Система управления
Каждая установка MTU Onsite Energy комплектуется собственной панелью управления MMC. Панель управления обеспечивает подачу сигналов на шкаф питания собственных нужд, управление и сбор информации от оборудования двигателя, генератора и всего вспомогательного оборудования, поставляемого не смонтированным, комплектно с установкой.
Основные функции системы управления:
-
управление и визуализация
-
настройка вспомогательных электроприводов (BHKW / внешн.)
-
подключение генератора к сети / отключение генератора от сети
-
управление защитой генератора:
-
перегрузка/короткое замыкание
-
повышение напряжения
-
понижение напряжения
-
асимметричность напряжения
-
превышение частоты
-
понижение частоты
-
регулировка скорости вращения
-
регулировка смеси по универсальным характеристикам
-
операции пуска и выключения мотораоперации аварийного останова
-
контроль мотора (температура, давление, скорость и т.д.)
-
контроль отработавших газов по каждому цилиндру
-
подготовка работы интерфейса CANOPEN
-
долив масла
-
контроль минимальной нагрузки
-
электронное устройство зажигания
-
настройка момента зажигания
-
контроль скорости вращения
-
акустическая система контроля стука
-
настройка момента зажигания по цилиндрам
Система управления серии 4000 состоит из шкафов управления MMC (MTU - модуль управления) и MIP (MTU - интерфейсная панель). Шкаф управления MMC поставляется отдельно и устанавливается обычно вне машинного зала. Панель MIP смонтирована на раме агрегатов, образуя функциональный узел.
MMC служит в основном для
-
Управления и индикации
-
Управления вспомогательными приводами
MIP служит в основном для
-
Связи с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU
-
Синхронизации и включения генератора в сеть
-
Управления вспомогательными приводами на блоке ТЭЦ
-
Функций генератора и защиты сети
MIP (MTU Interface Panel) - интерфейсная панель.
Основной орган управления ГПУ, является связующим звеном между панелью управления MMC и двигателем.
Общие сведения.
MIP включает в себя следующие основные компоненты
-
Органы управления (аварийный выключатель, главный выключатель)
-
Центральный блок ПЛК (программируемый модуль управления компьютером с различными интерфейсами и модулями ввода / вывода)
-
EMM (энергоизмерительный модуль - устройство защиты генератора и сети, устройство синхронизации). Соответствует нормам BDEW (Союза энергетиков)
-
Связь с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU осуществляется через аппаратные сигналы и шину CAN.
-
Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты)
-
Управление вспомогательными приводами, установленными на агрегате
Фактическая программа управления работает самостоятельно в центральном блоке ПЛК. Таким образом, в случае выхода из строя ППК (промышленного компьютера) можно и дальше эксплуатировать систему с ранее установленными параметрами.
MMC (MTU Modul Control) - модуль управления.
Обеспечивает управление и сбор информации от оборудования двигателя, генератора и всего вспомогательного оборудования.
Общие сведения.
Щит MMC включает в себя следующие компоненты:
-
Промышленный ПК (IPC) с сенсорным экраном
-
Устройства управления (замок-выключатель, кнопочный выключатель, кнопка АВАРИЙНЫЙ ОСТАНОВ)
-
Дополнительные модули ПЛК - управления с цифровыми и аналоговыми входами и выходами
-
Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты). ОПЦИОНАЛЬНО возможна передача информации в систему верхнего уровня по интерфейсам Modbus. Profibus.
-
Контроль периферийных приводов через беспотенциальные контакты или силовые узлы
Функционально щит MMC реализует:
-
Функции визуализации системы управления
-
Управление вспомогательным оборудованием контуров аварийного охлаждения и охлаждения 2-ой ступени топливной смеси (электродвигатели радиаторов, электродвигатели насосов, трехходовые клапана, датчики температуры и давления)
-
Управление вспомогательным оборудованием теплообменника выхлопные газы/вода (ОПЦИОНАЛЬНО)
MCS (MTU Master Control System) – система управления верхнего уровня.
Распределяет нагрузку между агрегатами в режиме параллельно с сетью и остров, обеспечивает включение и отключение ГПУ учитывая потребность в энергии, является связующим звеном между энергетическим хозяйством объекта и ГПУ.
Общие сведения.
Щит MCS включает в себя следующие компоненты:
-
Промышленный ПК (IPC) с сенсорным экраном
-
Устройства управления (замок-выключатель, кнопочный выключатель, кнопка АВАРИЙНЫЙ ОСТАНОВ)
-
Дополнительные модули ПЛК - управления с цифровыми и аналоговыми входами и выходами
-
Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты). ОПЦИОНАЛЬНО возможна передача информации в систему верхнего уровня по интерфейсам Modbus. Profibus.
