Защиты дизель-генератора. Быстрая проверка для инспектора

Приветствую читателей! В этой статье рекомендую ознакомиться с основными защитами дизель-генераторов на судне, которые любят проверять инспекторы. Защит у судовых дизель-генераторов очень много и на рассмотрение их всех одной статьи не хватит, поэтому будут описаны только основные защиты, которые чаще всего демонстрируют при прохождении той или иной проверки.

На примере дизеля Daihatsu 6DE-18 и бесщеточного синхронного генератора Taiyo FE 647A-8 будут рассмотрены защиты судовых дизель-генераторов и способы их проверки. Также частично будут затронуты и другие наиболее распространённые дизеля (Himsen, Yanmar, MAN B&W), которые встречаются на морском торговом флоте.

Обычно проверяющего интересуют критические защиты, которые останавливают двигатель (делают shutdown). Как правило, это три основные защиты: 

1. OVERSPEED - превышение допустимых оборотов дизель-генератора.
2. L. O. LOW PRESS - низкое давление масла двигателя.
3. JACKET COOL. F.W. OUTLET HIGH TEMPERATURE - высокая температура охлаждающей воды.

OVERSPEED

Проверка оверспида (превышение безопасных номинальных оборотов двигателя) инспекторами - это редкое явление. Обычно если они хотят "потушить" движок по какой-то защите, то дают возможность выбора механикам. Ну а проще всего и безобиднее сделать низкое давление масла двигателя. Но тем не менее эту защиту нужно уметь продемонстрировать.

Overspeed двигателя — это состояние, при котором скорость вращения вала двигателя превышает допустимое значение, установленное производителем. Это может произойти как в поршневых двигателях, так и в турбинных установках, и обычно связано с нарушением работы системы управления двигателем или внешними факторами.

Причины overspeed:

1. Отказ системы регулирования (например, системы подачи топлива или электронного контроллера).
2. Снижение нагрузки на двигатель, что может привести к его раскручиванию выше номинальных оборотов.
3. Ошибки эксплуатации, такие как неправильное использование тормозных или защитных систем.
4. Внешние воздействия, например, при винтовых двигателях — внезапное снижение сопротивления пропеллера.

Последствия overspeed:

1. Механические повреждения — превышение допустимых оборотов может вызвать разрушение ротора, лопаток или других движущихся частей.
2. Перегрев двигателя из-за увеличенной нагрузки.
3. Снижение ресурса двигателя и ускоренный износ его компонентов.
4. Риск аварий и отказа системы.

Меры защиты от overspeed:

1. Регуляторы оборотов — механические или электронные устройства, которые контролируют и ограничивают скорость вращения двигателя.
2. Системы сигнализации — предупреждают об отклонениях.
3. Защитные клапаны или отсечки топлива, которые ограничивают подачу топлива к двигателю. 

Daihatsu 6DE-18

Вариантов проверки данной защиты существует несколько. Самое простое - это уменьшить уставку OVERSPEED оборотов в настройках реле скорости (Speed Relay). Оно ещё может называться Speed Switch или Speed Measuring Unit. Данное реле измеряет скорость вращения дизель-генератора с помощью pickup сенсора, который считывает обороты с маховика дизеля.

Speed Switch MDP-REV Daihatsu

Speed Switch MDP-REV Daihatsu

Speed Measuring Unit KOMECO ESP-2000-B Himsen 

Обычно процедура заключается в следующем: на рабочем двигателе (без нагрузки) изменить уставки оборотов на срабатывание оверспида. 

Speed Switch MDP-REV Daihatsu

• С помощью кнопки F (функция) выбрать уставку оборотов (overspeed). В данном случае 1020 (для Daihatsu 6DE-18). 
• С помощью стрелок занизить уставку оверспид оборотов ниже текущих оборотов (в данном случае ниже 900) и зажать кнопку S, чтобы сохранить уставку. 
• Выйдет оверспид аларм и шатдаун движка. 
• После чего восстановить уставку до значения 1020 и сохранить по процедуре описанной выше.

Speed Measuring Unit KOMECO ESP-2000-B Himsen

• С помощью кнопки MODE (режим) выбрать уставку оборотов (overspeed). В данном случае 1035. 
• Зажать кнопку MODE и с помощью стрелок занизить уставку оверспид оборотов ниже текущих оборотов (в данном случае ниже 900) и зажать кнопку ENT (ввод), чтобы сохранить уставку. 
• Выйдет оверспид аларм и шатдаун движка. 
• После чего восстановить уставку до значения 1035 и сохранить по процедуре описанной выше.

