Když lodě operují na moři, spolehlivost napájení celého plavidla přímo souvisí s bezpečností operací a kvalitou plnění úkolů. Jako hlavní zdroj energie pro všechna lodní zařízení hraje stabilní provoz lodní elektrárny rozhodující roli. Určité plavidlo je vybaveno 5 moderními HFC dieselagregáty o výkonu 770 kW. Přijímá systém automatického řízení elektrárny Kongsberg DC-20 (PMS), který je zodpovědný za monitorování stavu elektrické sítě a automatické řízení elektrárny. Umožňuje automatickou regulaci spouštění, zastavení, připojení k síti a odpojení generátorových soustrojí.
Plavidlo má vysoké požadavky na spolehlivost napájení při svých offshore operacích. Během běžného provozu přechází do síťového-provozního režimu se třemi jednotkami a provoz elektrárny je nastaven na polo-automatický. Celkové zatížení plavidla zůstává stabilní kolem 1 400 kW. Elektrárna má tři provozní režimy: V manuálním režimu-servisní personál ručně dokončí připojení a odpojení jednotek k síti na základě zatížení sítě a stavu jednotek. V polo{9}}automatickém režimu PMS monitoruje celkový výkon elektrické sítě v reálném čase. Když je zátěž abnormální, spustí alarm. Poté, co-služební personál učiní úsudek, vydá pokyny a PMS automaticky dokončí následné operace. V automatickém režimu jsou všechny operace elektrárny plně řízeny PMS. Vztah k napájení lodi je znázorněn na obrázku 1.
Obrázek 1 ukazuje vztah napájení lodí
I. Fenomén poruchy
Během plavby plavidla byly k síti připojeny generátory č Elektrárna byla v polo-automatickém režimu. Celkové zatížení celého plavidla bylo přibližně 1 400 kW, přičemž zatížení jedné jednotky{11}}bylo asi 57 %. Bez jakýchkoli provozních instrukcí vydaných-servisním personálem se poruchové jevy vyskytovaly jeden po druhém: V 17:11:03 se generátor No{18}} automaticky spustil a byl okamžitě připojen k síti k provozu. V 17:11:14 vydal PMS poplach nízkého tlaku paliva pro soustrojí generátoru č.1 (tlak v době poplachu byl 0,1 MPa). V 17:12:10 byl alarm resetován (tlak v době resetu byl 0,16MPa). Následně-služební personál rozebral generátor No{32}} v poloautomatickém režimu{33}}a okamžitě nahlásil příslušnou situaci-servisnímu technikovi. Tato porucha nezpůsobila ztrátu energie celé lodi, ale automatické spuštění-a připojení k síti generátoru Ne. 1 bez pokynů je abnormální stav. Pro zajištění bezpečnosti napájení je nutné důkladné prošetření příčiny.
II. Analýza mechanismu poruchy
Na základě principu činnosti automatického monitorovacího systému elektrárny tohoto plavidla spadají potenciální důvody pro nouzové automatické připojení záložního generátoru No{0}} k síti především do následujících tří kategorií, z nichž všechny souvisejí s principem řízení jádra PMS: „Zajištění toho, aby kapacita připojení generátoru k síti byla větší než zatížení sítě, a zabránění ztrátě energie celé lodi.“
1. Abnormální provoz generátorového soustrojí
Pokud jeden generátor na síti zaznamená abnormální otáčky (pokles, překročení otáček), nízký tlak mazacího oleje, nízký tlak topného oleje, nadměrně vysokou výstupní teplotu vody nebo pokud se napětí a frekvence odchylují od standardního rozsahu a spustí alarm, může to způsobit vypnutí generátoru, což má za následek náhlé snížení dodávky energie do sítě a představuje riziko ztráty energie pro celé plavidlo. V tomto okamžiku PMS automaticky spustí záložní jednotku a rychle se připojí k síti, aby byla zajištěna stabilní dodávka energie do sítě.
2. Abnormální činnost hlavního vypínače
Pokud hlavní vypínač jednoho generátoru v síti zaznamená abnormální vypnutí během paralelního řazení, odpojení nebo normálního provozu, aby se zabránilo ztrátě napájení celé lodi, PMS automaticky spustí záložní jednotku a dokončí připojení k síti. Vyskytly se případy takových anomálií: Během určité operace na moři, když byla jednotka č Přestože to nezpůsobilo výpadek proudu pro celé plavidlo, pohotovostní jednotka č.. 5 byla stále automaticky spuštěna a připojena k síti.