-
Контроль периферийных приводов через беспотенциальные контакты или силовые узлы
Щит MCS реализует следующие функции управления и визуализации несколькими генераторами (от 2 до 30 единиц) в следующих режимах работы:
- Пиковая нагрузка: Данный режим активируется внешним контактом. После активации системой управления происходит автоматический выбор необходимого количества генераторов (автоматический запуск и останов) в зависимости от подключаемой пиковой мощности.
- Импорт/экспорт: Режим работы может быть активирован внешним контактом или ключом на панели управления. В этом режиме работы происходит автоматический выбор системой управления необходимого количества генераторов (автоматический запуск и останов) в зависимости от текущей мощности и заданного значения величины импорта/экспорта электрической энергии.
- Режим резервирования сети: В режиме резервирования сети во время аварии/сбоя сети фиксированная часть нагрузки сети принимается генераторами в дополнение к текущей нагрузке потребителей (при условии, что сеть доступна).
- Островной режим: Во время островного режима генераторы всегда работают на частотном управлении (частота в островной сети поддерживается генераторами). Электрическая нагрузка в островной сети определяется мощностью генераторов, находящихся в работе. При достижении определенного уровня загрузки генератора(ов) происходит автоматический выбор системой управления необходимого количества генераторов (автоматический запуск и останов).
Режим работы генераторов:
Предусмотрена реализация следующих режимов работы для отдельного агрегата:
1. Параллельно с сетью энергосистемы
Работа генератора возможна только при условии постоянно замкнутого сетевого выключателя (как минимум одного из вводов сети внешней энергосистемы). При аварии в сети/просадке напряжения или частоты происходит аварийное отключение генератора.
Включены следующие функции:
-
Работа генератора параллельно с сетью энергосистемы;
-
Автоматическое отключение генератора от сети энергосистемы при отклонении параметров частоты, напряжения с делением на генераторном выключателе.
2. Островной режим - автономно без связи с энергосистемой
Работа генератора возможна только при условии постоянно разомкнутого сетевого выключателя (выключателей) или отсутствия сетей энергосистемы на объекте. Соответственно, аварии в сети/просадки напряжения или частоты не влияют на работу генератора. Генератор являются единственным источником энергоснабжения объекта. При работе в автономном (островном) режиме рекомендуется наличие резервного оборудования. Количество и мощность резервных установок определяется на основании требований по надежности энергоснабжения потребителей объекта. При совместной работе нескольких установок на одну секцию шин необходимо наличие в объеме поставки щита управления станцией (MCS), который предлагается ОПЦИОНАЛЬНО.
Включены следующие функции:
-
Работа генератора в островном режиме без связи с сетью энергосистемы;
-
Функция «черного старта» (blackstart) – запуск генераторов с аккумуляторов на при отсутствии напряжения на шинах.
3. Комбинированный
В данном режиме в качестве базового принимается «параллельный» режим работы (с постоянно замкнутым сетевым выключателем). При аварии в сети/просадке напряжения или частоты происходит аварийное отключение сетевого выключателя. Генератор при этом остается в работе, система управления переводит его в «островной» режим. Работа в «островном» режиме производится до момента восстановления сети на сетевом выключателе. При восстановлении стабильного напряжения сети, система управления производит автоматическую синхронизацию генератора вместе с подключенными потребителями с сетью энергосистемы на сетевом выключателе. Далее продолжается работа генератора в «параллельном» режиме работы. При совместной работе нескольких установок на одну секцию шин необходимо наличие в объеме поставки щита управления станцией (MCS), который предлагается ОПЦИОНАЛЬНО.
Включены следующие функции:
-
Работа генератора параллельно с сетью энергосистемы;
-
Функция «черного старта» (blackstart) – запуск генераторов с аккумуляторов на при отсутствии напряжения на шинах;
-
Импорт / экспорт контроль - организация непрерывного измерения фактической электрической нагрузки на выключателях сетевых выключателях (СВ) с последующей автоматической / ручной корректировкой электрической мощности генератора в соответствии с фактическим потреблением электроэнергии. При автоматической корректировке, после включения в работу генератора системой управления осуществляется непрерывное измерение генерируемой мощности и потребляемой нагрузки подключенными потребителями. В реальном времени происходит их сравнение и, при необходимости, автоматическая корректировка мощности генератора / генераторов для достижения нулевого (либо заданного оператором) баланса на линии связи с энергосистемой;
-
Автоматическое отключение генератора от сети энергосистемы при отклонении параметров частоты, напряжения с переходом в «островной режим работы» на выделенную нагрузку потребителей, при условии положительного значения «экспорта» электроэнергии, с делением на соответствующем сетевом выключателе СВ1 (или СВ2).
