При работе судов в море надежность электроснабжения всего судна напрямую связана с безопасностью операций и качеством выполнения задач. Стабильная работа корабельной электростанции, являющейся основным источником питания всего корабельного оборудования, играет решающую роль. Одно судно оснащено пятью современными дизель-генераторными установками HFC мощностью 770 кВт. Он использует автоматическую систему управления электростанцией Kongsberg DC-20 (PMS), которая отвечает за мониторинг состояния электросети и автоматическое управление электростанцией. Он может обеспечить автоматическое регулирование запуска, остановки, подключения к сети и отключения генераторных установок.
К судну предъявляются высокие требования к надежности электроснабжения при проведении морских операций. Во время обычной работы он переходит в режим работы с-подключением к сети с тремя агрегатами, а работа электростанции устанавливается на полу-автоматический режим. Общая нагрузка судна остается стабильной на уровне около 1400 кВт. Электростанция имеет три режима работы: В ручном режиме дежурный персонал вручную выполняет подключение и отключение блоков к сети в зависимости от нагрузки сети и состояния блоков. В полу-автоматическом режиме PMS контролирует общую мощность электросети в режиме реального времени. Когда нагрузка ненормальная, выдается сигнал тревоги. После того как дежурный персонал выносит решение, он дает инструкции, и PMS автоматически выполняет последующие операции. В автоматическом режиме все операции электростанции полностью контролируются PMS. Схема электроснабжения корабля показана на рисунке 1.
На рисунке 1 показано соотношение электроснабжения судов.
I. Явление неисправности
Во время рейса судна генераторные установки №. 2, №. 4 и №. 5 были подключены к сети для работы, тогда как генераторные установки №. 1 и №. 3 находились в состоянии дистанционного-управляемого холодного резерва. Электростанция работала в полу-автоматическом режиме. Общая нагрузка всего судна составляла примерно 1400 кВт, при этом нагрузка на один-единичный агрегат составляла около 57%. Без каких-либо инструкций дежурного персонала неисправности возникали одно за другим: В 17:11:03 генераторная установка №. 1 автоматически запустилась и была немедленно подключена к сети для работы. В 17:11:14 ПМС выдала сигнал тревоги о низком давлении топлива генераторной установки №1 (давление на момент сигнала тревоги составляло 0,1 МПа). В 17:12:10 произошел сброс сигнализации (давление на момент сброса составило 0,16МПа). После этого-дежурный персонал в полу-автоматическом режиме разобрал генераторную установку №. 1 и оперативно доложил о сложившейся ситуации де-дежурному инженеру. Эта неисправность не привела к потере мощности всего корабля, но автоматический запуск-и подключение к сети генераторной установки №. 1 без инструкций является ненормальным состоянием. Для обеспечения безопасности электропитания необходимо тщательное расследование причины.
II. Анализ механизма неисправности
Основываясь на принципе работы автоматической системы мониторинга электростанции этого судна, потенциальные причины аварийного автоматического подключения к сети резервной генераторной установки №. 1 в основном делятся на следующие три категории, каждая из которых связана с основным принципом управления PMS: «Обеспечение того, чтобы мощность подключения генераторной установки к сети превышала нагрузку на сеть, и предотвращение потери мощности всего судна».
1. Ненормальная работа генераторной установки.
Если одна генераторная установка в сети испытывает ненормальную скорость вращения (падение, превышение скорости), низкое давление смазочного масла, низкое давление топливного масла, чрезмерно высокую температуру воды на выходе или если напряжение и частота отклоняются от стандартного диапазона и вызывают срабатывание сигнализации, это может привести к отключению генераторной установки, что приведет к внезапному снижению подачи электроэнергии в сеть и создаст риск потери мощности для всего судна. В этот момент PMS автоматически запустит резервный блок и быстро подключится к сети, чтобы обеспечить стабильное электропитание в сети.
2. Ненормальная работа главного выключателя.
Если главный выключатель одной генераторной установки в сети испытывает ненормальное срабатывание во время параллельного подключения, отключения или нормальной работы, чтобы предотвратить потерю мощности всего судна, PMS автоматически запустит резервный блок и завершит подключение к сети. Бывали случаи таких аномалий: Во время определенной морской операции при отключении блока №. 1 в полуавтоматическом режиме произошел сбой в работе блока управления главным выключателем. Хотя это не привело к отключению электроэнергии на всем судне, резервный блок №. 5 все равно был автоматически запущен и подключен к сети.
