W przypadku statków eksploatowanych na morzu niezawodność zasilania całego statku ma bezpośredni związek z bezpieczeństwem eksploatacji i jakością realizacji zadań. Jako podstawowe źródło zasilania całego wyposażenia statku, decydującą rolę odgrywa stabilna praca elektrowni statku. Pewien statek wyposażony jest w 5 nowoczesnych agregatów prądotwórczych na olej napędowy HFC o mocy 770 kW. Wykorzystuje system automatycznego zarządzania elektrownią Kongsberg DC-20 (PMS), który jest odpowiedzialny za monitorowanie stanu sieci energetycznej i automatyczne sterowanie elektrownią. Może osiągnąć automatyczną regulację uruchamiania, zatrzymywania, przyłączania do sieci i odłączania agregatów prądotwórczych.
Statek ma wysokie wymagania dotyczące niezawodności zasilania podczas operacji na morzu. Podczas normalnej pracy przyjmuje tryb pracy-podłączony do sieci z trzema jednostkami, a działanie elektrowni jest ustawione na pół-automatyczne. Całkowite obciążenie statku pozostaje stabilne i wynosi około 1400 kW. Elektrownia może działać w trzech trybach: W trybie ręcznym-dyżurujący personel ręcznie podłącza i odłącza jednostki do sieci w oparciu o obciążenie sieci i stan jednostek. W trybie pół-automatycznym PMS monitoruje całkowitą moc sieci energetycznej w czasie rzeczywistym. Gdy obciążenie jest nieprawidłowe, generuje alarm. Po-pracownicy dyżurnej dokonają oceny, wydają instrukcje, a system PMS automatycznie kończy kolejne operacje. W trybie automatycznym wszystkie operacje elektrowni są w pełni kontrolowane przez PMS. Zależność zasilania statku pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1 pokazuje zależność zasilania statków
I. Zjawisko usterki
Podczas rejsu zespoły prądotwórcze No. 2, No. 4 i No. 5 zostały podłączone do sieci w celu umożliwienia pracy, natomiast zespoły prądotwórcze No. 1 i No. 3 znajdowały się w zdalnie-sterowanym stanie gotowości zimnej. Elektrownia działała w trybie pół-automatycznym. Całkowite obciążenie całego statku wyniosło około 1400 kW, przy obciążeniu pojedynczej-jednostki około 57%. Bez żadnych instrukcji obsługi wydanych przez-personel dyżurny zjawiska awaryjne następowały jedna po drugiej: o godzinie 17:11:03 agregat prądotwórczy nr. 1 został automatycznie uruchomiony i natychmiast został podłączony do sieci w celu pracy. O godzinie 17:11:14 PMS wydał alarm niskiego ciśnienia paliwa w zespole prądotwórczym nr 1 (ciśnienie w chwili alarmu wynosiło 0,1 MPa). O godzinie 17:12:10 alarm został skasowany (ciśnienie w chwili kasowania wynosiło 0,16 MPa). Następnie-personel dyżurny zdemontował zespół prądotwórczy nr. 1 w trybie półautomatycznym i niezwłocznie zgłosił odpowiednią sytuację-inżynierowi dyżurnemu. Ta awaria nie spowodowała utraty mocy na całym statku, ale automatyczne-uruchomienie i podłączenie agregatu prądotwórczego nr{37}} do sieci bez instrukcji jest stanem nienormalnym. Aby zapewnić bezpieczeństwo zasilania, konieczne jest dokładne zbadanie przyczyny.
II. Analiza mechanizmu usterek
W oparciu o zasadę działania automatycznego systemu monitorowania elektrowni na tym statku potencjalne przyczyny awaryjnego automatycznego podłączenia do sieci rezerwowego agregatu prądotwórczego nr. 1 dzielą się głównie na następujące trzy kategorie, z których wszystkie są powiązane z podstawową zasadą sterowania PMS: „Zapewnienie, że moc przyłączeniowa agregatu prądotwórczego do sieci jest większa niż obciążenie sieci i zapobieganie utracie mocy całego statku”.
