Система автоматического управления дизель генераторной установки

Система автоматического управления дизель генераторной установки

Смотрите видео отзыв Исполнительного директора бизнес-направления «Энергоэффективность» группы компаний «Хайтед» Михаила Салтыкова о датчиках уровня топлива «Эскорт».

«Хайтед» — одна из ведущих инжиниринговых компаний в области автономного и резервного энергоснабжения, энергоэффективных технологий и сервисного обеспечения на территории России, Украины и Казахстана.

«Энергоэффективность» — одно из направлений деятельности группы, связанное с разработкой и внедрением современных технологий для эффективного контроля и управления инженерными системами предприятий, в частности – систем автономного и резервного электроснабжения с использованием дизель-генераторных установок (ДГУ).

Компания «Хайтед» занимается решениями на базе дизель-генераторных установок с момента своего создания – с 1999г. Эксплуатируя собственный парк ДГУ и обеспечивая сервисное обслуживание дизель-генераторных установок клиентов, более 10 лет назад появилась необходимость решения задач дистанционного мониторинга и управления ДГУ. Немаловажную роль в этом играет контроль за уровнем запаса топлива и его расходом.

Задача #1. Отслеживание всех показателей работы дизель-генераторных установок на одной платформе.

➜ Компания «Энергоэффективность» разработала универсальную платформу для реализации задач мониторинга и дистанционного управления – RedPine. Основываясь на большом опыте эксплуатации парка дизель-генераторных электростанций, на базе универсальной платформы был разработан ряд продуктов для контроля и удаленного управления ДГУ любого типа.

➜ При этом одним из важных преимуществ RedPine стала возможность единообразного отображения в одной системе разрозненного оборудования, например, парка ДГУ, состоящего из установок разных производителей, разных моделей и разных поколений. Дело в том, что у многих клиентов компании «Энергоэффективность» (например, Роснефть, Сбербанк, РТРС, МТС, Газпромнефть, Мираторг) эксплуатируются дизель-генераторные установки разных производителей, закупленные в разное время и у разных поставщиков. RedPine хорошо справляется с решением таких задач.

Задача #2. Возможность дистанционного управления и запуска дизель-генераторных установок.

➜ Устройства RedPine монтируются на объектах и обеспечивают получение необходимых данных от контролируемых систем, их стандартизацию и передачу в систему верхнего уровня, в том числе и по неустойчивым и не всегда быстрым каналам, таким, как сотовые сети. Заказчик может выбрать – передавать данные в свою существующую систему мониторинга, или использовать облачную платформу – Центр Дистанционного Мониторинга (ЦДМ) RedPine. Можно передавать данные в обе системы. Свое собственное облако ЦДМ RedPine также может быть развернуто у клиента. По желанию клиента, может быть разрешено удаленное управление контролируемым объектом. Например, для дизель-генераторных установок доступна возможность дистанционного запуска.

Задача #3. Контроль за уровнем топлива и его расходом. Выбор и установка надежных датчиков уровня топлива (ДУТ).

➜ В нынешнем (уже втором) поколении устройств мониторинга, компания «Энергоэффективность», в основном, использует датчики уровня топлива Эскорт ТД-500. Ранее применялись датчики и других производителей, которые работали по разным физическим принципам. Емкостные погружные датчики оказались наиболее удобными и универсальными. Для монтажа погружных емкостных датчиков на трубные фитинги, имеющиеся на баках ДГУ, специалисты компании «Энергоэффективность» разработали специальный переходной адаптер.

Задача #4. Готовность дизель-генераторной установки обеспечить электроснабжение при аварии сети?

➜ Правильно задуманная и реализованная система мониторинга позволяет клиенту повысить качество и прозрачность эксплуатации инженерного оборудования без существенного увеличения расходов. Например, для резервных ДГУ важно понимать, готова ли установка к тому, чтобы обеспечить электроснабжение объекта при аварии сети. Для этого устройство RedPine непрерывно оценивает целый ряд показателей, и запас топлива является одним из ключевых, влияющих на статус готовности ДГУ к автоматической работе.

Задача #5. Рассчитать время работы дизель-генераторной установки и запас хода.

➜ На остановленной ДГУ, устройство RedPine рассчитывает, сколько сможет проработать дизель-генераторная установка на имеющемся в баке топливе при определенном уровне нагрузки. На работающей ДГУ, устройство рассчитывает запас хода по топливу при текущем уровне нагрузки. Это позволяет, в том числе, более точно планировать заправку станций и избежать аварийной остановки.

