Введение к работе
Актуальность темы. В современной практике проектирования судовых электроэнергетических систем вопрос правильного определения расчетных нагрузок электростанций решается удовлетворительно для некоторых отдельных проектов, имеющих гладкие графики нагрузки электростанций и мало отличающихся от прототипов. Для остальных проектов значение расчетной нагрузки электростанции либо принимается по согласованию между проектантом, заказчиком и наблюдающими организациями, либо остается неопределенным в течение всего периода проектирования электроэнергетической системы судна. Последнее в наибольшей степени относится к заказам с принципиальными отличиями от прототипа: морским буровым установкам и судам, судам добывающих комплексов, плавкранам и крановым судам, траулерам-рыбозаводам, т.е. к заказам, оснащенным мощными и многочисленными технологическими механизмами, работающими в режимах, создающих кратковременные пики и глубокие провалы на графике нагрузки. Сложность и нерегулярность режимов нагрузок электростанций не позволяет определять расчетные нагрузки простыми методами.
Оптимальный выбор числа и мощности генераторных агрегатов
судовых электростанций предоставляет возможность существенной экономии
материальных ресурсов, первоначальных капитальных затрат и
эксплуатационных расходов. Загрузки генераторных агрегатов
электростанций современных судов в длительных режимах эксплуатации существенно ниже оптимальных, что приводит к увеличению удельных расходов топлива на 15 - 20 % по сравнению с оптимальной нагрузкой. Основной причиной неэффективного использования генераторных агрегатов является недостаточно точное определение нагрузок электростанций на стадиях проектирования.
Особую остроту проблема приобретает в связи с большими мощностями
современных и тем более перспективных судов. При проектировании бурового
судна пр. 16280 на основании таблиц нагрузок определена комплектация
электростанции в составе восьми дизельгенераторов мощностью по 2 МВт. На
аналогичном судне фирмы "Раума Реппола" установлены шесть агрегатов
такой же мощности, обеспечивающих нагрузки во всех режимах судна без
дефицита мощности. Стоимость двух дизельгенераторов с комплектацией и
ГРЩ составляет $ . По данным эксплуатации атомного л/к "Арктика"
максимальная загрузка электростанции общесудовых потребителей составляет
приблизительно 40% установленной мощности. В составе электростанции
ППБУ "Шельф" пять дизельгенераторов мощностью по I МВт. По данным
эксплуатации в процессе промышленных испытаний для обеспечения
наиболее напряженного режима бурения оптимальной является
электростанция в составе трех генераторных агрегатов мощностью по 1 МВт.
И)С. НАЦ, ,,НАЛЬНАЯ БИС.ІМУТЕКА С. Петербург 200&РК
4 В составе электростанции морского самоходного плавкрана "Севастополец" два дизельгенератора мощностью по 500 кВт и один дизельгенератор мощностью 320 кВт. Максимальная нагрузка электростанции в режиме совмещенного подъема составляет 380 кВт или 78%. При таком коэффициенте загрузки дизельгенератор мощностью 500 кВт работает не более 3% времени кранового режима, остальное время коэффициент загрузки в пределах 0,1 ч 0,45. Вышеизложенное показывает, что проблема определения расчетных нагрузок электростанций на стадии проектирования является актуальной научно-технической задачей.
Цель диссертационной работы заключается в исследовании режимов потребления электроэнергии и разработке научно обоснованного метода определения расчетных нагрузок электростанций морских буровых установок и судов, морских самоходных плавкранов и крановых судов, траулеров-рыбозаводов, обеспечивающего повышение точности расчетов и внедрение в практику проектирования современных интеллектуальных технологий с элементами автоматизированного проектирования.
Для достижения этой цели в работе решены следующие задачи:
- экспериментальные исследования на действующих заказах с целью
получения данных о режимах потребления электроэнергии;
- математико-статистическая обработка экспериментальных данных с целью
установления закономерностей формирования электрических нагрузок в
электроэнергетических системах;
- разработка математических моделей процессов формирования нагрузок ;
- разработка алгоритмов и программ моделирования режимов потребления
электроэнергии;
оформление пакета прикладных программ;
разработка методики практического применения пакета программ;
составление справочного приложения;
практические расчеты нагрузок электростанций.