Видео OVERSPEED теста на двигателе Daihatsu

Видео OVERSPEED теста на двигателе Himsen (доступно в ТикТок канале).

Также может быть вариант использования кнопки "TEST", как на Speed Relay двигателя Yanmar. На Speed Relay можно найти потенциометры для изменения уставок оборотов, но как правило их стараются не трогать, а использовать кнопку тест.

Срабатывание оверспида на двигателе Yanmar

Срабатывание оверспида на двигателе Yanmar. AMS BEMAC

Видео OVERSPEED теста на двигателе Yanmar

Другой вариант, который также является более менее простым - это загнать (поднять) топливную рейку на регуляторе оборотов. Этот вариант подойдёт если нет специального реле скорости, а в системе считывания оборотов участвует pickup сенсор в связке с PLC ДАУ двигателя.

Видео OVERSPEED теста на топливной рейке двигателя ANQING Daihatsu

Третий вариант - это изменить уставку скорости на регуляторе оборотов. Обычно регуляторы стараются не трогать, и я тоже не рекомендую этого делать. Лучше загонять рейку, чем изменять настройки регулятора оборотов.

Регулятор оборотов Woodward UG-10D

Также может быть ещё вариант, когда установлен специальный конечник по предельным OVERSPEED оборотам, при активации которого срабатывает защита. Встречал такую защиту на старых дизелях MAN B&W. Проверка оверспида тут делается просто, достаточно активировать конечник на рабочем движке.

Важно! Любые проверки по шатдауну двигателей стоит делать без нагрузки, т.е. генератор не должен быть на шинах.

Пост управления и регулятор оборотов двигателя Daihatsu

L. O. LOW PRESS (TRIP)

Низкое давление масла обычно проверяется на соответствующем прессостате. Для инспектора тут не важна точная уставка срабатывания прессостата, достаточно перекрыть масло на прессостат и стравить давление. В данном случае необходимо уменьшить давление масла на прессостате ниже 0.30 MPa (ниже 3 кг). При этом должен сработать аларм и двигатель должен остановиться.

L.O. LOW PRESS (Low Oil Pressure) — это аварийное сообщение (остановка двигателя), сигнализирующее о низком давлении смазочного масла в системе двигателя. Такая ситуация может быть критической, так как смазочное масло играет важнейшую роль в предотвращении трения и перегрева двигателя.

Причины срабатывания L.O. LOW PRESS:

1. Недостаточный уровень масла в системе.
2. Повреждение или износ масляного насоса, что приводит к снижению давления.
3. Утечка масла из системы (например, из-за разрывов в трубопроводе или прокладках).
4. Засорение масляного фильтра, ограничивающее поток масла.
5. Проблемы с датчиком давления масла или его проводкой (ложный сигнал).
6. Чрезмерный перегрев масла, из-за чего его вязкость снижается, и давление падает.
7. Неисправность предохранительных клапанов в системе смазки.

Последствия низкого давления масла:

1. Недостаточная смазка движущихся частей двигателя, что может вызвать их повреждение.
2. Увеличенное трение и, как следствие, перегрев.
3. Повреждение подшипников коленчатого и распределительного валов.
4. Риск полной остановки двигателя из-за заклинивания.

Действия при срабатывании L.O. LOW PRESS:

1. Немедленно снизить нагрузку на двигатель или, если возможно, остановить его, чтобы избежать повреждений.
2. Проверить уровень масла в системе.
3. Осмотреть систему на наличие утечек или других видимых проблем.
4. Проверить состояние масляного насоса и фильтров.
5. Убедиться в исправности датчика и его проводки (особенно если подозревается ложный сигнал).
6. Сообщить о проблеме вахтенному механику или старшему механику и следовать инструкциям.

Важно! Работа двигателя при низком давлении масла крайне опасна и может привести к серьёзным повреждениям, поэтому действия должны быть оперативными и скоординированными.

Прессостат по низкому давлению масла (TRIP)

Видео проверки прессостата по низкому давлению масла (остановка двигателя Daihatsu 6DE-18)

Видео проверки прессостата по низкому давлению масла (остановка двигателя ANQING Daihatsu)

JACKET COOL. F.W. OUTLET HIGH TEMPERATURE

Высокая температура охлаждающей воды проверяется обычно калибратором. Необходимо достать каппиляр температурного датчика (термостата) и нагреть его до температуры 95 °С и выше. Должен сработать соответствующий аларм (шатдаун) и движок остановится.

