Quando le navi operano in mare, l'affidabilità dell'alimentazione elettrica nell'intera nave è direttamente correlata alla sicurezza delle operazioni e alla qualità del completamento delle attività. In quanto fonte di energia fondamentale per tutte le apparecchiature della nave, il funzionamento stabile della centrale elettrica della nave gioca un ruolo decisivo. Una determinata nave è dotata di 5 moderni gruppi elettrogeni diesel HFC da 770 kW. Adotta il sistema di gestione automatica della centrale elettrica (PMS) Kongsberg DC-20, responsabile del monitoraggio dello stato della rete elettrica e del controllo automatico della centrale elettrica. Può realizzare la regolazione automatica dell'avvio, dell'arresto, della connessione alla rete e della disconnessione dei gruppi elettrogeni.
La nave ha elevati requisiti di affidabilità dell'alimentazione elettrica nelle sue operazioni offshore. Durante il funzionamento regolare, adotta una modalità operativa-connessa alla rete con tre unità e il funzionamento della centrale elettrica è impostato su semi-automatico. Il carico complessivo della nave rimane stabile intorno ai 1.400 kW. La centrale elettrica ha tre modalità operative: In modalità manuale, il-personale in servizio completa manualmente la connessione e la disconnessione dalla rete delle unità in base al carico di rete e allo stato delle unità. In modalità semi-automatica, il PMS monitora la potenza totale della rete elettrica in tempo reale. Quando il carico è anomalo, emette un allarme. Dopo che il-personale in servizio ha espresso un giudizio, impartisce istruzioni e il PMS completa automaticamente le operazioni successive. In modalità automatica, tutte le operazioni della centrale sono completamente controllate dal PMS. La relazione di alimentazione della nave è mostrata nella Figura 1.
La Figura 1 mostra la relazione di alimentazione delle navi
I. Fenomeno di colpa
Durante il viaggio della nave, i gruppi elettrogeni No. 2, No. 4 e No. 5 erano collegati alla rete per il funzionamento, mentre i gruppi elettrogeni No. 1 e No. 3 erano in uno stato di standby a freddo controllato da remoto-. La centrale elettrica era in modalità semi-automatica. Il carico totale dell'intera nave era di circa 1.400 kW, con un carico di una singola-unità di circa il 57%. Senza alcuna istruzione operativa da parte del personale in servizio, i fenomeni di guasto si sono verificati uno dopo l'altro: alle 17:11:03 il gruppo elettrogeno No. 1 si è avviato automaticamente ed è stato immediatamente collegato alla rete per il funzionamento. Alle 17:11:14, il PMS ha emesso un allarme di bassa pressione del carburante per il gruppo elettrogeno n. 1 (la pressione al momento dell'allarme era 0,1 MPa). Alle 17:12:10 l'allarme è stato resettato (la pressione al momento del reset era 0,16MPa). Successivamente, il-personale in servizio ha smontato il gruppo elettrogeno No. 1 in modalità semi-automatica e ha tempestivamente segnalato la situazione rilevante al-ingegnere in servizio. Questo malfunzionamento non ha causato la perdita di potenza dell'intera nave, ma l'avvio automatico-e la connessione alla rete del gruppo elettrogeno No. 1 senza istruzioni costituiscono una condizione anomala. È necessaria un'indagine approfondita della causa per garantire la sicurezza dell'alimentazione.
II. Analisi dei meccanismi di guasto
In base al principio di funzionamento del sistema di monitoraggio automatico della centrale elettrica di questa nave, i potenziali motivi per la connessione automatica di emergenza alla rete del gruppo elettrogeno di riserva No. 1 rientrano principalmente nelle seguenti tre categorie, tutte correlate al principio di controllo fondamentale del PMS: "Garantire che la capacità di connessione alla rete del gruppo elettrogeno sia maggiore del carico di rete e impedire che l'intera nave perda potenza".