Задача #6. Удобные отчеты по расходу топлива.

➜ Правильная система мониторинга предоставляет заказчику данные в удобном и понятном для него виде, не перегружая ненужной или второстепенной информацией. С точки зрения контроля, Центр Дистанционного Мониторинга RedPine предоставляет удобные отчеты по расходу ДГУ топлива. Эти данные могут быть использованы для дальнейшего анализа технического состояния дизель-генераторной установки и предотвращения хищений.

Мнение эксперта

«Мы выбрали датчики уровня «Эскорт» за удобство и универсальность применения, возможность обрезки датчика непосредственно под высоту бака ДГУ на объекте при монтаже. Немаловажным для нас фактором является поддержка датчиком «Эскорт» протокола Modbus RTU, что позволяет подключать его на одну шину с другим оборудованием, например, контроллером панели управления ДГУ. У «Эскорт» хорошее качество исполнения, низкий процент брака» — Михаил Салтыков, исполнительный директор компании «Энергоэффективность» группы компаний «Хайтед».

Планы на будущее

➜ Датчики уровня топлива, после подрезки по уровню и установки на бак ДГУ, требуют настройки верхнего и нижнего уровней. Для этого заказчикам необходимо временно подключать ДУТ к компьютеру через соответствующий преобразователь интерфейса и проводить конфигурацию датчика с помощью специального программного обеспечения. Сейчас компания «Энергоэффективность» ведет работу над интеграцией протокола настройки ДУТ «Эскорт» в программное обеспечение устройства RedPine, чтобы сделать процесс конфигурации более удобным.

С началом применения датчиков уровня топлива Эскорт ТД-500 на дизель-генераторных установках, обслуживаемых Группой компаний «Хайтед», стало возможным:

Устройство и режимы работы дизельной электростанции

В современной жизни бесперебойное обеспечение электроэнергией является не просто требованием комфорта, но и залогом безопасности жизнедеятельности человека. На морских и речных судах, удаленных объектах и поселениях, в промышленных предприятиях, банках, больницах и др. социально значимых объектах широко используются автономные электрогенераторы, способные обеспечить потребности в электричестве как временно, так и в качестве постоянного источника энергоснабжения.

Несомненными лидерами здесь являются дизельные генераторы, благодаря своей экономичности, бесперебойному режиму работу электростанции, длительное время не требующей присутствия человека, и малой себестоимости киловатта электроэнергии в сравнении с другими источниками автономного питания. Все эти качества обеспечивают быструю окупаемость вложений, возможность использования дизельных электростанций для решения различных задач.

Принцип работы дизельных электростанций

Работа дизельных электростанций основана на сгорании топливно-воздушной смеси и использовании энергии расширяющихся газов для поступательно-вращательного движения кривошипно-шатунного механизма. В целом процесс состоит из следующих этапов:

• Энергия, освобождаемая при сгорании топлива, приводит в действие коленчатый вал, соединенный с ротором генератора.
• Крутильный момент коленвала с требуемой частотой вращения передаётся на ротор.
• Механическая энергия вращения ротора возбуждает электромагнитное поле.
• В обмотке генератора создаётся индукционный переменный ток, который подаётся на выход в электросеть с подключенными потребителями.

Состав дизельных электростанций

Основными составными элементами дизельных электростанций являются:

• Дизельный двигатель внутреннего сгорания.
• Подсистемы обеспечения работы двигателя – воздух, охлаждение, подача топлива и т. д. Их возможности (особенно это касается системы топливоподачи) влияют на режим работы дизель генераторной установки.
• Генератор переменного тока – синхронный или асинхронный.
• Система автоматического управления и контроля работы – непосредственно обеспечивает автономный режим эксплуатации дизельной электростанции.
• Рама для крепления оборудования.
• Дополнительная защита от окружающей среды, шума, а также приспособления для удобства транспортировки – кожух, тент, контейнер и т. д.

Производители и поставщики автономных электростанций предлагают различную комплектацию, опциональное оснащение различными системами делающие процесс управления и эксплуатации более простым и безопасным. Выбор варианта комплектации зависит от условий работы оборудования, режима работы дизельной электростанции и других факторов эксплуатации.

