Несовершенство защит ГЭУ, особенно таких важных, как максимальная и от вынужденного реверса дизель-генераторов, может, как это было показано ранее, привести к серьезной аварии.
Рассмотрим примеры, свидетельствующие о несовершенстве защит и сигнализации некоторых типов судов.
Защита от вынужденного реверса дизель-генераторов.
Одной из определяющих причин (кроме несовершенства системы возбуждения) аварии на дизель-электроходе «Лена» было то, что не сработала защита от снижения частоты вращения дизель- генератора. При понижении частоты вращения дизель-генератора снятие возбуждения с генератора производится реле снижения оборотов. Питание этого реле осуществляется от тахогенератора, связанного с валом дизель-генератора. Проверка реле, проведенная после аварии в лабораторных условиях, выявила их нечеткую работу.
Аварийные происшествия, связанные с несовершенством защиты от реверса дизель-генератора, имели место и на судах отечественной постройки типа «Сибирь» и «Таврия». На отечественных электроходах для защиты дизелей от реверса применяют реле, которые срабатывают при недопустимом уменьшении частоты вращения дизелей, воздействуя тем самым на системы защиты и сигнализации. Это приводит к отключению возбуждения генератора. В одних случаях роль защитных реле выполняет реле давления масла в системе смазки двигателя, которое воздействует на микропереключатель. Контакты микропереключателя находятся в цепи защиты. В других случаях (например, на судах типа «Сибирь») используют реле давления воды в замкнутой системе охлаждения дизеля пресной водой также в комплексе с микровыключателем. Реле давления и микровыключатель скомпонованы в едином корпусе.
Давление в вышеуказанных системах создается насосами, которые приводятся в действие самим дизелем. Поэтому величина давления зависит от частоты его вращения. Применяются системы защиты с тахогенераторами в качестве датчиков (портовые ледоколы, суда типа «Пенжина» и т. д.). Причиной недостаточной надежности работы защит является то, что при остановке дизеля давление в системе уменьшается медленно, особенно в системе смазки. Но опыт эксплуатации гребных электрических установок показывает, что могут быть и другие причины ненадежного срабатывания защит.
Так, в ГЭУ транспортного рефрижератора «И. Шишкин» (судно типа «Сибирь») произошло следующее. При работе включенного в схему дизель-генератора с полной нагрузкой сорвало шпонку насоса пресной воды в системе охлаждения дизеля, вследствие чего давление воды в ней быстро упало. Это привело к быстрому нагреву дизеля. Однако ни защита от реверса, ни соответствующая сигнализация не сработали. Неминуемый выход дизеля из строя был предотвращен вахтенной службой. Обследование показало, что причиной отказа защиты послужила недостаточная надежность микропереключателя: при срабатывании реле давления контакты микропереключателя остались в прежнем состоянии.
Защита от вынужденного реверса дизель-генераторов ГЭУ производственных рефрижераторов типа «Таврия» осуществляется так же, как и ГЭУ судов типа «Сибирь», при помощи реле давления, установленных в системе охлаждения главных двигателей пресной водой, в комплексе с микропереключателем. Как показал опыт эксплуатации судов типа «Таврия», работа указанной защиты ненадежна, что подтверждает и осциллограмма реверса (см. рис. 39), снятая на производственном рефрижераторе «Буревестник» во время маневров в открытом море. При частоте вращения дизель-генератора 300 об/мин в соответствии с настройкой должно было сработать реле снижения частоты вращения дизель-генератора и отключить возбуждение главных электрических машин ГЭУ. Однако эта защита не сработала, и дизель-генератор начал вращаться в противоположную сторону. Спустя 4,3 с после реверса дизель-генератора возбуждение с электрических машин ГЭУ было снято вручную со щита ГЭУ.
Главные дизели типа 5Д50, установленные на производственных рефрижераторах типа «Таврия», являются по своей конструкции нереверсивными, поэтому зафиксированный на рис. 39 режим работы ГЭУ следует считать аварийным.
Отметим еще один недостаток схемы защиты ГЭУ судов типа «Таврия». При нормальном срабатывании реле снижения частоты вращения дизель-генератора происходит отключение контакторов возбуждения главных генераторов и ГЭД без выдержки времени. Возбуждение с главных электрических машин, в том числе с тех генераторов, частота вращения которых имеет допустимое значение, снимается, и судно полностью теряет управление. Этот недостаток схемы аналогичной защиты на некоторых судах усугубляется несовершенством схемы сигнализации. Общая сигнальная лампа не показывает, какой дизель- генератор снизил частоту вращения до недопустимого значения, т. е. вахтенному электромеханику не ясно, какой дизель-генератор необходимо выключить из схемы. Решение этого вопроса увеличивает время, в течение которого судно не имеет хода.
