3. Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления на уровне управления

Электроэнергетическая установка - один из самых важных и ответственных комплексов любого современного морского судна. Подавляющее большинство механизмов и устройств на нем имеет электрические приводы и электрифицированные системы управления и защит. Прекращение или существенное нарушение режима работы судовой электростанции может полностью вывести судно из строя или даже создать условия, которые приведут к его гибели. От надежности электроэнергетической установки, стабильности параметров , вырабатываемой ею электроэнергии, наличия достаточного резерва мощности во многом зависят технико-экономические показатели судна. Поэтому общий прогресс мировой рыбной промышленности сопровождается значительными изменениями традиционных схем, систем управления и составов оборудования электростанций рыболовных и рыбообрабатывающих судов.

Электростанция рефрижераторного траулера типа "Грумант" выполнена на переменном токе 380В, 50Гц. Источниками электроэнергии являются дизель-генераторы.

Дизель-генераторы. В качестве приводных двигателей трех генераторов основной электростанции установлены дизели марки ДМ 625МТВН-40 фирмы Бурмейстер и Вайн. Это четырехтактный двигатель простого действия, тронковый, бескомпрессорный, нереверсивный с газотурбинным наддувом. Двигатель имеет быстродействующий центробежный регулятор прямого действия, предназначенный для поддержания постоянства частоты вращения. Мощность при частоте вращения 500 об/мин равна 375 кВт (510 л. с.).

Четвертый генератор, также входящий в состав основной судовой электростанции, приводится во вращение дизелем марки ДМ-325-МТВН-40, мощностью 187 кВт (255 л. с.) с частотой вращения 500 об/мин. Конструктивно этот дизель не отличается от трех предыдущих, но имеет три цилиндра. Дизель-генератор № 4 предназначен для работы на активный руль или на общие шины судовой электростанции. Для привода активного руля применен асинхронный электродвигатель специального исполнения, частота вращения которого регулируется изменением частоты тока. Для этого дизель-генератор № 4 имеет регулятор частоты вращения, который позволяет производить регулирование в пределах 350-500 об/мин, а генератор -систему возбуждения, обеспечивающую при работе на активный руль постоянство отношения напряжения к частоте.

Генераторы основной судовой электростанции изготовлены фирмой Триге в Дании. Они брызгозащищённого исполнения, с самовентиляцией, снабжены системами самовозбуждения и АРН. На первых экземплярах судов серии "Грумант" изоляция генераторов класса А, на последующих - класса В. Номинальные данные генераторов приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Характеристики генераторов

Тип генератора	AG-24/350	AG-23B
Мощность, кВт	425	210
Напряжение, В	400	400
Ток нагрузки, А	612	300
Частота, Гц	50	50
Напряжение возбуждения, В	50	50
Ток возбуждения, А	80	70
Коэффициент мощности	0,8	0,8
Частота вращения, об/мин	500	500

Для привода аварийного генератора применен дизель марки 41LB/III, четырёхтактный, безкомпрессорный, мощностью 55 кВт (75 л. с.) с частотой вращения 1500 об/мин.

Источником электроэнергии аварийной электростанции служит генератор типа MAB-18L мощностью 50 кВт с системой самовозбуждения и АРН. Запуск аварийного дизель-генератора автоматический, при исчезновении напряжения на ГРЩ. На плакате показана принципиальная однолинейная схема электроэнергетической установки ПРТ типа Грумант. Аварийный дизель-генератор изготовлен в Англии. Запуск дизель-генератора автоматизирован.

ГРЩ и система распределения электроэнергии. Главный распределительный щит расположен вдоль диаметральной плоскости судна по левому борту машинного отделения. Щит состоит из четырех генераторных и десяти распределительных панелей. На лицевой стороне генераторной панели установлены амперметр, вольтметр с двойной шкалой, ваттметр, частотомер с двойной шкалой, ламповый синхроноскоп, переключатели амперметра и управления серводвигателем, выключатель синхроноскопа и выключатель возбуждения, кнопки синхронизации, включения генератора помимо реактора и отключения генератора, две сигнальные лампы (Генератор включен, Генератор выключен).

