Стартовая >> Архив >> Аварии и неисправности в судовых электроустановках

Недостатки схем главного тока ГЭУ - Аварии и неисправности в судовых электроустановках

Оглавление
Аварии и неисправности в судовых электроустановках
Недостатки схем главного тока ГЭУ
Аварийные случаи в ГЭУ из-за недостатков их систем возбуждения и резких колебаний нагрузки
Аварийные случаи в ГЭУ при качке судна
Неблагоприятные режимы работы в ГЭУ переменного тока
Аварии ГЭУ при ходе судна на свободной воде
Авария в системе главной электроустановки землесоса Черное море
Настройка систем регулирования и аварийность ГЭУ
Аварийные ситуации из-за неудовлетворительной настройки систем возбуждения
Несовершенство систем защиты и сигнализации и аварийные происшествия
Несовершенство схем, применяемых для испытаний электроустановок
Качество изоляции электрических машин
Качество изоляции и затраты на обеспечение безаварийности ГЭУ
Повреждения генераторов ГЭУ
Повреждения гребных электродвигателей
Повреждения в конструкциях токосъемных узлов электрических машин
Аварийные ситуации в ГЭУ из-за неудовлетворительной коммутации электрических машин
Вентиляция судовых электрических машин
Повреждения судового электрооборудования при попадании морской воды
Возгорания судового электрооборудования
Зависимость рабочих характеристик первичных двигателей от условий эксплуатации
Изодромный астатический регулятор дизеля
Аварийность из-за неудовлетворительной настройки первичных двигателей
Влияние настройки иглы изодрома и сервомотора на работу ГЭУ
Аварии рулевых электроприводов
Аварии якорно-швартовных электроприводов
Аварийные повреждения в судовых электростанциях
Заключение

Глава 1
АВАРИЙНЫЕ СЛУЧАИ, ВЫЗВАННЫЕ
НЕСОВЕРШЕНСТВОМ СХЕМ ГЭУ И ИХ НАСТРОЙКИ
§ 1. Недостатки схем главного тока ГЭУ и аварийность
С учетом имеющегося опыта эксплуатации к схемам главного тока современных ГЭУ предъявляются следующие требования. Схема главного тока ГЭУ должна быть достаточно гибкой, т. е. иметь возможность набора достаточного количества вариантов включения якорей главных генераторов и гребных электродвигателей. Под словом «достаточный» в данном случае подразумевается следующее. При отсутствии по какой-либо причине возможности включить главный генератор или гребной электродвигатель схема главного тока должна позволять включение в работу всех оставшихся в рабочем состоянии главных генераторов и ГЭД.
Это требование диктуется необходимостью обеспечить большую надежность и живучесть установки, стремлением к максимальному ее использованию и экономическому регулированию частоты вращения ГЭД путем отключения генераторных агрегатов. Только в этом случае можно выполнять осмотр и ремонт отдельных агрегатов, не выводя всю установку из эксплуатации.
В схеме главного тока должна быть предусмотрена возможность включения и отключения главных генераторов без постановки рукоятки поста управления ГЭУ в нулевое положение, причем указанные операции не должны вызывать недопустимые колебания напряжения и тока в схеме. При ходе в узкостях, в караване, при работе во льдах или швартовке судов друг к другу в сложных навигационных условиях лишать их управляемости даже на короткое время недопустимо. Поэтому в подобных случаях стремятся не производить отключение и включение генераторов. Однако опыт эксплуатации ГЭУ показывает, что нередко все же требуется срочное отключение и остановка дизель-генератора, и вынужденные изменения схемы главного тока в сложной обстановке иногда приводят к аварийным ситуациям.

