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小型船舶電站系統(tǒng)調(diào)試及系泊試驗

2021-01-04 05:41左鼎李超柏君勵王杰吳漢波
中國水運 2021年12期

左鼎 李超 柏君勵 王杰 吳漢波

摘 要:電站系統(tǒng)是船舶最主要的系統(tǒng)之一,電站系統(tǒng)的調(diào)試試驗是系泊試驗的重要內(nèi)容。本文根據(jù)船舶電站系統(tǒng)系泊試驗相關(guān)規(guī)范要求,結(jié)合某小型船舶電站系統(tǒng)調(diào)試和系泊試驗中遇到的問題,詳細論述了電站系統(tǒng)系泊試驗的準備工作、試驗流程、試驗方法和注意事項,供相關(guān)技術(shù)人員參考,以確保電站系統(tǒng)試驗順利進行,各項性能指標(biāo)滿足試驗冊及相關(guān)標(biāo)準規(guī)范的要求。

關(guān)鍵詞:船舶電站;系泊試驗;穩(wěn)態(tài)特性;瞬態(tài)特性;電站監(jiān)控

中圖分類號:U665.12? ? ? ?文獻標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? 文章編號:1006—7973(2021)12-0062-04

船舶電站系統(tǒng)[1]包括柴油發(fā)電機組、主配電系統(tǒng)和電站監(jiān)控裝置等,是船舶的電力來源,為船上電氣設(shè)備提供電源。在系泊試驗階段需進行電站系統(tǒng)的調(diào)試及試驗[2],尤其是對于新設(shè)計的船型,若電站系統(tǒng)上船前未進行聯(lián)調(diào),則調(diào)試期間可能出現(xiàn)各種故障、問題[3-4]。通過對電站系統(tǒng)的調(diào)試,確保各設(shè)備間接口正確、信號暢通,保證發(fā)電機組及電站監(jiān)控設(shè)備工作的可靠性、穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性,為船舶供電質(zhì)量和航行安全提供保障。

某小型新研船舶配置2臺額定功率為90kW、額定電壓為390V的三相交流無刷同步發(fā)電機,電站系統(tǒng)部分設(shè)備為新研產(chǎn)品,各設(shè)備上船前未進行聯(lián)調(diào)。本文結(jié)合該船的電站系統(tǒng)調(diào)試及系泊試驗,詳細論述調(diào)試試驗的流程和方法。同時,對調(diào)試過程中可能存在的故障問題進行簡要的探討和分析,以供相關(guān)人員參考。

1試驗前準備工作

系泊試驗前,由試驗牽頭單位組織召開船舶電站系泊試驗協(xié)調(diào)會,明確試驗的流程、職責(zé)分工、站位安排等。技術(shù)人員進行試驗技術(shù)交底,專職安全管理人員宣講試驗過程中的安全注意事項及應(yīng)急預(yù)案等。

同時還應(yīng)做好下列準備工作:

(1)技術(shù)資料準備。主要包括:電力一次、電力二次、電站監(jiān)控、直流供電電氣系統(tǒng)圖和相應(yīng)接線圖,柴油發(fā)電機組、主配電板、電站監(jiān)控裝置、蓄電池和自動充放電裝置等設(shè)備(或系統(tǒng))的技術(shù)、使用和維修說明書、試驗冊等;

(2)調(diào)試儀表準備。準備試驗用儀器及設(shè)備(萬用表、兆歐表、相序表、轉(zhuǎn)速表、秒表、干式負載電阻箱等);

(3)調(diào)試前檢查。電工檢查發(fā)電機組、主配電板、電站監(jiān)控等設(shè)備安裝,保證設(shè)備安裝牢固;參照接線圖檢查電氣設(shè)備之間的接線;銘牌、標(biāo)牌等完整性檢查、相序一致性檢查、接地檢查、熱繼電器整定值檢查等。鉗工確保燃油、機油、冷卻水、排氣管路清潔、暢通。管路必須排列有序、連接牢固、密封可靠。

