Приветствую читателей! В данной статье будет рассмотрена одна из проблем с дизель-генераторами, которая возможно и редко, но случается на судах. Вообще, любая проблема с генераторами для электромеханика - это больная и самая обсуждаемая тема.
Также здесь мы вкратце разберем условия синхронизации судовых синхронных генераторов переменного тока. Много теории по этому поводу можно почитать на блоге электромеханика (следуйте за ссылками в статье), здесь будет только практика, в теорию углубляться не будем.
Итак, поехали! При попытке «посадить» на шины первый дизель-генератор, выходит ошибка ACB Trouble (ACB NONC - ACB no close), он не садится на шины, дизель продолжает вращаться на холостых.
При этом на шинах сидит третий ДГ и обеспечивает судовую энергетическую станцию электроэнергией. После ресета аларма попытка повторяется и снова сбой.
Начинаем разбираться что происходит. На полных автоматах механики уже давно стали ленивыми (в хорошем смысле этого слова), забыли об условиях синхронизации и уже не помнят, какие приборы должны быть в поле зрения когда генератор берется на шины. Автоматика делает все за оператора и поэтому со временем происходит естественное расслабление. Как вы поняли, это была шутка и все конечно же зависит от человеческого фактора :)
Именно поэтому попытки повторяются, хотя первопричина лежит на поверхности. Сейчас такое время - нажал кнопку и ушёл делать другую работу, автоматика отработает за тебя.
Разберем условия синхронизации судовых синхронных генераторов переменного тока, без точных цифр.
Условия синхронизации генераторов:
- Частота на шинах и подключаемого генератора должны совпадать.
- Напряжение на шинах и ЭДС подключаемого генератора должны совпадать.
- Углы сдвига между напряжением на шинах и ЭДС подключаемого генератора должны совпадать.
Есть ещё одно условие - это совпадение порядка чередования фаз. Данное условие обеспечивается при изначальном монтаже генераторов и судовой электростанции, поэтому оно заведомо выполняется.
ЭДС генератора
Электродвижущая сила (ЭДС) генератора относится к напряжению, создаваемому генератором. Это напряжение индуцируется относительным движением между магнитным полем и проводником. Основной принцип генерации ЭДС основан на законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что изменение магнитного потока через цепь индуцирует ЭДС в этой цепи.
ЭДС 𝐸, создаваемая генератором, может быть выражена формулой:
где: 𝑁 — число витков в катушке, Φ — магнитный поток через один виток катушки, 𝑑Φ/𝑑𝑡 - представляет собой скорость изменения магнитного потока.
В вращающемся генераторе ЭДС также можно описать уравнением:
𝐸 = 𝑁⋅𝐵⋅𝑙⋅𝑣
где: 𝐵 — магнитная индукция, 𝑙 — длина проводника в магнитном поле, 𝑣 — скорость проводника относительно магнитного поля.
Для генератора переменного тока (AC) ЭДС изменяется синусоидально во времени и задается уравнением:
𝐸(𝑡)=𝐸max⋅sin(𝜔𝑡)
где: 𝐸(𝑡) — мгновенное значение ЭДС, 𝐸max — максимальное значение ЭДС, 𝜔 — угловая частота вращения, 𝑡 — время.
Это изменение ЭДС приводит к генерации переменного тока в генераторах.
Оператора интересуют первые три условия. Обычно на холостой работе дизеля проверяются первые два условия, т.е. совпадение частот и напряжений.
.JPG "Частота на шинах и частота генератора")
Фото выше просто для примера. Обычно есть два частотомера, которые показывают частоту на шинах и частоту подключаемого генератора. Также бывают сдвоенные частотомеры.
ЭДС подключаемого генератора и напряжение на шинах смотрим по отдельным вольтметрам. Также бывают сдвоенные вольтметры.
.JPG "Пример сдвоенного частотомера и вольтметра")
Выполнение третьего условия обеспечивается по синхроноскопу, т.е. генератор необходимо посадить на шины с учетом равенства углов сдвига между его ЭДС и напряжением на шинах.
Практически посадить его нужно по стрелке синхроноскопа в положении 12 часов, с учетом задержки срабатывания автоматического выключателя 5 секунд, необходимо дать команду без 5 секунд 12. Очень важно чтобы стрелка вращалась медленно по часовой, иначе можно посадить генератор на шины в двигательном режиме, хотя защита попросту не даст этого сделать.
На сегодняшний день большинство современных судов имеет автоматические системы синхронизации, которые выполняют все вышеперечисленные действия за механика.
На каждом судне всегда предусмотрен ручной режим, о котором потихоньку многие начинают забывать.
В поле зрения оператора при взятии генератора в параллель должны быть приборы: синхроноскоп, сдвоенные вольтметр и частотомер.