1. Nieprawidłowa praca agregatu prądotwórczego
Jeżeli pojedynczy agregat prądotwórczy podłączony do sieci odnotuje nienormalną prędkość obrotową (spadek, przekroczenie prędkości obrotowej), niskie ciśnienie oleju smarowego, niskie ciśnienie oleju opałowego, zbyt wysoką temperaturę na wylocie wody lub jeśli napięcie i częstotliwość odbiegają od zakresu standardowego i wywołają alarm, może to spowodować wyłączenie agregatu, co może skutkować nagłym ograniczeniem zasilania sieci i stwarzać ryzyko utraty mocy dla całego statku. W tym momencie PMS automatycznie uruchomi jednostkę rezerwową i szybko połączy się z siecią, aby zapewnić stabilne zasilanie sieci.
2. Nieprawidłowa praca wyłącznika głównego
Jeśli główny wyłącznik pojedynczego agregatu prądotwórczego podłączonego do sieci ulegnie nieprawidłowemu wyłączeniu podczas łączenia równoległego, odłączania lub normalnej pracy, aby zapobiec utracie mocy całego statku, PMS automatycznie uruchomi jednostkę rezerwową i zakończy podłączenie do sieci. Zdarzały się przypadki takich anomalii: podczas pewnych operacji na morzu, kiedy jednostka nr. 1 została wyłączona w trybie pół-automatycznym, jednostka sterująca głównym wyłącznikiem uległa awarii. Chociaż nie spowodowało to przerwy w dostawie prądu na całym statku, jednostka rezerwowa nr. 5 została mimo to automatycznie uruchomiona i podłączona do sieci.
3. Nagłe zmniejszenie zasilania z sieci energetycznej lub nagły wzrost obciążenia
Kiedy obciążenie sieci energetycznej całego statku nagle wzrośnie lub moc z-jednostek wytwórczych działających w sieci nagle spadnie, system PMS automatycznie uruchomi jednostki rezerwowe, aby zapewnić, że łączna moc jednostek-podłączonych do sieci odpowiada zapotrzebowaniu na obciążenie. Szyna zbiorcza armatora jest podzielona na dwie sekcje, A i B, które umożliwiają segmentowe zasilanie. Obie sekcje szyny zbiorczej są sterowane niezależnie, a ich logika sterowania jest zgodna z zasilaniem całej sekcji. Jeżeli nastąpi nagła redukcja zasilania lub nagły wzrost obciążenia w którejkolwiek sekcji, spowoduje to uruchomienie jednostki rezerwowej tej sekcji i podłączenie jej do sieci.
III. Diagnoza usterek i obsługa
1. Kompleksowe rozwiązywanie problemów
Technicy sprawdzili kolejno potencjalne przyczyny-wymienionych wyżej usterek, od prostych do złożonych, i stopniowo eliminowali nieistotne czynniki. Konkretny proces kontroli wygląda następująco:
• Zbadaj czynniki operacyjne personelu: skontaktuj się w pełni z-personelem dyżurnym, aby potwierdzić, że nie wystąpił błąd personelu w działaniu; W odniesieniu do alarmu niskiego ciśnienia paliwa bloku nr 1 przeanalizowano, że jego przyczyną był szybki rozkład obciążenia po szybkim podłączeniu bloku do sieci, skutkujący chwilowym niedoborem paliwa w pompie zasilającej blok. Następnie, gdy Jednostka 1 została ponownie uruchomiona zgodnie z normalną procedurą, alarm ten nie pojawił się ponownie, co potwierdza racjonalność tej analizy.
• Sprawdź stan jednostek-w sieci: przeprowadź szczegółową weryfikację podstawowych parametrów roboczych (napięcie robocze, prąd, częstotliwość, ciśnienie paliwa, ciśnienie oleju smarowego,-temperatura na wylocie wody o wysokiej temperaturze itp.) jednostek 2#, 4# i 5# w-sieci. Wszystkie parametry są zgodne z normami, a możliwość omyłkowego uruchomienia jednostek rezerwowych przez PMS z powodu nieprawidłowości w-jednostkach sieciowych jest wykluczona.