2系泊試驗過程

船舶電站系泊試驗包括絕緣電阻測量、機組安全保護及監(jiān)測報警、機組負載試驗、機組調(diào)壓特性試驗、電站試驗等。

2.1絕緣電阻測量

絕緣電阻測量分為冷態(tài)絕緣電阻測量和熱態(tài)絕緣電阻測量。冷態(tài)絕緣電阻在試驗前測量,熱態(tài)絕緣電阻在試驗結(jié)束后測量。

系泊試驗開始后,設(shè)備運行前應(yīng)測量主要電氣設(shè)備的冷態(tài)絕緣電阻。用兆歐表(500V)測量發(fā)電機組(發(fā)電機組定子繞組、發(fā)電機組防冷凝加熱器、輔機淡水預(yù)熱裝置、機油預(yù)供泵電動機、機旁控制箱等)、主配電板(匯流排對地及匯流排之間)和干式負載箱的冷態(tài)絕緣電阻。其中,發(fā)電機測量冷態(tài)絕緣電阻前控制器電源必須斷開,電機繞組應(yīng)全部放電,對地電位相同的電路應(yīng)相連,對地電位不同的電路應(yīng)斷開。若發(fā)現(xiàn)冷態(tài)絕緣電阻值(20℃時,冷態(tài)絕緣電阻≥2MΩ)過低,應(yīng)接通電加熱器開關(guān),加熱繞組、驅(qū)除潮氣、提高絕緣,保證絕緣電阻值滿足規(guī)范要求后才能開展下一步試驗。

在測量冷態(tài)絕緣電阻時,需重點關(guān)注干式負載電阻箱的冷態(tài)絕緣電阻值。通常,干式負載電阻箱是露天存放在躉船上,如果受潮或雨淋將導(dǎo)致干式負載電阻箱的冷態(tài)絕緣電阻降低或為零,不能滿足系泊試驗要求。因此,干式負載電阻箱在試驗過程中,既要打開散熱蓋及時充分散熱,又要做好防雨防潮措施,防止干式負載電阻箱的冷態(tài)絕緣電阻降低。

2.2機組安全保護及監(jiān)測報警試驗

絕緣電阻測試完畢后,進行機組安全保護及監(jiān)測報警試驗。

柴油發(fā)電機組安全保護系統(tǒng)設(shè)計如下報警功能:機組超速保護、滑油壓力過低、緊急停車(機旁)、緊急停車(主配電板)、發(fā)電機繞組溫度過高、滑油壓力低、冷卻水溫高7個報警點。

柴發(fā)機組監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計如下報警功能:冷卻水溫度高、機油溫度高、機油壓力低、燃油泄漏、蓄電池電壓低、淡水壓力低、機油壓力過低和超速報警停機8個報警點。

除緊急停車試驗需在發(fā)電機起機的工況下進行外,其它安全及監(jiān)測報警試驗均在停機工況下通過短接接線和使用模擬方法(壓力傳感器校驗儀、PTC溫度控制器等)實現(xiàn)上述故障報警。開關(guān)量直接用短接和斷開線路進行模擬。部分模擬量直接修改采集參數(shù)進行模擬。當(dāng)出現(xiàn)故障報警時,能在發(fā)電機組機旁控制箱發(fā)出聲光報警,并同步在主配電板發(fā)出聲光報警及電站監(jiān)控裝置顯示屏上顯示報警信息。當(dāng)測量值超過規(guī)定值范圍時,需檢查排除故障。進行此試驗時,須有設(shè)備廠家技術(shù)人員配合完成相關(guān)工作,如有故障,需及時查清原因并排除故障。

