О состоянии тренажерной подготовки на кафедре «Электротехника и электрооборудование объектов водного транспорта» Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313

О. С. Хватов, д. т. «., профессор.

О. А. Бурмакин, к. т. н., доцент.

В. В. Гуляев, к. т. н., доцент.

Т. Н. Гусакова. старший преподаватель.

603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.

О СОСТОЯНИИ ТРЕНАЖЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ НА КАФЕДРЕ «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»

Представлена лабораторная база тренажерной подготовка на кафедре «Электротехника и электрооборудование объектов водного транспорта».

Основной задачей деятельности судового электромеханика является обеспечение надежного функционирования судовой электроэнергетической системы и судовых приемников при соблюдении правил технической эксплуатации и рационального использования запасных частей. Кроме того, электромеханик обязан предотвратить аварийнлто ситу ацию, если возникнет необходимость найти правильное техническое решение по ликвидации последствий аварий. Для этого судовой электромеханик должен обладать профессиональными знаниями и практическими навыками, ясно представлять физическую сущность процессов, происходящих в элементах судовой электроэнергетической системы.

Алгоритм упззалзния суповой алвктроаиср-етичесой системой

Оиибки

Засада №;

»

— — п

У L рч

pv С J СП

V]-iiyCK Н-1ШЮЧИ,Ь [у]-да ГГ|-Soi ьше 1 Esc |- выход

[qj-cion [£] иыы:ючи1ь [Vj-iiei [Г]-меньше | Back |-исирациы

| м |.......| fi |- 1енераюры Ш...0, И ,ЕЗ, СЗ * авюмаш

пробел |. дси ад uaxiemiOMy механиику \сипхр. Бондаренкс Б.В

144

В Волжскс техника и эле» ности 18.04.01 ки» в соотвек семестры) кур подготовка яа и практически Тренажер! этапе (7 сем МАТЪАВ (пр: возбуждение г На втором компьютерную системы тепле в соответствю Судовая 31 ций, рас по лож« ет в себя 2 енн с берега ЩГТБ. носовую элект] лельная работа ном режиме, а та не предуемг вой и кормово1 тельная паралл После проведе мо провести ра Каждый п те вращения, I ях, переводах и при реализа]

- берегово

- съёмка о

- вход в уз

- ВЫХОД В I

- аварийт

- отбой тр

- швартов!

- переход

Действия

- правилы

- соблюде -недопуш

- сохранеь -недопуш -недопуш -недопуш

На третье: имитационно] станции танке

Вестник ВГАВТ

В Волжской государственной академии водного транспорта на кафедре «Электротехника и электрооборудование объектов водного транспорта» у студентов специальности 18.04.04 - «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики» в соответствии с учебным планом на четвертом (7 и 8 семестры) и пятом (9 и 10 семестры) курсах осуществляется комплексная тренажерная подготовка. Тренажерная подготовка является эффективным инструментом закрепления теоретических знаний и практических навыков, приобретаемых студентом в процессе обучения в академии.

Тренажерная подготовка на кафедре осуществляется в четыре этапа. На первом этапе (7 семестр) студенты проводят компьютерное моделирование в пакете МАТЬАВ (приложение знпиНпк) режимов работы генераторов переменного тока -возбуждение генератора, наброс и сброс нагрузки с учетом ее величины и характера.

На втором этапе студенты изучают внедренную на кафедре в учебный процесс компьютерную программу, моделирующую работу судовой электроэнергетической системы теплохода класса II ограниченного района плавания. Программа разработана в соответствии с правилами Российского Морского Регистра Судоходства.

Судовая электроэнергетическая система состоит из двух независимых электростанций, расположенных в носовой и кормовой частях судна. Каждая электростанция включает в себя 2 синхронных генератора, 2 секции потребителей, синхроноскоп и щит питания с берега ЩПБ. Питание от внешнего источника может подаваться как в кормовую, так и в носовую электростанцию или одновременно,- Причем при снятии питания с берега параллельная работа судовых электростанций и береговой сети предусмотрена в кратковременном режиме, а при переключении на питание от внешнего источника параллельная работа не предусматривается. Также в кратковременном режиме предусмотрена работа носовой и кормовой станции для перевода потребителей на соответствующий генератор. Длительная параллельная работа допускается только для генераторов одной электростанции. После проведения синхронизации между генераторами одной электростанции необходимо провести распределение активных нагрузок между ними.

