ניתוח וטיפול בתקלות חיבור חריגות לרשת של מערכות גנרטור תחנות כוח בספינות

כאשר ספינות פועלות בים, אמינות אספקת החשמל בכל כלי השיט קשורה ישירות לבטיחות הפעילות ולאיכות השלמת המשימה. כמקור הכוח המרכזי לכל ציוד הספינה, לפעולה היציבה של תחנת הכוח של הספינה יש תפקיד מכריע. כלי שיט מסוים מצויד ב-5 ערכות גנרטורים מודרניות של דיזל HFC של 770kW. היא מאמצת את מערכת ניהול תחנות הכוח האוטומטית של Kongsberg DC-20 (PMS), אשר אחראית על ניטור מצב רשת החשמל ושליטה אוטומטית בתחנת הכוח. זה יכול להשיג ויסות אוטומטי של התחלה, עצירה, חיבור רשת וניתוק של ערכות הגנרטור.

לכלי השיט דרישות גבוהות לאמינות אספקת החשמל בפעילותה בים. במהלך פעילות רגילה, הוא מאמץ מצב פעולה-מחובר לרשת עם שלוש יחידות, והפעלת תחנת הכוח מוגדרת לחצי-אוטומטית. העומס הכולל של כלי השיט נשאר יציב בסביבות 1,400 קילוואט. לתחנת הכוח שלושה מצבי פעולה: במצב ידני, אנשי התורן-משלימים באופן ידני את חיבור הרשת והניתוק של היחידות בהתבסס על עומס הרשת ומצב היחידות. במצב חצי-אוטומטי, ה-PMS מנטר את ההספק הכולל של רשת החשמל בזמן אמת. כאשר העומס אינו תקין, הוא מוציא אזעקה. לאחר שהצוות התורן מחליט, הם מוציאים הוראות, וה-PMS משלים אוטומטית את הפעולות הבאות. במצב אוטומטי, כל הפעולות של תחנת הכוח נשלטות באופן מלא על ידי PMS. יחסי אספקת החשמל של הספינה מוצגים באיור 1.

איור 1 מציג את יחסי אספקת החשמל של ספינות

א. תופעת תקלות

במהלך הפלגת כלי השיט, ערכות הגנרטור No. 2, No. 4 ו-No. 5 חוברו לרשת לצורך הפעלה, בעוד שסט הגנרטור No. 1 ו-No. 3 היו במצב המתנה קר בשליטה- מרחוק. תחנת הכוח הייתה במצב חצי-אוטומטי. העומס הכולל של הכלי היה כ-1,400 קילוואט, עם עומס יחידה של כ-57%. ללא כל הוראות הפעלה שהוצאו על ידי הצוות התורן, תופעות התקלה התרחשו בזו אחר זו: בשעה 17:11:03, סט הגנרטור No. 1 התניע אוטומטית וחובר מיד לרשת לצורך הפעלה. בשעה 17:11:14, ה-PMS הוציא אזעקת לחץ דלק נמוך עבור סט הגנרטור מספר 1 (הלחץ בזמן האזעקה היה 0.1MPa). בשעה 17:12:10 האזעקה אופסה (הלחץ בזמן האיפוס היה 0.16MPa). לאחר מכן, אנשי-התורנים פירקו את סט הגנרטור No. 1 במצב חצי-אוטומטי ודיווחו מיידית על המצב הרלוונטי למהנדס התורן-. תקלה זו לא גרמה לאיבוד החשמל של הספינה כולה, אבל ההתנעה האוטומטית- והחיבור לרשת של ערכת הגנרטור No. 1 ללא הוראות היא מצב חריג. יש צורך בחקירה יסודית של הסיבה כדי להבטיח את בטיחות אספקת החשמל.

II. ניתוח מנגנון תקלות

בהתבסס על עקרון העבודה של מערכת הניטור האוטומטית של תחנות הכוח של כלי שיט זה, הסיבות הפוטנציאליות לחיבור חירום אוטומטי לרשת של ערכת גנרטור הגיבוי No. 1 מתחלקות בעיקר לשלוש הקטגוריות הבאות, כולן קשורות לעיקרון הבקרה המרכזי של PMS: "הבטחת קיבולת חיבור הרשת של מערך הגנרטור כולו גדול מעומס כלי הרשת ולאבד את הכוח".