2.3機組負載及并聯(lián)運行試驗

安保及監(jiān)測報警試驗結(jié)束后,進行發(fā)電機組帶載試驗。試驗采用干式負載電阻箱(最大負載4500kw)作為負載。將干式負載電阻箱通過電纜連接到主配電板匯流排,將電阻箱信號線連接至筆記本電腦,通過電腦軟件控制負載加減操作及功率因數(shù)設(shè)置。

準備工作完成后,開始進行柴油發(fā)電機單機帶載試驗。分別給1、2號發(fā)電機組依次加25%、50%、75%、100%、110%負載,各個負載工況下,記錄滑油溫度及壓力、冷卻水溫度、排氣溫度、電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等參數(shù)值。在調(diào)節(jié)負載值時,應(yīng)平穩(wěn)緩慢有規(guī)律調(diào)整,不應(yīng)跨度過大,且不得跳躍加載,避免損壞柴油發(fā)電機。其中,25%、50%、75%負載需各運行10分鐘,100%負載需運行4小時,110%負載需運行1小時。帶載試驗過程宜連續(xù)進行,不間斷,以檢驗發(fā)電機組運行時各項性能參數(shù)的可靠性和穩(wěn)定性。100%負載結(jié)束后,應(yīng)測量發(fā)電機各部分的熱態(tài)絕緣電阻值。當(dāng)出現(xiàn)記錄數(shù)據(jù)與標(biāo)準值相差太大時,或者負載脫落時,應(yīng)立即停機檢查,查找原因,排除故障,重新進行負載試驗。

試驗中,電流會由滯后變?yōu)槌?,此時,功率因數(shù)由感性變?yōu)槿菪?。為保證電流的滯后狀態(tài),應(yīng)調(diào)整主配電板的調(diào)壓器,使功率因數(shù)維持在0.8左右(滯后)。

單機負載試驗結(jié)束后,在保證試驗結(jié)果正常的情況下,進行發(fā)電機組并車試驗,以20%額定負載為基準點,通過負載控制軟件調(diào)節(jié)并聯(lián)機組的負載,使有功功率和無功功率分配基本一致,均功后不允許進行二次調(diào)節(jié),然后單方向改變負載,20%→50%→75%→100%→75%→50%→20%,保持負載功率因數(shù)為0.8左右,運轉(zhuǎn)一定時間,測量并記錄每臺發(fā)電機的有功功率、電壓、功率因數(shù)、電流和頻率。有功功率及無功功率的分配需滿足試驗要求。

2.4機組調(diào)壓特性試驗

機組負載試驗結(jié)束后,保證試驗結(jié)果符合要求的情況下,進行機組調(diào)壓特性試驗。機組調(diào)壓特性試驗分為穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率和瞬時電壓調(diào)整率。

2.4.1機組穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率及電壓調(diào)整率的測定

通過穩(wěn)態(tài)調(diào)速率的檢查,確定機組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率范圍。柴油發(fā)電機組在調(diào)定的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率下穩(wěn)定運行,在額定負載時通過調(diào)節(jié)主配電板的電位器將電壓整定為額定電壓,保持功率因數(shù)0.8(滯后),調(diào)節(jié)負載控制軟件使機組負載從額定負載到空載(按照100%→75%→50%→20%→0順序調(diào)節(jié)負載),再從空載到額定負載(按照0→25%→50%→75%→100%順序調(diào)節(jié)負載),單方向緩慢變化,其測點不少于5點,并包括25%額定負載點,記錄各點的負載,電流、電壓和頻率值。在功率因數(shù)0.8(滯后)時,測量各個測點的穩(wěn)態(tài)電壓波動率。試驗結(jié)果中穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率|δu|≤2%,且所有機組的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率基本一致;穩(wěn)態(tài)電壓波動率應(yīng)不超過平均電壓的±0.5%。注意:功率因數(shù)為0.6(滯后)、0.9(滯后)時,額定負載需重新計算。具體計算方法為:通過功率因數(shù)0.8(滯后)時的額定功率P(此功率為有功功率,值為90kW)計算出視在功率S,視在功率S為112.5 kW。功率因數(shù)為0.6(滯后)時,用視在功率S乘以相應(yīng)的功率因數(shù)得到額定負載為67.5kW;功率因數(shù)為0.9(滯后)時,用視在功率S乘以相應(yīng)的功率因數(shù)得到額定負載為101.25kW。然后按照功率因數(shù)0.8(滯后)時的試驗步驟分別重復(fù)上述測試。