Каждый генератор снабжен средствами индикации по напряжению, току и частоте вращения, показаниями которых необходимо руководствоваться при переключениях, переводах нагрузки, техническом использовании судовой электрической станции и при реализации следующих эксплуатационных режимов судна:

- береговой режим;

- съёмка со швартов;

- вход в узкость;

- выход в открытое море;

- аварийный режим;

- отбой тревоги;

- швартовка правым бортом;

- переход на береговое питание.

Действия студентов оцениваются по следующим критериям:

- правильная последовательность переключений;

- соблюдение условий включения генераторов на параллельную работу;

- недопущение перегрузки генераторов;

- сохранение живучести судна;

- недопущение длительной параллельной работы генераторов разных станций;

- недопущение длительной параллельной работы с берегом;

- недопущение перебоев питания электропоребителей.

На третьем этапе (9 учебный семестр) студенты изучают компьютерный комплекс имитационного моделирования эксплуатационных режимов работы судовой электростанции танкера. Данный компьютерный комплекс разработан сотрудниками кафедры

Судовая и промышленная энергетика

и позволяет моделировать в реальном масштабе времени работу судовой электроэнергетической системы, а также имитировать ситуации, которые невозможно или затруднительно воссоздать на лабораторном оборудовании. На данном компьютерном тренажере предусмотрена реализация следующих эксплуатационных режимов:

1. ввод электрооборудования танкера в эксплуатацию;

2. отход от пристани;

3. начало маневров;

4. окончание маневров;

5. стоянка на рейде (по течению);

6. снятие с якоря;

7. подход к танкеру - накопителю для выгрузки;

8. выгрузка;

9. отправление в рейс после выгрузки;

10. начало маневров;

11. окончание маневров;

12. подход к причалу для погрузки;

13. погрузка.

Предусмотрена отработка последовательности действий при возникновении следующих аварийных ситуаций:

1. отказ подруливающего устройства;

2. отказ Д01 при отказе на запуск Д02 и ДОЗ (обесточивание электростанции);

3. отказ Дв1 при возможном запуске Д02 и ДОЗ,

4. отказ Д02 при снятии с якоря;

5. пожар на судне в надстройке в ходовом режиме судна;

6. пожар в машинном отделении в ходовом режиме судна;

7. сорвало с якорей при стоянке на рейде.

Для прохождения лабораторного практикума на тренажере студенты должны иметь соответствующие знания по судовым электрическим станциям, электрооборудованию судов, судовому электроприводу и судовым энергетическим установкам, а также знать требования правил Российского Речного Регистра и Морского Регистра Судоходства к электрооборудованию, установленному на судах.

Перед тем, как приступить к выполнению заданий на тренажере необходимо познакомится с устройством судовых электростанций различных теплоходов, с типовыми структурными схемами судовых электростанций различных теплоходов, изучить схемы автоматизация вспомогательных дизель-генераторов II и Ш степени, существующие на современных судах типа река-море, знать аппараты управления, защиты и сигнализации.

Программа имеет удобный для пользователя интерфейс. На основании базы данных студентов, предусмотрена возможность ограничения доступа, контролирования тестирования и получение отчетности.

Судовая электрическая станция танкера состоит из 3 основных дизель - генераторов (ДГ) мощностью по 100 кВт, аварийного дизель-генератора (АДГ) мощностью 20 кВт, главного распределительного шита (ГРЩ), аварийного распределительного щита (АРЩ), щита питания с берега - ЩПБ и магистральных кабелей основных судовых приемников. Основная электростанция обеспечивает питанием потребители, расположенные на ГРЩ, и через выключатель 0?20 потребители, подключенные к щитам АРЩ.

