Fallos de subtensión del generador del buque: pruebas exhaustivas, análisis de causas y prácticas de resolución de problemas
I. Visión general de las averías de subtensión del generador del buque
Cuando un generador funciona en paralelo con otras unidades, el generador averiado puede perder parcial o totalmente la excitación debido a un fallo en el sistema de excitación. En ese momento, el generador extraerá un exceso de corriente reactiva a la red, o incluso entrará en funcionamiento asíncrono. El fallo de pérdida parcial de excitación se denominaimpotenteEl fallo en el que se produce una pérdida total de excitación se conoce comodesmagnetización. A veces, estos dos fallos se denominan conjuntamente desmagnetización del generador. En funcionamiento autónomo, el fenómeno causado por la subexcitación es la subtensión; el fenómeno causado por la desmagnetización es la pérdida de tensión.
Cuando los generadores de una central eléctrica naval funcionan en paralelo como fuente de energía, y se produce un fallo de subexcitación o desmagnetización en una unidad, se generará corriente reactiva circulante entre los generadores. El valor de la corriente reactiva en bucle puede superar el valor de ajuste de la protección contra sobrecorriente, provocando que las máquinas defectuosas y no defectuosas se disparen al mismo tiempo, con la consiguiente pérdida de potencia para la red. La protección contra subtensiones se aplica principalmente a los generadores que funcionan en paralelo, pero también a cargas como los motores asíncronos.
📜 El Código CCS de Clasificación de Buques de Acero para la Navegación Marítima estipula que
La protección contra subvoltaje del generador del barco la proporciona el disyuntor automático de aire delPérdida del retén de presiónLos valores de ajuste específicos y los requisitos de tiempo de acción son los siguientes:
| Tipo de protección | Umbral de acción de la tensión | tiempo de acción | objetivo de protección |
|---|---|---|---|
| Protección contra subtensión con retardo | Por debajo de la tensión nominal 70% a 80% | latencia 1 a 3s movimiento | Evita las fluctuaciones transitorias y garantiza la estabilidad de las unidades paralelas. |
| Protección contra subtensión sin temporización | Por debajo de la tensión nominal 35% a 70% | momentáneomovimiento | Responde a fuertes caídas de tensión y corta rápidamente las averías |
II. Análisis de las causas de las averías de subtensión del generador del buque
(i) Fallos en el sistema de excitación
- Corriente de excitación insuficiente:Un fallo del regulador de excitación o un ajuste incorrecto de los parámetros provoca una disminución de la intensidad del campo magnético y una disminución de la tensión.
- El devanado de excitación está cortocircuitado o desconectado:Esto provoca que la corriente de excitación no se transmita correctamente, lo que debilita la intensidad del campo magnético y disminuye la tensión.
- Fallo de diodos o escobillas (en sistemas de excitación rotativa):Daños en el diodo rectificador o mal contacto de las escobillas de carbón, lo que provoca la interrupción del circuito de excitación.
Durante el viaje de un carguero oceánico, el sistema de alimentación de cabina se alarmó de repente, mostrando que la tensión del generador principal bajaba a 320 V (la tensión nominal es de 400 V), lo que provocó que algunos equipos no funcionaran con normalidad. La inspección reveló que la salida de excitación del regulador era anormal y que la corriente de excitación era muy inferior al valor normal. En una inspección posterior se descubrió que el circuito interno del regulador estaba dañado, por lo que no se podía ajustar la corriente de excitación. Tras sustituir el regulador, la tensión del generador volvió a la normalidad.
(ii) Velocidad anormal del motor diesel
- Suministro de combustible insuficiente:Obstrucción del sistema de combustible o fallo de la boquilla del inyector, lo que provoca una potencia insuficiente del motor diésel y afecta a la velocidad del generador.
- Mal funcionamiento del regulador:La velocidad del motor diésel disminuye, lo que reduce la frecuencia de salida y la tensión del generador.