Режимы работы дизельной электростанции

В качестве основных существует два режима эксплуатации дизельной электростанции – продолжительный и резервный (аварийный). Первый применяется для обеспечения постоянной работы, второй – для кратковременного включения при сбоях в системе основного питания. Рассчитывая режим работы дизельной электростанции,необходимо учесть разницу между максимальной и номинальной мощностью. Длительная работа возможна лишь в номинальном режиме, не превышающем 80%-90% от максимальной мощности. Максимальная мощность указана на случай кратковременных пиковых нагрузоки допускается лишь на короткие промежутки времени, не более часа. В противном случае возможен перегрев и отключение генератора. Также следует учесть, что минимальная мощность должна быть не менее 25-30% от номинальной.

В зависимости от систем обеспечения и автоматики возможен ручной или автоматический режим работы дизельной электростанции. При ручном режиме необходим контроль следующих параметров:

• давление масла в системе двигателя;
• температура и уровень охлаждающей жидкости;
• напряжение в сети;
• расход топлива и другие параметры.

Запуск и остановка двигателя осуществляются вручную.

Для длительного автоматического режима работы дизельной электростанции необходима сложная система автоматики и вместительный топливный бак. Дизельгенератор запускается без участия человека при исчезновении напряжения в основной сети. Автоматика подаёт управляющий сигнал на запуск и дублирует его в случае необходимости. Через несколько секунд после запуска достигается номинальная мощность двигателя, нагрузка автоматически переключается на генератор и электроток поступает потребителям.

При возобновлении основного питания происходит обратное переключение нагрузки с небольшой задержкой. При переключении питание потребителей не прерывается. После переключения двигатель продолжает некоторое время работу на холостом ходу для охлаждения и только затем останавливается. Сразу после остановки система вновь готова к запуску и автоматическому режиму работы электростанции для обеспечения резервного или аварийного питания.

Современные микропроцессорные системы управления обеспечивают возможность контроля за десятками параметров, выявлять даже мельчайшие сбои в работе, фиксировать время и дату сбоев. Запуск, синхронизация, включение и отключение производится в полностью автоматическом режиме. При использовании наиболее эффективных современных систем управления возможна автоматическая работа до 24 и более часов без участия человека.

Автоматизация дизель генераторных установок

Дизель-генераторные установки зачастую применяются на труднодоступных объектах, и именно поэтому их техническое обслуживание становится сложным и затратным делом. Блок управления БУ-ДГУ разработан для автоматического запуска и останова дизель-генераторной установки по заданному алгоритму. Он поддерживает удаленную настройку и мониторинг и обладает другими возможностями, значительно снижающими затраты и облегчающими работу с ДГУ. Раздел автоматизация дизель генераторных установок.

В 2013 году ООО НПЦ «Компьютерные технологии» получило техническое задание на разработку нового оборудования. Заказчику требовалось устройство для запуска и останова дизель-генераторной установки по заданному алгоритму в зависимости от уровня разряда аккумуляторных батарей. Доступ к устройству для мониторинга и настройки параметров необходимо было организовать удаленно через веб-интерфейс.

Специалисты научно-производственного центра любят решать сложные задачи и всегда успешно справляются с ни­ми. Вот и на этот раз коллективом НПЦ «Компьютерные технологии» был разработан блок управления дизель-генераторной установкой БУ-ДГУ для автоматизации дизель генераторных установок.Он полностью соответствующий требованиям технического задания.

Начиная с 2014 года данными блоками управления комплектуются дизель-генераторы на объектах различного назначения в труднодоступной местности России и Казахстана. Блоки управления ДГУ (для автоматизации дизель генераторных установок) безупречно зарекомендовали себя в нефтегазовой отрасли, на узлах связи и в отдаленных населенных пунктах (рис. 1). Благодарные отзывы эксплуатационников, работающих в сложнейших условиях, подтверждают качество и надежность этого оборудования.

Рис. 1. Блок управления БУ-ДГУ, подключенный к генераторной установке: компактность, удобство монтажа и эксплуатации, надежность (автоматизация дизель генераторных установок).

Что дает автоматизация дизель генераторных установок

Блок управления дизель-генераторной установкой БУ-ДГУ выполняет несколько важных задач:
— автоматический запуск и останов дизель-генераторной установки (ДГУ) по заданному алгоритму в зависимости от:
— статуса основного электроснабжения;
— уровня разряда станционных аккумуляторных батарей (АКБ);
— постоянный контроль параметров состояния АКБ;
— быстрый запуск ДГУ для электропитания объекта и подзарядки АКБ при прекращении подачи электроэнергии от внешнего источника;
— своевременный останов дизель-генератора для перехода на основное или аккумуляторное электропитание при фиксировании:
— восстановления основного электроснабжения;
— полного заряда АКБ;
— поддержка удаленного мониторинга и управления параметрами.