-
Работа генератора в островном режиме без связи с сетью энергосистемы;
-
Последующая автоматическая синхронизация генератора вместе с потребителями на соответствующем сетевом выключателе СВ1 (или СВ2) с сетью энергосистемы, после восстановления нормальных параметров сети на соответствующем вводе.
-
Автоматическое включение системой управления сетевого выключателя СВ1 (или СВ2), при аварийном отключении генератора при работе в «островном режиме», после размыкания обоих генераторных выключателей.
Положение выключателей и режимы переключений на примере КОМБИНИРОВАННОГО режима работы:
В нормальном режиме предусматривается работа с одним нормально замкнутым сетевым выключателем СВ1 (или СВ2) и нормально замкнутым секционным выключателем СКВ1. Замыкание генераторного выключателя ГВ производится после получения команды на запуск генератора через устройство синхронизации, интегрированное в головной контроллер системы управления генератором. Включение генераторного выключателя ГВ осуществляется только по сигналу системы управления, после подтверждения устройства синхронизации. Алгоритм действий системы управления при синхронизации генераторных выключателей следующий:
-
запуск систем подготовки к пуску после нажатия кнопки ПУСК
-
подключение стартера и включение зажигания
-
набор оборотов двигателя
-
получение разрешение от системы управления двигателя (деблокировка синхронизации/нагрузки)
-
выключатель генератора разомкнут
-
выключатель генератора готов к замыканию
-
определяется напряжение сборной шины
-
определяется напряжение генератора
-
активируется выключатель генератора
-
активируется изменение скорости вращения (частоты)
-
напряжение генератора автоматически выравнивается с напряжением на сборной шине
-
устройство синхронизации автоматически подстраивает частоту генератора на частоту сборной шины
-
устройство синхронизации посылает включающий импульс на выключатель генератора в момент совпадения величин.
При детектировании аварии (изменения параметров частоты, напряжения, сдвига угла вектора напряжения) на замкнутом сетевом выключателе СВ1 (или СВ2), происходит передача информации об отклонении параметров сети на систему управления, с последующим размыканием включенного сетевого выключателя СВ1 (или СВ2) и активацией регулятора частоты на генераторе для работы в «островном режиме». Перед отключением СВ1 (или СВ2) проверяется условие генерируемая мощность ≥ потребляемая мощность. При работе в «островном режиме» ведется измерение параметров сети на обоих вводах от энергосистемы СВ1 (или СВ2), и при наличии установившихся параметров сети (частота и напряжение) дается сигнал на разрешение включения соответствующего сетевого выключателя СВ1 (или СВ2). В таком случае включение СВ1 (или СВ2) осуществляется только по сигналу системы управления соответствующего генератора, после подтверждения устройства синхронизации. Алгоритм действий системы управления при синхронизации сетевого выключателя следующий:
-
получение разрешение от системы управления двигателя (деблокировка синхронизации/нагрузки)
-
выключатели генераторов замкнуты
-
сетевой выключатель разомкнут
-
сетевой выключатель готов к замыканию
-
определяется напряжение сборной шины
-
определяется напряжение сети
-
активируется сетевой выключатель
-
активируется изменение скорости вращения (частоты)
-
напряжение генераторов автоматически выравнивается с напряжением сети
-
устройство синхронизации автоматически подстраивает частоту генераторов на частоту сети
-
устройство синхронизации посылает включающий импульс на сетевой выключатель в момент совпадения величин.
-
продолжается работа генераторов в режиме работы «параллельно с сетью» энергосистемы.
Варианты исполнения
IEC Energy предлагает готовые комплекты оборудования для широкого списка задач, нацеленных на строительстве электростанций как в здании, так и всепогодном контейнере.
Возможность выбора комплекта поставки и необходимого набор опций позволяет заказчику сконфигурировать электростанцию под свои задачи.
IEC Energy Kit
комплект оборудования для инсталляции электростанции в здании.
IEC Energy Enclosure
комплект оборудования для инсталляции электростанции в здании, включающий в себя шумоизоляционный кожух с системой вентиляции машинного зала.
IEC Energy Box
всепогодный контейнер наружного исполнения включающий в себя весь необходимый комплект оборудования для работы электростанции.
