронизации 32

3.2.2 Управление распределением активной и реактивной нагрузки 32

4 Охрана труда и безопасность жизнедеятельности. 34

4.1 Охрана труда на судне 34

4.2 Организация безопасности жизнедеятельности на судне 38

Заключение 44

Список использованной литературы 45

Приложение А Таблица нагрузки 47

Приложение Б Расчет токов короткого замыкания 50

Введение:

Сегодня современные суда из поколения в поколение повышают грузоподъёмность, двигаются с большей скоростью, тотально электрифицируются, а также автоматизируется всё большее число процессов. На судах устанавливаются электростанции, из поколения в поколение повышающих мощность. К сегодняшнему дню системы электроснабжения судна (СЭС) генерируют мощность в несколько тысяч кВт. Управление электростанциями на судах осуществляется автоматически через особые системы, защищающие генераторы от перегрузок, стабилизирующие частоту, не допуская прыжков напряжения.

Невозможно сопоставить обстановку, в которой работает судовое электрооборудование, с теми условиями, которые происходят на берегу. На кораблях электрооборудование должно выдерживать такие факторы как постоянно проявляющийся крен, дифферент на нос или корму, вибрационные и ударные воздействия, перегрев и повышенную влажность воздушной среды, невозможность быстро доставить оборудование на ремонтную базу. Следовательно, надёжность судовых электроустановок как ремонтопригодных регулируется особыми требованиями [1].

Судовая энергетическая установка работает надежно и стабильно, если производитель не нарушил высокого качества, изготавливая механизм, а также зависит от освоения широкого спектра автоматических контролирующих устройств, возможности управлять и регулировать режим работы, применяя последние достижения таких научных отраслей как электротехника, радиодело, цифровые технологии.

В данном дипломном проекте рассматриваются суда типа «Амур», а также вопрос автоматического распределения активных и реактивных нагрузок. Должны быть рассчитана судовая электроэнергетическая система и рассмотрено вопросы охраны труда и безопасности жизнедеятельности на судне.

Заключение:

В данном дипломном проекте были рассмотрены суда типа «Амур», а также модернизация судовых электроэнергетических систем.

В настоящее место для судовых энергетических систем вопрос модернизации направлен на следующие векторы:

1. автоматизация судовых электрических станции под единый комплекс;

2. обеспечение высокой надежности, гибкого и экономичного управления силовыми мощностями, переход на более высокие частоты или повышать напряжение;

3. генерирование более высококачественной электроэнергии;

4. устранение несовершенных аспектов, таких как конструктивных недоработок узлов, машин, аппаратов;

5. обеспечение ремонтных и эксплуатационных работы.

В расчетной части дипломного проекта были рассчитаны нагрузки судна, выбрана схема электроснабжения, выбраны генераторы, рассчитаны токи короткого замыкания и произведен расчет судовой электрической сети, выбрана необходимая аппаратура.

В качестве специального вопроса был рассмотрен вопрос автоматизации распределения активных и реактивных нагрузок, выбраны системы автоматического регулирования напряжения и частоты генераторных агрегатов, устройства синхронизации генераторов и управления распределением активных и реактивных нагрузок.

В последней главе рассмотрены вопросы охраны труда и безопасности жизнедеятельности при работе и нахождении на судне.

Все вопросы, поставленные в целях к данному дипломному проектированию, рассмотрены и проделаны.

Фрагмент текста работы:

1.2 Модернизация судовых электроэнергетических систем

Создание проекта СЭС для судна видится особенно сложным в курсе электротехнической части, так как задача имеет характер многоцелевой, должна учитывать разнообразие режимов работы, согласно которым действуют электроэнергетические системы, электроприводы, гребные установки, разнообразные и принципиально непохожие конструкции. В настоящее время Российская Федерация установила курс, требуя развить судоходный транспорт для морских и речных маршрутов, из чего логически вытекает потребность осовременить действующее судовое электрооборудование.

В частности, сегодня структура судовой энергетической установки (СЭУ) содержит такой компонент как гребную электрическую установку, функции которой находится в прямом контакте с работой других общесудовых систем, обеспечивают эффективность системы судовождения, откликаются на управление и создают защиту, используя особые устройства. Однозначно, что рост мощностей и более высокая сложность СЭС является первой предпосылкой усилить автоматизацию. Если на судне установлена электроэнергетическая система, компоненты которой относятся к системе управления или в ином виде применяются решения по автоматизации как ресурсы, решение называют автоматизированным [2].

Рассматривая ретроспективу судовых систем, в феномене автоматизации актуализируются 3 ключевых этапа. Первоначально процесс автоматизации распространялся на обособленные узлы или агрегаты, затем были автоматизированы наиболее важные системы, после чего разрозненные системы с автоматизацией интегрируются в комплекс, чтобы корабль в общем был автоматизирован. Следовательно, отдельная система генерирует и распределяет электроэнергию, а другая система отдаёт распоряжения по судовождению, но вызов времени требует подчинить разобщенные системы одному центру управления.