1. Funzionamento anomalo del gruppo elettrogeno
Se un singolo gruppo elettrogeno sulla rete presenta una velocità di rotazione anomala (calo, velocità eccessiva), una bassa pressione dell'olio lubrificante, una bassa pressione dell'olio combustibile, una temperatura di uscita dell'acqua eccessivamente elevata o se la tensione e la frequenza si discostano dall'intervallo standard e attivano un allarme, ciò potrebbe causare lo spegnimento del gruppo elettrogeno, con conseguente riduzione improvvisa dell'alimentazione alla rete e rischio di perdita di potenza per l'intera imbarcazione. A questo punto, il PMS avvierà automaticamente l'unità di standby e si collegherà rapidamente alla rete per garantire un'alimentazione stabile alla rete.
2. Funzionamento anomalo dell'interruttore principale
Se l'interruttore principale di un singolo gruppo elettrogeno sulla rete subisce uno scatto anomalo durante il collegamento in parallelo, la disconnessione o il normale funzionamento, per evitare che l'intera nave perda energia, il PMS avvierà automaticamente l'unità di standby e completerà la connessione alla rete. Si sono verificati casi di tali anomalie: durante una determinata operazione offshore, quando l'unità No. 1 veniva disinserita in modalità semi-automatica, l'unità di controllo dell'interruttore principale non funzionava correttamente. Sebbene non abbia causato un'interruzione di corrente per l'intera nave, l'unità di standby No. 5 è stata comunque avviata automaticamente e collegata alla rete.
3. Improvvisa riduzione della fornitura di energia dalla rete elettrica o aumento improvviso del carico
Quando il carico della rete elettrica dell'intera nave aumenta improvvisamente o l'alimentazione dalle-unità di generazione della rete diminuisce improvvisamente, il PMS avvierà automaticamente le unità di standby per garantire che la capacità totale delle unità-connesse alla rete soddisfi la domanda di carico. La sbarra dell'armatore è divisa in due sezioni, A e B, che possono ottenere un'alimentazione elettrica segmentata. Le due sezioni della sbarra sono controllate in modo indipendente e la loro logica di controllo è coerente con l'alimentazione dell'intera sezione. Se si verifica un'improvvisa riduzione dell'alimentazione o un improvviso aumento del carico in qualsiasi sezione, l'unità di standby di quella sezione si avvierà e si collegherà alla rete.
III. Diagnosi e gestione dei guasti
1. Risoluzione completa dei problemi
I tecnici hanno esaminato le potenziali cause dei-guasti sopra menzionati una per una, da quelle più semplici a quelle più complesse, e hanno gradualmente eliminato i fattori irrilevanti. Il processo di ispezione specifico è il seguente:
• Esaminare i fattori operativi del personale: comunicare in modo esaustivo con il personale in- servizio per confermare che non vi siano errori del personale durante l'operazione; Per quanto riguarda l'allarme di bassa pressione del carburante dell'Unità 1, è stato analizzato che era dovuto alla rapida distribuzione del carico dopo che l'unità è stata rapidamente collegata alla rete, con conseguente carenza temporanea di alimentazione di carburante nella pompa di alimentazione del carburante dell'unità. Successivamente, riavviando l'Unità 1 secondo la normale procedura, tale allarme non si è più ripresentato, verificando la razionalità di tale analisi.
• Controlla lo stato delle unità in-rete: esegui una verifica dettagliata dei parametri operativi principali (tensione di lavoro, corrente, frequenza, pressione del carburante, pressione dell'olio lubrificante, temperatura di uscita dell'acqua ad alta-temperatura, ecc.) delle unità in-rete 2#, 4# e 5#. Tutti i parametri soddisfano gli standard ed è esclusa la possibilità che il PMS avvii erroneamente le unità di standby a causa di anomalie nelle unità in-rete.