Вернемся к нашей проблеме. Если обратить внимание на частотомер, который показывает частоту генератора больше 61 Гц, при этом на шинах частота около 60 Гц, то ситуация начинает проясняться. Не соблюдается одно из условий синхронизации, а именно частота подключаемого генератора не равна частоте на шинах.
.JPG "Частота генератора")
К сожалению, не сделал фото расхождения частот.
При этом обычно автоматика PMS (Power Management System) должна подстраивать эти параметры воздействуя на регулятор оборотов (Governor), но в данной ситуации автоматика этого не делает, выдает ошибку и прекращает процесс взятия на шины.
Система управления энергоснабжением (Power Management System, PMS) для генераторов на судне является критическим компонентом, обеспечивающим эффективную и надежную работу электрической сети судна. Вот основные функции и особенности PMS:
Управление нагрузкой:
- Автоматическое распределение нагрузки: Равномерно распределяет нагрузку между генераторами, чтобы предотвратить перегрузку и оптимизировать расход топлива.
- Сброс нагрузки: Отключает несущественные нагрузки при высоком спросе или отказе генератора, чтобы обеспечить питание критически важных систем.
Управление генераторами:
- Контроль запуска/остановки: Автоматизирует запуск и остановку генераторов в зависимости от потребности в мощности и эксплуатационных условий.
- Синхронизация: Обеспечивает синхронизацию генераторов по напряжению, частоте и фазе перед подключением к шинопроводу.
Обнаружение и защита от неисправностей:
- Изоляция неисправностей: Обнаруживает и изолирует неисправности, чтобы предотвратить повреждения и обеспечить безопасность.
- Системы сигнализации: Обеспечивают предупреждения о ненормальных условиях, таких как перенапряжение, пониженное напряжение, перегрузка и короткое замыкание.
Резервирование и надежность:
- Резервные системы: Обеспечивают непрерывное энергоснабжение за счет наличия резервных генераторов и дублирующих систем управления.
- Автоматическая передача: Передает нагрузку на резервные генераторы в случае отказа основного генератора.
Мониторинг и отчетность:
- Мониторинг в реальном времени: Следит за состоянием генераторов и распределением мощности в реальном времени.
- Регистрация данных и отчетность: Регистрирует эксплуатационные данные для технического обслуживания, анализа и соблюдения нормативных требований.
Пользовательский интерфейс:
- Панели управления: Обеспечивают удобные интерфейсы для ручного управления и мониторинга.
- Удаленный мониторинг: Позволяет удаленный доступ к PMS для надзора и диагностики.
PMS является важным элементом для обеспечения эффективности, безопасности и надежности энергосистемы судна, поддерживая эксплуатационные требования судна и минимизируя риск возникновения проблем, связанных с электропитанием.
.JPG "PMS BEMAC UGS-21")
.JPG "PMS BEMAC UGS-21")
.JPG "PMS BEMAC UGS-21")
.JPG "PMS BEMAC UGS-21")
В этот раз мне посчастливилось поработать на японском бимаке, хотя последнее время все чаще попадалась датская система DEIF.
На бимаке очень наглядно реализовано выполнение третьего условия синхронизации по светодиодному синхроноскопу.
Видео работы синхроноскопа вы можете посмотреть в конце данной статьи.
Следующим этапом было выяснить в чем проблема, с PMS или регулятором оборотов. Для этого систему перевели в ручной режим, чтобы вручную воздействовать с помощью рукояток Lower - Raise (по-простому, Меньше / Больше) на регулятор оборотов дизеля.
.JPG "Переключатель режима работы (Ручной / Автоматический)")
.JPG "Рукоятка (Меньше / Больше)")
В результате попытки воздействовать на обороты (топливную рейку) и соответственно частоту с помощью рукоятки выяснилось, что регулятор оборотов не отрабатывает в ручном режиме. Т. е. регулятор не может подогнать частоту генератора к частоте на шинах ни в автоматическом ни в ручном режимах.
Следующее действие - выяснить идёт ли команда с рукоятки, а соответственно и с PMS на электродвигатель регулятора. Для этого необходимо замерить входящее напряжение на моторе сервопривода при подаче соответствующей команды.
В моём случае регулятор оборотов на японском двигателе YANMAR 6EY18AL установлен соответственно гидравлический YANMAR NZ61 с однофазным реверсивным моторчиком переменного тока 220В.
Чтобы сделать это максимально точно, то желательно произвести замер непосредственно на клеммной коробке мотора (минуя весь кабель и соединения в распределительных коробках). В данном случае повезло, что можно открыть верхнюю крышку регулятора и сразу получить доступ к клеммнику мотора.
.JPG "Клеммник мотора")
При первичном осмотре было обнаружено, что для проверки свободного вращения мотора его необходимо отсоединить от фрикционной муфты, отдать от корпуса регулятора.
Согласно схемы работы мотора были проверены все соединения, а также конденсатор. Выяснилось, что соединения на конденсаторе в плохом состоянии и их следует заменить. Потянув за кабель он попросту оторвался от клеммника.
