Судов. Аварийные электростанции

Электрические станции серийных судов. Схемы электрических станций судов отличаются большим разнообразием. Это вызвано, во-первых, наличием судов различного назначения и типа и, во-вторых, традициями, существующими в различных проектных организациях, из-за которых электростанции, близкие по назначению и габаритным размерам судов, могут существенно отличаться.

В свое время была проведена работа по анализу и оценке схем электростанций судов внутреннего плавания и разработаны типовые схемы этих электростанций и требования к ним.

Так, Речной Регистр требует, чтобы на каждом самоходном судне было бы не менее двух основных источников электрической энергии, причем если этими источниками являются генераторы, то один из них должен иметь собственный независимый привод, а другой может быть валогенератором и т. д. Типовые схемы судовых электростанций с валогенераторами была приведена на рис. 38.

В типовой схеме электростанции (рис. 70), состоящей из трех дизель-генераторов G1, G2 и G3 (напряжением 230 или 400 В), генераторы и щит питания с берега (ЩПБ) подключаются на шины с помощью автоматических выключателей QF1–QF4. Секции шин соединяются между собой с помощью выключателей Q1–Q5. Схема электростанции предусматривает возможность как раздельной, так и параллельной работы дизель-генераторов. Приемники электрической энергии получают питание от двух секций шин ГЭРЩ.

Рис. 70. Типовая однолинейная схема судовой электростанции

с тремя дизельгенераторами

Электростанции судов смешанного плавания могут отличаться друг от друга еще и по тому, каким требованиям они удовлетворяют. Дело в том, что эти суда рассматриваются как речные суда с более тяжелыми условиями плавания или как морские суда с облегченными условиями плавания; этим и объясняются различия в требованиях.

В качестве примера рассмотрим электростанцию теплохода «Сормовский» (проект № 1557), отвечающего требованиям Регистра СССР. Грузоподъемность теплохода 2700 т, мощность силовой установки 970 кВт. В качестве основных источников электроэнергии на данном теплоходе используют три дизель-генератора ДГА50-9 с трехфазным синхронным генератором МС92-4 (50 кВт, 230 В, 1500 об/мин) с возбуждением от возбудителя.

В состав электростанции входят также два валогенератора, один из которых постоянного тока П92М (35 кВт, 230 В, 1150– 1500 об/мин) с приводом от гребного винта правого борта, другой– синхронный генератор МСК83-4 (50 кВт, 230В, 1350–1500 об/мин, 45–50 Гц) с самовозбуждением и АФК.

Кроме того, имеется дизель-генератор электропривода независимого пожарного насоса МС82-4,25 кВт (230 В, 150 об/мин) и ряд вращающихся преобразователей: переменного тока в постоянный с асинхронным электродвигателем АМ81-4 (25 кВт, 220 В, 1435 об/ мин) и генератором постоянного тока П72 (21 кВт), два преобразователя постоянного тока в переменный ППТ2,5 (2,5 кВт, 220/230 В).

На примере этой электростанции видно, что в прошедшие годы устанавливали валогенераторы разного рода тока, выполнялось взаимное резервирование и т. д. В настоящее время от установки валогенераторов на судах смешанного плавания отказались.

Другим более современным примером может служить электростанция сухогрузного теплохода (проект № 488А), грузоподъемностью 3000 тс, электрической установкой 1080 кВт, построенного в Португалии по Правилам и под надзором Морского Регистра.

Электростанция теплохода включает в себя три дизель-генератора ДГА100/750 с трехфазным синхронным генератором ГСС103-8М (100 кВт, 400 В, 750 об/мин), один из которых резервный.

Из однолинейной схемы этой электростанции видно что все три дизель-генератора G1, G2, G3 предназначены для параллельной работы. Шины с напряжением 400 В разделены на три секции. Две секции с неответственными приемниками для разгрузки генераторов могут быть отключены.

Питание приемников с напряжением 220 В осуществляется от специальных шин, которые получают питание от шин 400 В через трансформаторы Т1 и Т2 мощностью по 30 кВ·А каждый. Один трансформатор является резервным. Защита генераторов, трансформаторов и приемников осуществляется выключателями QF1 и QF2. Валогенераторы на теплоходе не установлены.

