Частые вопросы, связанные с построением и работой дизельной электростанции и источника бесперебойного питания
После опубликования статей, в которых рассмотрены совместная работа дизельной электростанции - ДЭС и источника бесперебойного питания ИБП, подключение к ДЭС источников бесперебойного питания, оборудованных устройствами нормированного подключения нагрузки и без них, а также приведен метод расчета потребной мощности ДЭС, авторы получили ряд запросов, в которых затрагивались вопросы, связанные с номенклатурой устанавливаемых на ДЭС регуляторов, изменением динамической устойчивости системы «ДЭС-ИБП» и ряд других. Ознакомившись с ними, авторы сочли целесообразным рассмотреть эти вопросы более подробно.
  1. На ДЭС, предназначенных для работы совместно с ИБП, устанавливают, как правило, электронные регуляторы частоты вращения и электронные с постоянным подмагничиванием регуляторы напряжения (возбуждения). Приводимые в литературе [6] сведения о применении на них регуляторов нагрузки являются ошибочными: последние используются только на тепловозах. Что же касается собственно нагрузки, то она определяется потребителями (по виду - активная или реактивная и по величине), для каждой системы «ДЭС-ИБП» является данностью и не может «регулироваться». Устройство нормированного подключения нагрузки не является регулятором, оно определяет темп нагружения ДЭС, заменяя одномоментный («мгновенный») наброс нагрузки ее плавным увеличением и предотвращая перегрузку ДЭС в переходном режиме.Попутно отметим, что это устройство является принадлежностью ИБП, а не ДЭС.

  2. Источник бесперебойного питания является нелинейной комплексной нагрузкой для ДЭС. Искажение формы кривых тока и напряжения приводит к добавочным потерям в ферромагнитных участках магнитной цепи и, как следствие, к увеличению нагрева обмотки и железа генератора.
    Как правило, синхронные дизельные генераторы, предназначенные для работы на линейную нагрузку при cos = 0,8, имеют запасы по нагреву обмотки и железа статора 25…30% и не имеют больших запасов по нагреву обмотки возбуждения. Однако, при работе ДЭС на источник бесперебойного питания, коэффициент мощности генератора примерно равен 0,9…0,95, его ток возбуждения меньше номинального на 30…35% и, следовательно, количество выделяемого в обмотке возбуждения тепла не превышает 50% номинального значения. Соответственно, проблем с нагревом обмотки возбуждения не возникает. Из сказанного следует, что генераторы, спроектированные для работы на линейную нагрузку, могут, как правило, использоваться в составе ДЭС для работы на номинальной мощности на источник бесперебойного питания. При этом повышение температуры обмоток и железа не выходит за пределы норм, оговоренных ГОСТ 183 «Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования».

  3. В ряде случаев при подключении ИБП, не имеющих устройств программного подключения («мгновенный» наброс) или имеющих входной фильтр, наблюдается кратковременное снижение («провал») напряжения, приводящее к отключению ИБП от ДЭС. Этот «провал» вызывается увеличенной нагрузкой, подключаемой к ДЭС, которая существенно больше входной мощности ИБП, т.к. расходуется не только на обеспечение нужд потребителей, но и компенсацию затраченной аккумуляторной батареей ИБП энергии, а также заряд входных цепей ИБП (фильтров).
    С целью уменьшения «провала» напряжения и времени его восстановления представляется целесообразной замена в ДЭС штатных генераторов на генераторы повышенной мощности при неизменной мощности дизелей. В результате такой замены при неизменном (по абсолютной величине) набросе нагрузки, загрузка генератора (в процентах от мощности) будет меньшей, а, следовательно, меньшими будут «провал» напряжения и время его восстановления.

  4. Приводимые в литературе соображения о том, что потребляемый ИБП ток, имеющий пульсирующий (импульсный) характер, приводит к снижению динамической устойчивости системы автоматического регулирования «частота вращения - напряжение - нагрузка», являются, по мнению авторов, спорными, а предлагаемое решение - увеличение мощности ДЭС - неоправданным.
Дело в том, что:
  1. Как уже было сказано, системы регулирования нагрузки на дизельгенераторах, предназначенных для работы совместно с ИБП, вообще не применяют (используются только на тепловозах);

  2. Постоянная времени регулятора возбуждения генератора - Тrв существенно меньше постоянной времени регулятора частоты вращения ДГ - Тrд, так что последний при работе дизельгенератора на ИБП не реагирует на отдельные импульсы тока, воспринимая их как осредненную нагрузку и соответственно на нее реагируя.
Сказанное подтверждается анализом наблюдавшихся случаев неустойчивой работы системы, который показал, что причинами являлись:
  1. кратковременная перегрузка ДЭС в момент переключения ИБП, не имеющего устройства программного подключения и оборудованного входным фильтром, на работу от ДЭС с генератором недостаточной мощности. При этом недопустимо снижались напряжение и частота вращения и ИБП вновь переходил на питание нагрузки от аккумуляторных батарей. После восстановления напряжения на клеммах генератора вновь происходило переключение ИБП на работу от ДЭС, после чего все повторялось. Очевидно, что какого-либо отношения к работе системы автоматического регулирования «частота вращения - нагрузка» и, в частности, снижению ее динамической устойчивости, этот процесс не имел.

  2. дефект конкретного генератора, что, естественно, также не было связано с видом нагрузки.
    Замена генератора полностью ликвидировала неустойчивую работу системы.

  3. недостаточное быстродействие регулятора напряжения. В этом случае нагрузка также была линейной, а неустойчивая работа системы исключена заменой регулятора на быстродействующий.
Кроме изложенного, в эксплуатации наблюдались два-три случая повышенной низкочастотной модуляции (с частотою 10…12 Гц), не влияющей на работу оборудования, но приводящей к «мерцанию» осветительных люминисцентных ламп.

Из сказанного следует, что вид нагрузки не оказывает определяющего влияния на поведение системы регулирования «частота вращения - напряжение», хотя полностью исключить его влияние без проведения дополнительных исследований и экспериментальных проверок было бы неверно.

А.Я. Гольдинер
М.И. Цыркин
К.А. Тюляков
С.В. Соколов
А.И. Любельский