Расчет электрических нагрузок и комплектация СЭЭС

Это необходимо для выбора количества и мощности генераторов в СЭЭС. Используют несколько методов расчета в зависимости от наличия исходной информации и требуемой точности (предварительный расчет, уточненный расчет).

1. Метод корреляционных коэффициентов.

Метод основан на известных связях суммарной мощности генератора: Р_г=f(N), где N – мощность главного двигателя (двигателей), или Р_г=f(В), где В – полное водоизмещение для каждого данного типа судна.

Эти зависимости используются для предварительной оценки на стадии разработки технического задания или предложения, при отсутствии перечня приемников электроэнергии. Этот метод не используют для выбора аварийного генератора и для судов малых серий (газотурбоходы, атомные, плавдоки и т.п.) по которым мало статистики.

Для судов морского флота:

N=×1000 л.с. Р=×1КВт

В=×1000 т

Ø Сухогрузные теплоходы с вертикальной погрузкой:

Ø Сухогрузные теплоходы с горизонтальной погрузкой:

Ø Сухогрузные пароходы и крупные теплоходы:

Ø Танкеры водоизмещением до 30000 тонн:

Ø Танкеры водоизмещением более 30000 тонн:

Ø Ледоколы и самоходные паромы:

Ø Буксиры:

Аналогичные зависимости есть для судов внутреннего и смешанного плавания.

Связь Р_г с мощностью по режимам судна так же известна на основании аналогичных зависимостей.

Тип судна	Режимы
Стоянка	Стоянка с погрузкой	Ходовой	Маневренный
Морские сухогрузные теплоходы	0,3 Рг	0,5 Рг	0,5 Рг	0,5 Рг
Морские сухогрузные пароходы	0,25 Рг	0,45 Рг	0,43 Рг	0,43 Рг
Морские танкеры	0,24 Рг	0,6 Рг	0,53 Рг	0,53 Рг
Морские ледоколы и паромы	0,15 Рг	0,4 Рг	0,55 Рг	0,55 Рг

Точность метода зависит от объема статистических данных при определении зависимостей Р_г=f(N) и Р_г=f(В).

1.2 Определение электрических нагрузок СЭЭС на атомных судах.

Режимы на судах с ЯЭУ:

· Стоянка с расхоложенной ЯЭУ.

· Пуск ЯЭУ.

· Стоянка с работающей ЯЭУ (режим готовности).

· Ход на полной или частичной мощности ЯЭУ.

· Расхолаживание ЯЭУ.

Ø Пуск и расхолаживание ЯЭУ осуществляется с использованием двух независимых от ЯЭУ источников: береговая сеть, аварийный ДГ. Мощность в этих режимах определяется типом и тепловой мощностью реактора. Режим готовности ЯЭУ (основной режим), остальные режимы (ходовой, маневренный, грузовые операции) производные от этого режима.

Нагрузку определяют от основного режима с добавкой для каждого производного. Режимы кратковременные и редкие (пуск и расхолаживание) не рассчитываются вообще.

Ø Стоянка с расхоложенной ЯЭУ.

В – водоизмещение (т).

∆Р_Яст – мощность механизмов и систем ЯЭУ в расхоложенном состоянии.

∆Р_Э – добавочная мощность на увеличенную численность экипажа на атомных судах.

∆Р_Яст=(0,8-1,0) Р_Яст

Р_Яст – мощность механизмов при работающей ЯЭУ.

Р_Яст=(0,5-0,75)%Р_р

Р_р – тепловая мощность реактора

∆Р_Э=(2,5-2,8) ∆n

∆n – дополнительная численность экипажа.

Ø Стоянка в режиме готовности ЯЭУ.

N – максимальная длительная мощность на фланцах главных турбин (КВт).

∆Р_Т – мощность электроприводов циркуляционных, конденсатных и смазочных насосов главных турбин (КВт).

Ø Ходовой режим.

∑∆Р_ход – суммарная мощность, потребляемая судовыми механизмами, работающими только в ходовом режиме.

Для судов, с прямой передачей энергии главных турбин на винт

Р_сход≈Р_сгот

Для судов с электропередачей (в основном ледоколы)

Р_сход≈Р_сгот+∆Р_ГЭУ

∆Р_ГЭУ – мощность потребляемая системами возбуждения и вентиляции главных электрических машин.