3. Náhlé snížení dodávky energie z elektrické sítě nebo náhlé zvýšení zátěže
Když se náhle zvýší zatížení energetické sítě celé lodi nebo se náhle sníží dodávka energie ze síťových -elektrárenských jednotek, PMS automaticky spustí záložní jednotky, aby se zajistilo, že celková kapacita jednotek připojených k síti- pokryje poptávku po zatížení. Lodní přípojnice je rozdělena do dvou sekcí, A a B, čímž lze dosáhnout segmentovaného napájení. Dvě sekce přípojnice jsou nezávisle řízeny a jejich logika ovládání je konzistentní s napájením celé sekce. Pokud dojde k náhlému snížení napájení nebo náhlému zvýšení zátěže v kterékoli sekci, spustí se pohotovostní jednotka této sekce a bude připojena k síti.
III. Diagnostika a řešení poruch
1. Komplexní řešení problémů
Technici kontrolovali možné příčiny výše{0}}výše uvedených chyb jednu po druhé, od jednoduchých po složité, a postupně odstraňovali irelevantní faktory. Konkrétní kontrolní proces je následující:
• Prozkoumejte provozní faktory personálu: Plně komunikujte s-pracovníkem ve službě, abyste se ujistili, že v provozu nedošlo k žádné personální chybě; Co se týče alarmu nízkého tlaku paliva na 1. bloku, bylo analyzováno, že to bylo způsobeno rychlým rozložením zátěže po rychlém připojení bloku k síti, což mělo za následek dočasný nedostatek paliva v palivovém čerpadle bloku. Následně, když byl blok 1 restartován podle normálního postupu, tento alarm se již neobjevil, což ověřilo racionalitu této analýzy.
• Zkontrolujte stav v-jednotek v síti: Proveďte podrobné ověření základních provozních parametrů (pracovní napětí, proud, frekvence, tlak paliva, tlak mazacího oleje, vysoko{1}}teplotní výstupní teplota vody atd.) 2#, 4# a 5# v-jednotek sítě. Všechny parametry splňují normy a možnost, že PMS omylem spustí záložní jednotky z důvodu abnormalit v jednotkách v síti, je vyloučena.
• Kontrola řídicího obvodu 1. bloku: Byla provedena komplexní kontrola komponentů, modulů a spouštěcího obvodu elektrického řídicího obvodu 1. bloku se zaměřením na kontrolu mezilehlých relé a řídicích modulů ve spouštěcím obvodu. Nebyla zjištěna žádná poškození ani závady a byl vyloučen vliv abnormálních řídicích obvodů samotné jednotky.
• Zkontrolujte součásti monitorovacího systému: Zkontrolujte proudový transformátor monitorovacího a poplašného systému Kongsberg, načtěte historické záznamy systému, ověřte, že nedochází k výraznému kolísání celkového proudu hlavní přípojnice, a vylučte možnost nesprávné činnosti systému způsobené odchylkou detekce proudového transformátoru.
• Prozkoumejte dopad zatížení sítě: Kontaktujte každou pozici a ověřte spuštění a zastavení zařízení s vysokým-výkonem během doby poruchy, ověřte, že se během této doby nespustí nebo nezastaví žádné zařízení s vysokým-výkonem, a vyloučte možnost nouzového spuštění systému způsobeného nárazem zátěže.
2. Lokalizace závad a jejich řešení
Po eliminaci výše uvedených společných faktorů technici dále analyzovali v kombinaci s tehdejším uspořádáním napájení: Při vzniku závady byla k síti připojena jedna jednotka přípojnice sekce A a k síti byly připojeny dvě jednotky přípojnice sekce B. Ze sekce B do sekce A protékal přes spínač přibližně 700 A. Pokud spojovací spínač funguje abnormálně nebo je odpojen, na přípojnici sekce A- dojde k situaci, kdy „výkonová zátěž překročí kapacitu napájecího zdroje jednotky“. V tomto okamžiku PMS spustí záložní jednotku 1 sekce A, aby byla připojena k síti, což je v souladu s jeho principem ovládání.
Byla provedena kontrola spojovacího spínače a bylo zjištěno, že jeho logická řídicí jednotka (Schneider MIC 5.0) vykazuje zjevné abnormality: vnitřní baterie je nedostatečná a zobrazení třífázového proudu je nestabilní a přerušované. Základní funkcí této řídicí jednotky je přijímat vstupní proudový signál ze snímače jističe, provádět posouzení a poté vydávat pokyny do pohonu (zavírací cívka, vypínací cívka atd.), aby se dosáhlo ovládání činnosti spínače. Jeho abnormalita způsobí, že PMS nesprávně vyhodnotí, že hlavní rozvodná deska potřebuje segmentované napájení, a poté spustí jednotku 1.