3. Внезапное снижение подачи электроэнергии из электросети или резкое увеличение нагрузки.
Когда нагрузка электросети всего корабля внезапно возрастает или подача электроэнергии от включенных в-сетевых генераторов внезапно уменьшается, PMS автоматически запускает резервные блоки, чтобы гарантировать, что общая мощность-подключенных к сети блоков соответствует требованиям нагрузки. Шинопровод судовладельца разделен на две секции: A и B, что позволяет обеспечить сегментированное электроснабжение. Две секции шинопровода управляются независимо, и их логика управления соответствует питанию всей секции. Если произойдет внезапное снижение электропитания или внезапное увеличение нагрузки в какой-либо секции, это приведет к запуску резервного блока этой секции и его подключению к сети.
III. Диагностика и устранение неисправностей
1. Комплексное устранение неполадок
Технические специалисты проверяли потенциальные причины-упомянутых выше неисправностей одну за другой, от простых к сложным, и постепенно устраняли ненужные факторы. Конкретный процесс проверки выглядит следующим образом:
• Изучите факторы работы персонала: полностью проконсультируйтесь с дежурным персоналом, чтобы убедиться в отсутствии ошибок персонала в работе; Что касается сигнала тревоги низкого давления топлива энергоблока №1, то было проанализировано, что это произошло из-за быстрого распределения нагрузки после быстрого подключения агрегата к сети, что привело к временному дефициту подачи топлива в топливном насосе агрегата. Впоследствии, когда энергоблок 1 был перезапущен в обычном порядке, этот сигнал тревоги больше не возникал, что подтверждало рациональность этого анализа.
• Проверьте состояние блоков-сети: проведите детальную проверку основных рабочих параметров (рабочее напряжение, ток, частота, давление топлива, давление смазочного масла, высокая-температура воды на выходе и т. д.) блоков 2#, 4# и 5# в-сетевых блоках. Все параметры соответствуют нормам, а возможность ошибочного запуска PMS резервных блоков из-за отклонений в работе внутри-сетевых блоков исключена.
• Проверка цепи управления энергоблока 1: Была проведена комплексная проверка компонентов, модулей и схемы запуска электрической цепи управления энергоблока 1 с упором на проверку промежуточных реле и модулей управления в цепи запуска. Никаких повреждений и неисправностей обнаружено не было, а влияние нештатных цепей управления самого агрегата исключено.
• Осмотрите компоненты системы мониторинга: проверьте трансформатор тока системы мониторинга и сигнализации Kongsberg, извлеките исторические записи системы, убедитесь, что нет значительных колебаний общего тока главной шины, и исключите возможность неправильной работы системы, вызванной отклонением обнаружения трансформатора тока.
• Изучите влияние нагрузки на сеть. Свяжитесь с каждым сотрудником, чтобы проверить запуск и остановку-мощного оборудования в период сбоя, убедиться, что ни одно-оборудование высокой мощности не запускается и не останавливается в этот период, а также исключить возможность аварийного запуска системы, вызванного воздействием нагрузки.
2. Обнаружение и устранение неисправностей.
После устранения вышеуказанных общих факторов технические специалисты дополнительно проанализировали схему электроснабжения на тот момент: при возникновении неисправности одна единица шины секции А была подключена к сети, а две единицы шины секции Б были подключены к сети. Из секции B в секцию A через соединительный переключатель протекал ток примерно 700 А. Если соединительный выключатель работает ненормально или отключен, на шине секции A- возникнет ситуация, когда «силовая нагрузка превышает мощность источника питания устройства». В этот момент PMS запускает резервный блок 1 секции A для подключения к сети, что соответствует ее принципу управления.
Была проведена проверка соединительного переключателя, и было обнаружено, что его логический блок управления (Schneider MIC 5.0) имел явные неисправности: заряда внутренней батареи было недостаточно, а отображение трехфазного тока было нестабильным и прерывистым. Основная функция этого блока управления заключается в получении входного сигнала тока от датчика выключателя, вынесении решения и затем выдаче инструкций на исполнительный механизм (включающая катушка, размыкающая катушка и т. д.) для обеспечения управления действием переключателя. Его ненормальность приводит к тому, что PMS ошибочно считает, что главному распределительному щиту требуется сегментированное питание, и затем запускает Блок 1.