JACKET COOL. F.W. OUTLET HIGH TEMPERATURE — это аварийное сообщение (остановка двигателя), указывающее на повышенную температуру охлаждающей пресной воды на выходе из системы охлаждения рубашки цилиндров судового двигателя. Эта ситуация требует немедленного внимания, так как перегрев может привести к серьёзным повреждениям двигателя.

Возможные причины:

1. Недостаточный уровень охлаждающей жидкости:

   • Утечки в системе охлаждения.
   • Неполное заполнение системы.

2. Неисправность водяного насоса:

   • Износ или повреждение крыльчатки.
   • Снижение производительности насоса.

3. Засорение теплообменника:

   • Отложения на стенках теплообменника.
   • Загрязнение с морской стороны (если используется морская вода для охлаждения).

4. Неисправность термостата:

   • Заклинивание в закрытом положении.

5. Перегрузка двигателя:

   • Длительная работа на высоких мощностях, превышающих расчётные.

6. Низкий поток охлаждающей воды:

   • Загрязнение фильтров.
   • Поломка или износ насоса.

7. Проблемы с датчиком температуры:

• Ложный сигнал из-за неисправности самого датчика или его проводки.

Термостат по высокой температуре охлаждающей воды (TRIP)

Термостат по высокой температуре охлаждающей воды (TRIP)

Видео проверки термостата Danfoss без калибратора с помощью теста (остановка двигателя ANQING Daihatsu)

Аварийный запуск дизель-генератора

Довольно редкое явление среди проверяющих, но всё же могут проверить и аварийный запуск дизель-генератора. Обычно производится на стартере с помощью аварийной кнопки на соленоиде. 

Starting Magnetic Valve

Starting Magnetic Valve

На дизеле Daihatsu 6DE-18 аварийный запуск производится на магнитном клапане (Starting Magnetic Valve). С помощью отвёртки необходимо вручную открыть клапан подачи воздуха на стартер.

Видео аварийного запуска дизель-генератора Yanmar

Видео аварийного запуска дизель-генератора Yanmar с помощью магнитной катушки (часть 1)

Видео аварийного запуска дизель-генератора Yanmar с помощью магнитной катушки (часть 2)

Кстати, интересно что на видео выше аварийный запуск двигателя Yanmar производится с помощью катушки-магнита, которую надевают на сердечник соленоида. Данный соленоидный клапан должен быть с аварийной кнопкой, но видимо его заменили на новый без такой кнопки. Поэтому пришлось использовать такую магнитную катушку (эта катушка взята из комплекта Unitor для теста соленоидов в рефрижераторных системах). Это тот случай, когда аварийной кнопки нет, но способ запуска нашёлся. И такое бывает!

Теперь рассмотрим некоторые вспомогательные алармы двигателя. Как правило, они мало интересуют проверяющих. Только в крайних случаях могут что-то проверить из списка ниже, кроме F.O. Leakage tank alarm.

F.O. Leakage tank alarm

Высокий уровень резервуара протечек топлива с двигателя. Проверка данного аларма может производиться на рабочем двигателе, достаточно открыть стакан с поплавком и активировать поплавок вручную или налить жидкость в стакан. 

Резервуар топливопротечек с поплавком

По-правильному, необходимо именно налить жидкость (дизельное топливо) в стакан с поплавком, чтобы убедиться что баллон (float level switch) исправен и не пробит.

Видео проверки F.O. Leakage tank alarm на двигателе Himsen и ANQING Daihatsu (доступно в ТикТок канале).

Вспомогательные алармы двигателя Daihatsu 6DE-18:

1. L.O. Pressure low for T/C (0.20 MPa) - низкое давление смазочного масла турбины.
2. H.T. C.W. pressure low (0.15 MPa) - низкое давление охлаждающей воды.
3. F.O. Pressure low (0.35 MPa) - низкое давление топлива.
4. L.O. Pressure low (0.35 MPa) - низкое давление смазочного масла двигателя.
5. Starting air pressure low (1.5 MPa) - низкое давление стартового воздуха.
6. Control air pressure low (0.60 MPa) - низкое давление контрольного воздуха.

Алармы, перечисленные выше, не останавливают двигатель, а только выдают сигнал на местную панель управления и на аларм мониторинг систему (AMS) в центральный пост управления (ЦПУ).