Изучение электростанций сухогрузных теплоходов можно завершить рассмотрением теплохода «Волга-4000». Электростанция судов этого типа включает в себя три дизель-генератора ДГР 2А 150/750 с синхронными трехфазными генераторами ГСС 114-8М (150 кВт, 400 В, 50 Гц, 750 об/мин). В схеме ГЭРЩ (рис. 71) предусмотрены следующие режимы работы судовой электростанции: длительная одиночная работа любого генератора на шины, длительная параллельная работа двух любых генераторов на шины, раздельная работа всех генераторов на свои секции шин, питание судовой сети от берегового источника электроэнергии, кратковременная параллельная работа любого генератора с береговым источником на время перевода нагрузки.

Рис. 71. Однолинейная схема судовой электростанции

сухогрузного теплохода типа «Волга-4000»

Кроме того, в случае необходимости возможна параллельная paработа всех трех дизель-генераторов. На теплоходе «Волга-4000» ГЭРЩ состоит из 10 секций: трех генераторных, пяти распределительных, секции питания с берега и секции управления.

Для включения генераторов на параллельную работу используется автоматическая точная синхронизация. В качестве резерва предусмотрена возможность ручной точной синхронизации с использованием стрелочного синхроноскопа.

Особенностью схемы СЭС является предусмотренная автономная работа одного из дизель-генераторов на подруливающее устройство. Дизель-генератор, работающий на подруливающее устройство, других нагрузок не несет.

Схемой СЭС предусмотрена автоматизация следующих процессов: автозапуск дизель-генератора устройством УВР, автозапуск аварийного дизель-генератора при исчезновении напряжения на шинах ГЭРЩ, автоматическая точная синхронизация и автоматическое включение на шины синхронизируемого генератора, автоматическое распределение нагрузок между параллельно работающими генераторами, автоматическое отключение неответственных приемников (две ступени).

В схеме ГЭРЩ также обеспечивается защита генераторов от токов КЗ, обратного активного тока, перегрузки, минимального напряжения. При питании с берега предусмотрена защита от обрыва фазы.

Некоторые особенности судовых электростанций нефтеналивных судов обусловлены повышенной пожароопасностью этих судов. Речной Регистр ограничивает напряжение в сетях освещения этих судов значением 127 В на судах, перевозящих нефтепродукты с температурой вспышки паров до 60°С, если не обеспечен автоматический непрерывный контроль состояния изоляции электрических сетей с подачей соответствующих сигналов. Речной Регистр также запрещает на этих судах применение систем распределения электрической энергии с использованием корпуса судна в качестве обратного провода, а также систем с заземленной нейтралью (при трехфазных цепях) или полюсом (при постоянном токе). Соединения с корпусом судна допускаются только для измерительных трансформаторов тока и напряжения и в устройствах измерения и контроля изоляции.

В качестве примера может быть рассмотрена электростанция танкеров отечественного проекта № 558 и болгарского проекта № 550. Оба танкера имеют грузоподъемность 5000 т, мощность энергетической установки 1470 кВт. Они спроектированы и построены по правилам Речного Регистра и имеют класс М.

Схемы электростанций этих танкеров схожи. В их состав входят три дизель-генератора с синхронными трехфазными генераторами SSED 409-8 (88 кВт, 225 В, 50 Гц, 750 об/мин) или с генераторами DGCS19-75 В/1 фирмы «Фимаг» с теми же номинальными параметрами. Схемой судовой электростанции предусмотрена параллельная работа дизель-генераторов.

На теплоходах установлены также два валогенератора типов СГД102-8В или ГС102-8 (75 кВт, 230 В, 50 Гц, 750 об/мин). Для питания сетей освещения и некоторых других приемников предусмотрен трехфазный трансформатор в сухом исполнении ТСЗ 15/0,5 (15 кВ·А, 220/133 В).