Переключатель П2 служит для подключения генератора № 4 на шины электростанции или на активный руль. Переключатель П1 предназначен для подключения активного руля либо от шин электростанции (в этом случае частота вращения электродвигателя активного руля не регулируется), либо от генератора № 4. Оба переключателя рассчитаны на 300 А. Переключатель П2 имеет блокировку, не позволяющую производить переключения под напряжением.

На лицевой стороне распределительных секций ГРЩ установлены контрольно-измерительные приборы, переключатели, сигнальные лампы и кнопки управления. На секции активного руля предусмотрен омметр. Схема ГРЩ допускает раздельную и параллельную работу генераторов. Включение на параллельную работу производится методом точной синхронизации с помощью синхроноскопа и грубой полуавтоматически через реактор.

В цепи каждого генератора установлены токовые реле, которые в случае перегрузки отключают от шин ГРЩ щит неответственных потребителей (Щ1). Шины ГРЩ не имеют секционных автоматов. Это недостаток его компоновки, так как в случае выхода из строя какого-либо автомата или другого элемента схемы необходимо обесточивать весь ГРЩ.

Электроэнергия распределяется по фидерно-групповому принципу. Наиболее ответственные потребители получают питание по отдельным фидерам непосредственно от шин ГРЩ, менее ответственные - от распределительных щитов, которые, в свою очередь, подключены к групповым распределительным щитам. От групповых щитов получают питание: топливные насосы, вентиляция, сепараторы топлива, насос котельного топлива, воздуходувка котла, топливный насос форсунки и трансформатор зажигания котла. Эти щиты соединены с ГРЩ через контакторы, снабженные аварийными кнопками дистанционного отключения. От шин АРЩ-380 В получают питание шлюпочные лебедки, два пожарно-санитарных насоса, радио, радиолокатор и гирокомпас, от шин 220 В - общесудовое освещение, щит навигационных огней, пеленгатор, машинный телеграф, эхолот, освещение компасов, лампы светового телеграфа, сигнализация. Как видно из схемы, судовое освещение полностью питается от АРЩ, малое аварийное освещение - от аккумуляторных батарей 24 В. Малое аварийное освещение включается автоматически при исчезновении питания на шинах АРЩ.

Система самовозбуждения и АРН генератора. На судне применено самовозбуждение генераторов и замкнутая система автоматического регулирования тока возбуждения, действующая по отклонению напряжения генератора от заданного значения. Существенное преимущество системы самовозбуждения и АРН фирмы «Триге» перед широко распространенными системами амплитудно-фазового компаундирования, действующими по возмущению, заключается в том, что она реагирует на отклонение напряжения независимо от характера возмущающего воздействия.

Отказ от компаундирования потребовал создания регулятора, действующего в широком диапазоне возможных изменений напряжения. Поэтому система сравнительно сложна. Если она правильно настроена, погрешность поддержания постоянства напряжения на шинах электростанции составляет не более 1% во всем диапазоне нагрузок от нуля до номинальной при изменении коэффициента мощности от 0,4 до 1.

Система самовозбуждения и АРН состоит из возбудительной части и регулятора напряжения. В возбудительную часть входят: трансформатор, выпрямительное устройство, пусковое устройство с резисторами. Основные узлы регулятора напряжения: магнитные усилители, трансформаторы напряжения, дроссели, выпрямительные устройства, стабилизирующий трансформатор и ряд резисторов.

Начальное самовозбуждение генератора происходит от напряжения остаточного намагничивания, равного около 8 В. Для надежности самовозбуждения система имеет специальную пусковую цепь, в состав которой входят катушка токового реле с контактами и резисторы. В обесточенном состоянии контакты токового реле замкнуты, образуя дополнительную электрическую цепь на период начального возбуждения генератора. Замыкая часть первичной обмотки трансформатора на резисторы, ток контура возбуждения доводят до величины, достаточной для начального процесса самовозбуждения. Когда напряжение генератора достигает порядка 130 В, катушка токового реле, притягивая якорь, разрывает контактами цепь начального возбуждения. Далее, уже без пусковых резисторов, происходит надежное самовозбуждение генератора до установленного напряжения.

На заданном уровне оно поддерживается с помощью регулятора напряжения, состоящего из измерительной и усилительной частей.

