Når skibe opererer til søs, er pålideligheden af strømforsyningen i hele fartøjet direkte relateret til sikkerheden ved operationer og kvaliteten af opgaveafslutningen. Som kernekraftkilde for alt skibsudstyr spiller den stabile drift af skibets kraftværk en afgørende rolle. Et bestemt fartøj er udstyret med 5 moderne HFC-dieselgeneratorsæt på 770kW. Den anvender Kongsberg DC-20 automatiske kraftværksstyringssystem (PMS), som er ansvarlig for at overvåge elnettets status og automatisk styre kraftværket. Det kan opnå automatisk regulering af start, stop, nettilslutning og frakobling af generatorsættene.
Skibet har høje krav til strømforsyningssikkerhed i sine offshore-operationer. Under almindelig drift anvender den en netforbundet driftstilstand med tre enheder, og kraftværksdriften er indstillet til semi-automatisk. Skibets samlede belastning forbliver stabil på omkring 1.400 kW. Kraftværket har tre driftstilstande: I manuel tilstand afslutter vagthavende personale manuelt nettilslutningen og afbrydelsen af enhederne baseret på netbelastningen og enhedernes status. I semi-automatisk tilstand overvåger PMS den samlede effekt af elnettet i realtid. Når belastningen er unormal, afgiver den en alarm. Når det{12}}vagthavende personale har truffet en dom, udsteder de instruktioner, og PMS'en fuldfører automatisk de efterfølgende operationer. I automatisk tilstand styres alle drifter af kraftværket fuldt ud af PMS. Skibets strømforsyningsforhold er vist i figur 1.
Figur 1 viser strømforsyningsforholdet for skibe
I. Fejlfænomen
Under fartøjets sejlads var No. 2, No. 4 og No. 5 generatorsættene forbundet til nettet for drift, mens No. 1 og No. 3 generatorsættene var i en fjernstyret-kold standbytilstand. Kraftværket var i halv-automatisk tilstand. Den samlede belastning af hele fartøjet var ca. 1.400 kW med en enkelt-enhedsbelastning på ca. 57 %. Uden nogen driftsinstruktioner udstedt af-vagtpersonalet opstod fejlfænomenerne det ene efter det andet: Klokken 17:11:03 startede No. 1-generatorsættet automatisk og blev straks tilsluttet nettet til drift. Kl. 17:11:14 udsendte PMS en lavt brændstoftryk alarm for nr. 1 generatorsættet (trykket på tidspunktet for alarmen var 0,1 MPa). 17:12:10 blev alarmen nulstillet (trykket på tidspunktet for nulstilling var 0,16 MPa). Efterfølgende adskilte-vagtpersonalet No. 1-generatorsættet i semi-automatisk tilstand og rapporterede omgående den relevante situation til den-vagthavende tekniker. Denne funktionsfejl fik ikke hele skibet til at miste strøm, men den automatiske opstart- og nettilslutning af No. 1 generatorsættet uden instruktioner er en unormal tilstand. En grundig undersøgelse af årsagen er nødvendig for at sikre strømforsyningssikkerheden.
II. Analyse af fejlmekanismer
Baseret på arbejdsprincippet for dette fartøjs automatiske kraftværksovervågningssystem falder de potentielle årsager til den automatiske nødnettilslutning af No. 1 backupgeneratorsættet hovedsageligt i følgende tre kategorier, som alle er relateret til kernestyringsprincippet i PMS: "Sikring af, at nettilslutningskapaciteten for hele generatorsættet er større end netskibets belastning og forhindrer strømforsyning."
1. Unormal drift af generatorsættet
Hvis et enkelt generatorsæt på nettet oplever unormal omdrejningshastighed (fald, overhastighed), lavt smøreolietryk, lavt brændselsolietryk, for høj vandudløbstemperatur, eller hvis spændingen og frekvensen afviger fra standardområdet og udløser en alarm, kan det få generatorsættet til at lukke ned, hvilket resulterer i en pludselig reduktion af strømtab for hele fartøjet. På dette tidspunkt vil PMS'en automatisk starte standby-enheden og hurtigt oprette forbindelse til nettet for at sikre stabil strømforsyning til nettet.
2. Unormal betjening af hovedafbryderen
Hvis hovedafbryderen på et enkelt generatorsæt på nettet oplever unormal udløsning under parallelføring, afbrydelse eller normal drift, for at forhindre hele skibet i at miste strøm, vil PMS'en automatisk starte standby-enheden og fuldføre nettilslutningen. Der har været tilfælde af sådanne uregelmæssigheder: Under en bestemt offshore-operation, da No. 1-enheden blev frakoblet i semi-automatisk tilstand, fungerede hovedafbryderens kontrolenhed. Selvom det ikke forårsagede strømafbrydelse for hele fartøjet, blev standby nr. 5-enheden stadig automatisk startet og tilsluttet nettet.
3. Pludselig reduktion i strømforsyningen fra elnettet eller pludselig stigning i belastningen
Når strømnettets belastning af hele skibet pludselig stiger, eller strømforsyningen fra de-netproducerende enheder pludselig falder, starter PMS'en automatisk standbyenhederne for at sikre, at den samlede kapacitet af de net-tilsluttede enheder opfylder belastningsbehovet. Rederens samleskinne er opdelt i to sektioner, A og B, som kan opnå segmenteret strømforsyning. De to sektioner af samleskinnen styres uafhængigt af hinanden, og deres styrelogik stemmer overens med hele sektionens strømforsyning. Hvis der er en pludselig reduktion i strømforsyningen eller en pludselig stigning i belastningen i en sektion, vil det udløse den pågældende sektions standby-enhed til at starte og tilsluttes nettet.