• Kontrola obwodu sterującego Bloku 1: Przeprowadzono kompleksową kontrolę podzespołów, modułów i obwodu rozruchowego elektrycznego obwodu sterującego Bloku 1, ze szczególnym uwzględnieniem sprawdzenia przekaźników pośrednich i modułów sterujących w obwodzie rozruchowym. Nie stwierdzono żadnych uszkodzeń ani usterek, wykluczono wpływ nieprawidłowych obwodów sterujących samego urządzenia.
• Sprawdź elementy systemu monitorowania: Sprawdź przekładnik prądowy systemu monitorowania i alarmowania Kongsberg, odszukaj zapisy historyczne systemu, potwierdź, że nie ma znaczących wahań całkowitego prądu głównej szyny zbiorczej i wyklucz możliwość nieprawidłowego działania systemu spowodowanego odchyleniem detekcji przekładnika prądowego.
• Zbadaj wpływ obciążenia sieci: skontaktuj się z każdym stanowiskiem, aby sprawdzić uruchamianie i zatrzymywanie urządzeń dużej-mocy w okresie zwarcia, potwierdź, że w tym okresie nie uruchamia się ani nie zatrzymuje żaden sprzęt dużej-mocy oraz wyklucz możliwość awaryjnego uruchomienia systemu spowodowanego wpływem obciążenia.
2. Lokalizacja i obsługa usterek
Po wyeliminowaniu powyższych wspólnych czynników technicy dokonali dalszej analizy w połączeniu z ówczesnym układem zasilania: w przypadku wystąpienia awarii jeden element szyny zbiorczej sekcji A został podłączony do sieci, a dwa elementy szyny zbiorczej sekcji B zostały podłączone do sieci. Z sekcji B do sekcji A przez przełącznik płynął prąd o natężeniu około 700 A. Jeżeli wyłącznik sprzęgowy działa nieprawidłowo lub jest odłączony, szyna zbiorcza sekcji A- znajdzie się w sytuacji, w której „obciążenie mocy przekracza moc zasilacza urządzenia”. W tym momencie PMS uruchamia jednostkę rezerwową 1 sekcji A-, która ma zostać przyłączona do sieci, zgodnie z zasadą jego sterowania.
Przeprowadzono kontrolę przełącznika krawatowego i stwierdzono, że w jego logicznej jednostce sterującej (Schneider MIC 5.0) występują oczywiste nieprawidłowości: moc akumulatora wewnętrznego była niewystarczająca, a wyświetlacz prądu trójfazowego był niestabilny i przerywany. Podstawową funkcją tej jednostki sterującej jest odbieranie sygnału prądowego wejściowego z czujnika wyłącznika, dokonywanie oceny, a następnie wysyłanie instrukcji do siłownika (cewka załączająca, cewka otwierająca itp.) w celu uzyskania kontroli działania przełącznika. Jej nieprawidłowość powoduje, że system PMS błędnie ocenia, że główna tablica rozdzielcza wymaga zasilania segmentowego, a następnie uruchamia jednostkę 1.
Personel techniczny ustalił, że plan utylizacji obejmuje wymianę jednostki sterującej wyłącznika sprzęgłowego. Konkretne etapy są następujące: W całym procesie priorytetem będzie zapewnienie stabilnego zasilania całego statku i ochrona bezpieczeństwa sprzętu
(1) Regulacja obciążenia i jednostki: Odłączyć-obciążenia niekrytyczne, odłączyć zespół prądotwórczy nr. 4, koordynować i regulować rozkład obciążenia na całym statku oraz moc zasilania jednostek, zmniejszyć prąd przepływający przez łącznik do mniej niż 10% wartości znamionowej (3200 A) i odłączyć łącznik, gdy prąd spadnie poniżej 150 A.
(2) Wymiana jednostki sterującej: Wyciągnąć przełącznik krawatowy z tablicy rozdzielczej, zdjąć przednią pokrywę wyłącznika, odłączyć taśmę łączącą pomiędzy jednostką sterującą a wyłącznikiem, wymienić uszkodzoną jednostkę sterującą i wyregulować wartość ustawienia zabezpieczenia przekaźnika i czas ustawienia nowej jednostki sterującej za pomocą pokrętła.
(3) Przywracanie systemu: Zamontuj ponownie przełącznik krawatowy i wstrząśnij nim w rozdzielnicy. Zamknij przełącznik krawatowy, a cały statek powróci do normalnego zasilania.