Параллельная работа генераторов. На судах типа Грумант устойчивая параллельная работа генераторов достигается настройкой автоматических регуляторов дизелей и с помощью уравнительных соединений, включаемых через дополнительные трансформаторы тока. Это обеспечивает равномерное распределение соответственно активной и реактивной мощности.

Если один из генераторов, например № 1, превышает установленное напряжение и вырабатывает больший реактивный ток; то на его резисторы трансформаторы подадут дополнительное напряжение. Измерительная цепь регулятора будет действовать как при повышенном напряжении генератора - на уменьшение его тока возбуждения. Измерительная же цепь генератора № 2 через свои резисторы будет повышать его напряжение, давая импульс на регулятор, способствующий увеличению тока возбуждения. В результате происходит перераспределение реактивных токов.

Включение генераторов на параллельную работу по методу грубой синхронизации заключается в следующем. Дизелем генератор разгоняется до номинальной частоты вращения. Его ЭДС доводится до величины напряжения сети (система АРН должна выполнить это без участия обслуживающего персонала). Далее генератор подключают к шинам электростанции через реакторы, которые введены в каждую фазу. В течение 3-5 с генератор втягивается в синхронизм, после чего реакторы автоматически отключаются от схемы.

Для настройки системы самовозбуждения и АРН предусмотрен ряд регулировочных резисторов. Напряжение холостого хода генератора настраивается резистором грубо и более точно. Следует помнить, что при увеличении их сопротивлений напряжение холостого хода увеличивается, и наоборот.

На некоторых судах, где в схеме применены регулируемые резисторы для параллельной работы, распределение реактивных токов между генераторами можно производить этими резисторами. Установленные для них значения сопротивлений соответственно должны быть 10 и 7,5 Ом. Следует помнить, что при чрезмерном увеличении сопротивления резисторов параллельная работа генераторов будет неустойчивой, а регуляторы напряжений станут более чувствительными, что приведет к недопустимым колебаниям реактивных токов.

Характерные неисправности системы самовозбуждения и АРН. Генератор не возбуждается. Причиной может быть неисправность предохранителей ПР, выключателя возбуждения, обрыв в цепи пусковых резисторов, обрыв в рабочей обмотке магнитного усилителя, неисправность в обмотках силового трансформатора, обрыв в обмотке магнитного усилителя, пробой вентилей в блоке силовых выпрямителей . Для определения неисправности проверяют предохранители и выключатель возбуждения, далее омметром - цепь пусковых резисторов, рабочей обмотки магнитного усилителя, обмотки положительной обратной связи, исправность обмоток силового трансформатора и выпрямительного устройства .

Напряжение генератора падает до нуля при срабатывании токового реле. Причиной является неправильная настройка токового реле , которое должно срабатывать при напряжении генератора около 130 В. При срабатывании токового реле при меньшем напряжении генератор не возбудится. В случае срабатывания реле при напряжении больше 200 В может произойти пробой вентилей выпрямительного устройства .

Напряжение генератора колеблется около номинального значения. Причина - нарушение отрицательной обратной связи между обмоткой возбуждения генератора и контуром действительного напряжения. Следует проверить омметром цепь обратной связи, обратив внимание на плотность прилегания контактных соединений и на целость обмоток стабилизирующего трансформатора .

Напряжение генератора отличается от номинального , ручной регулировке не поддается. Прежде всего следует проверить предохранители. Причиной также может быть неравномерная загрузка фаз генератора или неисправность регулятора напряжения.

Загрузка электростанции в различных режимах работы судна. Стоянка в порту . Загрузка электростанции определяется в основном работой механизмов, обслуживающих дизель-генераторы, котельную установку, вентиляцию, рефрижераторную установку, камбуз и сеть освещения.

На ПРТ типа Грумант нагрузка в этом режиме составляет 130—160 кВт, коэффициент мощности 0,77-0,90. Режим работы судна во время стоянки в порту обеспечивается работой одного дизель-генератора мощностью 210 кВт. Однако, как правило, работает дизель-генератор мощностью 425 кВт. Это необходимо, чтобы надежно работала электростанция в период пуска периодически включаемых механизмов.

