Испытание на перегрузку

I. Обзор перегрузок и коротких замыканий судовых генераторов

В морских системах электроснабжения небольшие сверхтоки обычно называются перегрузками; сильные сверхтоки (например, короткие замыкания) называются только сверхтоками. РазмещениеТок, в 1,1 раза превышающий номинальный ток генератора, называется небольшой перегрузкой.；1,5-кратное превышение номинального тока генератора называется большей перегрузкой.；Короткое замыкание известно как сильная перегрузка。

Основной причиной повреждения генератора является тепло и электродвижущая сила, возникающие при токе короткого замыкания, а тепло, возникающее при длительной работе в условиях перегрузки по току, приводит к разрушению изоляции. Допустимый диапазон рабочего тока генератора в основном определяется током, протекающим через обмотки якоря статора.

Нагрев генератора связан с величиной и длительностью тока, т.е. определяется тепловой мощностью генератора. Характеристики перегрузки генератора по току следующие: при 1,1-кратном превышении номинального тока генератора допустимое время работы не превышает 2 ч; при 1,5-кратном превышении номинального тока генератора не превышает 5 мин. В целом с точки зрения безопасности предусмотрены:При токе, в 1,1 раза превышающем номинальный ток генератора, допустимое время работы не должно превышать 15 мин; при токе, в 1,5 раза превышающем номинальный ток генератора, допустимое время работы не должно превышать 2 мин.

Защита генератора при автономной работе - это в основном защита от перегрузки по току. Для генератора, способного выдержать токовую перегрузку, ток в 1,1 раза превышающий номинальный ток генератора допускает время работы в течение 2ч, в 1,25 раза превышающий номинальный ток генератора в течение 30мин, в 1,5 раза превышающий номинальный ток генератора в течение 5мин. активная мощность перегрузки в основном зависит от типа тягового двигателя, чтобы определить дизельный двигатель в выдерживает 1,1 раза номинальную мощность допустимое время работы 2ч; в выдерживает 1,2 раза номинальную мощность 30мин; в выдерживает 1,35 раза номинальную мощность 5мин. так от самого генератора допускается определенное время перегрузки. Таким образом, от самого генератора допускается определенное время перегрузки, не требующее немедленного отключения главного выключателя.

II. Определение и устранение причин внешнего короткого замыкания судового генератора

(i) Обзор внешней защиты от короткого замыкания для судовых генераторов

Внешнее короткое замыкание генератора оказывает большое влияние на генератор и электрооборудование, поэтому при возникновении короткого замыкания защитное устройство должно быть быстро сработано. Однако, чтобы реализовать селективность защиты, также дается определенная задержка. Для защиты генератора от внешнего короткого замыкания Китайское классификационное общество "Спецификация классификации стальных морских судов" сформулировало следующие положения: защита генератора от внешнего короткого замыкания на судне должна быть оснащена защитой с задержкой короткого замыкания и защитой мгновенного действия при коротком замыкании. Когда ток короткого замыкания достигает 2~2,5 раз больше номинального тока, устройство защиты срабатывает с задержкой 0,2~0,6 с для автоматического отключения генератора; когда ток короткого замыкания достигает 5~10 раз больше номинального тока, устройство защиты должно срабатывать мгновенно для автоматического отключения генератора.

Важнейшим вопросом защиты от короткого замыкания в судовых электросетях (способность автоматически устранять повреждение при коротком замыкании в электросети) является селективность защитного устройства, которая означает, что при возникновении повреждения защитное устройство устраняет только поврежденную часть и не вызывает срабатывания предыдущего уровня защитного устройства. Это гарантирует, что другое оборудование, не подвергшееся повреждению, может продолжать нормально работать.