Решая вопрос, в каком объёме рационально автоматизировать судно, обращаются к виду, согласно которому обслуживаются узлы и агрегаты в машинном отделении.

В Регистре автоматизация представлена двумя ключевыми классами:

− А1 – обслуживание машинных отделений выполняется безвахтенно;

− А2 ‒ машинное отделение обслуживаются в зависимости от хода или стоянки сокращённой вахтой.

В частности, существует возможность обеспечить вахту в дистанционном режиме, когда машинное отделение будет обслуживать только один оператор, принявший смену в центральном посте управления (ЦПУ) [3].

На сегодняшний день для судовых энергетических систем вопрос модернизации направлен на такие векторы:

1. по возможности как можно более полно автоматизировать судовые электрические станции как единый комплекс;

2. обеспечить высокую надежность, гибкое и экономичное управление силовыми мощностями, успешно переходить на более высокие частоты или повышать напряжение. Система будет более эффективно экономически, если от главного двигателя будут запитаны все устройства, потребляющие только данный вид энергии, шире оснащать крупные корабли установками утилизационной турбогенерации;

3. генерировать более высококачественную электроэнергию, что достигается ростом совершенства работы автоматических стабилизаторов и применяемых на судне противоаварийных защит;

4. устранить несовершенные аспекты, существующие как конструктивные недоработки узлов, машин, аппаратов, используя эффективные проекты и современные материалы, перейдя на стойкие к износу контакты, применяя эффективные средства дугогашения, а также массово внедряя бесконтактные приборы;

5. обеспечить безукоризненные ремонтные и эксплуатационные работы, своевременно очищая, смазывая, окрашивая, просушивая или сменяя подвергшиеся износу компоненты, детали или узлы, немедля с регулировочными и настроечными процедурами, отслеживая ситуацию на аккумуляторах, используя технику, где самодиагностика заложена как автоматический режим [4].

Из электротехнических устройств, которыми оборудовано судно, формируется как целостный комплекс система СЭС, где в условиях плавания или в порту генерируется, преобразовывается, распределяется электроэнергия, чтобы подать питание на приемники или тем потребителям, которые присутствуют на корабле.

Главный двигатель, когда корабль находится в плавании, испытывает значительную нагрузку, так как на крутящийся момент нарастает сопротивление движущегося судна, но нагрузка изменяется естественным образом и сложна для описания. Если судно классифицируется как крупнотоннажное, морское волнение не влияет на крутящийся момент. Однако малотоннажные корабли, такие как рыбопромысловый флот, туристические, торговые, научно-исследовательские суда сталкиваются с тем, что винт частично оголяется, а вращение двигателя происходит с различной частотой, колеблющейся более чем значительно.

Изменившееся погружение винта заставляет откликнуться регулятор, ограничивающий частоту вращения дизельного движка. Конструкторы предусмотрели, что сверхнормативная нагрузка на двигатель вызовет срабатывание регулятора нагрузки, после чего шаг винта будет изменён, так как в системе управления был генерирован сигнал, управляющий этим механизмом, а шаг снизится. Следовательно, если море волнуется на уровне 9 баллов, предусмотрено стабилизировать шаг винта через автоматические изменения, подав сигнал через механизм, но колеблющаяся частота вращения вала не изменится до равновесия [5].

Частота вращения регулируется отдельным устройством, части которого изнашиваются, что ведет к сбоям настроек, незапланированным динамическим характеристикам компонентов, обеспечивающих возможность автоматически управлять двигателями, из-за чего дополнительно возрастает вероятность роста амплитуды, тогда как колебания частоты вращения становятся более продолжительными.

Динамика двигателя нуждается в надёжный компенсации, так как влияние дестабилизирующих факторов нарушает режим работы валового генератора. Задачу решают, установив устройство регуляции, работающее в скользящем режиме и обеспечивающем эффективную работу. Важно дать в числовом выражении оценку того, насколько зависит момент главного двигателя по диапазону изменений под воздействием факторов дестабилизации.

Необходимость компенсировать в плавании для судна различные перемены погоды, неблагоприятные условия эксплуатации, ведущие к возникающим на валопроводе крутильным колебаниям, чтобы данные условия как можно меньше отражались на переходном процессе, где частота вращения изменяется. Проблема будет устранена, внедрив механизм, адаптивно регулирующий изменения, где регулятор активируется для работы в скользящем режиме.

Главный двигатель показывает различные моменты сопротивления, изменяющиеся в зависимости от направления и силы ветра и волн, варьирует из-за сопротивления трала, скованности воды льдом, прочих факторов эксплуатации. Переходные процессы характеризуют максимально заметные перемены несвязанного компонента той частоты напряжения, которое развивает валовый генератор [4].