1. פעולה חריגה של סט הגנרטור

אם גנרטור יחיד ברשת חווה מהירות סיבוב חריגה (צניחה, מהירות יתר), לחץ שמן סיכה נמוך, לחץ שמן מזוט נמוך, טמפרטורת יציאת מים גבוהה מדי, או אם המתח והתדר חורגים מהטווח הסטנדרטי ומפעילים אזעקה, זה עלול לגרום למערכת הגנרטור לכיבוי, ובכך לגרום להפחתה פתאומית של אובדן החשמל של הרשת ושל אספקת החשמל לכלי הכלי. בשלב זה, ה-PMS יתחיל אוטומטית את יחידת ההמתנה ויתחבר במהירות לרשת כדי להבטיח אספקת חשמל יציבה לרשת. 

2. פעולה חריגה של המתג הראשי

אם המתג הראשי של גנרטור יחיד על הרשת חווה מעידה חריגה במהלך מקבילה, ניתוק או פעולה רגילה, כדי למנוע מכל הספינה לאבד חשמל, ה-PMS יתחיל אוטומטית את יחידת ההמתנה וישלים את חיבור הרשת. היו מקרים של חריגות כאלה: במהלך פעולה מסויימת בים, כאשר יחידת No. 1 נותקה במצב חצי-אוטומטי, יחידת הבקרה הראשית של המתג הראשי השתבשה. למרות שזה לא גרם להפסקת חשמל לכלי הספינה, יחידת ההמתנה No. 5 עדיין הופעלה אוטומטית וחוברה לרשת. 

3. הפחתה פתאומית באספקת החשמל מרשת החשמל או עלייה פתאומית בעומס

כאשר עומס רשת החשמל של הספינה כולה גדל לפתע או אספקת החשמל מהיחידות המייצרות-רשת הפחתת פתאום, ה-PMS יתחיל אוטומטית את יחידות ההמתנה כדי להבטיח שהקיבולת הכוללת של היחידות המחוברות לרשת-תענה על דרישת העומס. הפס של בעל הספינה מחולק לשני חלקים, A ו-B, שיכולים להשיג אספקת חשמל מפולחת. שני המקטעים של הפס נשלטים באופן עצמאי, והיגיון הבקרה שלהם עולה בקנה אחד עם אספקת החשמל של החלק כולו. אם יש הפחתה פתאומית באספקת החשמל או עלייה פתאומית בעומס בקטע כלשהו, ​​זה יפעיל את יחידת ההמתנה של אותו קטע להתחיל ולהתחבר לרשת.

III. אבחון וטיפול בתקלות

1. פתרון תקלות מקיף

טכנאים בדקו את הגורמים הפוטנציאליים של-התקלות שהוזכרו לעיל, בזו אחר זו, מהפשוטה למורכבת, וביטלו בהדרגה גורמים לא רלוונטיים. תהליך הבדיקה הספציפי הוא כדלקמן:

• חקירת גורמי תפעול כוח אדם: צור קשר מלא עם אנשי-התורנים כדי לאשר שאין שגיאת כוח אדם בפעולה; לגבי אזעקת לחץ הדלק הנמוך של יחידה 1, נותח כי היא נובעת מחלוקת העומס המהירה לאחר שהיחידה חוברה במהירות לרשת, וכתוצאה מכך נוצר מחסור זמני באספקת דלק במשאבת אספקת הדלק של היחידה. לאחר מכן, כאשר יחידה 1 הופעלה מחדש על פי הנוהל הרגיל, אזעקה זו לא התרחשה שוב, דבר המאמת את הרציונליות של ניתוח זה.

• בדוק את הסטטוס של-יחידות הרשת: בצע אימות מפורט של פרמטרי ההפעלה הליבה (מתח עבודה, זרם, תדירות, לחץ דלק, לחץ שמן סיכה, טמפרטורת יציאת מים-בטמפרטורה גבוהה וכו') של יחידות הרשת 2#, 4# ו-5# ב-יחידות. כל הפרמטרים עומדים בסטנדרטים, והאפשרות של PMS להפעיל בטעות את יחידות ההמתנה עקב חריגות ביחידות- ברשת נשללת.