В чем преимущества ДГУ, оснащенной блоком управления БУ-ДГУ

Электроэнергия как воздух необходима для нормального функционирования инфраструктуры объектов, расположенных в удалении от обжитых мест. На необслуживаемых точках физически некому запустить дизель-генератор после аварии на линии электропередачи, и оборудование перестает функционировать после истощения заряда станционных аккумуляторов.

Выезды на удаленные объекты для принятия экстренных мер по подаче электропитания требуют значительных затрат на транспорт (особенно если транспортное средство – вертолет), топливо и содержание персонала (рис. 2). Простой обесточенного оборудования приносит убытки, сказывающиеся на бюджете компаний-владельцев, и наносит урон их репутации.

Рис. 2. Даже специальная техника не всегда может пройти на некоторые удаленные объекты, чтобы доставить ремонтную бригаду, обслуживающую ДГУ

Установка БУ-ДГУ целиком снимает все проблемы, превращая обычный ДГУ в управляемый агрегат. Значительно повышается длительность автономной работы дизель-генератора и его надежность, предотвращаются аварийные ситуации, сокращается число выезда ремонтных бригад, минимизируются расходы и убытки. Монтаж БУ-ДГУ позволяет сэкономить денежные средства наряду с улучшением технологической стабильности объектов.

Где востребованы блоки управления БУ-ДГУ

Блоки управления БУ-ДГУ успешно эксплуатируются на объектах в отдаленной местности, позволяя поддерживать стабильное энергоснабжение и увеличивая надежность работы оборудования. Блоки управления показали себя с лучшей стороны на самых разных объектах:
— нефтегазовых участках;
— телевизионных и радиоретрансляторах;
— сельских и районных АТС;
— базовых станциях сотовой связи;
— пунктах радиорелейной связи;
— временных базах геологических и геофизических партий;
— объектах леспромхозов и лесничеств.

Алгоритм работы блока управления БУ-ДГУ

Основным достоинством блока (автоматизации дизель генераторных установок) управления является полностью автоматическая отработка заданного алгоритма, а также возможность удаленного мониторинга и управления.

Рассмотрим типовую ситуацию: исчезает внешнее электроснабжение объекта. В этом случае оборудование объекта переключается на питание от АКБ (ИБП/ЭПУ). После разряда аккумуляторов до определенного уровня происходит запуск дизель-генератора и переключение подачи электропитания от ДГУ. Разряженные аккумуляторы подзаряжаются в процессе работы ДГУ. Когда АКБ полностью заряжены, ДГУ отключается, а объект снова переходит на питание от АКБ. В таком цикле БУ-ДГУ работает до восстановления внешнего электроснабжения, при появлении которого объект переключается на питание от внешнего источника, а дизель-генератор выключается.

Блок управления БУ-ДГУ может работать в ручном режиме или автоматическом – согласно заданным настройкам. Состояние дизель-генераторной установки и АКБ можно контролировать и изменять из любой точки, где есть доступ к интернету.

Как устроен блок управления БУ-ДГУ

Блок управления БУ-ДГУ совместно с объектовым устройством сбора информации типа УСИ‑8Е или УСИ‑8EG функционирует в составе АПК «ЦЕНСОР» как периферийное устройство (рис. 3). Блок управления размещается в генераторной, а объектовое устройство – в помещении (контейнере) с оборудованием связи. Связь с объектовым устройством выполняется по двухпроводной шине датчиков и модулей расширения. БУ-ДГУ имеет собственный набор датчиков, подключаемых к нему через соответствующие интерфейсы (рис. 4).

Рис. 3. Мониторинг состояния аккумуляторных батарей дизель-генераторной установки через веб-интерфейс АПК «ЦЕНСОР»

Рис. 4. Функциональная схема работы системы управления ДГУ на базе БУ-ДГУ (увеличить изображение)

В состав БУ-ДГУ входят: собственно блок управления дизель-генераторной установкой БУ-ДГУ, а также блок контроля тока и напряжения БК-ТН.