∆Р_ГЭУ=50∑Р_ГЭД^0,7

Р_ГЭД – суммарная мощность ГЭДов (КВт).

Р_ГЭД=N∙η

N – мощность турбины

η – КПД электропередачи

Ø Маневренный режим.

∑Р_м – мощность механизмов, обеспечивающих маневры и системы.

Ø Стоянка с грузовыми операциями.

∑Р_стг – суммарная мощность грузовых устройств.

Для обеспечения ядерной безопасности на суда с ЯЭУ необходимо использование двух СЭЭС, в состав которой ходят ТГ и резервные ДГ.

Мощность резервных ДГ определяется:

∑Р_ДГн – должна быть достаточной для режимов пуска и расхолаживания ЯЭУ.

∑Р_ТГн – суммарная номинальная мощность ТГ одной СЭЭС.

К_зТГ – коэффициент загрузки основных ТГ в ходовом режиме.

Обычно на каждой СЭЭС используются ТГ и один резервный ДГ, если резервный ДГ вообще один на судне, то должна быть предусмотрена возможность его включения на шины любой СЭЭС.

Ø Аварийный режим.

Расчет мощности определяется типом (спецификой) ЯЭУ.

2. Метод нагрузочных таблиц.

Это основной метод на стадии технического проектирования, по которому принимаются основные решения.

В качестве исходных данных должен быть известен перечень всех потребителей (N) электроэнергии, установленных на данном судне, с указанием количества (n) одноименных потребителей и их необходимой единичной мощности (Р_н) в КВт.

Задача по определению нагрузки генераторов СЭЭС заключается в определении мощности, потребляемой приемниками электроэнергии в различных режимах судна.

Каждому потребителю присваивается порядковый номер и составляется таблица исходных данных – таблица 1.

№ потребителя	Количество одноименных потребителей n (шт)	Номинальная мощность каждого потребителя Рн(КВт)	η	cos(φ)	Рустан. (КВт)
. . . N

Табл. 1

Из каталогов сюда вносятся данные по КПД, коэффициенту мощности и установленной мощности электродвигателя (графа 6).

Р_у для нагревателя Р_у=Р_н

Р_у для электропривода Р_у≥Р_н

Далее определяются расчетные данные потребителей – таблица 2.

Включающие в себя:

· Коэффициент использования электродвигателя К_и=Р_н/Р_у (графа 2)

· Единичную потребляемую мощность

· Суммарную, потребляемую одним потребителем, мощность

Таблица 2.

№ п.п.	Ки	Потребляемая мощность
Единичная	Суммарная
РПе	Sпе	РПс	Sпс
. . N

Судно эксплуатируется в различных режимах, которые в зависимости от его типа и назначения должны охватывать весь рейсовый цикл.

Например:

Ø Для грузовых транспортных судов:

· Стоянка

· Стоянка с погрузкой

· Съемка с якоря

· Ход

· Аварийный

Ø Промысловые:

· Стоянка

· Съемка с якоря

· Ход на промысел

· Ход во время промысла

· Аварийный

При этом необходимо учитывать режимы, где ожидается наибольшая, наименьшая и промежуточная по мощности нагрузка генератора.

Для автоматизации расчетов режимам так же присваиваются номера, а потребители маркируются по графикам работы в этих режимах (графа 7 таблицы 3):

а. Могут не работать в данном режиме вообще.

б. Работают непрерывно (однократное включение, время работы 70…100% от времени режима).

в. Периодически (многократное включение, 15…70% от времени режима).

г. Работают эпизодически (однократное или многократное включение, время работы от 15%).

Чтобы определить мощность потребителя в данном режиме судна необходимо кроме данных таблицы 1 и 2 задать:

Ø коэффициент одновременности работы одноименных потребителей (графа 2 таблицы 3).

m – число работающих в данном режиме потребителей из общего числа n, установленных на судне.

Ø Коэффициент загрузки механизма:

Р_ф – фактически потребляемая в данном режиме мощность.

Р_н – графа 3, таблицы 1.

№ п.п.	Ко	Км	Кg	Потребляемая мощность	График работы
Р (КВт)	S (КВА)
. . N

Таблица 3

Графа 5 – активная мощность потребителей в данном режиме для одноименных потребителей.

Графа 6 – полная мощность

здесь необходимо учесть возможные изменения cos(φ) потребителя в зависимости от коэффициента загрузки в данном режиме (есть в литературе).