Максимальная защита ГЭУ.
Несовершенство или отсутствие максимальной защиты может привести к серьезным авариям в ГЭУ: повреждению коллекторов, щеточных устройств, обмоток, главных электрических машин и т. д., вплоть до полного выхода последних из строя. К основным недостаткам схемы этой защиты следует отнести следующие.
- В большинстве типов ГЭУ не предусмотрена возможность периодической проверки настройки максимальной защиты обслуживающим персоналом. Многолетний опыт эксплуатации электроходов в Мурманском морском пароходстве доказал возможность и необходимость проведения такой проверки для предотвращения вероятности аварий. Некоторые формы проверки максимальной защиты на отдельных электроходах, практикуемые обслуживающим персоналом, носят кустарный характер и не дают точных результатов. Поэтому при проектировании и строительстве ГЭУ необходимо предусмотреть возможность быстрой и удобной для эксплуатационного персонала проверки этой важной защиты.
- Сложность и недостаточная точность настройки максимальных защит ряда ГЭУ. Так, например, в ГЭУ серии судов типа «Лена» в качестве максимальных реле использованы реле, применяемые в телефонии. Поворот настроечного винта всего на полоборота существенно влияет на уставку реле.
В ГЭУ судов типа «Сибирь» в качестве обмотки максимального реле используется шина главного тока. Само реле имеет значительные массу и габариты, отличается сложностью и неточностью настройки.
Опыт эксплуатации ГЭУ судов типа «Лена» и «Сибирь» показывает, что уставка срабатывания максимального реле ГЭУ этих судов меняется без перенастройки с течением времени, что в первую очередь связано с конструктивными недостатками реле.
- Зависимость настройки тока срабатывания реле защит максимальных ГЭУ от окружающих их электромагнитных полей. Это было отмечено в ГЭУ ледоколов типа «Капитан Белоусов» и судов типа «Сибирь», где близко от шины, служащей обмоткой максимального реле, расположены токоведущие шины главной цепи. При разных вариантах схемы главного тока электромагнитное поле вблизи максимального реле меняется и влияет на величину тока главной цепи, при которой реле срабатывает.
В декабре 1969 г. производилась проверка состояния максимального реле (типа РЭ75М) на транспортном рефрижераторе «И. Шишкин» (типа «Сибирь»). После приема судна в эксплуатацию перенастройка максимального реле не производилась. Проверка осуществлялась следующим образом. В схему главного тока набирался один главный генератор, якорная обмотка которой замыкалась накоротко через кабели и шины (в частности, шину, служащую в качестве обмотки максимального реле) с помощью шинной перемычки, подключенной к выводам обмотки одного якоря гребного электродвигателя. Посредством поста управления через систему возбуждения генератора подавался ток в обмотку возбуждения генератора, максимальное значение которого выбиралось в соответствии с током срабатывания максимального реле. При этом осциллографировались ток якоря I и ток возбуждения генератора iв.г.
Рис. 43. Осциллограмма процесса срабатывания максимальной защиты ГЭУ транспортного рефрижератора «И. Шишкин» до ее перенастройки.
Рис. 44. Осциллограмма процесса срабатывания максимальной защиты ГЭУ транспортного рефрижератора «И. Шишкин» после ее перенастройки.
Проверка показала, что реле максимальной защиты срабатывает лишь при токе главной цепи, равном 7400 А (точка А на рис. 43), в то время как главные электрические машины допускают максимальные броски тока до 5500 А. После настройки максимального реле на ток срабатывания Iср<4600 А имели место ложные срабатывания. Поэтому окончательная настройка реле была осуществлена на срабатывание при токе /Ср = 5300 А (рис. 44).
В системах управления ГЭУ с большим числом обратных связей нет устройств контроля правильности функционирования этих связей. В эксплуатации это создает определенные трудности. Обратимся к примеру. При выходе из порта на производственном рефрижераторе «Владивосток» при отработке заднего хода произошло отключение схемы возбуждения ГЭУ, в результате судно лишилось управляемости. В схему были включены три ГДГ. При перестановке поста управления ГЭУ из положения «малый вперед» в положение «средний назад» сработало реле напряжения в системе возбуждения ГЭУ и схема управления отключилась. При попытке восстановить работоспособность системы возбуждения нажатием вручную на ярмо реле напряжения сработала максимальная защита ГЭУ. Приведенные впоследствии испытания ГЭУ с целью выявления причины срабатывания реле напряжения не дали никаких результатов.
Таким образом, как при аварийном случае, так и при проведенных впоследствии испытаниях причина анормальной работы схемы ГЭУ не была выяснена.