Вместе с тем в некоторых ГЭУ судов не предусмотрена возможность включения и отключения главных генераторов без постановки поста управления в нулевое положение. Ряд ГЭУ не удовлетворяет также и требованию гибкости схемы главного тока. В качестве примеров можно привести ГЭУ судов типа «Лена», «Амгуэма», «Днепрогэс» и «Актюбинск».
Схема главного тока ГЭУ двух первых судов состоит из двух контуров, причем в каждый из них могут быть включены только два дизель-генератора своего контура — соответственно ДГ1, ДГ2 и ДГ3, ДГ4. Поэтому если по какой-либо причине в схему нельзя включить один из якорей ГЭД, то судно будет двигаться лишь за счет работы двух дизель-генераторов другого контура, т. е. в работе находится лишь один контур ГЭУ с одним якорем ГЭД. Если в это время один из дизель-генераторов или якорь ГЭД данного контура окажется в рабочем состоянии, то заменить их главными электрическими машинами другого контура нельзя. Движение судна в этом случае может быть осуществлено лишь за счет одного дизель-генератора. В ГЭУ с такими схемами может создаться ситуация, при которой нельзя включить в работу оба контура ГЭУ, в результате чего судно потеряет ход при наличии исправных дизель-генераторов. Таким образом, невозможность включения дизель-генераторов одного контура в другой контур схемы главного тока снижает гибкость схемы.
Схемы главного тока ГЭУ дизель-электроходов типа «Днепрогэс» и «Актюбинск» аналогичны. Они имеют несколько вариантов. Изменить варианты схемы можно посредством одного избирательного переключателя, имеющего семь рабочих и одно нулевое положение. В первом положении происходит попеременно-последовательное соединение якорей всех четырех генераторов и двух ГЭД. Во втором, третьем, четвертом и пятом положениях из схемы, соответствующей первому положению, исключаются соответственно дизель-генераторы ДГ2, ДГ3 и ДГ4. Таким образом, осуществляется работа любых трех дизель-генераторов на два якоря ГЭД. В шестом положении переключателя дизель-генераторы ДГ1 и ДГ2 включаются на носовой якорь ГЭД, в седьмом положении ДГ3 и ДГ4 работают на кормовой якорь ГЭД. Такого количества вариантов схемы главного тока явно недостаточно. Схемой главного тока не предусмотрена работа гребной установки на одном дизель-генераторе, а это бывает необходимо при движении судна с малой скоростью для удержания его на волне, а также в других специальных режимах. На транспортных рефрижераторах, например на судах типа «Сибирь», имеющих в ГЭУ четыре дизель-генератора типа Д100, часто в районе промысла используется режим работы на одном дизель-генераторе.
Если в нормальном техническом состоянии находятся два дизель-генератора, например ДГ1 и ДГ2 (или ДГ3 и ДГ4), но один из них не прогрет, то исключается возможность до его прогрева работать на одном дизель-генераторе, т. е. судно некоторое время не имеет хода.
На судах типа «Днепрогэс» и «Актюбинск» применяют дополнительные кабельные перемычки, с помощью которых увеличивается количество вариантов схемы главного тока. Однако их установка требует больших затрат времени (3—4 ч), и в некоторых случаях это может привести к аварийной ситуации.

Рис. 1. Схема включения контактов автомата генератора ГЭУ ледокола типа «Москва» в главную цепь.
Как уже указывалось, возможность изменения числа генераторов в схеме главного тока ГЭУ без постановки поста управления в нулевое положение является существенным достоинством установки.
Однако в некоторых случаях коммутационные операции в такой схеме могут приводить к неблагоприятным переходным процессам в установке. Рассмотрим результаты исследований, проведенных со схемой контура ГЭУ левого гребного винта ледокола «Москва».
В ГЭУ ледоколов типа «Москва» трехполюсные электропневматические автоматы генераторов (рис. 1) позволяют включение и отключение генераторов из контура главного тока без постановки поста управления в нулевое положение при скорости судна, не равной нулю. Номинальные параметры автомата генератора следующие: напряжение 600 В, ток 4000 А.
Управление автоматами может осуществляться автоматически и вручную.
Основная проводящая цепь автоматического выключателя проходит через контактные ролики 2 (рис. 2). Чтобы гашение дуги обеспечивалось контактами дугогашения, т. е. чтобы вкатывание и выкатывание роликов происходило при замкнутых контактах дугогашения, зазор а должен быть не менее 3 мм.
При включении генераторного автомата сначала замыкаются контакты 1 (см. рис. 1), затем размыкается контакт 2 и через контакт вспомогательной цепи автомата подается питание в цепь катушки постоянного тока контактора возбуждения генератора. Катушка контактора возбуждения зашунтирована емкостью, за счет чего происходит задержка его включения на 0,3 с.
При выключении генератора отключается контактор возбуждения генератора, затем, после выдержки времени, равной 0,75 с, включается питание на пневмоэлектрический вентиль, который подает воздух в отключающий цилиндр генераторного автомата. Далее происходит процесс отключения генератора автоматом. Сначала контактом 2 накоротко замыкается якорь генератора, затем контактом 1 якорь отключается от контура главного тока.
Выключатель генератора ГЭУ
Рис. 2. Выключатель генератора ГЭУ ледоколов типа «Москва» (поперечный разрез).
1 — неподвижные контакты; 2 — контактные ролики; 3 — кулачковый вал; 4 — подвижный контакт; 5 — детали неподвижного контакта дугогашения.