Чтобы обеспечить селективную защиту, обычно можно нажать кнопкупринцип времени和принцип действияВыполните ректификацию:

• Принцип времени:Это означает реализацию селективной защиты по разности значений уставок времени действия защитных устройств на всех уровнях. Время действия должно гарантированно ступенчато увеличиваться в направлении от энергопотребляющего оборудования к источнику питания. Для того чтобы максимально сократить длительность повреждения, время ближайшего включения силового оборудования должно быть как можно короче, чтобы добиться как быстрого устранения повреждений, так и обеспечения селективного действия передней и задней частей двух уровней защитных устройств, ключ заключается в правильном выборе разности времени действия передней и задней частей двух уровней защиты. Ключевым моментом является правильный выбор разницы во времени между передним и задним защитными действиями. Общая разница во времени для судовых электросетей составляет 0,15~0,58 с.
• Текущий принцип:Это означает реализацию селективной защиты за счет разницы в уставки тока действия устройств защиты на всех уровнях. Ток действия должен обеспечивать ступенчатое увеличение в направлении от энергопотребляющего оборудования к источнику питания. Чем ближе к источнику питания, тем выше ток действия. Преимущество использования принципа селективной защиты по току заключается в быстром срабатывании в случае короткого замыкания. Время действия зависит только от времени действия защитного устройства, обычно около 0,1 с. Его недостаток в том, что он часто подвержен ограничениям по токоотдаче выключателя и подвержен вмешательству внешних факторов, межуровневая координация также более сложная, поэтому он часто используется в качестве судовой энергосистемы.

Защита от короткого замыкания судовой электросети следует комплексному принципу, который включает в себя принцип времени и принцип тока. В главном распределительном щите и аварийном распределительном щите фидерный выключатель, как правило, не устанавливают с задержкой защиты от короткого замыкания, но больше используют принцип тока устройства типа автоматического выключателя, его электромагнитное мгновенное время расцепления до 0,02 ~ 0,05 с. В силовой сети конца (ближайшего к уровню силового оборудования), может быть использован предохранитель на конце сети и генератора для защиты от короткого замыкания.

(ii) Анализ причин внешних коротких замыканий в судовых генераторах

Основные причины внешнего короткого замыкания в морских генераторах обычно включают в себя следующее:

1. повреждение изоляции кабеля
Длительное использование старения: при длительной эксплуатации кабеля происходит старение изоляционного слоя, что приводит к короткому замыканию фаза-фаза или фаза-земля.
Эрозия от влаги или соляного тумана: на корабле влажная среда, и слой изоляции кабеля впитывает влагу или подвергается коррозии от соляного тумана, что приводит к утечке и короткому замыканию.
Механические повреждения: кабель подвергается внешним воздействиям в виде выдавливания, вибрации или царапин, что приводит к разрушению изоляционного слоя, образуя короткое замыкание.

2. короткое замыкание оборудования нагрузки
Короткое замыкание обмотки двигателя: изоляция обмотки статора или ротора двигателя повреждена, что приводит к короткому замыканию между фазами или витками.
Отказ отопительного оборудования: электрическое отопительное оборудование (например, котельные нагреватели, электронагреватели) из-за повреждения изоляции или стареющего короткого замыкания.
Короткое замыкание оборудования распределения питания: неправильная проводка или нарушение изоляции внутри распределительной коробки или шкафа управления, что приводит к короткому замыканию.

3. Отказ электрических компонентов
Перегорание автоматического выключателя, контактора: чрезмерный ток или старение оборудования, приводящее к истиранию контактов и короткому замыканию.
Ослабленные выключатели и соединительные клеммы: вибрация или длительная эксплуатация приводят к ослаблению клемм, вызывая короткое замыкание фаза-фаза или фаза-земля.
Отказ конденсатора и трансформатора: короткое замыкание конденсаторов фильтра или обмоток трансформатора, приводящее к отключению генератора.

4. сырость или загрязнение
Влажная среда: морское электрооборудование долгое время находится в условиях повышенной влажности, изоляция снижается, и оно легко подвергается короткому замыканию.
Скопление жира и пыли: внутри распределительных шкафов и распределительных коробок скапливается токопроводящая грязь, что приводит к короткому замыканию.