Технический персонал установил, что план утилизации заключается в замене блока управления концевого выключателя. Конкретные шаги заключаются в следующем: На протяжении всего процесса приоритет будет отдаваться обеспечению стабильного электроснабжения всего судна и защите безопасности оборудования.
(1) Регулирование нагрузки и агрегата: отключите не-критические нагрузки, отключите генераторную установку №. 4, скоординируйте и отрегулируйте распределение нагрузки всего судна и мощность электропитания агрегатов, уменьшите ток, проходящий через соединительный переключатель, до уровня менее 10 % от номинального значения (3200 А) и отключите соединительный переключатель, когда ток упадет ниже 150 А.
(2) Замена блока управления: вытащите соединительный выключатель из распределительного щита, снимите переднюю крышку автоматического выключателя, отсоедините соединительную ленту между блоком управления и автоматическим выключателем, замените неисправный блок управления и отрегулируйте значение настройки релейной защиты и время настройки нового блока управления с помощью шкалы.
(3) Восстановление системы: переустановите соединительный выключатель и встряхните его в распределительный щит. Замкните соединительный выключатель, и все судно возобновит нормальное электропитание.
Через неделю после-проверки не наблюдалось никаких аномальных закрытий или открытий генераторной установки, что подтверждает полное устранение неисправности. После того, как судно пришвартовалось у причала, с производителем связались с просьбой использовать специальный прибор Schneider для тестирования и калибровки блока контроля неисправностей. Выяснилось, что вышел из строя внутренний аккумулятор (с номинальным сроком службы 5 лет, но фактическим сроком эксплуатации 8 лет), а также отклонение заданного значения на 20А. Это дополнительно подтвердило основную причину неисправности.
Ив. Выводы и предложения
По результатам поиска и устранения неисправности, процесса устранения данной неисправности и результатов последующей проверки сделаны следующие выводы и практические предложения, обеспечивающие ориентиры по безопасной эксплуатации судовых электростанций:
1. Обработка неисправностей должна быть научной и строгой: после того, как эта неисправность произошла, технические специалисты спокойно управляли загрузкой всего судна и состоянием агрегатов. Используя подход к устранению неполадок «от простого к сложному», они постепенно выявили основную причину неисправности, эффективно предотвращая ненормальное расширение электропитания и обеспечивая безопасность плавания корабля.
2. При работе с концевым выключателем следует соблюдать меры предосторожности: Перед заменой блока управления поперечным выключателем необходимо сначала отключить концевой выключатель. Для защиты распределительного устройства необходимо согласовать распределение нагрузки и мощность агрегата, чтобы обеспечить отключение связующего выключателя в условиях слабого тока, обеспечив при этом непрерывное и надежное электроснабжение всего судна.
3. Обслуживание блока управления требует внимания к деталям: Блок управления контактным выключателем представляет собой комплексное модульное устройство, обладающее высокой надежностью, но плохой ремонтопригодностью. После поломки его обычно приходится заменять целиком, причем процесс замены относительно прост. Следует отметить, что микросхема «H1» под этим блоком управления должна поставляться компанией Schneider отдельно. Запасные части следует подготовить заранее.
4. Существуют альтернативные планы аварийного реагирования на море: Если во время морских операций блок управления не может быть своевременно заменен или отремонтирован, можно принять две экстренные меры: одна — использовать режим сегментированного электропитания. Дежурный персонал-должен внимательно следить за изменениями нагрузки на шинах A и B и быть хорошо-готовым к аварийным операциям. Второй способ — вручную заблокировать соединительный выключатель после его замыкания (автоматический выключатель имеет встроенную-функцию блокировки), чтобы предотвратить неожиданное срабатывание связующего выключателя.
5. Оптимизируйте режим электропитания, чтобы уменьшить скрытые опасности. В секции A больше электрических устройств, а в секции B меньше. Рекомендуется использовать режим электропитания с подключением к сети-: «2 блока в секции A и 1 блок в секции B» в критические периоды, такие как морские операции, навигация по узким водным путям, а также швартовка и высадка на причале. В этом режиме, хотя соединительный переключатель находится в замкнутом состоянии, ток, протекающий через него, сравнительно невелик. Даже если соединительный переключатель выйдет из строя, он все равно сможет обеспечить непрерывное электроснабжение всего корабля, максимально сводя к минимуму риски энергоснабжения и вероятность отключения электроэнергии для всего корабля.