От шин ГРЩ через соответствующие выключатели получают питание следующие потребители:

ОБ 5 балластный насос № 1 (мощностью Рн = 15 кВт);

ОБ 6 подруливающее устройство (Рн = 70 кВт);

146

QF 7 грузо QF 8 грузо QF 9 пожа] QF 10 брав QF 11 шли QF 12 кош QF 13 зачи QF 17 балл QF 18 нави QF 19 коте

Потребите, вилами России К шинам А

QF 14 - р>. QF 16-ав< QF 21 -ав<

На данном ложняется зала В тесте № ние судовой эл

О? 7 грузовой насос № 1 (Рн = 80 кВт);

ОР 8 грузовой насос № 2 (Рн = 80 кВт);

СЯ7 9 пожарный насос (Рн = 20 кВт);

СИР 10 брашпиль (Рн = 16) кВт;

ОР 11 шпиль (Рн = 12) кВт;

ОР 12 компрессор (Рн = 12) кВт;

ОР 13 зачистной насос (Рн = 10 кВт);

ОР 17 бахтастный насос № 2 (Рн = 16 кВт);

ОР 18 навигационные потребители (Рн = 50 кВт):

ОР 19 котел КВА (Рн = 10 кВт).

Потребители, получающие питание от АРЩ. выбираются в соответствии с Правилами Российского Регистра.

К шинам АРЩ через выключатели подключаются следующие потребители:

ОР 14 - рулевая машина (мощностью Рн = 5 кВт); ОР 16 - аварийное освещение (Рн = 4 кВт); ОР 21 - аварийный пожарный насос (Рн = 6 кВт).

На данном тренажере предусмотрено три теста. По мере возрастания номера усложняется задание.

В тесте № 1 сту дент - электромеханик должен правильно произвести переключение судовой электростанции в зависимости от режима работы судна.

Ситуация: Ввод танкера в эксплуатацию

_ <угс_

ссчьхаа?« VK ст«аеьсто

QF15 QFli QF2 QF3

QF4

G4: G1 G2 G3 ПБ г»

ч Qf И

—•Авар пахар насос (S)

3F5 t

'■Ч QF«

QF7 ,

QF8

,

QF10

QF11 >

QF12

суп

QF1? 8

ос (IS) Ппядо ucipoarieo (7в) Грциввйнвгот.Ш (М) Грузовой насос № (И) cot (2»)

(14

оч on

ЭячмстмоА насос (м)

Бшийашй насос (14) Нампциен потреб (М) Котел КВА PI)

Следующий вопрос

G1

U1 - о в

II -1 Hi

Перейти к нервкпюченияи

Перечень необходимых переключений дается в правом верхнем углу вразнобой. Сначала необходимо определить правильную последовательность действий и только

после этого нажатием соответствующей кнопки перейти к переключениям на структурной схеме. Пользователь не сможет перейти к следующей ситуации, пока правильно не определит последовательность действий предыдущей.

Время выполнения в первом тесте не ограничено.

В тесте № 2 порядок действий не выставляется. Сразу делаются переключения на структурной схеме согласно названию ситуации.

В тесте № 3 дается определенное время для ввода судна в эксплуатацию, погрузку. движения к месту выгрузки и возвращению обратно. Последовательность действий и названия ситуаций не выставляется. Студенту необходимо по движению судна успеть сделать необходимые переключения согласно конкретной ситу ации.

На четвертом этапе студенты переходят к работе на физической модели судовой электростанции.

Тренажерный комплекс состоит из одного главного и одного аварийного распределительных щитов и четырех генераторных агрегатов. Каждый генераторный агрегат включает в себя трехфазный синхронный генератор 3x400 В. 50 Гц 0.6 кВт. приводимый во вращение трехфазным асинхронным электродвигателем переменного тока. Тренажер предназначен дтя моделирования судовой электроэнергетической системы и отработки навыков по ее управлению

Основная электростанция состоит из двух дизель-генераторных агрегатов переменного трехфазного тока мощностью по 0,6 кВт (ДГ1 и ДГ2) и одного валогенерато-ра мощностью 0.6 кВт (ВГ). Основным распределительным устройством электростанции является автоматизированный главный распределительный щит (ГРЩ). Предусмотрен прием питания с берега на ГРЩ. Аварийная электростанция состоит из одного аварийного дизель-генераторного агрегата мощностью 0,6 кВт (АДГ). Аварийным распределительным устройством является автоматизированный аварийный распределительный щит (АРЩ). Дизель-генераторы и валогенератор имитируются генераторными агрегатами. АРЩ состоит из одной секции аварийного дизель-генератора.