(iii) Определение внешних коротких замыканий в судовых генераторах

1. Предварительные суждения
Для электростанций с автоматическими системами управления станцией, когда происходит отключение главного выключателя генератора и главная сеть теряет питание, а от мотогондолы нет никакой реакции, кроме сигнала тревоги, и сигнал тревоги указывает на короткое замыкание, это означает, что произошло внешнее короткое замыкание генератора.
Для обычных электростанций, когда главный выключатель генератора отключился, и это отключение не происходит одновременно для запуска нескольких больших нагрузок, не при использовании судового грузового подъемника для погрузочно-разгрузочных операций, не при первом появлении падения скорости, а затем главный выключатель отключился, не при первом появлении падения напряжения, а затем отключился (по яркости ламп можно различить), можно в целом судить, что произошло в генераторе внешнее короткое замыкание. В целом, можно судить, что генератор внешний короткого замыкания неисправности, но также не исключает ошибки работы персонала заинтересованных, таких как генератор параллельной работы неправильный ток генератора достигает защиты от короткого замыкания значение настройки, это также возможно, что главный выключатель сам по себе неисправность вызвала отключение.

2. конкретные суждения
При возникновении внешнего короткого замыкания в судовом генераторе обычно наблюдается аномальное увеличение тока и срабатывание автоматического выключателя. Для точного определения места и причины повреждения можно использовать следующие методы:
(1) Наблюдайте за явлениями неисправности: отключение генератора, аварийная сигнализация (сигнал короткого замыкания от PMS), дым/горение кабелей или оборудования.
(2) Пошаговое исследование автоматического выключателя: после работы генератора в режиме холостого хода, чтобы убедиться в его нормальном состоянии, один за другим замыкайте выключатели ответвлений, чтобы увидеть, какой из них отключается после замыкания автоматического выключателя.
(3) Проверка сопротивления изоляции: используйте тестер сопротивления изоляции для измерения относительного сопротивления заземления и фазного сопротивления, при этом существует риск падения сопротивления ниже 1 MΩ.
(4) Проверка оборудования: обратите внимание на состояние кабеля, нагрузочного оборудования, а также на перегорание или замыкание контактов автоматического выключателя.

(iv) Устранение неисправностей внешних коротких замыканий в судовых генераторах

После обнаружения места короткого замыкания описанным выше способом устраните его с помощью следующих мер:
1. ремонт кабеля: замените поврежденный кабель, влажный кабель можно высушить с помощью электронагревателя или фена.
2. обслуживание оборудования: ремонт или замена неисправного оборудования и очистка загрязненных распределительных коробок.
3. подтяните ослабленные провода: убедитесь, что соединения надежны и что тепловизор может быть использован для обнаружения аномального повышения температуры.
4. замена поврежденных частей: замена на новые автоматические выключатели или предохранители и повторная настройка параметров защиты.

(v) Предотвращение внешних коротких замыканий в судовых генераторах

Регулярно проверяйте изоляцию, разумно используйте защитные устройства, содержите оборудование в чистоте и не допускайте перегрузки нагрузки.

(vi) практические учебные операции по устранению внешних коротких замыканий в генераторах судна

(1) С помощью симулятора турбины установите точку отказа, как показано на рис. 6-3, главный контур главного насоса морской воды замыкается, точка замыкания находится на входе автоматического выключателя главного насоса морской воды, а распределительный выключатель главного насоса морской воды не может быть отключен.

