Wanneer schepen op zee opereren, houdt de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening door het hele schip rechtstreeks verband met de veiligheid van de operaties en de kwaliteit van de taakvoltooiing. Als kernenergiebron voor alle scheepsuitrusting speelt de stabiele werking van de scheepskrachtcentrale een beslissende rol. Een bepaald schip is uitgerust met 5 moderne HFC dieselgeneratorsets van 770kW. Het maakt gebruik van het Kongsberg DC-20 automatische energiecentralebeheersysteem (PMS), dat verantwoordelijk is voor het bewaken van de status van het elektriciteitsnet en het automatisch besturen van de energiecentrale. Het kan automatische regeling van het starten, stoppen, netaansluiting en ontkoppeling van de generatorsets realiseren.
Het schip stelt hoge eisen aan de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening bij zijn offshore-activiteiten. Tijdens normaal bedrijf wordt gebruik gemaakt van een net-aangesloten bedrijfsmodus met drie eenheden, en is de werking van de krachtcentrale ingesteld op semi-automatisch. De totale belasting van het schip blijft stabiel rond de 1.400 kW. De energiecentrale heeft drie werkingsmodi: In de handmatige modus voltooit het dienstdoende personeel handmatig de netaansluiting en ontkoppeling van de units op basis van de netbelasting en de status van de units. In de semi-automatische modus bewaakt het PMS het totale vermogen van het elektriciteitsnet in realtime. Wanneer de belasting abnormaal is, wordt er een alarm afgegeven. Nadat het personeel van dienst -een oordeel heeft geveld, geven ze instructies en voltooit het PMS automatisch de daaropvolgende handelingen. In de automatische modus worden alle activiteiten van de energiecentrale volledig gecontroleerd door het PMS. De stroomvoorzieningsrelatie van het schip wordt weergegeven in figuur 1.
Figuur 1 toont de stroomvoorzieningsrelatie van schepen
I. Storingsfenomeen
Tijdens de reis van het schip waren de generatorsets No. 2, No. 4 en No. 5 aangesloten op het elektriciteitsnet voor gebruik, terwijl de generatorsets No. 1 en No. 3 zich in een op afstand-gecontroleerde koude standby-status bevonden. De elektriciteitscentrale stond in semi-automatische modus. De totale belasting van het hele schip bedroeg ongeveer 1.400 kW, met een enkele-eenheidsbelasting van ongeveer 57%. Zonder enige bedieningsinstructies van het dienstdoende -personeel deden de storingsverschijnselen zich na elkaar voor: om 17:11:03 startte de No. 1 generatorset automatisch op en werd onmiddellijk op het elektriciteitsnet aangesloten voor gebruik. Om 17:11:14 gaf de PMS een alarm voor lage brandstofdruk voor generatorset nr. 1 (de druk op het moment van het alarm was 0,1 MPa). Om 17:12:10 werd het alarm gereset (de druk op het moment van reset was 0,16 MPa). Vervolgens demonteerde het dienstdoende personeel de No. 1 generatorset in semi-automatische modus en rapporteerde de relevante situatie onmiddellijk aan de dienstdoende ingenieur. Door deze storing viel niet het hele schip uit, maar het automatisch opstarten-en het aansluiten op het elektriciteitsnet van de No. 1 generatorset zonder instructies is een abnormale toestand. Om de veiligheid van de stroomvoorziening te garanderen, is een grondig onderzoek naar de oorzaak noodzakelijk.
II. Analyse van foutmechanismen
Gebaseerd op het werkingsprincipe van het automatische monitoringsysteem voor de elektriciteitscentrale van dit schip, vallen de mogelijke redenen voor de automatische noodaansluiting op het elektriciteitsnet van de No. 1 back-upgeneratorset voornamelijk in de volgende drie categorieën, die allemaal verband houden met het kernbesturingsprincipe van PMS: "Ervoor zorgen dat de netaansluitingscapaciteit van de generatorset groter is dan de netbelasting en voorkomen dat het hele schip stroom verliest."