Варианты утилизации
Система утилизации тепла с газопоршневой установки представляет собой решение, при котором Заказчик получает от газопоршневой установки непосредственно электрическую энергию и еще несколько дополнительных видов полезного продукта.
Их можно классифицировать как:
Когенерация – совместная выработка электроэнергии, тепла в виде горячей воды, пара
Тригенерация - совместная выработка электроэнергии, тепла в виде горячей воды или пара, холода в виде холодной воды или лёд воды.
Для газопоршневой установки MTU 20V4000L32FB система утилизации тепла дает следующие преимущества:
-
Увеличение общего КПД установки до 83.0%
-
Бесплатные» 1780 кВт тепловой энергии (при 100% - й загрузке ГПУ)
-
Независимость от поставщиков тепловой энергии
В ГПУ MTU 20V4000L32FB может полезно использоваться тепловая энергия следующих потоков:
1. Тепловая мощность системы охлаждения двигателя составляет 734 кВт, включая тепловую мощность:
- охлаждения масла,
- охлаждения воды рубашки мотора,
- 1-ой ступени охлаждения топливной смеси
2. Тепловая мощность потока выхлопных газов при охлаждении до (120 °C) составляет 1046 кВт
Общая полезная тепловая мощность ГПУ MTU 20V4000L32FB составляет 1780 кВт.
Когенерация – совместное производство электроэнергии и тепла
В зависимости от применяемой системы утилизации тепла полезную тепловую мощность ГПУ можно преобразовать:
1. Водогрейная система утилизации - в 1780 кВт горячей воды с температурным графиком 70/80 .. 100ᴼС
2. Паровая система утилизации - в 734 кВт горячей воды с температурным графиком 70/80 .. 85ᴼС и 1046 кВт насыщенного или перегретого пара, давлением 6 … 32 бар.
Тригенерация – совместное производство электроэнергии, тепла и холода
Решение «Тригенерация» интересно для Заказчиков, у которых существуют потребность в нагрузке холодоснабжения в виде холодной воды с температурой +1 … +15ᴼС. Предлагаемое решение основано на применении абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин, конвертирующих тепловую энергию в энергию холода в виде холодной воды с температурой +1 … +15ᴼС.
Абсорбционные холодильные машины работают на натуральном хладагенте (раствор соли бромистого лития LiBr). В качестве теплового источника для работы абсорбционных холодильных машин используют бросовое тепло (низкопотенциальный пар, выхлопные и дымовые газы, конденсат, сетевую воду и т.п.).
Решения с абсорбционными холодильными машинами могут быть комбинированы как с водогрейной системой утилизации тепла, так и с паровой системой утилизации. В зависимости от специфики и требований проекта индивидуально разрабатывается конкретное решение на базе определенной модификации и типа холодильных машин, а также общая технологическая схема энергокомплекса.
Диаграмма наброса/сброса нагрузки Газопоршневая электростанция MTU 20V4000L32FB
Диаграмма наброса/сброса нагрузки отражает возможности газопоршневой установки к набросу/сбросу электрической нагрузки в островном режиме работы (в соответствии с ISO 8528-5) с максимальным гарантируемым отклонением напряжения +10/-15%. Это значит, что при подключении даже максимальной нагрузки величина напряжения не выйдет за указанные пределы. По вертикальной оси нанесены значения электрической нагрузки в % от номинальной, по горизонтальной оси нанесены значения текущей электрической мощности установки в %. Указанные на графике точки показывают, какой процент от номинальной мощности ГПУ набросит / сбросит с текущей загрузки ГПУ.
Таким образом, для газопоршневой установки номинальной электрической мощностью 1950 кВт:
- величина максимально возможной подключаемой электрической нагрузки на холостом ходу составляет 24,6% или 1950 х 0,246 = 479,7 кВт.
- величина максимально возможной подключаемой электрической нагрузки на 50% мощности ГПУ – 13,1% от номинальной мощности или 1950 х 0,131 = 255,5 кВт.
- величина максимально возможной отключаемой электрической нагрузки на мощности 70% - 22,7% от номинальной мощности или 1950 х 0,227 = 442,7 кВт.
Сертификация Grid Codes BDEW и классификация согласно ISO 8528-5
На сегодняшний день MTU Onsite Energy является одним из немногих производителей, который произвел сертификацию всего модельного ряда газопоршневых и дизель-генераторных установок в соответствии с требованиями Grid Codes BDEW (German Association of Energy and Water Industries). Сертификация Grid Codes BDEW предъявляет более жесткие требования к электрогенерирующему оборудованию, что выражается в необходимости проведения тестов по набросу/сбросу нагрузки в условиях, более тяжелых для генераторов, чем предъявляются согласно ISO 8528-5.