Рисунок 6-3 Интерфейс настройки параметров устройства защиты главного выключателя

(2) Наблюдаемые явления: срабатывание главного выключателя генератора, аварийный сигнал о неисправности генератора.
(3) Анализ: После устранения факторов неправильной работы, перегрузки и пониженного напряжения можно предположить, что произошло короткое замыкание.
(4) Найдите точку короткого замыкания: после снятия всех нагрузок поочередно замкните воздушный выключатель нагрузки, и генератор сработает при замыкании цепи главного насоса морской воды, чтобы определить точку внешнего короткого замыкания. В то же время определите, что сам распределительный выключатель главного насоса морской воды имеет неисправность или ошибку установки временных параметров.
(5) Устранение неисправностей: Снимите оборудование и восстановите подачу электроэнергии в сеть. Отремонтируйте главный распределительный переключатель насоса морской воды и точку короткого замыкания.

III. Определение причин перегрузочных неисправностей судовых генераторов и их устранение

(i) Обзор защиты генераторов от перегрузки на судах

Принципы защиты генератора от перегрузки для судов: с одной стороны, защитить генератор от повреждения; с другой стороны, обеспечить, чтобы подача электроэнергии не прерывалась, насколько это возможно. Поэтому защита генератора от перегрузки широко используетсяАвтоматическая защита от градиентной разгрузкиДругими словами, после перегрузки генератора автоматическое устройство разгрузки градации сначала разгрузит часть вторичной нагрузки, чтобы устранить явление перегрузки генератора, и выдаст сигнал тревоги. Если перегрузка не может быть снята в течение определенного периода времени, то для защиты генератора от повреждения устройство защиты от перегрузки должно выдать автоматический сигнал отключения генератора от перегрузки, чтобы снять генератор с шины.

Для кратковременной перегрузки генератора (перегрузка, вызванная запуском большого двигателя, одновременным запуском нескольких двигателей и коротким замыканием на удаленном конце электросети), устройство защиты должно предотвращать такую кратковременную перегрузку, т.е. защита от перегрузки должна иметь определенную характеристику задержки по времени. Для защиты генератора от перегрузки "Спецификация классификации стальных морских судов" предусматривает, что: для генератора без автоматического устройства разгрузки градации, когда перегрузка достигает 125%~135% номинального тока, защитное устройство задерживает 15~30 с действия, так что генератор автоматически отключается; для генератора с автоматическим устройством разгрузки градации, когда перегрузка достигает 150% номинального тока, защитное устройство задерживает 10~20 с действия, так что генератор автоматически отключается; для генератора с автоматическим устройством разгрузки градации, когда перегрузка достигает 150% номинального тока, защитное устройство задерживает 10 ~ 20 с действия. ~Для генераторов с автоматической градацией разгрузочного устройства, когда перегрузка достигает 150% номинального тока, защитное устройство будет задерживаться на 10-20s, так что генератор будет отключиться автоматически.

Защита судовых генераторов от перегрузок обычно осуществляется с помощью сверхтоковых реле в автоматических воздушных выключателях. Настройка тока действия приоритетного сверхтокового реле основана на защите генератора от перегрузки по току длительной выдержки времени. Например, номинальный ток судового генератора составляет 770 А, а его приоритетное реле сверхтока настроено на 90% тока длительной выдержки времени, тогда: ток длительной выдержки времени = 770 × 1,1 = 847 А, ток приоритетного отключения сверхтока = 847 × 0,9 = 762,3 А, ток приоритетного отключения сверхтока номинального тока генератора составляет 99%. приоритетное отключение сверхтока Настройка времени задержки требует не только согласования между собой настройки тока действия реле сверхтока и защиты генератора от перегрузки по току длительной задержки, но и хорошей координации настройки времени задержки. В реальной конструкции время задержки расцепителя большой выдержки обычно устанавливается на 15-30 с, поэтому время задержки реле сверхтока для приоритетного расцепителя должно быть установлено менее 15 с.

Приоритет отключения неважных нагрузок, как правило, регулируется в зависимости от характера нагрузки, размера мощности. Например, контейнеровоз делится на 2 уровня отключения: первый уровень отключает механические инструменты, кухонное оборудование, водопроводную машину и т. д.; второй уровень отключает питание рефрижераторных контейнеров. Приоритетность отключения нагрузки зависит от количества параллельно работающих генераторов и интенсивности нагрузки.