• בדיקת מעגל הבקרה של יחידה 1: בוצעה בדיקה מקיפה של הרכיבים, המודולים ומעגל ההתנעה של מעגל הבקרה החשמלי של יחידה 1, תוך התמקדות בבדיקת ממסרי הביניים ומודול הבקרה במעגל ההתנעה. לא נמצאו נזקים או תקלות, ונשללה השפעת מעגלי בקרה חריגים של היחידה עצמה.

• בדיקת מרכיבי מערכת הניטור: בדוק את שנאי הזרם של מערכת הניטור והאזעקה קונגסברג, אחזר את הרישומים ההיסטוריים של המערכת, אשר שאין תנודה משמעותית בזרם הכולל של הפס הראשי, ושלול אפשרות של תקלה במערכת הנגרמת עקב סטיית הזיהוי של שנאי הזרם.

• חקור את השפעת עומס הרשת: צור קשר עם כל עמדה כדי לאמת את ההתחלה והעצירה של ציוד-בהספק גבוה במהלך תקופת התקלה, אשר ששום ציוד-בהספק גבוה לא מתחיל או עוצר במהלך תקופה זו, ושלול אפשרות של הפעלת מערכת חירום הנגרמת כתוצאה מהשפעת עומס.

2. מיקום וטיפול בתקלות

לאחר ביטול הגורמים המשותפים לעיל, הטכנאים ניתחו עוד בשילוב עם פריסת אספקת החשמל באותה תקופה: כאשר התקלה התרחשה, חוברה יחידה אחת של פס פס חלק A לרשת, ושתי יחידות של פס פס חלק B חוברו לרשת. זרם של כ-700A זרם מקטע B לקטע A דרך מתג הקשירה. אם מתג הקשירה פועל בצורה לא תקינה או מנותק, פס הרשת בקטע A- יחווה מצב שבו "עומס הכוח חורג מיכולת אספקת החשמל של היחידה". בשלב זה, ה-PMS מפעיל את יחידת ההמתנה של מקטע A-1 שתתחבר לרשת, מה שעולה בקנה אחד עם עקרון הבקרה שלו.

בוצעה בדיקה על מתג הקשירה, ונמצא שליחידת הבקרה הלוגית שלו (שניידר MIC 5.0) היו חריגות ברורות: כוח הסוללה הפנימי לא היה מספיק, ותצוגת הזרם התלת--פאזית הייתה לא יציבה ולסירוגין. תפקיד הליבה של יחידת בקרה זו הוא לקבל את כניסת האות הנוכחי על ידי חיישן מפסק המעגל, לבצע שיקול דעת ולאחר מכן להוציא הוראות למפעיל (סליל סגירה, סליל פתיחה וכו') כדי להשיג בקרת פעולת מתג. החריגות שלו גורמת ל-PMS לשפוט שגוי שלוח החלוקה הראשי צריך אספקת חשמל מפולחת, ואז להפעיל את יחידה 1.

הצוות הטכני קבע כי תוכנית הסילוק היא להחליף את יחידת הבקרה של מתג הקשירה. השלבים הספציפיים הם כדלקמן: לאורך התהליך תינתן עדיפות להבטחת אספקת חשמל יציבה לכל הספינה והגנה על בטיחות הציוד

(1) ויסות עומס ויחידה: נתק עומסים לא-קריטיים, נתק את ערכת הגנרטור No. 4, תאם וויסות את חלוקת העומס של הספינה כולה ואת קיבולת אספקת החשמל של היחידות, הפחת את הזרם הזורם דרך מתג הקשירה לפחות מ-10% מהערך המדורג (3200A), ונתק את הזרם 1 מתחת למתג 0.

(2) החלפת יחידת בקרה: משוך את מתג הקשירה החוצה מלוח החלוקה, הסר את המכסה הקדמי של המפסק, נתק את סרט החיבור בין יחידת הבקרה למפסק החשמל, החלף את יחידת הבקרה הפגומה, והתאם את ערך הגדרת הגנת הממסר וזמן ההגדרה של יחידת הבקרה החדשה דרך החוגה.