.JPG "Плохое соединение на конденсаторе")
.JPG "Проверка кондесатора (в норме)")
Конденсатор проверен, соединения обновлены. Дальше было проверено приходящее напряжение на клеммник, согласно схемы. Выяснилось, что напряжение 220 В приходит, но вращение мотора отсутствует (в обоих направлениях).
.JPG "Проверка мотора")
Следующим шагом было проверить свободное вращение мотора. От руки электродвигатель вращается, но в результате подачи на него питания клинит в одном положении. Оказалось, что у мотора межвитковое замыкание.
Интересно что Troubleshooting от мэйкера вообще не описывает проблему с электродвигателем.
.JPG "Разборка мотора")
.JPG "Разборка мотора")
При разборке мотора выяснилось, что рассыпалась силиконовая втулка подшипника, и видимо произошло смещение ротора, который терся о статор, что и привело к межвитковому замыканию.
.JPG "Установка рабочего мотора")
В результате был установлен рабочий мотор. Из-за длительных манипуляций пришлось сначала вручную подгонять частоту, т.к. она ушла ниже 55 Гц.
.JPG "Частота ниже 55 Гц")
После подгонки частоты систему перевели в автоматический режим и успешно взяли генератор в параллель.
Ошибка ACB Trouble (ACB NONC - ACB no close), о которой было написано в начале статьи, в данной ситуации может привести к замешательству при поиске проблемы. Т.к. переводится как Air circuit breaker no close , т.е. неисправность с автоматическим выключателем генератора (не садится на шины). Получается, что это общий аларм, и в данном случае он не относится к автомату, сигнализирует о невозможности посадить генератор на шины, а это может быть все что угодно. Больше информации никакой нет и приходится возвращаться к условиям синхронизации и проверять каждый параметр отдельно.
Условия синхронизации генераторов (кратко)
Синхронизация генераторов, также известная как параллельная работа, представляет собой процесс согласования одного генератора с другим или с сетью. Это критически важно для обеспечения плавной и стабильной работы нескольких генераторов или для подключения генератора к сети. Для успешной синхронизации должны быть выполнены несколько условий:
1. Совпадение напряжений
Напряжение подключаемого генератора должно соответствовать напряжению системы или сети, к которой он подключается. Это необходимо для предотвращения возникновения большой разности напряжений.
2. Совпадение частоты
Частота подключаемого генератора должна быть такой же, как частота системы или сети. Это важно для предотвращения фазовых разностей, которые могут вызвать колебания мощности или повреждение оборудования.
3. Совпадение фазовой последовательности
Фазовая последовательность подключаемого генератора должна соответствовать фазовой последовательности системы или сети. Это обеспечивает правильное выравнивание фаз и предотвращает такие проблемы, как обратный поток мощности.
4. Совпадение фазовых углов
Фазовый угол подключаемого генератора должен быть близок к фазовому углу системы или сети. В идеале разница фазовых углов должна быть очень маленькой (близкой к нулю) в момент синхронизации для минимизации переходных токов.
Методы синхронизации
Существует несколько методов для достижения этих условий:
1. Метод трех ламп
Три лампы подключены между соответствующими фазами подключаемого генератора и шиной. Когда генератор синхронизирован, все три лампы будут тускнеть и ярчать одновременно, указывая на совпадение частоты и фазы. Лампы будут гаснуть в момент идеальной синхронизации.
2. Синхроскоп
Синхроскоп — это прибор, который показывает разность фазовых углов и указывает, работает ли подключаемая машина быстрее или медленнее, чем шина. Стрелка на синхроскопе будет двигаться к положению "0", когда условия для синхронизации будут выполнены.
3. Автоматическая синхронизация
Автоматические синхронизаторы используют датчики и системы управления для автоматической регулировки напряжения, частоты и фазового угла генератора для соответствия системы или сети. Как только условия выполнены, синхронизатор замыкает автоматический выключатель для подключения генератора к системе.
Шаги для ручной синхронизации
- Регулировка напряжения: Используйте регулятор напряжения для согласования напряжения генератора с напряжением шины.
- Совпадение частоты: Отрегулируйте скорость двигателя для согласования частоты генератора с частотой шины.
- Проверка фазовой последовательности: Убедитесь, что фазовая последовательность генератора соответствует фазовой последовательности шины.
- Выравнивание фазовых углов: Используйте синхроскоп или метод трех ламп для выравнивания фазовых углов.
- Замыкание автоматического выключателя: Как только все условия выполнены, замкните автоматический выключатель для подключения генератора к системе.
Соблюдение этих условий необходимо для обеспечения согласованной работы генераторов или генератора и сети, предотвращения возможных повреждений и обеспечения стабильного электроснабжения судовой сети.
.JPG)
Комментариев нет:
Отправить комментарий