1. Abnormale werking van de generatorset
Als een enkele generatorset op het elektriciteitsnet een abnormaal toerental ervaart (daling, te hoog toerental), een lage smeeroliedruk, een lage brandstofoliedruk, een te hoge wateruitlaattemperatuur, of als de spanning en frequentie afwijken van het standaardbereik en een alarm activeren, kan dit ervoor zorgen dat de generatorset wordt uitgeschakeld, wat resulteert in een plotselinge vermindering van de stroomtoevoer naar het elektriciteitsnet en het risico van stroomverlies voor het hele schip met zich meebrengt. Op dit punt zal de PMS automatisch de stand-by-eenheid starten en snel verbinding maken met het elektriciteitsnet om een stabiele stroomtoevoer naar het elektriciteitsnet te garanderen.
2. Abnormale werking van de hoofdschakelaar
Als de hoofdschakelaar van een enkele generatorset op het elektriciteitsnet abnormaal uitschakelt tijdens parallelschakeling, ontkoppeling of normaal bedrijf, zal het PMS, om te voorkomen dat het hele schip stroom verliest, automatisch de standby-eenheid starten en de netverbinding voltooien. Er zijn gevallen van dergelijke afwijkingen geweest: tijdens een bepaalde offshore-operatie, toen de No. 1-eenheid werd uitgeschakeld in semi-automatische modus, werkte de hoofdschakelaar niet goed. Hoewel dit niet voor het hele schip een stroomstoring veroorzaakte, werd de standby-unit No. 5 toch automatisch gestart en aangesloten op het elektriciteitsnet.
3. Plotselinge vermindering van de stroomtoevoer van het elektriciteitsnet of plotselinge toename van de belasting
Wanneer de belasting van het elektriciteitsnet van het hele schip plotseling toeneemt of de stroomtoevoer van de op-netopwekkingseenheden plotseling afneemt, start het PMS automatisch de stand-by-eenheden om ervoor te zorgen dat de totale capaciteit van de op het elektriciteitsnet-aangesloten eenheden voldoet aan de belastingvraag. De busbar van de reder is verdeeld in twee secties, A en B, waardoor een gesegmenteerde stroomvoorziening kan worden bereikt. De twee secties van de rail worden onafhankelijk bestuurd en hun besturingslogica is consistent met de stroomvoorziening van de gehele sectie. Als er in een sectie een plotselinge vermindering van de stroomvoorziening of een plotselinge toename van de belasting plaatsvindt, wordt de stand-by-eenheid van die sectie geactiveerd om te starten en op het elektriciteitsnet te worden aangesloten.
III. Foutdiagnose en afhandeling
1. Uitgebreide probleemoplossing
Technici onderzochten de mogelijke oorzaken van de hierboven-genoemde fouten één voor één, van eenvoudig tot complex, en elimineerden geleidelijk irrelevante factoren. Het specifieke inspectieproces is als volgt:
• Onderzoek de operationele factoren van het personeel: Communiceer volledig met het personeel in dienst- om te bevestigen dat er geen sprake is van een personeelsfout tijdens de bediening; Met betrekking tot het alarm voor lage brandstofdruk van unit 1 werd geanalyseerd dat dit te wijten was aan de snelle verdeling van de belasting nadat de unit snel op het elektriciteitsnet was aangesloten, wat resulteerde in een tijdelijk tekort aan brandstoftoevoer in de brandstoftoevoerpomp van de unit. Toen Unit 1 vervolgens opnieuw werd opgestart volgens de normale procedure, deed dit alarm zich niet meer voor, wat de rationaliteit van deze analyse bevestigde.
• Controleer de status van de in-netwerkeenheden: voer een gedetailleerde verificatie uit van de belangrijkste bedrijfsparameters (werkspanning, stroom, frequentie, brandstofdruk, smeeroliedruk, hoge-wateruitlaattemperatuur, enz.) van de 2#, 4# en 5# in-netwerkeenheden. Alle parameters voldoen aan de normen en de mogelijkheid dat PMS per ongeluk de standby-units start vanwege afwijkingen in de in-netwerkunits is uitgesloten.