После заполнения таблицы 3, для каждого режима подводят итоги, которые заключаются в определении параметров нагрузки генераторов в данном режиме.

К ним относятся:

Максимальная длительная нагрузка;

Нагрузка генераторов:

Р_г – активная нагрузка

Р_нр, Р_пр – мощность потребителей непрерывно и периодически работающих в данном режиме промаркированных в графе 7, таблицы 3.

К_с1, К_с2 – коэффициенты совместной работы, соответственно непрерывно и периодически работающих потребителей.

К_п – учитывает потери мощности в сети.

К_п=1,02 – для судов малого водоизмещения

К_п=1,03 – для судов среднего водоизмещения

К_п=1,04…1,05 – для судов большого водоизмещения

Аналогично находятся значения полной мощности нагрузки, и определяется средневзвешенный коэффициент мощности в режиме.

Необходимо также знать пиковую мощность (максимальную).

Р_м – наибольшая мощность потребителя с эпизодическим графиком работы.

После завершения расчетов параметров нагрузки по всем режимам, составляют итоговую таблицу.

Режим     Параметр	Ходовой	Стоянка	Стоянка с грузовыми операциями	Маневренный	Специальный
Рг
Sг
cos(φ)
Рм

Точность метода зависит от достоверности информации по коэффициентам одновременности и загрузки по режимам, а также коэффициентам К_с1, К_с2

Выбор количества и мощности генераторов (варианта СЭЭС) по результатам расчета нагрузки.

Это центральная задача в судовой электроэнергетике. От правильности ее решения зависят технические и экономические показатели СЭЭС.

Вариант СЭЭС выбирают, исходя и з следующих требований:

1. Мощность генераторов выбирается по максимальной длительной мощности.

2. Режим пиковой нагрузки обеспечивается включением резервного генератора, либо кратковременным отключением второстепенных потребителей. Отсюда следует, что мощность резервного агрегата должна быть не меньше Р_э, то есть обеспечивать режим пиковой нагрузки.

3. Загрузка ГА в наиболее длительных режимах работы должна быть не менее 0,6.

4. Число типоразмеров ГА должно быть минимальным. То есть все генераторы должны быть одинаковыми.

5. Аварийный генератор выбирается исходя из условия:

мощность аварийного генератора должна быть не меньше не отключаемой нагрузки.

6. Должен быть предусмотрен резерв мощности 10…15% на последующую модернизацию судна и установку новых потребителей.

3. Определение варианта СЭЭС методом годового графика нагрузки.

Этот метод (графоаналитический) позволяет учесть экономические показатели при выборе количества и мощности генераторов, по известному значению Р_Г

1. Все потребители делятся на работающие по суточной (мощность зависит от времени суток – камбуз, наружное освещение) и рейсовой программе (насосы главного двигателя в ходовом режиме, лебедки при разгрузке).
Строятся рейсовые и суточные графики потребления мощности.

Объединив графики получают рейсово-суточный график, по известному числу навигационных часов в году определяют число рейсов:

2. По рейсово-суточный графику и с учетом числа рейсов в году строят годовой график нагрузки СЭЭС по продолжительности.

Мощности Р_Г достаточно для выбора СЭЭС

осталось необходимо определить количество генераторов – m и их мощность - Р_нгi

3. На каждый вариант разбивки Р_Г по мощности генератора строят экономическую характеристику. Это зависимость приведенных расходов от нагрузки на электростанцию (руб/час) – k=f(P).
k=ПС+ПР
ПС – постоянные расходы – содержание обслуживающего персонала, амортизационные отчисления, расходы на текущий ремонт, снабжение материалами и малоценным инвентарем.
ПР – переменные расходы – расходы на топливо и смазку, зависят от нагрузки на СЭЭС.

Каждому варианту СЭЭС соответствует своя экономическая характеристика.

Зная 1, 2 и 3 строят зависимость годовых расходов на каждый вариант

2 – для двух генераторов

3 – для трех генераторов.

Годовые эксплуатационные расходы ГЭР это площадь фигуры в IV квадранте (заштрихованная площадь – разница в стоимости)

Пример варианта выбора СЭЭС

Получаем 2 основных * 100КВт

1 резервный * 100КВт

Дата добавления: 2014-01-05