Параллельная работа валового генератора и дизель-генератора СЭС разлаживается, что выражается в растущем угле ЭДС, зафиксированном на первой и второй установке. Агрегаты начинают обмениваться уравнительными токами. В штормящем море синхронизм утрачен валовым генератором, так как коленчатый вал показывает резкие перепады частоты вращения, дестабилизирует главную энергетическую установку.

Потребность уравновесить переходной процесс, баланс которого нарушают эксплуатационные факторы, и стабилизировать частоту, с которой вращается валогенератор, актуализирует изучение концепции работы устройства с адаптивным принципом регуляции, включающимся в скользящем режиме. После необходимо вывести оценку в численном эквиваленте воздействия, которое эксплуатационные факторы как провокаторы дестабилизации оказывают на оборудование и расход ресурсов, а также оценить условия, в которых происходит плавание как предпосылку лабильности момента главного двигателя.

Однозначно, что необходимо спроектировать, а затем разработать структурную схему, на которой адаптивная система автоматического управления (САУ), подает сигналы, возбуждая синхронизированный генератор. Это решение станет основой, благодаря которому будет устранена дестабилизация динамических характеристик, когда на генератор поступает изменяющийся ток возбуждения, а оборудование судна получает скачущее напряжение. Ситуация ярко сказывается на безопасности, когда судно вышло в плавание, где сильно воздействие дестабилизирующих эксплуатационных факторов [6].

К настоящему моменту практика судоходных компаний показывает, что СЭС заменяются под корпоративные требования, из-за чего массово производятся замены на установки, предложенные иностранными фирмами, повышая функциональность и эффективность суден. Между тем, не утратили силу регламенты Морского регистра и международные нормативно-правовые акты, где раскрыты требования по эксплуатации установленного на судах электрооборудования, режимы работы и использования подобных агрегатов. Изучив регламенты, заявим, что отечественные нормы не совпадают с требованиями актуальных международных стандартов.

В отдельных случаях судно, где было установлено электрооборудование от зарубежного производителя, страдает из-за частых автоматических отключений от сетевого питания. Следовательно, электроток не поступает бесперебойно, а судно подвергается угрозе. Обстоятельство связано с тем, что пиковая нагрузка является чрезмерной, а электроавтоматика установленного на корабле источника электротока не способна генерировать электрическую энергию заданной частоты и напряжения.

Однозначно, что процесс модернизации СЭС должен происходить при четком акценте на энергосбережение, а любые новые устройства, модернизирующие СЭС, должны отвечать критерию соответствующей технологичности. Подобные требования имеют особый вес для рыболовецких судов, где энергопотребление достигает значительного объёма.

Обоснованием модернизации служит не только удешевление выхода в плавание, где будет потребляться меньше энергетических ресурсов, а также необходимость перевести мореплавание в более безопасный и экологичный формат, что выгодно для владельцев суден.

Однозначно, что кардинально обновить отечественную флотилию, ведущую рыбный промысел, затратно с точки зрения вложения капитала. Но затруднения в данной сфере могут быть устранены, если рационально модернизировать СЭС, внедряя современные модели агрегатов, улучшенных и технологически совершенных, а КПД достигает уровня мировых требований [7].

В подобном случае судно модернизируют частично, а замене подлежат только силовые установки и системы управления. Не менее актуально для рыболовецкого флота решение повысить мощность разнообразных потребителей на корабле, из-за чего просчитывается прибавка для СЭС по критерию мощности, а в процессе модернизации система дополняется синхронными генераторами или повышается мощность действующих.

Логично, что модернизировав судно, владелец несет дополнительные затраты, так как действующие генераторы подлежат демонтажу, усилению, а затем установке на прежнее место. Переоборудуя СЭС, необходимо ориентироваться, что основной потребитель электроэнергии будет представлен электрическими машинами, запитанными не только от постоянного, но и от переменного тока. Следовательно, генераторные мощности должны соответствовать той нагрузке, которую в совокупности дадут потребители, обязательно учтя разнообразные режимы, где среди динамических особенный акцент ставится на пусковом режиме как наиболее энергоёмком. Однозначно, что траловый комплекс развивает различные уровни мощности, учитывая масса улова, из-за чего лебёдка, присоединенную к валу электродвигателя, даёт основную нагрузку. Важно просчитать максимальный вес трала, вписавшись ниже верхнего предела мощности, который генерирует действующая на корабле СЭС [8].

Одним из вариантов, позволяющий модернизировать СЭС, рассматривается демонтаж изношенного и технически не современного дизель-генератора, отказ от применения аварийно-предупредительной сигнализации. Но необходимо внедрить решение, на основании которой СЭС будет управляться дистанционно, оператором из рулевой рубки. Подбирая для монтажа новый дизель-генератор, следует учесть актуальные технико-эксплуатационные характеристики, улучшив функциональные возможности корабля против тех, который обеспечивал демонтированный агрегат. Подобный сценарий модернизации не заставит вносить изменения в конструкцию корпуса, изменять общесудовых систем.