Durante una inspección previa al atraque, un petrolero descubrió que la tensión del generador había bajado a 370 V y la frecuencia había descendido a 47 Hz (nominal de 50 Hz). La inspección del motor diésel descubrió que la señal de realimentación del regulador es anormal, lo que provoca una disminución del régimen del motor diésel. Se reduce la velocidad del generador, lo que provoca una caída de la tensión de salida. Solución: Ajustar los parámetros del regulador, y limpiar el sistema de suministro de combustible, para que el motor diesel vuelva a funcionar a la velocidad nominal, la tensión también volvió a la normalidad.
(iii) Problemas de conexión eléctrica
- Cableado suelto:Si los terminales de las barras colectoras están sueltos, aumenta la resistencia y se produce una caída de tensión.
- Mal contacto:Los contactos de los disyuntores, relés o contactores están quemados, lo que hace que la salida de tensión sea inestable.
Durante una inspección rutinaria de un buque portacontenedores, se descubrió que la tensión del generador había estado por debajo de 380 V durante mucho tiempo. Durante la inspección, se descubrió que los terminales de conexión del generador al cuadro principal estaban sueltos, lo que provocaba un aumento de la resistencia y una caída de la tensión. Tras volver a apretar los terminales, la tensión se restableció a 400 V.
(iv) Carga excesiva o desequilibrio trifásico
- Sobrecarga de carga:La carga de la red del barco supera la potencia nominal del generador, lo que provoca una capacidad de carga del generador insuficiente y una caída de tensión.
- Dispositivos de alta potencia de carga repentina:Por ejemplo, los grandes compresores frigoríficos, los motores de propulsión y otros equipos de gran potencia se ponen en marcha de repente, absorbiendo una gran cantidad de energía eléctrica en poco tiempo, lo que provoca una fuerte caída de la tensión.
- Desequilibrio trifásico:Carga monofásica excesiva, que provoca un desequilibrio de tensión entre fases, lo que hace que algunas tensiones de fase caigan por debajo del rango de seguridad.
Un buque pesquero estaba realizando operaciones de pesca en alta mar cuando de repente notó que la tensión de salida del generador principal bajaba de 400 V a 360 V. Después se recuperó, pero ocasionalmente la caída de tensión volvía a producirse. La inspección reveló que la tensión caía unos 10% cada vez que se arrancaba el compresor frigorífico. Debido a la excesiva corriente de arranque del compresor frigorífico, el choque instantáneo provocaba la fluctuación de la tensión del generador. Solución: Optimizar la distribución de la carga, reducir el funcionamiento de otros equipos de alta potencia durante el arranque del compresor y añadir dispositivos de compensación de potencia reactiva para reducir las fluctuaciones de tensión.
III. Determinación y eliminación de averías de subtensión del generador del buque
(i) Juicio preliminar y tratamiento
El disparo de la protección contra subtensión del generador se produce principalmente en el fallo del regulador y del sistema de combustible o del regulador. Se puede hacer un juicio preliminar observando el fenómeno:
- 🚩 Fallo del regulador y del sistema de combustible que provoca subpresión: La sentencia se basa enLa caída de RPM se produce primero (Esto se puede escuchar por el sonido del motor diesel), después del viaje.
- 🚩 Fallo del regulador que provoca subtensión: La sentencia se basa enLa caída de tensión se produce primero (Esto puede verse por el cambio de brillo de la luz), tras lo cual se produce un disparo.
Flujo de tratamiento inicial: Respuesta (silenciamiento, parpadeo), reinicie el interruptor principal de la unidad disparada. Arranque la unidad de reserva y cierre la compuerta cuando la tensión y la frecuencia de la unidad de reserva alcancen valores normales. Detenga el motor principal de la unidad averiada y realice tareas de mantenimiento para eliminar la avería. La unidad reparada se utiliza como unidad de reserva.
(ii) Juicios específicos y pasos para la resolución de problemas
Para identificar con precisión la causa de una avería de subtensión, se pueden seguir los siguientes pasos para realizar una investigación detallada:
1 Paso 1: Confirmar que la subtensión es real
- Compruebe el indicador de tensión del cuadro principal y observe si está por debajo del valor nominal.
- Utilice un multímetro o un analizador de potencia para medir las tensiones de los terminales del generador y descartar fallos del medidor o falsas alarmas.