(ii) Анализ причин неисправностей генераторов при перегрузке на судах

Ошибка перегрузки судового генератора означает, что выходная мощность генератора превышает его номинальную мощность, что приводит к чрезмерному току, повышению температуры и даже срабатыванию защитного устройства. Ниже приведен анализ распространенных причин:

1. повышенные нагрузки, приводящие к перегрузкам
(1) Общая мощность нагрузки превышает номинальную мощность генератора: новое мощное оборудование или одновременный запуск нескольких устройств. Например, погрузочно-разгрузочные работы балкера, внезапная нагрузка вызвала отключение при падении напряжения.
(2) Ненормальная работа нагрузочного оборудования: блокировка двигателя, короткое замыкание или старение электрооборудования. Например, на химическом судне был поврежден подшипник балластного насоса, в результате чего сила тока превысила 35%.
(3) Недостаточная компенсация реактивной мощности: работа с низким коэффициентом мощности приводит к увеличению полного тока.

2. снижение выходной мощности генератора
Отказ системы возбуждения, ухудшение состояния или повреждение обмоток, отказ подшипников или системы охлаждения, а также отказ регулятора (что приводит к понижению напряжения и увеличению тока).

3. факторы операционной среды
Высокая температура окружающей среды, повышенная влажность или солевой туман, а также механическая вибрация приводят к ослаблению проводки.

4. Вопросы системы управления
(1) Неравномерное распределение нагрузки: при параллельном подключении нескольких агрегатов один из них берет на себя слишком большую нагрузку. Например, нефтеналивной танкер перегружается другим устройством из-за нештатной работы губернатора.
(2) Неисправность защитного устройства: слишком низкое значение настройки.
(3) Неправильная настройка параметров: например, PMS не может автоматически запустить резервную машину, что приводит к перегрузке и отключению работающей машины.

(iii) Определение неисправностей при перегрузке судовых генераторов

Перегрузка генератора, вызванная срабатыванием главного выключателя, как правило, возникает при работе одной машины с высокой нагрузкой, запуске больших нагрузок, одновременном запуске нескольких больших нагрузок или параллельной работе при отказе градуированной разгрузки и в других случаях. Методы суждения следующие:

• (1) Интуитивное суждение: обратите внимание на аномальное тепло, запах гари и сигнал тревоги на панели управления.
• (2) Измерение прибора: проверьте наличие аномального падения напряжения и превышения активной мощности.
• (3) Анализ нагрузки: имеется ли новое оборудование большой мощности или оборудование с одновременным запуском.
• (4) Метод испытания: постепенно уменьшайте нагрузку и наблюдайте за изменением тока, или замените параллельный тест генератора.
• (5) Журнал диагностики: просмотр истории PMS.

(iv) Устранение неисправностей перегрузок генераторов на судах

Регулировка распределения нагрузки, оптимизация работы (подключение к сети), проверка тепловой среды и калибровка настроек управления энергосистемой.

(v) Превентивные меры против неисправностей генераторов при перегрузке на судах

Регулярное измерение параметров, рационализация нагрузок, установка систем PMS и регулярное обслуживание оборудования.

(vi) практическая учебная операция по защите судовых генераторов от перегрузки

Защита от перегрузки (расцепление с большой задержкой) обычно имитируется с помощью калибратора главного выключателя, когда выключатель находится в положении “тест”. Процедура использования имитатора турбины следующая:
(1) Установите точку отказа: когда одна машина работает на повышенной мощности, включите другую большую нагрузку.
(2) Наблюдаемое явление: срабатывание главного выключателя, аномальная сигнализация.
(3) АНАЛИЗ: Определите индикацию приоритетного освобождения и оцените ее как перегрузку.
(4) Устранение неполадок: непосредственно закройте ворота, чтобы восстановить критическую нагрузку. Перед включением большой нагрузки включите и перейдите в режим ожидания, чтобы распределить нагрузку.