Technický personál rozhodl, že v plánu likvidace je výměna řídicí jednotky spojovacího spínače. Konkrétní kroky jsou následující: V průběhu celého procesu bude prioritou zajištění stabilní dodávky energie pro celou loď a ochrana bezpečnosti zařízení
(1) Regulace zátěže a jednotky: Odpojte ne-kritické zátěže, odpojte Ne{2}} generátor, koordinujte a regulujte rozložení zátěže celé lodi a kapacitu napájení jednotek, snižte proud protékající spojovacím spínačem na méně než 10 % jmenovité hodnoty (3200A) a odpojte spojovací spínač, když proud klesne pod 150A.
(2) Výměna řídicí jednotky: Vytáhněte spojovací spínač z rozvodné desky, sejměte přední kryt jističe, odpojte propojovací pásku mezi řídicí jednotkou a jističem, vyměňte vadnou řídicí jednotku a pomocí číselníku upravte hodnotu nastavení ochrany relé a dobu nastavení nové řídicí jednotky.
(3) Obnova systému: Znovu nainstalujte spojovací spínač a zatřeste jím do rozvodné desky. Zavřete spojovací spínač a celá nádoba obnoví normální napájení.
Po jednom týdnu následného provozu-nedošlo k žádnému abnormálnímu zavírání nebo otevírání generátorového soustrojí, což potvrzuje, že závada byla zcela odstraněna. Poté, co plavidlo zakotvilo v přístavišti, byl kontaktován výrobce, aby použil Schneiderův vyhrazený přístroj k testování a kalibraci řídicí jednotky poruch. Bylo zjištěno, že selhala vnitřní baterie (s jmenovitou životností 5 let, ale ve skutečnosti se používá 8 let) a došlo k odchylce 20A v hodnotě nastavení. Tím byla dále ověřena základní příčina závady.
Iv. Závěry a návrhy
Na základě řešení problémů, procesu zpracování této závady a následných výsledků ověření jsou vyvozeny následující závěry a praktické návrhy, které poskytují reference pro bezpečný provoz lodních elektráren:
1. Řešení závad musí být vědecké a přísné: Poté, co k této závadě došlo, technici v klidu zvládli celý náklad lodi a stav jednotek. Prostřednictvím přístupu k řešení problémů „od jednoduchého ke složitému“ postupně identifikovali hlavní příčinu poruchy, účinně zabránili abnormálnímu rozšíření dodávky energie a zajistili bezpečnost plavby lodi.
2. Při práci s vypínačem je třeba dodržovat opatření: Před výměnou řídicí jednotky vypínače je nutné nejprve odpojit vypínač. Pro ochranu rozváděče je nutné koordinovat rozložení zátěže a výkon jednotky tak, aby se spínač odpojil za podmínek nízkého proudu a zároveň bylo zajištěno nepřetržité a spolehlivé napájení celé lodi.
3. Údržba řídicí jednotky vyžaduje pozornost věnovanou detailům: Řídicí jednotka kontaktního spínače je integrované modulární zařízení s vysokou spolehlivostí, ale špatnou údržbou. Po poruše je většinou potřeba vyměnit jako celek a proces výměny je poměrně jednoduchý. Je třeba poznamenat, že čip "H1" pod touto řídicí jednotkou musí být samostatně dodán společností Schneider. Náhradní díly by měly být připraveny předem.
4. Existují alternativní plány pro reakci na námořní nouzové situace: Pokud během námořních operací nelze včas vyměnit nebo opravit řídicí jednotku, lze přijmout dvě nouzová opatření: Jedním je použití režimu segmentovaného napájení. Služební-personál musí pečlivě sledovat změny zatížení přípojnic A a B a být dobře-připraven na nouzové operace. Druhým je ruční zamknutí vypínače po jeho sepnutí (jistič má vestavěnou -funkci zámku), aby se zabránilo neočekávanému vypnutí vypínače.
5. Optimalizujte režim napájení, abyste snížili skrytá nebezpečí: V sekci A je více elektrických zařízení a v sekci B méně. V kritických obdobích, jako jsou operace na moři, plavba na úzkých vodních cestách a kotvení a vypínání v přístavišti, se doporučuje použít režim napájení -připojeného k síti „2 jednotky v sekci A a 1 jednotka v sekci B“. V tomto režimu, i když je spojovací spínač v sepnutém stavu, je proud, který jím protéká, relativně malý. I když dojde k poruše spojovacího spínače, stále může zajistit nepřetržité napájení celé lodi, čímž se v největší míře minimalizují rizika napájení a pravděpodobnost výpadku proudu pro celou loď.