Глава 4
АВАРИИ И АВАРИЙНЫЕ ПРОИСШЕСТВИЯ В СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ И ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
§ 15. Аварии рулевых электроприводов
На серийных судах типов «Повенец» и «Пионер» постройки ГДР отмечалось несколько случаев выхода из строя рулевых установок. Так, при ходе теплохода «Мурман» в узкости в рулевом электроприводе произошло аварийное повреждение, и судно вынуждено было встать на якорь. Осмотр показал, что на исполнительном электродвигателе рулевой машины повреждена изоляция якоря и дополнительных полюсов и расплавлена пайка петушков коллектора с якорной обмоткой (явные следы перегрева электродвигателя).
Рис. 101. Принципиальная схема рулевого электропривода судов типа «Повенец» и «Пионер».
ОД —обратный датчик; ППУ — переключатель постов управления; РУП — реле усиления поля; РУ —реле управления; РВГ — реле возбуждения генератора.
На однотипном теплоходе «Оленегорск» также отмечен случай перегрева обмотки якоря и дополнительных полюсов исполнительного электродвигателя рулевой установки, в результате чего он был полностью выведен из строя. Характер повреждений указывал на одинаковые причины перегрева в каждом случае.
На судах названных серий установлены секторные рулевые установки с электроприводом постоянного тока по системе генератор— двигатель. На рис. 101 представлена упрощенная принципиальная схема рулевого электропривода. Приводной асинхронный двигатель АД генератора Г имеет питание с автоматическим переключением с основного фидера на резервный. Мощность электродвигателя 17 кВт, напряжение 380 В, ток 33,5 А, частота вращения 1460 об/мин.
Генератор постоянного тока (мощностью 13,2 кВт при напряжении 170 В, токе 77,6 А и частоте вращения 1460 об/мин) получает питание на обмотку возбуждения от возбудителя В, расположенного на одном валу с АД. Исполнительный электродвигатель ИД мощностью 11 кВт при напряжении 170 В, номинальном токе 80 А и частоте вращения 570 об/мин имеет независимую обмотку возбуждения, получающую питание от выпрямителя, включенного на выход трансформатора 380/220 В.
Принцип действия схемы заключается в следующем. Возбудитель В имеет две обмотки возбуждения: ОВВ1 и ОВВ2, включенные встречно. При повороте поста управления (сельсина- трансформатора) на выходе магнитных усилителей МУ1 или МУ2 в зависимости от положения переключателя постов управления ППУ появится напряжение и ток в обмотке ОВВ1 возбудителя. В результате на выходе генератора появится напряжение, и электродвигатель при наличии возбуждения начнет вращение. Осуществляемая при этом перекладка руля закончится в момент, когда угол поворота второго сельсина-трансформатора (обратного датчика ОД), соединенного механически с баллером руля, будет равен углу поворота сельсина-трансформатора на посту управления ПУ (т. е. когда будут равны напряжения на их выходных обмотках). При этом токи в дифференциальных обмотках ОВВ1 и ОВВ2 возбудителя также должны быть одинаковы, а суммарные ампервитки возбуждения равны нулю. Следовательно, рулевая установка выполнена по принципу следящей системы управления.
В схеме электропривода предусмотрена защита от перегрузок, осуществляемая токовым реле РТ, включенным на шунт в цепи главного тока. Реле настроено на 1,4 номинального тока (112 А) и при срабатывании через реле усиления поля РУП шунтирует сопротивление R3 в цепи обмотки возбуждения исполнительного двигателя ОВИД. При увеличении магнитного потока электродвигателя необходимый по условиям нагрузки электромагнитный момент будет создаваться, при соответственно уменьшенных значениях тока в якоре электродвигателя. Следовательно, тепловые потери в якорях электромашин контура Г—ИД также уменьшатся. Защита от перегрузок рулевого электропривода, выполненная в рассмотренном варианте на первых судах серии, не имела сигнализации о срабатывании, что не соответствовало требованиям Правил Регистра СССР. В настоящее время такая сигнализация устанавливается во всех системах защиты от перегрузок.