Проверка защит двигателя Daihatsu на AMS JRCS

Проверка защит двигателя Daihatsu на AMS JRCS

Проверка защит двигателя Daihatsu на AMS JRCS

LO filter differential pressure switch

LO filter differential pressure switch - аларм по перепаду давления на масляном фильтре двигателя.

Датчики температуры по выхлопным газам

Датчик давления (F.O. Pressure low) и конечник по снятой крышке с маховика

Reverse Power Protection

Пожалуй самой основной защитой генератора, которую проверяют инспекторы, является защита по обратной мощности.

Защита генератора по обратной мощности (Reverse Power Protection) — это система, предназначенная для предотвращения обратного тока от сети к генератору. Обратная мощность может возникнуть, если генератор, вместо производства энергии, начинает потреблять её из сети. Это может привести к перегрузке генератора и повреждению оборудования.

Принцип работы защиты

1. Обратная мощность возникает, когда:
   • генератор работает на холостом ходу;
   • двигатель генератора теряет мощность или останавливается, но подключён к сети;
   • генератор неправильно синхронизирован с сетью.
2. Система защиты отслеживает направление потока мощности. Если мощность начинает поступать в генератор, срабатывает защита, отключая генератор от сети.

Основные компоненты системы

1. Реле обратной мощности — измеряет мощность и определяет её направление.
2. Трансформаторы тока — обеспечивают измерение тока в цепи.
3. Автоматический выключатель — размыкает цепь при срабатывании защиты.

Процесс защиты

• При обнаружении обратной мощности, превышающей заданный порог (обычно 2-10% от номинальной мощности генератора), реле формирует сигнал на отключение генератора.
• Время задержки отключения регулируется для предотвращения ложных срабатываний, например, при кратковременных пиковых нагрузках.

Преимущества

• Предотвращение перегрузки и повреждения генератора.
• Защита механической системы генератора.
• Уменьшение риска аварий в электросети.

Настройка

• Уставка обратной мощности должна соответствовать характеристикам генератора.
• Настраиваются пороговое значение мощности и время задержки.

Для проверки генератора по обратной мощности обычно в ручном режиме с проверяемого генератора снимают нагрузку и загоняют её до -10% номинальной нагрузки. Для этого воздействуют на топливную рейку дизеля (Положение - Меньше) с помощью регулятора оборотов. При достижении порога срабатывания обратной мощности срабатывает реле и выбивает автоматический выключатель.

Автоматические воздушные выключатели генераторов Terasaki TemP2ower AR212S

Видео проверки генератора Taiyo FE 647A-8 по обратной мощности на PMS JACOM JRCS

На видео выше показано как делать проверку генератора по обратной мощности на системе защиты Reverse Power Protection (JACOM-55).

Проверка Standby дизель-генератора

В обычной схеме главной энергетической установки на большинстве судов имеется три дизель-генератора. В зависимости от условий работы судна может работать как один так и сразу три дизель-генератора в параллельной работе. Если работает один дизель-генератор, значит в стэндбае находится второй и третий. Всё это управляется с помощью PMS (Power Management System), и именно от этой системы зависит как работают генераторы и standby режимы.

Видео работы PMS BEMAC

Видео работы PMS BEMAC

Видео работы PMS TERASAKI GAC21

Видео работы PMS JACOM JRCS

Видео работы PMS DEIF

Работу Standby дизель-генератора также могут проверить инспекторы, особенно во время имитации сценария "Blackout".

В моей практике были такие проверки. Происходит следующее: выбивается один движок по защите (например, по низкому давлению масла), происходит полная обесточка судна, кроме систем которые работают от аварийных батарей. При этом должен запуститься аварийный дизель-генератор и автоматически взяться на шины, и запитать аварийные потребители.

На судне аварийный дизель-генератор в случае блэкаута должен запуститься и начать подавать питание на аварийные шины в течение 45 секунд, согласно требованиям Международной конвенции по охране человеческой жизни на море (SOLAS) и стандартам Международной морской организации (IMO).

Этот период включает:

1. Время автоматического обнаружения блэкаута.
2. Пуск двигателя аварийного генератора.
3. Стабилизацию работы генератора и подключение к аварийным шинам.

Важно отметить, что критические системы, такие как аварийное освещение, радиосвязь и системы управления безопасностью, должны обеспечиваться питанием из резервных источников (например, аккумуляторов) до тех пор, пока аварийный генератор не будет подключен.

Одновременно с этим должен сработать первый Standby дизель-генератора, в случае если он не сработает, то автоматически должен сработать второй стэндбай дизель-генератора. Этот режим может не включать в себя автоматическое взятие на шины, поэтому оператор должен контролировать этот процесс и при необходимости взять генератор на шины.

