При проведении заводских сдаточных испытаний судовых электроустановок иногда происходят аварии из-за несовершенства применяемых схем. Так, на транспортном рефрижераторе «Константин Ольшанский» (типа «Сибирь») во время заводских швартовных испытаний произошла авария генератора ГЭУ.
Генератор этого типа судов имеет следующие номинальные данные: мощность 1375 кВт, напряжение 500 В, частоту вращения 810 об/мин, ток 2750 А.
Перед испытанием был произведен текущий ремонт генератора с чисткой без замены изоляции обмоток. Обмотки генератора испытывались повышенным напряжением в соответствии с нормами Регистра СССР.
Упрощенная схема испытания генератора представлена на рис. 45. При проведении швартовных испытаний генератор работал с нагрузкой, близкой к номинальной, с отдачей энергии током 2700 А при напряжении якоря 500 В на береговую сеть.
С помощью гибких кабелей типа РШМ через щит ГЭУ обмотка якоря генератора подключалась к клеммам испытательной колонки на причале завода и далее через разъединитель Р и размыкающийся контакт нагрузочного автомата НА к обмотке якоря нагрузочного двигателя постоянного тока НД. Нагрузочный двигатель имеет следующие номинальные данные: мощность 1500 кВт, напряжение 750 В, частоту вращения 750 об/мин. Двигатель НД имеет лишь одну независимую обмотку возбуждения, питание на которую подается по схеме, не указанной на рис. 45.
Таким образом, схема испытания представляет систему генератор—двигатель с максимальной токовой защитой и защитой от обратного тока, исключающей поступление энергии от заводской сети.
Рис. 45. Схема для испытания генератора ГЭУ с отдачей энергии в береговую сеть.
Нагрузочный автомат осуществляет максимальную токовую защиту и может отключаться контактом реле обратного тока автомата.
Для возбуждения генератора использовался его штатный трехобмоточный возбудитель с отключенной обмоткой отрицательной обратной связи по току главной цепи, т. е. при определенном положении поста управления ток возбуждения генератора сохранялся постоянным.
Нагрузкой двигателя НД является сочлененный с ним синхронный нагрузочный генератор НГ, статорная обмотка которого посредством автомата генератора АГ соединяется (после синхронизации) с заводской силовой электросетью. Номинальные данные генератора НГ следующие: мощность 1440 кВт, напряжение 380 В, между нагрузочным генератором и заводской электросетью нет промежуточного трансформатора. Возбуждение нагрузочного генератора и синхронизация его с сетью осуществляются от отдельных схем, которые на рис. 45 не указаны.
При проведении испытаний изменение нагрузки генератора производилось соответствующим изменением тока возбуждения нагрузочного двигателя, а также изменением частоты вращения генератора путем воздействия на всережимную пружину регулятора частоты вращения приводного дизеля.
Во время проведения испытаний состояние генератора было удовлетворительным. Увеличением тока возбуждения нагрузочного двигателя и уменьшением затяжки всережимной пружины регулятора дизеля осуществлялось плавное уменьшение нагрузки генератора. После достижения током генератора значения 1000 А нагрузка его резко возросла, при этом частота вращения генератора упала до значения 600 об/мин, а затем резко увеличилась вплоть до срабатывания предельного регулятора дизеля. В дальнейшем ток генератора уменьшился до нуля. Операторами, находящимися у дизель-генератора, отмечались вспышки электрической дуги. На пульте управления было замечено отключение нагрузочного автомата. При сбросе нагрузки напряжение генератора возросло до значения 600 В. Изменения полярности тока не отмечалось.
Произведенный после аварии осмотр генератора показал следующее:
генератор собран в соответствии с технической документацией;
имеется значительное подгорание коллектора;
произошло обгорание изоляции и оплавление токосборных шин в противолежащих точках защитного кожуха;
произошло оплавление щеткодержателей и обгорание щеточных поводков;
сорван стеклобандаж подколлекторной изоляции;
минимальный воздушный зазор между изолированными частями токосборных шин в месте возникновения дуги составляет 7 мм, максимальный зазор между шинами в месте возникновения дуги — 53 мм, минимальный зазор между шинами и защитным кожухом — 40 мм;
токоведущие части не деформированы;
оплавление токосборных шин в изолированной части, расположенных на расстоянии 7 мм, произошло не в противолежащих точках. Площадь оплавления шин в изолированной части составляет 1 см2; оплавление шин в неизолированных частях, расположенных на расстояниях 41—53 мм друг от друга, значительно больше;
сопротивление изоляции якорной цепи относительно корпуса составляет 70 МОм;
обмотки якоря и магнитной системы не повреждены.
Мнения специалистов о причине аварии разделились. Одни считали, что авария генератора произошла в результате электрического пробоя между токосборными шинами и, как следствие, появления кругового огня на коллекторе. По мнению других причиной аварии генератора была неисправность в схеме испытательной станции (рис. 45), приведшая к исчезновению напряжения возбуждения нагрузочного электродвигателя. Результатом этого явился круговой огонь на коллекторе генератора, который вызвал ионизацию воздушного пространства в районе токосборных шин, а уже под влиянием ионизации и наличия потоков воздуха произошло перекрытие электрической дугой неизолированных шин. Несколько позже произошло разрушение изоляции и возникновение в местах разрушения изоляции электрической дуги.