Речные ледоколы, как правило, имеют гребную электрическую установку, и это обусловливает устройство их электростанций. Во-первых, на ледоколе может быть две электростанции: специальная для гребной элетрической установки и общесудовая электростанция для питания всех остальных приемников. Во-вторых, электростанция на судне может быть единой как для ГЭУ, так и для всех приемников.

Специальная электростанция для ГЭУ при тех мощностях, какие имеются на речном флоте, выполняется на постоянном токе с номинальным напряжением главных генераторов 460 В и более. Управление гребными двигателями в этом случае осуществляется по системе генератор – двигатель. Цепи возбуждения, управления и вспомогательных двигателей (например вентиляторов) питаются от вспомогательных генераторов-возбудителей с напряжением не более 230 В. Общесудовая электростанция на таких ледоколах обычно выполняется с трехфазными синхронными генераторами напряжением 230 или 400 В в зависимости от их мощности. На судах прежней постройки общесудовая электростанция выполнялась и на постоянном токе напряжением 230 В.

Особенности единой судовой электростанции ледоколов показаны на примере структурной схемы электростанции дизель-электрического ледокола мощностью 4650 кВт, построенного в Финляндии по Правилам и под надзором Речного Регистра (рис. 72). Основными источниками электроэнергии на ледоколе являются три главных дизель-генератора с трехфазными синхронными генераторами G1, G2, G3 типа DKBL 632/06 (1800 кВ·А, 690 В, 50 Гц, 1000 об/мин). Эти генераторы передают энергию на шины напряжением 3×690 В, от которых получают питание наиболее крупные приемники – управляемые выпрямители гребных электродвигателей и электродвигатели нескольких мощных насосов. От этих же шин получают питание и синхронные электродвигатели M1, M2, МЗ типа DKLa 404/04 (440 кВт, 660 В, 1500 об/мин) трех вращающихся преобразователей (один из них резервный).

Синхронные трехфазные генераторы G4, G5, G6 типа DKBH 404/04 (500 кВ·А, 400 В, 50 Гц, 1500 об/мин) этих преобразователей передают выработанную ими электрическую энергию на шины напряжением 3×400 В, от которых получают питание большинство силовых приемников ледокола. На эти же шины отдает электроэнергию и стояночный дизель-генератор с трехфазным синхронным бесщеточным генератором типа DKBH 358/04 (350 кВ·А, 400 В, 50 Гц, 1500 об/мин), который, естественно, используется при стоянке главных дизель-генераторов.

Применение трех вращающихся преобразователей вместо трансформаторов вызвано необходимостью обеспечения электромагнитной независимости сетей 690 и 400 В с целью устранения помех, создаваемых при работе управляемых выпрямителей.

От шин напряжением 3×400 В получают питание три трехфазных трансформатора T1, T2, ТЗ каждый мощностью 100 кВ·А, 400/230 В. Вторичные обмотки этих трансформаторов подключены на шины 3×230 В, от которых получают питание сети освещения и некоторые другие приемники.

Технический флот – землесосы, многочерпаковые земснаряды, перегрузочные плавучие краны и другие суда имеют самые разнообразные электростанции, отличающиеся по роду тока, значению напряжения, мощности и системе распределения электроэнергии. Эти суда могут быть самоходными, т.е. иметь ГЭУ и единую общесудовую электростанцию, а могут иметь несколько электростанций различного назначения.

Особенностью электростанций судов технического флота является существенное различие по потребляемой мощности в рабочем технологическом режиме и при стоянке. Это различие вызвано достаточно большой мощностью технологического оборудования, которое при стоянке судна не работает. В ряде случаев может оказаться целесообразным предусматривать для каждого режима свой отдельный источник электрической энергии, обычно дизель-генератор, который бы в других режимах работы не использовался. Мощности источников могут настолько отличаться, что длительная совместная параллельная работа их будет просто нерациональной, а в ряде случаев и недопустимой (см. § 19).

В качестве примера рассмотрим судовую электрическую станцию плавучего крана грузоподъемностью 16 т (проект № Р108, Ленгипро-речтранса и Горьковского ЦКБ), выполненного по Правилам и под надзором Речного Регистра РСФСР и имеющего класс О.