- Observe si las fluctuaciones de tensión son transitorias o subtensiones continuas.
- Compruebe si el sistema de alarma emite alarmas como subtensión, fallo de excitación, sobrecarga de carga, etc.
2 Paso 2: Comprobar si el sistema de excitación es normal
- Medición de la corriente de excitación:Mida la corriente de excitación, si es demasiado baja, el sistema de excitación puede estar averiado.
- Detección de AVR (regulador automático de tensión):Compruebe la configuración de los parámetros y verifique que la corriente de salida sea estable.
- Comprobación del bobinado de excitación y del diodo rectificador:Pruebas de resistencia de aislamiento y comprobación de tubos rectificadores en sistemas de excitación rotativa.
Solución de problemas:Sustituya el regulador o el diodo dañado.
3 Paso 3: Comprobación de cargas anómalas
- Dispositivos de alta potencia:Tenga cuidado con los arranques bruscos del motor en caso de subtensión.
- Capacidad de carga:Calcula si la carga supera el valor nominal (por ejemplo, un generador de 1.000 kW no debe superar los 900 kW).
- Equilibrio:Mide las corrientes trifásicas y soluciona los problemas de las cargas monofásicas demasiado altas.
4 Paso 4: Comprobar el estado de funcionamiento del motor diesel
- Detección de frecuencia:Si la frecuencia desciende (por ejemplo, 47 Hz), significa que el motor diésel tiene poca potencia, lo que provoca una subtensión.
- Suministro de combustible:Compruebe que el filtro no está obstruido y que los inyectores funcionan correctamente.
- Gobernador:Observe si la velocidad puede ajustarse suavemente.
5 Paso 5: Comprobar si hay contactos deficientes en el sistema eléctrico
- Comprobación de terminales:Mida la caída de tensión y la temperatura por infrarrojos para comprobar si hay sobrecalentamiento y ablación.
- Rompedores:Compruebe si los contactos están oxidados o quemados.
IV. Medidas preventivas contra las subtensiones del generador del buque
V. Pruebas de protección contra subtensiones del generador del buque - formación práctica
(i) Principio de prueba de la protección contra subtensiones
Cuando se lleva a cabo el ajuste de los parámetros de la protección contra subtensión, el circuito de prueba de la acción de protección contra subtensión se muestra en la Fig. 6-4. En primer lugar, ajuste el regulador a la posición cero, cierre el interruptor de puerta, aumente gradualmente la tensión de salida hasta la tensión nominal del generador, la bobina de pérdida de tensión se succiona eléctricamente, y luego cierre el interruptor principal del generador, y luego ajuste continuamente el regulador para que la tensión de salida caiga hasta el valor de acción de subtensión, el interruptor principal debe dispararse. El valor de acción de subtensión y el tiempo de retardo de acción se ajustan mediante el potenciómetro en el rectificador UVT.
Figura 6-4 Circuito de prueba de la acción de protección contra subtensiones
💡 Consejo de experto:Si sólo estás verificando el funcionamiento, puedes minimizar la corriente de excitación y ajustar manualmente el acelerador para reducir la velocidad, el interruptor principal debería dispararse cuando se alcance el umbral.
(ii) Ajuste y tratamiento de los fallos de subtensión del simulador de turbina
Dos escenarios principales para mejorar la destreza práctica utilizando un simulador de turbina:
Punto de fallo 1: Fallo del regulador
Fenómeno:Interruptor principal del generador disparado, generador no parado, tensión y frecuencia bajas.
Análisis:La disminución de las RPM provoca una subtensión (reconocible por el sonido y el frecuencímetro).
Procesando:Arrancar la máquina de reserva para combinar la alimentación y restablecer la carga paso a paso. Detenga la máquina averiada para reparar el limitador.
Punto de fallo 2: Fallo del regulador
Fenómeno:Interruptor principal del generador disparado, generador no parado, frecuencia normal, tensión baja.
Análisis:Caída de tensión por fallo del regulador (reconocible por el brillo de la iluminación).
Procesando:Encienda la unidad de reserva y apague la unidad averiada para reparar el regulador.
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