• Inspectie van het stuurcircuit van Unit 1: Er werd een uitgebreide inspectie van de componenten, modules en startcircuit van het elektrische stuurcircuit van Unit 1 uitgevoerd, waarbij de nadruk lag op het controleren van de tussenrelais en regelmodules in het startcircuit. Er werden geen schade of storingen gevonden en de invloed van abnormale regelcircuits van de unit zelf werd uitgesloten.
• Inspecteer de componenten van het monitoringsysteem: Controleer de stroomtransformator van het Kongsberg monitoring- en alarmsysteem, haal de historische gegevens van het systeem op, bevestig dat er geen significante fluctuaties zijn in de totale stroom van de hoofdrail en sluit de mogelijkheid uit van systeemstoringen veroorzaakt door de detectieafwijking van de stroomtransformator.
• Onderzoek de impact op de netbelasting: neem contact op met elke positie om het starten en stoppen van apparatuur met hoog-vermogen tijdens de foutperiode te verifiëren, bevestig dat geen apparatuur met hoog-vermogen tijdens deze periode start of stopt, en sluit de mogelijkheid uit van het opstarten van een noodsysteem veroorzaakt door belastingimpact.
2. Locatie en afhandeling van fouten
Nadat de bovenstaande gemeenschappelijke factoren waren geëlimineerd, analyseerden de technici verder in combinatie met de toenmalige lay-out van de stroomvoorziening: toen de fout optrad, was één eenheid van de A-sectie-rail aangesloten op het elektriciteitsnet en twee eenheden van de B-sectie-rail waren aangesloten op het elektriciteitsnet. Er vloeide ongeveer 700 A stroom van de B-sectie naar de A-sectie via de verbindingsschakelaar. Als de verbindingsschakelaar abnormaal werkt of wordt losgekoppeld, zal de A-sectierail een situatie ervaren waarin "de stroombelasting de voedingscapaciteit van de eenheid overschrijdt". Op dit punt start de PMS de A-sectie-stand-by-eenheid 1 om op het elektriciteitsnet te worden aangesloten, wat in overeenstemming is met het besturingsprincipe.
Er werd een inspectie uitgevoerd op de koppelschakelaar en er werd vastgesteld dat de logische besturingseenheid (Schneider MIC 5.0) duidelijke afwijkingen vertoonde: het interne batterijvermogen was onvoldoende en de drie-stroomweergave was instabiel en met tussenpozen. De kernfunctie van deze besturingseenheid is het ontvangen van het huidige signaal dat wordt ingevoerd door de sensor van de stroomonderbreker, het maken van een oordeel en het uitvoeren van instructies naar de actuator (sluitspoel, openingsspoel, enz.) om de schakelactie te regelen. Deze afwijking zorgt ervoor dat de PMS verkeerd inschat dat het hoofdverdeelbord een gesegmenteerde voeding nodig heeft, en vervolgens Unit 1 start.
Het technisch personeel heeft vastgesteld dat het afvoerplan bestaat uit het vervangen van de besturingseenheid van de verbindingsschakelaar. De specifieke stappen zijn als volgt: Gedurende het hele proces zal prioriteit worden gegeven aan het garanderen van een stabiele stroomvoorziening voor het hele schip en het beschermen van de veiligheid van de apparatuur.
(1) Belasting- en unitregeling: Ontkoppel niet-kritische belastingen, ontkoppel de No. 4 generatorset, coördineer en regel de belastingsverdeling van het hele schip en de stroomvoorzieningscapaciteit van de eenheden, verminder de stroom die door de verbindingsschakelaar vloeit tot minder dan 10% van de nominale waarde (3200A) en ontkoppel de verbindingsschakelaar wanneer de stroom onder 150A daalt.
(2) Vervanging van de besturingseenheid: Trek de verbindingsschakelaar uit het verdeelbord, verwijder de voorkant van de stroomonderbreker, ontkoppel het verbindingslint tussen de besturingseenheid en de stroomonderbreker, vervang de defecte besturingseenheid en pas de instelwaarde van de relaisbescherming en de insteltijd van de nieuwe besturingseenheid aan via de draaiknop.
(3) Systeemherstel: installeer de verbindingsschakelaar opnieuw en schud deze in het verdeelbord. Sluit de verbindingsschakelaar en het hele schip hervat de normale stroomvoorziening.