В состав электростанции (рис. 73) входит один главный дизель-генератор типа ДГР 300/750 с трехфазным синхронным генератором G1 типа МСС375/280–750 (300 кВт, 400 В, 50 Гц, 750 об/мин) и один вспомогательный стояночный типа ДГА50-9 с трехфазным синхронным генератором G2 типа МСК83-4 (50 кВт, 400 В, 50 Гц, 1500 об/мин). Как видно, мощность главного дизель-генератора в 6 раз больше мощности вспомогательного. При таком соотношении мощностей длительная параллельная работа генераторов недопустима, а возможна лишь кратковременная работа при переходе с одного источника на другой без перерыва питания приемников.

На плавучих кранах, как правило, отсутствует параллельная работа главных дизель-генераторов. Отказ от параллельной работы объясняется повторно-кратковременным режимом работы приемников – асинхронных электродвигателей механизмов крана, их частыми пусками и электрическим торможением. Опыт эксплуатации первых кранов с двумя дизель-генераторами показал, что их параллельная работа достаточно неустойчива.

Рассмотрим электростанцию пассажирского теплохода (проект № 092-16), построенного в Чехословакии (рис. 74). Электростанция включает в себя три дизель-генератора с трехфазными синхронными генераторами G1, G2 и G3 типа SRED 639-10а (630 кВ·А, 400 В, 50 Гц, 600 об/мин). Схемой ГЭРЩ предусмотрена параллельная работа генераторов сиспользованием метода точной синхронизации при включении на параллельную работу. Для питания приемников напряжением 220 В предусмотрены два трансформатора: основной – мощностью 100 кВ·А, 380/230 В и резервный – 50 кВ·А, 380/230 В.

В схеме ГЭРЩ восемь секций: три генераторных, пять распределительных, в том числе и на напряжение 220 В. Схемой ГЭРЩ предусмотрена автоматизация следующих процессов: автозапуск дизель-генераторов, автозапуск аварийного дизель-генератора, автоматическая точная синхронизация и включение на шины любого генератора, автоматическое распределение нагрузок между параллельно работающими генераторами, автоматическое выключение неответственных приемников и необходимая защита генераторов.

Судовые аварийные электростанции. По действующим в настоящее время правилам каждое судно, которое эксплуатируется с экипажем, должно иметь аварийную электростанцию, то есть станцию, предназначенную для обеспечения электроэнергией, а также определенное число необходимых приемников при исчезновении напряжения на шинах ГЭРЩ. В качестве аварийных источников электрической энергии этими правилами разрешается использовать дизель-генераторы и аккумуляторные батареи.

Аварийный источник для каждого конкретного судна выбирают на основании технико-экономических расчетов. На стоечных судах: нефтестанциях, доках, плавучих мастерских при достаточном обосновании разрешается вместо одного аварийного источника использовать определенное число переносных аккумуляторных фонарей в исполнении, соответствующем типу судна. Естественно, в этом случае обеспечивается только аварийное освещение, поэтому переносные аккумуляторные фонари в качестве аварийных целесообразно использовать в тех случаях, когда на судне нет никаких других приемников, кроме освещения, которые надо обеспечивать электроэнергией в аварийном режиме.

Наименьшее время, втечение которого аварийная электростанция должна обеспечивать приемники электрической энергией, зависит от класса судна и его назначения. Различные органы надзора (например, Российский Речной Регистр) устанавливают несколько отличные значения времени работы аварийных источников. При использовании дизель-генератора в качестве аварийного источника электрической энергии он должен иметь систему автоматического пуска дизеля и включения аварийного генератора на шины аварийного электрораспределительного щита при исчезновении напряжения на шинах ГЭРЩ. По требованиям Речного Регистра промежуток времени с момента исчезновения напряжения до готовности генератора к приему 100%-й нагрузки не должен быть более 10 с при запуске дизеля с первой попытки. Схема автоматического пуска должна предусматривать возможность трех попыток пуска с промежутками между ними 5 с, при этом общее время пуска не должно превышать 45 с.