Краткие технические характеристики БУ-ДГУ:
— питание: 6…32 В (от АКБ ДГУ);
— корпус: на DIN-рейку, размеры 70 × 90 × 65 мм;
— температура эксплуатации: –40…+60 °C;
— степень защиты: IP20.

БУ-ДГУ – это еще один универсальный и доступный инструмент для повышения качества управления сетью, который создали для своих заказчиков специалисты научно-производственного центра «Компьютерные технологии». Благодаря БУ-ДГУ владельцы удаленных объектов получили возможность значительно сократить эксплуатационные затраты и облегчить задачу управления объектом.

Резервные дизель-генераторные установки (ДГУ) для АЭС

Необходимы 2 дизель-электрические установки в качестве резервного источника электроснабжения на случай аварии на основном производстве электроэнергии. Будут расположены в сооружении защищённого пункта управления противоаварийными действиями. Дизель-электрическая установка должна находиться в режиме ожидания в состоянии полной технической готовности. ДЭУ должна сохранять работоспособность в особый период и период выполнения противоаварийных работ в течение 1 года.

Технические параметры

• Номинальная (длительная эксплуатационная) мощность — 100 кВт
• Максимальная мощность — 110 кВт
• Частота вращения вала двигателя — 1500 об/мин
• Коэффициент полезного действия (КПД) при cos(φ)=0.8 — 97,13
• Номинальный коэффициент мощности cos(φ) — 0.8
• Расход топлива на номинальной мощности, не более — 24 кг/ч
• Род тока — переменный, трехфазный
• Номинальное напряжение — 400 В
• Номинальная частота тока — 50 Гц
• Сила тока (при cos(φ)=0.8) — 180 А
• Вид топлива — дизельное
• Степень автоматизации — 3
• Степень подвижности — стационарная установка
• Время автоматического пуска от момента подачи команды на пуск до готовности к принятию нагрузки, не более — 15 с

Особенности заказа

• Электроагрегат с водо-водяной (двухконтурной) системой охлаждения
• Автоматическое поддержание нормальной работы после пуска и включения нагрузки, в том числе без обслуживания и наблюдения в течение 72 ч
• Система автоматического управления ДЭУ должна обеспечивать местное и дистанционное управление пуском, остановом, предпусковыми и послеостановочными операциями, а также частотой вращения (нагружением) реверсированием
• ДЭУ должна быть оборудована топливным баком V=0,25 м³
• Оборудование масляным баком V=0,11 м³
• Стартерная аккумуляторная батарея (батареи) должны размещаться в специальном стеллаже для аккумуляторных батарей
• Масса «сухой» ДЭУ должна быть не более 1800 кг
• Габариты, не более — Длина 2580 мм, Ширина 1100 мм, Высота 1580 мм

Подробное описание

Дизельные электростанции 3-й степени автоматизации с двухконтурной водяной системой охлаждения, с коэффициентом мощности cos(φ)=0.8, выходное напряжение 400 В, трехфазный переменный ток, частота 50 Гц, 4-й класс безопасности по НП-001-97(ПНАЭ Г-01-011-97), I категории сейсмостойкости по НП-031-01, с габаритами 2580 мм x 1580 мм x 1100 мм.

Назначение ДГУ

Дизель-электрические установки (ДЭУ) выходной мощностью 100 кВт необходимы для резервирования электроснабжения в случае аварийного отключения (выхода из строя) штатной системы электроснабжения АЭС.

Шкаф управления ДГУ

• Возможность автоматического, удаленного и ручного запуска/останова станции
• Индикация:
  • Уровня топлива
  • Давления масла
  • Заряда аккумуляторной батареи
  • Температуры охлаждающей жидкости двигателя
  • Частоты вращения коленчатого вала двигателя

  Особенности ДГУ

  В отличие от большинства дизельных электростанций, система охлаждения двигателя согласно ТТ — водо-водяная двухконтурная. ДЭС должна иметь возможность ручного и автоматического управления, в том числе удаленно с пульта управления, который может располагаться на расстоянии до 1.5 км. Требование автоматического поддержания нормальной работы после пуска и включения нагрузки, в том числе без обслуживания и наблюдения в течение 72 ч, определяет ряд технических решений: увеличенный топливный бак с возможностью подкачки топлива при помощи электронасоса, оснащение ДГУ масляным дозатором. Соответствие I категории сейсмостойкости по НП-031-01 потребовало усиления болтовых соединений, увеличения числа виброопор и амортизационных подушек.

  голоса

  Рейтинг статьи