В качестве объекта исследования чыбраны: лолупогружная буровая установка "Шельф", морской самоходный плавкран "Севастополец", траулер-рыбозавод пр. 10890, БМММРТ пр.394 "Лучегорск", атомный л\к серии "Арктика".
Выбор определен наличием у этих объектов развитой группы мощных технологических механизмов, разнообразные сочетания которых создают сложные нерегулярные и резко переменные графики нагрузки электростанции с кратковременными пиками.
Научная новизна работы состоит в том что в ней: 1. Электрические нагрузки рассматриваются как случайные процессы, статистически распределённые во времени с временными параметрами и распределениями уровней мощности, характерными для разных видов потребителей электроэнергии.
-
В результате экспериментального исследования установлены закономерности формирования электрических нагрузок в электроэнергетических системах ряда объектов морской техники.
-
Разработан научно обоснованный метод определения расчетных электрических нагрузок моделированием на ЭВМ режимов потребителей электроэнергии на объектах морской техники, имеющих пиковый характер нагрузок, многообразие сочетаний разнообразных групп потребителей, обуславливающих сложность и нерегулярность суммарного графика нагрузок электростанций.
-
В порядке практической реализации метода разработаны алгоритмы, пакет программ и методика, обеспечивающие возможность определения расчетных нагрузок с погрешностью, составляющей доли процента. Методы исследования. Исследования основаны на использовании
методов математической статистики, теории вероятностей и компьютерных технологий. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные пакет программ и методика обеспечивают значительное повышение информативности и достоверности расчетных значений электрических нагрузок, определяемых на стадиях проектирования; являются инструментом эффективного исследования вариантов структур и режимов ЭЭС и могут служить элементом систем автоматизированного проектирования судовых электроэнергетических систем.
Реализация работы. Результаты работы в виде пакета прикладных
программ и методики использованы при выполнении практических расчетов
нагрузок электростанций бурового судна пр. 16680 ЦКБ
"Черноморсудолроект", атомного ледокола мощностью 150000 л.с. ЦКБ
"Айсберг", траулера пр. 05025 ЦКБ "Ленинская Кузница'', траулера пр. 10890
ЦКБ "Восток", плавкранов г/п 300 т и 500 т ЦКБ "Коралл", СРТ пр. 13720
ЦКБ "Восток", многовариантного катера водоизмещением 400 т ЦКБ
"Вымпел", трансформаторов питания нового электроинструменте
повышенного напряжения на ГП "Адмиралтейские Верфи". Упрощенная
версия пакета используется в учебном процессе на кафедре электротехники и
электрооборудования судов СП6ТМТУ в дисциплинах "Судовые
электроэнергетические системы", "Проектирование судовых
электроэнергетических систем".
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
научно-технической конференции ЛКИ, 1968 год;
V научно-технической конференции ЦНИИСЭТ, 1989 год;
региональной научно-технической конференции СПбГМТУ, 1998 год;
- VI международной научно-технической конференции "Проблемы повышения
технического уровня электроэнергетических систем кораблей, плавучих
сооружений и транспортных средств", 1998 год;
региональной (с международным участием) научно-технической конференции к 100-летию СПбТМТУ;
научно-технической конференции 300-летию Санкт-Петербурга "Кораблестроительное образование и наука";
заседаниях кафедры электротехники и электрооборудования судов СПбТМТУ при обсуждении итогов и перспектив НИР, при утверждении учебных планов дисциплин "Судовые электроэнергетические системы", "Проектирование судовых электроэнергетических систем", "Судовые электроэнергетические комплексы".
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения^ списка литературы, 4-х приложений. Основная часть работы содержит 130 машинописных страниц, 12 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 63 наименований. Приложения содержат 30 страниц. Общий объем работы 160 страниц. Краткое содержание работы.