VGAVT Nijniy Novgorod

Hsjcrc Cs»n HWCPMIHOnV

as лат

m » a\

' D

ГРЩ состоит из четырех секций: двух секций дизель-генераторов, одной секции управления. В секции управления установлен секционный выключатель сборных шин. В ГРЩ встроена система автоматического управления судовой электростанцией (Power Managment System. PMC). PMC состоит из четырех блоков управления типа РРМ производства фирмы DEIF A/S (Дания), встроенных в каждую секцию щита. Каждый блок РРМ имеет панель оператора, установленную на лицевой стороне ГРЩ

148

на которой ра. Кроме т снабжен до: режимы угц Для ran дой генерал На эти пре «СТОП») и БОЛЬШЕ» ков РРМ ш пают кома* управление оператор м< переключат цевой панел Каждый торы поступ магическом напряжения МЕНЬШЕ», торов С ПОМ1 электронные На сект низации:

- двойне

- двойне

- электр«

- перекл На гене}

рительные п ГРЩ об.

- генера:

- генера!

- генера1

- генера:

- генера:

- двухст

- фидера перегрузки;

- фидера редования ф

- вспомо

ГРЩ об<

-длигелы -длигелы

- длител бота ВГ на п

-длител бота ВГ на ц

- длител!

Вестник ВГАВТ

на которой отображаются параметры управляемого блоком выключателя и генератора. Кроме того, блок РРМ, установленный в секции управления, является базовым, он снабжен дополнительной панелью оператора (АОР), с которой оператор может задать режимы управления электростанцией.

Для питания и управления приводными электродвигателями генераторов, в каждой генераторной секции установлены преобразователи частоты переменного тока. На эти преобразователи поступают команды от блоков РРМ (команды «ПУСК» и «СТОП») и от электронных потенциометров задания частоты (команды «ЧАСТОТА БОЛЬШЕ» и «ЧАСТОТА МЕНЬШЕ»). В автоматическом режиме управления с блоков РРМ на электронные потенциометры задания частоты дизель-генераторов поступают команды «ЧАСТОТА БОЛЬШЕ» и «ЧАСТОТА МЕНЬШЕ». Автоматическое управление частотой валогенераторов не производится. В ручном режиме управления оператор может изменять частоту дизель-генераторов и валогенератора с помощью переключателей «ЧАСТОТА БОЛЬШЕ\МЕНЬШЕ» с лицевой панели ГРЩ или с лицевой панели этих же электронных потенциометров.

Каждый генератор снабжен автоматическим регулятором напряжения. На эти регуляторы поступают команды от электронных потенциометров задания напряжения. В автоматическом режиме управления с блоков РРМ на электронные потенциометры задания напряжения поступают команды «НАПРЯЖЕНИЕ БОЛЬШЕ» и «НАПРЯЖЕНИЕ МЕНЬШЕ». В ручном режиме управления .оператор может изменять напряжение генераторов с помощью этих же электронных потенциометров задания напряжения, для этого электронные потенциометры вынесены на лицевую панель ГРЩ и снабжены кнопками.

На секции управления установлен комплект приборов для ручной точной синхронизации:

- двойной вольтметр;

- двойной частометр;

- электронный синхроноскоп;

- переключатель выбора синхронизируемых источников.

На генераторных секциях и секции управления предусмотрены стрелочные измерительные приборы для измерения необходимых величин.