Таким образом, отключение (как при воздействии оператора, так и при срабатывании защит) и включение якоря главного генератора осуществляется без разрыва контура главного тока.
Эксплуатация ГЭУ выявила необходимость соблюдения некоторых существенных ограничений при изменении числа генераторов в схеме главного тока.
Напомним, что линейные ледоколы типа «Москва» с тремя кормовыми винтами, построенные финской фирмой «Вяртсиля», предназначены для проводки и околки судов от льдов в условиях Арктики. В ГЭУ входит восемь дизель-генераторов. Главные дизели мощностью 3250 л. с. при частоте вращения
330 об/мин. Генераторы имеют следующие номинальные данные: напряжение — 600 В, ток — 3600 А, мощность — 2160 кВт. Бортовые ГЭД одноякорные, средний ГЭД двухъякорный, причем каждый якорь среднего ГЭД аналогичен якорю бортового ГЭД. Номинальные данные одного ГЭД следующие: напряжение— 1200 В, ток — 3600 А, частота вращения среднего ГЭД — 115/145 об/мин, бортового— 115/155 об/мин.

Рис. 3. Изменение параметров левого контура ГЭУ ледокола типа «Москва» при последовательном выключении третьего и четвертого дизель-генераторов.

ГЭУ имеет три контура схемы главного тока: средний и два бортовых. В среднем контуре могут быть соединены попеременно-последовательно два ГЭД и четыре (три, два или один) генератора. В бортовые контуры включаются по два или одному генератору на один ГЭД. Возбуждение главных генераторов осуществляется от трехобмоточных возбудителей.
На рис. 3 показана осциллограмма процесса отключения левого контура сначала четвертого (ГДГ4), затем третьего (ГДГЗ) дизель-генератора ГЭУ ледокола типа «Москва» при полном ходе. В момент времени, соответствующий точке А, отключается подача питания в обмотку возбуждения генератора Г4. Из-за инерционности обмотки возбуждения ток возбуждения этого генератора и соответственно напряжение начинают уменьшаться по экспоненте, так как параллельно обмотке включено разрядное сопротивление.
В результате сброса нагрузки рекуперации энергии от ГЭД, а также инерционности регулятора дизеля частота вращения пГ4 возрастает с 330 до 388 об/мин и затем восстанавливается.
Вследствие рекуперации энергии от ГЭД частота вращения  дизель-генератора, находящегося в нормальном состоянии (возбуждение не снято), возрастает с 330 до 395 об/мин, а напряжение U — с 593 до 754 В. Рекуперативный ток главного контура / достигает 630 А, а обратная мощность генератора Г3 составляет 469 кВт.
По истечении времени, равного 0,75 с (точка В на рис. 3), якорь ГДГ4 с помощью выключателя замыкается накоротко. Однако напряжение на нем не падает до нуля; по осциллограмме в момент закорачивания якорной обмотки оно составляет 110 В. Следовательно, с момента замыкания контакта 2 генераторного выключателя (см. рис. 1) до момента размыкания контактов 1, т. е. до полного выключения генератора из схемы, он работает в режиме короткого замыкания. Поскольку при этом велико напряжение генератора, ток может превысить допустимое значение и привести к нарушению режима его работы: вызвать круговой огонь на коллекторе, привести к опасным явлениям в обмотках генератора и т. д.
Вследствие исключения из схемы ГДГ4 происходит резкий толчок обратного тока в контуре ГЭД — ГДГ3 до значения 3350 А, затем ток быстро падает до нуля. При этом напряжение генератора возрастает до 835 В, а частота его вращения до 445 об/мин, что составляет 135% номинальной. Это значение недопустимо по требованиям технической эксплуатации. При такой частоте вращения должна сработать предельная защита третьего дизеля. Однако защита не срабатывает из-за несовершенства настройки предельного регулятора дизеля. В дальнейшем происходит быстрое изменение параметров в сторону длительно допустимых значений: частота вращения ГДГ3 падает до 330 об/мин, ток главного контура до нуля, напряжение ГДГ3 через 2 с после отключения ГДГ4 — до 740 В.
Таким образом, при отключении одного из двух генераторов на полном ходу судна без постановки поста управления ГЭУ в нулевое положение режим работы оставшегося в работе генератора оказывается не менее тяжелым: повышается напряжение примерно до 140% номинального значения, значительно возрастает частота вращения ГДГ, что может привести к срабатыванию предельного регулятора дизеля и выходу из рабочего состояния всего контура ГЭУ.
Для гребного электродвигателя такой режим также представляет опасность. При выключении обоих генераторов из схемы, одного преднамеренно, а другого при срабатывании защиты, якорь ГЭД замыкается накоротко. При наличии магнитного потока вращающегося ГЭД в цепи якоря наблюдается значительный ток короткого замыкания. Это может привести к обгоранию коллектора ГЭД, механическим повреждениям и т. д.

А

Рис. 4. Изменение параметров левого контура ГЭУ ледокола типа «Москва» при отключении подачи топлива на дизель.