Power Management System JACOM JRCS

Также можно проверить работу standby дизель-генератора и другими способами, не обесточивая основной генератор. Например, можно попробовать запустить первый standby дизель перекрыв на него стартовый воздух, при этом он не запустится. Но должен запуститься второй стэндбай. Такая защита предусмотрена в PMS Kongsberg NORCONTROL Generator Control Unit GCU. 

Второй вариант - это перевод режима главного двигателя в Standby, при котором должны запуститься вспомогательные вентиляторы (auxiliary blowers). При этом должен запуститься первый стэндбай дизель-генератор. Можно сымитировать такую ситуацию для энергетической установки, при этом перевести вспомогательные вентиляторы в ручной режим чтобы они не запустились. Такая защита предусмотрена в PMS JACOM JRCS.

Третий вариант - это проверка стэндбая с помощью дополнительной нагрузки. Обычно первый стэндбай запускается при 80% и большей нагрузки на движок. Например, если нагрузка на генераторе около 80% и запускают, например, балластный насос или кран, то должен запуститься standby дизель-генератор и автоматически взяться на шины, только после этого запустится потребитель. Такая защита предусмотрена в PMS DEIF или TERASAKI GAC21.

Четвёртый вариант - это проверка генератора по обратной мощности, оставив один дизель-генератор в стэндбай режиме. Когда выбивает автомат проверяемого генератора автоматически запускается standby дизель-генератор. Такая защита предусмотрена в PMS TERASAKI GAC21.

Вариантов проверки тут много, но всё зависит от системы PMS и энергетической установки судна. Все вышеперечисленные standby режимы могут работать как комплексно, так и по отдельности.

Oil Mist Detector

Также на судах могут встречаться вспомогательные дизель-генераторы с детекторами масляного тумана. Обычно они устанавливаются на главных двигателях, но могут быть исключения и они зависят от типа судна и энергетической установки.

Oil Mist Detector (OMD, детектор масляного тумана) устанавливается на судовые дизель-генераторы в целях предотвращения взрыва картера и обеспечения безопасности. Его применение зависит от следующих факторов:

1. Мощность двигателя

OMD обычно устанавливают на дизель-генераторах мощностью:

• 500 кВт и выше.
  Это связано с увеличенным объёмом картера и более высоким риском накопления масляного тумана.

2. Классификационные общества

Многие классификационные общества (например, DNV, ABS, Lloyd's Register, Российский морской регистр судоходства) требуют установки OMD на:

• Средне- и крупнооборотных дизель-генераторах, если мощность превышает определённые значения (обычно от 2,25 МВт или выше).

3. Тип двигателя

• Среднеоборотные и низкооборотные двигатели. Для этих типов двигателей OMD обязателен, поскольку из-за больших объёмов картера риск взрыва масляного тумана повышен.
• Высокооборотные двигатели. Обычно OMD не устанавливается на двигатели мощностью менее 500 кВт, так как их объем картера и риск накопления тумана относительно низкие.

4. Международные правила

Согласно требованиям SOLAS (Международной конвенции по охране человеческой жизни на море):

• Для главных двигателей и дизель-генераторов на судах, перевозящих опасные грузы, OMD обязателен.
• Для судов с мощностью двигателей свыше определённых пределов (обычно от 500-1000 кВт).

Oil Mist Detector - это ещё одно устройство защиты двигателя, которое вызывает повышенное внимание со стороны инспекторов. Как проверять разные OMD мы рассмотрим в статье по проверкам защит главного двигателя (статья в процессе написания).

Подведём итог

В статье мы рассмотрели основные защиты дизель-генераторов, которые чаще всего подвергаются проверкам со стороны инспекторов. Как вы поняли эти защиты являются критическими и на основании их работы можно сделать вывод о безопасности энергетической установки судна. Нормальная практика - это проверять работу всех защит дизель-генераторов каждые три месяца согласно PMS (Planned Maintenance System), а также перед каждыми серьёзными проверками в портах.

Какие у вас были интересные случаи с проверками защит дизель-генераторов на судне? Остались вопросы или есть что добавить? Пишите в комментариях к статье!

Инструкции! Кстати, если вас интересуют инструкции к дизель-генераторам и PMS системам, которые описывались в данной статье, то рекомендую наш закрытый телеграмм канал Marine Engineering Manuals.

Спасибо за внимание! Надеюсь данная статья была для вас полезной.