2.4.2瞬時電壓調(diào)整率測定及恢復(fù)時間測定

在機組的穩(wěn)態(tài)調(diào)壓率測定后,開始進行瞬時電壓調(diào)整率測定試驗。將柴油發(fā)電機組運行在額定轉(zhuǎn)速(1500r/min)和接近額定電壓(UN為390V)的空載狀態(tài)下,施加一個功率因數(shù)不超過0.4(滯后)、阻抗標(biāo)幺值為2的三相平衡負載(額定功率為90 kW的三相交流無刷同步發(fā)電機,經(jīng)計算可得,施加的電流為100A,施加的負載為27kW),調(diào)節(jié)負載控制軟件,輸入負載為27kW,待機組帶載運行穩(wěn)定后突卸該負載,記錄三相電壓和相電流的變化,記錄時間不少于10s。為減少單次試驗帶來的誤差,對瞬時電壓調(diào)整率測定試驗連續(xù)進行3次,記錄試驗結(jié)果并求取平均值。試驗結(jié)束后,試驗結(jié)果需滿足以下要求:發(fā)電機輸出端的電壓跌落突加該負載時,最低不超過-14%UN,突卸負載時,最高不超過+20%UN;電壓恢復(fù)并保持與最終額定電壓的偏差±1% UN(或3% UN)以內(nèi),所需時間不超過1s(或設(shè)定的0.75s)

2.5電站監(jiān)控系統(tǒng)試驗

電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)有:手動、半自動、自動三種控制方式,在主配電板上設(shè)置控制方式轉(zhuǎn)換面板,對控制方式進行選擇??刂品绞降膬?yōu)先順序為:手動>半自動>自動,系統(tǒng)發(fā)生故障時,不應(yīng)影響手動功能。電站監(jiān)控系統(tǒng)試驗包括半自動控制功能試驗、調(diào)頻調(diào)載試驗和自動控制方式試驗。

2.5.1試驗前準備工作

在試驗之前,由電站監(jiān)控裝置設(shè)備廠家技術(shù)人員根據(jù)接口協(xié)議,調(diào)試電站監(jiān)控裝置的程序,使得電站監(jiān)控裝置、主推進監(jiān)控裝置延伸報警箱和駕控臺監(jiān)視屏之間能夠同步接收和顯示安全及監(jiān)控報警信號、發(fā)電機組參數(shù)信息等。

用兆歐表(量程500V)測量電站監(jiān)控裝置的電源輸入端與地的冷態(tài)絕緣電阻和熱態(tài)絕緣電阻,其阻值均應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準規(guī)范要求。檢查各報警點報警的正確性和可靠性,檢查各測量點的測量精度,電壓、電流、功率的測量精度不大于滿量程的±2.5%,其他模擬量精度為1%。

2.5.2半自動控制功能試驗

在各項指標(biāo)滿足要求后,開始進行半自動控制功能試驗,將發(fā)電機組機旁控制箱的控制位置選擇開關(guān)置于“遙控”處,主配電板上的控制方式的選擇開關(guān)置于“半自動”位置,通過發(fā)電機組操縱面板(安裝于主配電板)上的按鍵人工手動進行啟動、合閘、分閘、停機等控制試驗,檢查控制功能的正確性和可靠性。