• Ispezione del circuito di controllo dell'Unità 1: è stata effettuata un'ispezione completa dei componenti, dei moduli e del circuito di avviamento del circuito di controllo elettrico dell'Unità 1, con particolare attenzione al controllo dei relè intermedi e dei moduli di controllo nel circuito di avviamento. Non sono stati riscontrati danni o malfunzionamenti ed è stata esclusa l'influenza di circuiti di controllo anomali dell'unità stessa.
• Ispezionare i componenti del sistema di monitoraggio: controllare il trasformatore di corrente del sistema di monitoraggio e allarme Kongsberg, recuperare i registri storici del sistema, confermare che non vi siano fluttuazioni significative nella corrente totale della sbarra collettrice principale ed escludere la possibilità di malfunzionamento del sistema causato dalla deviazione di rilevamento del trasformatore di corrente.
• Esaminare l'impatto del carico di rete: contattare ciascuna posizione per verificare l'avvio e l'arresto delle apparecchiature ad alta-potenza durante il periodo di guasto, confermare che nessuna apparecchiatura ad alta-potenza si avvii o si arresti durante questo periodo ed escludere la possibilità di avvio di emergenza del sistema causato dall'impatto del carico.
2. Individuazione e gestione dei guasti
Dopo aver eliminato i fattori comuni di cui sopra, i tecnici hanno analizzato ulteriormente in combinazione con la disposizione dell'alimentazione elettrica in quel momento: quando si è verificato il guasto, un'unità della sbarra collettrice della sezione A era collegata alla rete e due unità della sbarra collettrice della sezione B erano collegate alla rete. C'erano circa 700 A di corrente che fluivano dalla sezione B alla sezione A attraverso il tie switch. Se il congiuntore funziona in modo anomalo o è scollegato, la sbarra collettrice della sezione A- si troverà in una situazione in cui "il carico di alimentazione supera la capacità di alimentazione dell'unità". A questo punto, il PMS avvia la connessione alla rete dell'unità di standby della sezione A-1, in linea con il suo principio di controllo.
È stata effettuata un'ispezione sul tie switch e si è riscontrato che la sua unità di controllo logico (Schneider MIC 5.0) presentava evidenti anomalie: l'alimentazione della batteria interna era insufficiente e il display della corrente trifase era instabile e intermittente. La funzione principale di questa unità di controllo è ricevere il segnale di corrente in ingresso dal sensore dell'interruttore, effettuare una valutazione e quindi inviare istruzioni all'attuatore (bobina di chiusura, bobina di apertura, ecc.) per ottenere il controllo dell'azione dell'interruttore. La sua anomalia fa sì che il PMS giudichi erroneamente che il quadro di distribuzione principale necessiti di un'alimentazione segmentata e quindi avvii l'Unità 1.
Il personale tecnico ha stabilito che il piano di smaltimento prevede la sostituzione dell'unità di controllo del tie switch. Le fasi specifiche sono le seguenti: Durante tutto il processo, verrà data priorità alla garanzia di un'alimentazione elettrica stabile per l'intera nave e alla protezione della sicurezza delle apparecchiature
(1) Regolazione del carico e dell'unità: disconnettere i carichi non-critici, disconnettere il gruppo elettrogeno No. 4, coordinare e regolare la distribuzione del carico dell'intera nave e la capacità di alimentazione delle unità, ridurre la corrente che scorre attraverso l'interruttore di collegamento a meno del 10% del valore nominale (3200 A) e scollegare l'interruttore di collegamento quando la corrente scende al di sotto di 150 A.
(2) Sostituzione dell'unità di controllo: estrarre l'interruttore dal quadro di distribuzione, rimuovere il coperchio anteriore dell'interruttore, scollegare il nastro di collegamento tra l'unità di controllo e l'interruttore, sostituire l'unità di controllo difettosa e regolare il valore di impostazione della protezione del relè e l'ora di impostazione della nuova unità di controllo tramite il quadrante.