(3) שחזור מערכת: התקן מחדש את מתג הקשירה ונער אותו לתוך לוח החלוקה. סגור את מתג הקשירה והכלי יחזור לאספקת החשמל הרגילה.

לאחר שבוע אחד של פעולת מעקב-, לא התרחשה שוב סגירה או פתיחה חריגה של ערכת הגנרטור, מה שמאשר שהתקלה בוטלה לחלוטין. לאחר שהספינה עגנה ברציף, נוצר קשר עם היצרן כדי להשתמש במכשיר הייעודי של שניידר כדי לבדוק ולכייל את יחידת בקרת התקלות. נמצא שהסוללה הפנימית כשלה (עם חיי שירות מדורגים של 5 שנים אך בפועל בשימוש 8 שנים), והייתה סטייה של 20A בערך ההגדרה. זה אימת עוד יותר את שורש התקלה.

Iv. מסקנות והצעות

בהתבסס על פתרון התקלות, תהליך הטיפול בתקלה זו ותוצאות האימות הבאות, המסקנות וההצעות המעשיות הבאות מופקות כדי לספק התייחסות להפעלה בטוחה של תחנות כוח באוניות:

1. טיפול בתקלות חייב להיות מדעי וקפדני: לאחר שהתרחשה תקלה זו, טכנאים ניהלו בקור רוח את כל עומס הספינה ואת מצב היחידות. באמצעות גישת פתרון הבעיות של "מפשוט למורכב", הם זיהו בהדרגה את שורש התקלה, מונעים למעשה את הרחבה חריגה של אספקת החשמל והבטיחו את בטיחות הניווט של הספינה.

2. יש לנקוט באמצעי זהירות בעת הפעלת מתג הקשירה: לפני החלפת יחידת הבקרה של מתג הקשירה, יש צורך לנתק תחילה את מתג הקשירה. כדי להגן על המתג, יש צורך לתאם את חלוקת העומס ואת הספק של היחידה כדי לגרום למתג הקשירה להתנתק בתנאי זרם נמוך, תוך הבטחת אספקת חשמל רציפה ואמינה בכל הספינה.

3. תחזוקה של יחידת הבקרה דורשת תשומת לב לפרטים: יחידת הבקרה של מתג הקישור היא מכשיר מודולרי משולב עם אמינות גבוהה אך תחזוקה לקויה. לאחר תקלה, בדרך כלל צריך להחליף אותו בכללותו, ותהליך ההחלפה פשוט יחסית. יש לציין כי השבב "H1" מתחת ליחידת בקרה זו צריך להיות מסופק בנפרד על ידי שניידר. יש להכין חלקי חילוף מראש.

4. ישנן תכניות חלופיות לתגובת חירום ימית: במהלך פעולות ימיות, אם לא ניתן להחליף או לתקן את יחידת הבקרה בזמן, ניתן לנקוט בשני אמצעי חירום: האחד הוא שימוש במצב אספקת חשמל מפולח. הצוות התורן צריך לעקוב מקרוב אחר שינויי העומס של פסים A ו-B ולהיות מוכנים היטב- לפעולות חירום. השני הוא לנעול ידנית את מתג הקשירה לאחר סגירתו (למפסק יש פונקציית נעילה-מובנית) כדי למנוע את ניתוק מתג הקשירה באופן בלתי צפוי.

5. ייעל את מצב אספקת החשמל כדי להפחית סכנות נסתרות: ישנם יותר מכשירים חשמליים בקטע א' ופחות בקטע ב'. מומלץ לאמץ את מצב אספקת החשמל המחוברת לרשת של "2 יחידות בקטע א' ויחידה אחת בקטע ב'" בתקופות קריטיות כמו פעולות ימיות, ניווט בנתיבי מים צרים, ועגינה ויציאה מהרציף. במצב זה, למרות שמתג הקשירה נמצא במצב סגור, הזרם הזורם דרכו קטן יחסית. גם אם מתג הקשירה מתקלקל, הוא עדיין יכול להבטיח אספקת חשמל רציפה לכל הספינה, תוך מזעור סיכוני אספקת החשמל ואת ההסתברות להפסקת חשמל לכל הספינה במידה הרבה ביותר.