Po kolejnym tygodniu-pracy kontrolnej nie wystąpiło już żadne nieprawidłowe zamknięcie ani otwarcie agregatu prądotwórczego, co potwierdza, że usterka została całkowicie usunięta. Po zacumowaniu statku do nabrzeża skontaktowano się z producentem w celu wykorzystania dedykowanego przyrządu firmy Schneider do przetestowania i skalibrowania modułu kontroli usterek. Stwierdzono, że uległa awaria akumulatora wewnętrznego (o znamionowym okresie użytkowania 5 lat, ale w rzeczywistości był używany przez 8 lat) i wystąpiło odchylenie w wartości ustawienia wynoszące 20 A. To dodatkowo zweryfikowało pierwotną przyczynę usterki.
IV. Wnioski i sugestie
Na podstawie rozwiązywania problemów, procesu postępowania z tą usterką i późniejszych wyników weryfikacji wyciąga się następujące wnioski i praktyczne sugestie, które stanowią punkt odniesienia dla bezpiecznej eksploatacji elektrowni okrętowych:
1. Postępowanie z usterką musi być naukowe i rygorystyczne. Po wystąpieniu tej usterki technicy spokojnie zarządzali obciążeniem całego statku i stanem jednostek. Dzięki podejściu do rozwiązywania problemów „od prostego do złożonego” stopniowo identyfikowali pierwotną przyczynę usterki, skutecznie zapobiegając nieprawidłowemu wzrostowi zasilania i zapewniając bezpieczeństwo nawigacji statku.
2. Należy zachować środki ostrożności podczas obsługi wyłącznika krawatowego: Przed wymianą jednostki sterującej wyłącznika krawatowego należy najpierw odłączyć wyłącznik krawatowy. Aby chronić rozdzielnicę, należy tak skoordynować rozkład obciążenia i moc jednostki, aby wyłącznik sprzęgłowy rozłączył się w warunkach niskiego prądu, zapewniając jednocześnie ciągłe i niezawodne zasilanie na całym statku.
3. Konserwacja jednostki sterującej wymaga dbałości o szczegóły: Jednostka sterująca łącznika łącznikowego jest zintegrowanym urządzeniem modułowym o wysokiej niezawodności, ale trudnej w utrzymaniu. Po awarii zazwyczaj trzeba go wymienić w całości, a proces wymiany jest stosunkowo prosty. Należy zauważyć, że chip „H1” pod tą jednostką sterującą musi być dostarczony oddzielnie przez firmę Schneider. Części zamienne należy przygotować wcześniej.
4. Istnieją alternatywne plany reagowania w sytuacjach awaryjnych na morzu: Podczas operacji morskich, jeśli jednostka sterująca nie może zostać wymieniona lub naprawiona w odpowiednim czasie, można zastosować dwa środki awaryjne: Jednym z nich jest zastosowanie trybu zasilania segmentowego. Personel-dyżurny musi uważnie monitorować zmiany obciążenia szyn zbiorczych A i B i być dobrze-przygotowany na działania awaryjne. Drugim jest ręczne zablokowanie wyłącznika krańcowego po jego zamknięciu (wyłącznik ma wbudowaną-funkcję blokowania), aby zapobiec nieoczekiwanemu zadziałaniu wyłącznika.
5. Zoptymalizuj tryb zasilania, aby ograniczyć ukryte zagrożenia: w sekcji A znajduje się więcej urządzeń elektrycznych, a w sekcji B mniej. Zaleca się przyjęcie-trybu zasilania podłączonego do sieci z „2 jednostki w sekcji A i 1 jednostka w sekcji B” w okresach krytycznych, takich jak operacje morskie, żegluga na wąskich drogach wodnych oraz cumowanie i odcumowanie na nabrzeżu. W tym trybie, mimo że wyłącznik krawatowy znajduje się w stanie zamkniętym, przepływający przez niego prąd jest stosunkowo niewielki. Nawet jeśli wyłącznik sprzęgowy ulegnie awarii, może on nadal zapewnić ciągłe zasilanie całego statku, minimalizując w największym stopniu ryzyko związane z zasilaniem i prawdopodobieństwo awarii zasilania całego statku.