Согласно ISO 8528-5 при классификации генераторов применяются следующие допустимые значения отклонений частоты и напряжения при набросе нагрузки:
|
Класс генератора по ISO 8528-5 |
Допустимое отклонение частоты, [%] |
Время восстановления частоты, [с] |
Допустимое отклонение напряжения, [%] |
Время восстановления напряжения, [с] |
| Класс G1 ISO 8528-5 |
+ 18 / - 25 |
10 |
+ 35 / - 25 |
<10 |
Класс G3 ISO 8528-5 |
+ 10 / - 15 |
3 |
+ 20 / - 15 |
<4 |
Данные, приведенные в таблице, означают, что, например, для класса генератора G3 при набросе нагрузки допускается отклонение частоты на величину +10/-15% от номинального значения на время не более 3 секунд с одновременным отклонением напряжения на величину +20/-15% от номинального значения на время не более 4 секунд.
При сертификации по Grid Codes BDEW за базу берутся требования, предъявляемые ISO 8528-5, но без возможности отклонения напряжения:
|
Класс генератора по ISO 8528-5 |
Допустимое отклонение частоты, [%] |
Время восстановления частоты, [с] |
Допустимое отклонение напряжения, [%] |
Время восстановления напряжения, [с] |
| Класс G1 ISO 8528-5 |
+ 18 / - 25 |
10 |
отклонение
не допускается
|
отклонение
не допускается
|
Класс G3 ISO 8528-5 |
+ 10 / - 15 |
3 |
отклонение
не допускается
|
отклонение
не допускается
|
Данные, приведенные в таблице, означают, что, например, для класса генератора G3 при набросе нагрузки допускается ТОЛЬКО отклонение частоты на величину +10/-15% от номинального значения на время не более 3 секунд. Одновременное отклонение напряжения НЕ ДОПУСКАЕТСЯ.
Все диаграммы наброса/сброса нагрузки для установок MTU Onsite Energy построены в соответствии с требованиями Grid Codes BDEW, т.е. для условий наброса/сброса нагрузок, где допускается ТОЛЬКО отклонение частоты в границах допустимых значений с учетом времени восстановления согласно ISO 8528-5.
Такие диаграммы отражают возможности генераторов в условиях, наиболее приближенным к реальным, так как только очень ограниченное количество потребителей электрической энергии и технологий производства могут допускать постоянные отклонения напряжения в размере 35% от номинального значения без ущерба для качества производимой продукции.
Приведение диаграмм Grid Codes BDEW, к условиям ISO 8528-5
При необходимости, возможно приведение диаграмм наброса/сброса нагрузки, стандартно предоставляемых MTU Onsite Energy в соответствии с Grid Codes BDEW, к условиям ISO 8528-5, что увеличит возможности наброса/сброса нагрузки до 40% по отношению к величинам наброса/сброса, обозначенным на диаграммах, построенных в соответствии с Grid Codes BDEW.
Диаграмма снижения мощности Газопоршневая электростанция MTU 20V4000L32FB
Диаграмма снижения мощности отражает зависимость снижения мощности (дерейтинга газопоршневой установки) от температуры всасываемого воздуха. Зависимость приведена для типового значения противодавления выхлопного тракта 30 мбар.
Это означает что при температуре окружающей среды 30ᴼС ГПУ MTU 20V4000L32 способна вырабатывать 2000 кВт механической мощности или 1950 кВт электрической мощности.
При температуре окружающей среды 50ᴼС ГПУ MTU 20V4000L32 способна вырабатывать 1830 кВт механической мощности или 1784 кВт электрической мощности.
Техническое обслуживание
Основная информация по техническому обслуживанию двигателей MTU Onsite Energy:
-
Интервал обслуживания – 1 500 м/ч
-
Ресурс работы ГБЦ – 63 000 м/ч
-
Ресурс до капитального ремонта – 63 000 м/ч
-
Очистка турбонагнетателя 8 000 м/ч
-
Ремонт турбонагнетателя 16 000 м/ч
-
Замена шатунно-поршневой группы – 16 000 м/ч
-
Расход масла на угар < 0.2 г/кВт•ч
Матрица графика технического обслуживания установки 20V4000L32FB за период 0 – 63 000 рабочих часов:
Инжиниринг 
Проектирование 
Поставка 
Монтаж 
Сервис 