2.5.3調(diào)頻調(diào)載試驗

半自動控制試驗完成后,進行調(diào)頻調(diào)載試驗。在負載控制軟件上設(shè)置功率因數(shù)為0.8(滯后),額定功率為90kW,負載值設(shè)定順序為20%、50%、75%、100%、75%、50%、20%,除100%負載運行10分鐘外,其他負載運行5分鐘。試驗過程中記錄各機組的有功功率、頻率和功率因數(shù)。試驗結(jié)果需滿足下列要求:單機運行時,穩(wěn)頻精度為50±0.5Hz;雙機并聯(lián)運行時,有功分配精度≤±5%Pe,穩(wěn)頻精度為50±0.5Hz。

2.5.4自動控制方式試驗

試驗時,將發(fā)電機組機旁控制箱的控制位置選擇開關(guān)置于“遙控”處,主配電板上的控制方式的選擇開關(guān)置于“自動”位置。自動控制方式,指系統(tǒng)通過電站監(jiān)控軟件對柴油發(fā)電機組進行自動控制,對機組的狀態(tài)變化及故障進行自動處理,實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動運行。自動控制方式試驗包括自動起動及自動解列和停車兩項試驗。

(1)柴油發(fā)電機組自動起動。當(dāng)電網(wǎng)失電時,電站監(jiān)控系統(tǒng)將起動全部備用機組,先建壓(大于額定電壓的85%,頻率為50±0.5Hz)機組投網(wǎng);當(dāng)電網(wǎng)負荷增加至在網(wǎng)柴油發(fā)電機組額定總功率的90%,且持續(xù)30秒時,電站監(jiān)控系統(tǒng)將起動備用機組自動投網(wǎng);當(dāng)機組發(fā)生一類故障時,電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報警,并立即對故障機組解列、停車,同時自動起動并投入備用機組;當(dāng)機組發(fā)生二類故障時,電站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出聲光報警,同時自動起動并投入備用機組,故障機組自動進行負載轉(zhuǎn)移、解列和停車;具有三次起動功能,機組起動指令的發(fā)出不超過三次,當(dāng)三次起動均未成功時,送出起動失敗信號并鎖止再次起動。

(2)柴油發(fā)電機組自動解列和停車。當(dāng)電網(wǎng)負荷減小至在網(wǎng)機組30%Pe以下時,指定機組能自動解列,并延時1min 停車;在系統(tǒng)執(zhí)行功率減機功能前,可通過控制方式轉(zhuǎn)換面板上“1#優(yōu)先減機”按鈕指定1#柴油發(fā)電機組優(yōu)先解列,系統(tǒng)默認2#機組優(yōu)先減機。機組解列時,當(dāng)負載轉(zhuǎn)移至10%Pe以下發(fā)出分閘信號;機組解列時,若電網(wǎng)總負載又大于在網(wǎng)發(fā)電機組的90%Pe,則自動取消解列指令,并重新進入調(diào)頻調(diào)載;在解列過程中,除一類故障外,均能平滑的轉(zhuǎn)移負荷。

3 系泊試驗注意事項

(1)試驗區(qū)域內(nèi)不得安排燒焊、切割、打磨、涂刷油漆等影響試驗的工作;

(2)在參試設(shè)備周圍安放固定的、明顯的安全警示標(biāo)志,并在試驗過程中有專人看護,禁止非相關(guān)人員的接近;

(3)試驗前,電工操作人員需提前進行干式負載控制軟件的培訓(xùn),確保試驗順利進行;

(4)設(shè)備接線、維修及保養(yǎng)需在停機、斷電的情況下進行,嚴禁帶電操作;

4 結(jié)語

本文對船舶電站系泊試驗的流程、方法進行詳細論述,對試驗過程中的常見問題和注意事項進行分析和探討,以供相關(guān)人員參考和借鑒。對于新設(shè)計研發(fā)的船型,在開展系泊試驗前還需重點開展各設(shè)備間的對接接口檢查,以確保接口間通信暢通、信號傳遞無誤。

參考文獻:

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