Однако проведенное в дальнейшем исследование дало дополнительную информацию.
Рис. 46. Повреждение токосборных шин генератора ГЭУ транспортного рефрижератора «Константин Ольшанский» при аварии генератора (вид верхней части).
После замены поврежденных элементов генератора новыми были проведены швартовные испытания с использованием схемы, приведенной на рис. 45. Затем были произведены дополнительные испытания генератора в схеме ГЭУ при пусках и реверсах гребного электродвигателя, а также при длительных установившихся режимах с соответствующей регистрацией основных параметров ГЭУ и осциллографированием переходных процессов. Испытания показали, что генератор и в целом ГЭУ находятся в нормальном рабочем состоянии.
На основании результатов испытаний, а также произведенного осмотра генератора и снятых с него токосборных шин и щеточного устройства были сделаны следующие выводы.
Авария вызвана коротким замыканием в токосборных шинах генератора, причем первоначально замыкание разнополярных токосборных шин произошло в верхней их части (будем полагать, что смотрим на дизель-генератор по валу со стороны коллектора) (рис. 46).
Мнение о том, что авария произошла вследствие отключения напряжения возбуждения нагрузочного двигателя, исключалось, так как обследование показало отсутствие каких-либо признаков прохождения через коллектор этой машины повышенного тока.
Электрического пробоя изоляции токосборных шин, которая состоит из четырех слоев гибкого миканита и четырех слоев стеклоленты и выдерживает по нормам напряжение 30 кВ, при имевших место значениях напряжения генератора не могло быть (следует учесть еще и наличие воздушного зазора между шинами в месте первоначального замыкания).
Рис. 47. Повреждение токосборных шин генератора ГЭУ транспортного рефрижератора «Константин Ольшанский» при аварии генератора (вид правой части).
Замыкание шин вследствие их соприкосновения между собой и перетирания изоляции также исключалось.
Короткое замыкание в верхней части шин произошло из-за попадания между ними постороннего токопроводящего предмета (в данном случае куска меди) и нарушения в результате этого изоляции. Подтверждением этому служат обнаруженные при осмотре приросток меди в виде сосульки в месте повреждения изоляции верхней шины и эрозия верхней шины, которые находились под углом друг к другу, а не напротив, как это бывает при пробое из-за повышенного напряжения.
В дальнейшем процесс развивался следующим образом. Сразу после первоначального короткого замыкания возник круговой огонь по коллектору, который вызвал замыкание шин в тех местах, где обе шины не изолированы, в основном, справа (рис. 47), о чем свидетельствуют оплавления местного характера, и слегка слева. В двух местах, где неизолированные участки шин не совпадают (в правой и левой частях шинопровода), произошли замыкания через торцевой кожух генератора, о чем можно было судить по нагарам на кожухе неизолированных участков шин (со следами оплавления в этих местах). Это также подтверждает, что электрического пробоя изоляции не было.
Короткое замыкание генератора произошло при номинальном магнитном потоке, т. е. имела место ударная перегрузка дизель-генератора по моменту, следствием чего явилось резкое снижение его частоты вращения, что и было отмечено вместе с круговым огнем во время заводских испытаний. В результате короткого замыкания генератора его напряжение уменьшилось, он перешел в двигательный режим, сработала защита от обратного тока, и генератор был отключен от нагрузочного двигателя. Поскольку короткое замыкание произошло внутри генератора при наличии магнитного потока, близкого к номинальному, круговой огонь длился почти до остановки дизель-генератора.
Рассмотренный пример является одной из возможных аварий в подобной установке. В данном случае короткое замыкание произошло внутри генератора постоянного тока, недостатком которого в отличие от синхронных генераторов, имеющих дифференциальную защиту, является отсутствие защиты от внутренних коротких замыканий. Поэтому при любой, даже совершенной схеме, применяемой для испытаний, короткое замыкание в обмотках генератора внутренних токоведущих частей приведет к аварии.
Однако следует отметить несовершенство схемы защиты, используемой при швартовных испытаниях. Защитная аппаратура располагается на причале завода, т. е. на значительном (более 40 м) расстоянии от генератора и не обеспечивает защиты генератора от коротких замыканий при повреждении кабелей, соединяющих генератор и аппаратуру. Вероятность повреждения кабелей, особенно незащищенных, как в данном случае, весьма велика.
В заключение необходимо отметить, что исход аварии ГДГ на транспортном рефрижераторе «К. Ольшанский» оказался сравнительно благоприятным. При аналогичных ситуациях вполне вероятны выходы из строя генератора и значительное повреждение дизеля. Отдельные узлы ГДГ, претерпевшего такую ударную нагрузку, могут иметь микротрещины (особенно в сварных швах и элементах линии вала ГДГ), которые могут проявиться в дальнейшем.