Na een week vervolggebruik- heeft er zich geen abnormale sluiting of opening van de generatorset meer voorgedaan, wat bevestigt dat de storing volledig is verholpen. Nadat het schip aan de kade was afgemeerd, werd er contact opgenomen met de fabrikant om het speciale instrument van Schneider te gebruiken om de foutcontrole-eenheid te testen en te kalibreren. Er werd vastgesteld dat de interne batterij defect was (met een geschatte levensduur van 5 jaar, maar in werkelijkheid 8 jaar in gebruik) en dat er een afwijking van 20A was in de instelwaarde. Hiermee werd de oorzaak van de fout verder geverifieerd.
Iv. Conclusies en suggesties
Op basis van de probleemoplossing, het afhandelingsproces van deze fout en de daaropvolgende verificatieresultaten worden de volgende conclusies en praktische suggesties getrokken als referentie voor de veilige exploitatie van scheepskrachtcentrales:
1. De afhandeling van storingen moet wetenschappelijk en rigoureus zijn: nadat deze storing zich voordeed, beheerden technici rustig de gehele scheepslading en de status van de eenheden. Door de probleemoplossingsaanpak van "van eenvoudig tot complex" hebben ze geleidelijk de hoofdoorzaak van de fout geïdentificeerd, waardoor de abnormale uitbreiding van de stroomvoorziening effectief werd voorkomen en de veiligheid van de navigatie van het schip werd gewaarborgd.
2. Er moeten voorzorgsmaatregelen worden genomen bij het bedienen van de dasschakelaar: Voordat u de besturingseenheid van de dasschakelaar vervangt, is het noodzakelijk eerst de dasschakelaar los te koppelen. Om de schakelapparatuur te beschermen, is het noodzakelijk om de belastingsverdeling en het vermogen van de eenheid te coördineren, zodat de verbindingsschakelaar wordt losgekoppeld bij lage stroomomstandigheden, terwijl een continue en betrouwbare stroomvoorziening door het hele schip wordt gegarandeerd.
3. Onderhoud van de besturingseenheid vereist aandacht voor details: De besturingseenheid van de verbindingsschakelaar is een geïntegreerd modulair apparaat met hoge betrouwbaarheid maar slechte onderhoudbaarheid. Na een storing moet deze meestal in zijn geheel worden vervangen, en het vervangingsproces is relatief eenvoudig. Opgemerkt moet worden dat de "H1"-chip onder deze besturingseenheid afzonderlijk door Schneider moet worden geleverd. Reserveonderdelen moeten van tevoren worden voorbereid.
4. Er zijn alternatieve plannen voor reactie op maritieme noodsituaties: Als de besturingseenheid tijdens maritieme operaties niet tijdig kan worden vervangen of gerepareerd, kunnen twee noodmaatregelen worden genomen: De eerste is het gebruik van een gesegmenteerde stroomvoorzieningsmodus. Het dienstdoende personeel moet de belastingsveranderingen van de A- en B-rails nauwlettend in de gaten houden en goed voorbereid zijn op noodoperaties. De tweede is het handmatig vergrendelen van de verbindingsschakelaar nadat deze is gesloten (de stroomonderbreker heeft een ingebouwde-in vergrendelingsfunctie) om te voorkomen dat de verbindingsschakelaar onverwachts uitschakelt.
5. Optimaliseer de voedingsmodus om verborgen gevaren te verminderen: er zijn meer elektrische apparaten in sectie A en minder in sectie B. Het wordt aanbevolen om de net-aangesloten voedingsmodus van "2 eenheden in sectie A en 1 eenheid in sectie B" te gebruiken tijdens kritieke perioden zoals operaties op zee, navigatie in smalle waterwegen en het aan- en afmeren aan de kade. In deze modus is de stroom die er doorheen vloeit relatief klein, ook al bevindt de verbindingsschakelaar zich in de gesloten toestand. Zelfs als de verbindingsschakelaar defect raakt, kan deze nog steeds een continue stroomvoorziening voor het hele schip garanderen, waardoor de risico's op het gebied van de stroomvoorziening en de kans op stroomuitval voor het hele schip tot een minimum worden beperkt.