Приводной асинхронный двигатель, кроме защиты от коротких замыканий (предохранители на 50 А), имеет также защиту от перегрузок, осуществляемую тепловым реле РТС, действующим на сигнал в машинном отделении и в рулевой рубке, (схема включения реле сигнализации PC на рис. 101 не показана). Реле РТС срабатывает при токе асинхронного двигателя, равном 1,5Iном. Однако названные защиты не сработали.
Какие же причины вызвали выход из строя электродвигателей рулевых установок на указанных судах?
Установлено, что во всех случаях причиной аварийных токовых перегрузок исполнительных двигателей было исчезновение питания на их обмотках возбуждения. В частности, в схеме электропривода руля теплохода «Мурман» было зафиксировано срабатывание предохранителя в цепи питания обмотки возбуждения исполнительного электродвигателя. Фирменные предохранители были установлены с минимальным запасом по току. С учетом изменения характеристик плавких вставок при старении возможные в эксплуатации даже незначительные отклонения параметров цепи могли привести к срабатыванию предохранителя.
Еще на первых судах этой серии отмечались случаи пробоя селенового выпрямителя В1 в цепи питания обмоток ОБИД. Заводом-строителем был установлен второй выпрямитель В2 (параллельно включаемый), при этом предусмотрено автоматическое переключение обмотки ОВИД на второй выпрямитель в случае исчезновения напряжения на первом. Контроль выходного напряжения и переключение осуществляется реле РП. Это же реле сигнализирует о переключении (на схеме не показано).
Введение второго выключателя в схему не исправило положения, поскольку оба выпрямителя получают питание от одного трансформатора и через общие предохранители. Срабатывание предохранителя П5 (рис. 101) и в модернизированной схеме приводит к обесточиванию обмотки ОВИД. На одном из судов этой серии были проведены испытания, имитирующие такое повреждение. Оказалось, что в случае отсутствия возбуждения электродвигателя ИД при повороте штурвала поста управления на 1 ток в контуре Г—ИД имеет номинальное значение (при неподвижном двигателе ЯД), при повороте на 2° ток достигает 130 А, а при 5° — более 200 А. При повороте штурвала ПУ на 2—3° двигатель ИД может даже медленно вращаться, напряжение на его якоре при этом не превышает 40—50 В.
Указанные углы и скорости перекладки пера руля создают малые моменты сопротивления, приведенные к валу исполнительного электродвигателя. Это делает возможной работу электродвигателя с остаточным магнитным потоком и токами якоря, превышающими номинальное значение, при низких частотах вращения вала.
Мощность генератора в таких режимах не превышает 0,5Рном, и сигнальное тепловое реле РТС в цепи приводного двигателя АД не срабатывает. Следовательно, специально установленное реле сигнализации о перегрузках рулевой установки в таком аварийном режиме не выполняет своих функций. Опытным путем было также установлено, что в случае пробоя выпрямителей В1 реле РП не отпускает якорь и не переключает обмотку ОВИД на выпрямитель В2. Вновь получается аварийная для двигателя ИД ситуация: возбуждение отсутствует, ток якоря недопустимо увеличивается, сигнализация о перегрузке не работает. Опасность быстрого нагрева якоря при поворотах поста управления в таких случаях возрастает еще и потому, что якорь электродвигателя либо неподвижен, либо разворачивается с малой частотой вращения и, следовательно, отсутствует вентиляция.
Судовым персоналом было предложено установить реле напряжения PH, контролирующее напряжение непосредственно на обмотке ОВИД и размыкающее в аварийном случае цепь возбуждения ОВГ генератора. Такая схема успешно эксплуатировалась на судах.
На последующих судах этой серии в схеме было установлено тепловое реле в цепь Г—ИД (на схеме рис. 101 не показано), действующее при появлении перегрузок на цепь сигнализации. Было также уменьшено количество предохранителей в цепях питания обмотки ОВИД, поскольку увеличение их количества приводит к уменьшению надежности электропривода рулевой установки. Позднее на этих судах установлена разработанная ЦНИИМФ система температурной защиты электродвигателей ИД рулевых электроприводов со встроенным в двигатели термодатчиком (позистор типа СТ-6-1А), действующая на сигнал при достижении температурой обмоток электродвигателей уставки 90° С.