Рассмотрим характер процессов в схеме при отключении генератора Г3 (точка С на рис. 3). В этом случае ток в главной цепи изменяет направление и достигает значения 7900 А. Пока ток возбуждения генератора Г3 снижается до нуля, он работает в режиме двигателя, так как в течение этого времени напряжение его меньше ЭДС якорной обмотки ГЭД. Поэтому частота вращения генератора Г3 увеличивается, достигая значения 545 об/мин, опасного для дизель-генератора. В результате происходит срабатывание предельной защиты дизеля.
Как видим, из-за несовершенства настройки системы управления ГЭУ ледокола «Москва» поставлена под сомнение весьма ценная техническая идея — изменение количества генераторов в схеме главного тока без постановки поста управления ГЭУ в нулевое положение. Основные недостатки такого переключения заключаются в чрезмерном увеличении токов и частоты вращения дизель-генераторов, способных в конечном счете привести к их аварии.
Представляет также интерес работа ГЭУ при отключении подачи топлива на дизель. Рассмотрим осциллограмму переходных процессов схемы левого контура ГЭУ ледокола «Москва» (рис. 4). В бортовых контурах ГЭУ включено по одному ГДГ, в среднем контуре два ГДГ. В момент времени, соответствующий на рис. 4 точке А, отключается подача топлива на дизель бортового контура. После отключения подачи топлива начинается снижение частоты вращения ГДГ. При срабатывании защиты от снижения частоты вращения отключается напряжение возбуждения генератора. Вследствие этого изменяется направление тока в главной цепи, генератор переходит в двигательный режим. В результате частота вращения дизель-генератора повышается с 330 до 363 об/мин. При ходе судна гребной электродвигатель, приводимый во вращение гребным винтом, работает в генераторном режиме. Ток в цепи якоря ГЭД после отключения напряжения возбуждения генератора увеличивается до — 7700 А, т. е. достигает 214% номинального значения. В дальнейшем, в течение 15 с ток главной цепи сохраняется в пределах 4500—6000 А (повышенный). Указанные явления при определенной ситуации могут привести к круговому огню оставшихся в контуре главных электрических машин ГЭУ.

Рис. 5. Изменение параметров ГЭУ при выключении из контура генератора.

При включении генератора в схему (точка В на рис. 4) ток главной цепи изменяется от —4400 до +3300 А, хотя пост управления гребной установки находится в это время в нулевом положении.
При анализе происходящих процессов важно рассмотреть не только характер изменения тока электрических машин ГЭУ, что было сделано выше, но и напряжения, так как в данных ситуациях существенную роль играет индуктивность якорной цепи генератора, отключаемого из схемы главного тока.
На рис. 5 отключение генератора от главной цепи бортового контура ГЭУ ледокола «Москва» контактами 1 автомата генератора (см. рис. 1) произведено в точке А. До этого генератор работал в режиме короткого замыкания, так как все его контакты были замкнуты. В схему был включен лишь один генератор. В соответствии с настройкой системы управления ГЭУ отключение генератора произошло, когда его напряжение составляло менее 100 В. Отключение цепи якоря генератора при наличии тока вызвало появление настолько значительной ЭДС самоиндукции в якорной обмотке, что осциллограмма напряжения генератора (ЭДС самоиндукции) вышла за пределы шкалы. Указанное свидетельствует о том, что в подобных ситуациях могут возникнуть недопустимые перенапряжения в обмотке якоря отключаемого генератора, способные привести к пробою ее изоляции, выбранной с учетом номинального напряжения.
Характер переходных процессов, аналогичный описанному выше, отмечается и в ГЭУ ледокола «Мурманск» (также судна типа «Москва», но более поздней постройки, чем ледокол «Москва»). В ГЭУ ледокола «Мурманск», имеющей тиристорную систему подвозбуждения, при отключении генераторов из контура ГЭД ток главной цепи достигает 300% номинального значения.
Таким образом, при изменении схемы или отключении подачи топлива дизелям в отдельных случаях переходные процессы в ГЭУ могут привести к аварийным случаям. Это обстоятельство ограничивает использование указанного режима при их эксплуатации. Для устранения этого недостатка следует использовать быстродействующую (тиристорную) систему возбуждения ГЭУ, которая позволит быстро размагнитить отключаемый генератор, или блоки ограничения рекуперируемой мощности в схеме возбуждения ГЭД (также быстродействующей).
Система возбуждения ГЭУ должна иметь блоки логики, которые в сочетании с системой автоматического управления ограничат изменение всех параметров ГЭУ, в том числе тока генератора и напряжения обмотки его якоря.



 
Автоматическая установка для варки битумной мастики »
электрические сети