(3) Ripristino del sistema: reinstallare l'interruttore di collegamento e scuoterlo nel quadro di distribuzione. Chiudere l'interruttore e l'intera imbarcazione riprenderà la normale alimentazione elettrica.
Dopo una settimana di funzionamento di follow-non si è più verificata alcuna chiusura o apertura anomala del gruppo elettrogeno, a conferma che il guasto era stato completamente eliminato. Dopo che la nave ha attraccato al molo, il produttore è stato contattato per utilizzare lo strumento dedicato di Schneider per testare e calibrare l'unità di controllo guasti. È stato riscontrato che la batteria interna era guasta (con una durata nominale di 5 anni ma effettivamente utilizzata per 8 anni) e che era presente una deviazione di 20 A nel valore di impostazione. Ciò ha ulteriormente verificato la causa principale del guasto.
Iv. Conclusioni e suggerimenti
Sulla base del processo di risoluzione dei problemi, di gestione di questo guasto e dei successivi risultati della verifica, si traggono le seguenti conclusioni e suggerimenti pratici per fornire un riferimento per il funzionamento sicuro delle centrali elettriche navali:
1. La gestione del guasto deve essere scientifica e rigorosa: dopo che si è verificato il guasto, i tecnici hanno gestito con calma l'intero carico della nave e lo stato delle unità. Attraverso l'approccio di risoluzione dei problemi "dal semplice al complesso", hanno gradualmente identificato la causa principale del guasto, prevenendo efficacemente l'espansione anomala dell'alimentazione elettrica e garantendo la sicurezza della navigazione della nave.
2. È necessario adottare delle precauzioni quando si utilizza l'interruttore di collegamento: prima di sostituire l'unità di controllo dell'interruttore di collegamento, è necessario scollegare prima l'interruttore di collegamento. Per proteggere il quadro, è necessario coordinare la distribuzione del carico e la potenza dell'unità per disconnettere l'interruttore di collegamento in condizioni di bassa corrente, garantendo al contempo un'alimentazione elettrica continua e affidabile in tutta la nave.
3. La manutenzione dell'unità di controllo richiede attenzione ai dettagli: L'unità di controllo del collegamento è un dispositivo modulare integrato con elevata affidabilità ma scarsa manutenibilità. Dopo un guasto, di solito è necessario sostituirlo completamente e il processo di sostituzione è relativamente semplice. Va notato che il chip "H1" sotto questa unità di controllo deve essere fornito separatamente da Schneider. I pezzi di ricambio devono essere preparati in anticipo.
4. Esistono piani alternativi per la risposta alle emergenze marittime: durante le operazioni marittime, se l'unità di controllo non può essere sostituita o riparata tempestivamente, possono essere adottate due misure di emergenza: una è utilizzare una modalità di alimentazione segmentata. Il-personale in servizio deve monitorare da vicino le variazioni di carico delle sbarre A e B ed essere ben-preparato per le operazioni di emergenza. Il secondo consiste nel bloccare manualmente il combinatore dopo averlo chiuso (l'interruttore automatico è dotato di una funzione di blocco-incorporata) per evitare che il combinatore scatti inaspettatamente.
5. Ottimizzare la modalità di alimentazione per ridurre i pericoli nascosti: ci sono più dispositivi elettrici nella sezione A e meno nella sezione B. Si consiglia di adottare la modalità di alimentazione connessa alla rete-di "2 unità nella sezione A e 1 unità nella sezione B" durante i periodi critici come le operazioni marittime, la navigazione in corsi d'acqua stretti e l'ormeggio e il disormeggio al molo. In questa modalità, sebbene il tie switch sia nello stato chiuso, la corrente che lo attraversa è relativamente piccola. Anche in caso di malfunzionamento dell'interruttore di collegamento, è comunque possibile garantire un'alimentazione elettrica continua per l'intera nave, riducendo al minimo i rischi di alimentazione e la probabilità di interruzione di corrente per l'intera nave.