При использовании аккумуляторной батареи в качестве аварийного источника она должна иметь устройство автоматического включения ее в аварийную сеть при исчезновении напряжения на шинах ГЭРЩ, при этом автоматическое включение должно быть предусмотрено даже в том случае, когда батарея находится на зарядке.

На судах, имеющих в качестве основных источников электрической энергии генератор, навешенный на главный двигатель, и аккумуляторную батарею, работающую параллельно с этим генератором, отдельного аварийного источника электрической энергии не требуется при условии, что указанная аккумуляторная батарея по значению емкости и расположению отвечает требованиям, предъявляемым к аварийным источникам.

На пассажирских и грузопассажирских судах, оборудованных аварийным дизель-генератором, предусматривается дополнительная аккумуляторная батарея в качестве кратковременного аварийного источника электрической энергии, то есть такого источника, который предназначен для питания необходимых судовых приемников на время с момента исчезновения напряжения на шинах ГЭРЩ до начала работы аварийного дизель-генератора.

Аккумуляторная батарея, которая является кратковременным аварийным источником электрической энергии, должна также быть оборудована устройством автоматического включения ее в аварийную сеть при исчезновении напряжения на шинах ГЭРЩ и выключения – при появлении напряжения на шинах АРЩ. При этом автоматическое включение должно срабатывать даже в том случае, когда аккумуляторная батарея находится на зарядке.

В центральном посту управления судном или в ходовой рубке должен быть установлен указатель, сигнализирующий о степени разряда (в том числе и о предельной) любой аккумуляторной батареи, которая является аварийным или кратковременным аварийным источником электрической энергии. Аварийные и кратковременные аварийные источники электрической энергии должны иметь защиту только от КЗ. В случае использования в качестве аварийного источника дизель-генератора может быть применена такая схема, которая бы сигнализировала о его перегрузке.

Аварийный дизель-генератор, аварийный электрораспределительный щит, щит автоматизации аварийного дизель-генератора, механизмы, обслуживающие аварийный дизель-генератор, и цистерна аварийного запаса топлива устанавливаются в одном помещении. В этом же помещении допускается размещать стартерную аккумуляторную батарею для запуска аварийного дизель-генератора при условии выполнения требований Речного Регистра к размещению аккумуляторов в шкафах.

Аккумуляторная батарея, которая является аварийным или кратковременным аварийным источником электрической энергии, а также аварийный зарядно-распределительный щит должны находиться в отдельных помещениях, расположенных как можно ближе одно к другому. На судах классов М-СП, М и О – пассажирских и грузопассажирских, нефтеналивных самоходных, буксирах и толкачах для транспортировки наливного флота, а также на грузовых, самоходных судах грузоподъемностью 2000 т и более – помещения аварийных и кратковременных аварийных источников электрической энергии располагаются выше палубы переборок, вне шахт машинных и котельных отделений и в корму от таранной переборки. Выходы из этих помещений должны вести непосредственно на открытую палубу.

На всех судах классов Р и Л аварийные источники электрической энергии могут быть расположены в машинном отделении. Помещение аварийного дизель-генератора должно быть отапливаемым, чтобы был гарантирован безотказный пуск аварийного агрегата. Все аккумуляторные батареи с электролитом одного состава могут быть размещены в одном аккумуляторном помещении. Мощность аварийного дизель-генератора или емкость аварийной аккумуляторной батареи должны быть достаточными для питания всех установленных для данного судна и аварийного источника приемников в течение установленного времени.

При этом напряжение в конце работы аккумуляторной батареи, являющейся аварийным или кратковременным аварийным источником электрической энергии, должно быть не ниже 0,88 номинального значения. Электрические схемы аварийных электростанций (рис. 75) мало, чем отличаются от схем основных электростанций той же мощности и напряжения.

Рис. 75. Однолинейная схема аварийной электростанции грузового теплохода

Имеющиеся отличия вызваны особыми требованиями к ним органов надзора и классификации, в частности к защите аварийных источников электроэнергии и к питанию в нормальных условиях шин АРЩ от ГЭРЩ.