ГРЩ обеспечивает защиты от:

- генераторов от перегрузки по току и мощности;

- генераторов от токов короткого замыкания;

- генераторов от обратной мощности;

- генераторов от снижения частоты;

- генераторов от снижения напряжения;

- двухступенчатое отключение несоответственных потребителей при перегрузке;

- фидера питания с берега, фидеров потребителей от токов короткого замыкания и перегрузки;

- фидера питания с берега от обрыва фазы, снижения напряжения и обратного чередования фаз;

- вспомогательных цепей и аппаратуры от токов короткого замыкания и перегрузки.

ГРЩ обеспечивает следующие режимы работы судовой электростанции:

- длительная одиночная работа одного ДГ на главные шины и шины валогенератора ГРЩ

- длительная параллельная работа д вух ДГ на главные шины и шины валогенераора ГРЩ

- длительная одиночная работа одного ДГ на главные шины ГРЩ, длительная работа ВГ на шины валогенератора;

- длительная параллельная работа двух ДГ на главные шины ГРЩ, длительная работа ВГ на шины валогенератора;

- длительная работа ВГ на шины валогенератора и на главные шины ГРЩ;

- длительный прием питания с берега на главные шины и шины валогенератора ГРЩ;

- длительный прием питания с берега только на главные шины ГРЩ. Возможно управление в ручном, полуавтоматическом, автоматическом режимах,

а также с компьютерного поста.

По окончании академии, при условии успешной сдачи экзамена на тренажере по подготовке электромехаников и прохождение плавательной практики в требуемом объеме, студентам выдаётся рабочий диплом Ш помощника электромеханика всех групп судов и II помощника электромеханика IV группы судов. При прохождении определенного ценза плавания в должности электромеханика-стажера, с учетом тренажерной подготовки после получения диплома об образовании, в течении 6 месяцев, студентам выдаются в академии рекомендации для получения морского диплома электромеханика III разряда.

Список литературы

[1] Правила Российского Речного Регистра. - Т.З. - М.: По Волге, 2002.

[2] Российский Морской Регистр Судоходства. - СПб.: Дворцовая Набережная, 8, 2003.

[3] Техническое описание тренажерного комплекса.

ABOUT A CONDITION OF TRAINING PREPARATION ON THE DEPARTMENT OF «THE ELECTRICAL ENGINEERING AND ELECTRIC EQUIPMENT OF INSTALLATIONS OF WATER TRANSPORT»

O. S. Hvatov, O. A. Burmakin, V. V. Guljaev, T. N. Gusakova

The laboratory baseline of training preparation on the department of «The Electrical engineering and electric equipment of installations of water transport» is presented

УДК 621.313

О. С. Хватов, д. т. н., профессор. О. А. Бурмакин, к. т. н., доцент. И. А. Тарпанов, аспирант, ВГАВТ. 603950, Нижний Новгород, ул Нестерова, 5а.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СУДОВОЙ ГИБРИДНОЙ ПРОПУЛЬСИВНОЙ УСТАНОВКИ

Проанализированы режимы работы судовой гибридной установки. Разработана математическая модель пропульсивной гибридной установки на основе машины двойного питания и на основе асинхронной машины с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы судовой гибридной установки основан на возможности применения пропульсивной установки с тепловым главным двигателем (ГД) и обратимым валогенерато-ром, используемым в качестве вспомогательной гребной электрической установки (ГЭУ).

Коэффициент полезного действия (КПД) пропульсивной установки судна с «чистым» электродвижением меньше, чем КПД судна с пропульсивной установкой с тепловым двигателем, работающим непосредственно на гребной винт. Кроме того, на электроходах требуется применять дополнительное оборудование, входящее в состав ГЭУ, отрицательно влияющее на массогабаритные и стоимостные характеристики судна, -щиты электродвижения или секции электродвижения, мощные трансформаторы ГЭУ, преобразователь частоты, гребные электродвигатели и их системы охлаждения.

Тем не мене с электродвиже! относятся такие версы (ледокол! таких скоростях сятся гидрограф Судно с пр< судна с про пуль пульсивной уCTi основной, а всга нальная схема п (МДП) (а) и на а

Продолжи двигателями ( вых потребит» вляется перех отключаются, осуществляет гребных эле к" ется от BcnoMi На рис. 2 тановки. Облг