Переход в район промысла . Потребность в электроэнергии обеспечивается работой одного дизель-генератора мощностью 425 кВт. Нагрузка электростанции определяется работой механизмов, обслуживающих главную силовую установку, дизель-генераторы, котельную установку, рулевую машину, вентиляцию, камбуз, навигационные приборы и связь. Колебания нагрузки обусловлены в основном периодическим включением механизмов холодильной установки, охлаждения трюмов и грузовых устройств, при подготовке промыслового снаряжения. В этом режиме нагрузка электростанции составляет 200-250 кВт, коэффициент мощности 0,65-0,81.

Промысловый режим. Работают механизмы, обслуживающие главную силовую установку, дизель-генераторы, рулевую машину, котельную установку, рефрижераторную установку, насосы гидравлики, обеспечивающие работу траловой лебедки. Работают рыбофабрика, рыбомучная установка, освещение, камбуз, вентиляция, навигационные приборы и связь. Нагрузка электростанции составляет 450-800 кВт, коэффициент мощности 0,7-0,8.

Стоянка у плавбазы. Работают два дизель-генератора (генераторы 425 и 210 кВА), однако запускается еще один дизель- генератор мощностью 425 кВА. Отличительная особенность этого режима - энергетическая установка находится в постоянной готовности, поэтому некоторые механизмы работают вхолостую, подключен активный руль.

Источниками переменной нагрузки на электростанцию являются кратковременные включения холодильной установки охлаждения трюмов и работа гидравлической насосной станции на грузовые лебедки. Нагрузка находится в пределах 250—400 кВт, коэффициент мощности 0,7—0,75.

Переход судна с промысла. Работают механизмы, обслуживающие главный и вспомогательные двигатели, котельную установку, рулевую машину, рефрижераторную установку, камбузное оборудование, освещение, радионавигационные приборы и связь. При переходе судна с промысла в отличие от перехода его на промысел действует холодильная установка, поддерживающая температуру в трюмах. Нагрузка электростанции составляет 240-400 кВт. Как правило, работают два дизель-генератора, коэффициент мощности 0,7—0,88. В таблице 3.2 представлены усредненные данные, полученные в результате рейсооборота в район тропиков.

Таблица 3.2 Нагрузка электростанции

Режим работы судна	Загрузка электростанции, кВт	Количество генераторов, шт.	Коэффициент мощности
Переход на промысел	200	1X425	0,65-0,8
Промысловый режим	502	2X425 1X210	0,7-0,8
Стоянка у плавбазы	271	1X425 1X210	0,7-0,75
Переход с промысла	241	1X425 1X210	0,7—0,88
Стоянка в порту	158	1X425	0,77—0,9

Таким образом можно сделать вывод, что применённая судовая электростанция с самовозбуждением генераторов и замкнутой системой автоматического регулирования тока возбуждения, действующая по отклонению напряжения генератора от заданного значения, позволяет выполнять судну поставленные передним задачи.

ВЫВОДЫ

Главные дизель-генераторы приняты по прототипу. В качестве приводных двигателей применены 3 дизеля марки ДМ 625МТВН-40 фирмы Бурмейстер и Вайн с мощность 375 кВт при частоте вращения 500 об/мин и дизель ДМ-325-МТВН-40 мощностью 187 кВт. Генераторы фирмы Триге AG-24/350 и AG-23B мощностью 425 и 210 кВт. Приводом для аварийного генератора применен дизель марки 41LB/III мощностью 55 кВт работающим на генератор типа MAB-18L мощностью 50 кВт.

Главный распределительный щит расположен вдоль диаметральной плоскости судна по левому борту машинного отделения и обеспечивает всех потребителей необходимой электроэнергией.

Применённая система самовозбуждения генераторов и замкнутая система автоматического регулирования тока возбуждения, действующая по отклонению напряжения генератора от заданного значения, позволяет выполнять генераторам непрерывно обеспечивать потребители электроэнергией.

Разработанная электростанция отвечает всем требованием обеспечения потребителей судна установленными видами электроэнергии в режимах эксплуатации судна и в аварийных ситуациях осуществляет подачу электроэнергии на аварийные потребители без перебоев.