III. Fejldiagnose og håndtering
1. Omfattende fejlfinding
Teknikere inspicerede de potentielle årsager til de ovennævnte-fejl én efter én, fra simple til komplekse, og eliminerede gradvist irrelevante faktorer. Den specifikke inspektionsproces er som følger:
• Undersøg personaledriftsfaktorer: Kommuniker fuldt ud med-vagtpersonalet for at bekræfte, at der ikke er nogen personalefejl i driften. Med hensyn til alarmen for lavt brændstoftryk i enhed 1, blev det analyseret, at det skyldtes den hurtige belastningsfordeling, efter at enheden hurtigt blev tilsluttet nettet, hvilket resulterede i en midlertidig mangel på brændstofforsyning i enhedens brændstofforsyningspumpe. Efterfølgende, da enhed 1 blev genstartet i henhold til den normale procedure, opstod denne alarm ikke igen, hvilket bekræftede rationaliteten af denne analyse.
• Tjek status for in-netværksenhederne: Udfør en detaljeret verifikation af kernedriftsparametrene (arbejdsspænding, strøm, frekvens, brændstoftryk, smøreolietryk, høj-temperaturvandsudløbstemperatur osv.) af 2#, 4# og 5# i-netværksenhederne. Alle parametre opfylder standarderne, og muligheden for, at PMS fejlagtigt starter standby-enhederne på grund af abnormiteter i-netværksenhederne, er udelukket.
• Inspektion af styrekredsløbet i enhed 1: Der blev gennemført en omfattende kontrol af komponenter, moduler og startkredsløb i det elektriske styrekredsløb i enhed 1 med fokus på kontrol af mellemrelæer og styremoduler i startkredsløbet. Ingen skader eller funktionsfejl blev fundet, og påvirkningen af unormale styrekredsløb i selve enheden blev udelukket.
• Inspicer komponenterne i overvågningssystemet: Kontroller strømtransformatoren i Kongsberg overvågnings- og alarmanlægget, hent anlæggets historiske registreringer, bekræft, at der ikke er nogen væsentlig udsving i den samlede strøm på hovedskinnen, og udelukk muligheden for systemfejl, forårsaget af detekteringsafvigelsen fra strømtransformatoren.
• Undersøg netbelastningspåvirkning: Kontakt hver position for at bekræfte start og stop af høj-effektudstyr i fejlperioden, bekræft, at intet høj-effektudstyr starter eller stopper i denne periode, og udelukke muligheden for nødsystemstart forårsaget af belastningspåvirkning.
2. Fejlplacering og håndtering
Efter at have elimineret ovenstående fælles faktorer, analyserede teknikerne yderligere i kombination med strømforsyningens layout på det tidspunkt: Da fejlen opstod, blev en enhed af A-sektionens samleskinne tilsluttet nettet, og to enheder af B-sektionens samleskinne blev tilsluttet nettet. Der strømmede ca. 700A strøm fra B-sektionen til A-sektionen gennem bindekontakten. Hvis bindekontakten fungerer unormalt eller er afbrudt, vil A--sektionens samleskinne opleve en situation, hvor "strømbelastningen overstiger enhedens strømforsyningskapacitet". På dette tidspunkt starter PMS'en A-sektionens standby-enhed 1 til at blive tilsluttet nettet, hvilket er i overensstemmelse med dets kontrolprincip.
Der blev udført en inspektion af bindekontakten, og det blev konstateret, at dens logiske kontrolenhed (Schneider MIC 5.0) havde åbenlyse abnormiteter: den interne batteristrøm var utilstrækkelig, og den trefasede strømvisning var ustabil og intermitterende. Kernefunktionen for denne styreenhed er at modtage det aktuelle signal, der er input fra afbrydersensoren, foretage en vurdering og derefter udsende instruktioner til aktuatoren (lukkespole, åbningsspole osv.) for at opnå kontrol af kontakthandling. Dens abnormitet får PMS til at fejlbedømme, at hovedfordelingstavlen har brug for segmenteret strømforsyning og derefter starte enhed 1.
Det tekniske personale har fastlagt, at bortskaffelsesplanen er at udskifte styreenheden til bindeafbryderen. De specifikke trin er som følger: Gennem hele processen vil der blive prioriteret at sikre stabil strømforsyning til hele skibet og at beskytte udstyrets sikkerhed
(1) Belastnings- og enhedsregulering: Afbryd ikke-kritiske belastninger, afbryd No. 4 generatorsættet, koordiner og reguler lastfordelingen af hele skibet og enhedernes strømforsyningskapacitet, reducer strømmen, der strømmer gennem tie-switchen til mindre end 10 % af den nominelle værdi (3200A), og afbryde strømmen under 0, når 15 strømmen falder til under A.
(2) Udskiftning af kontrolenhed: Træk bindekontakten ud af fordelingstavlen, fjern frontdækslet på afbryderen, træk forbindelsesbåndet mellem kontrolenheden og afbryderen ud, udskift den defekte kontrolenhed, og juster relæbeskyttelsens indstillingsværdi og indstillingstid for den nye kontrolenhed gennem drejeknappen.
(3) Systemgendannelse: Geninstaller bindekontakten, og ryst den ind i fordelingstavlen. Luk tie-kontakten, og hele fartøjet vil genoptage normal strømforsyning.
Efter en uges opfølgning-opstod der ingen unormal lukning eller åbning af generatorsættet igen, hvilket bekræfter, at fejlen var fuldstændig elimineret. Efter at fartøjet lå til kaj ved kajen, blev producenten kontaktet for at bruge Schneiders dedikerede instrument til at teste og kalibrere fejlkontrolenheden. Det blev konstateret, at det interne batteri var svigtet (med en nominel levetid på 5 år, men faktisk i brug i 8 år), og der var en 20A afvigelse i indstillingsværdien. Dette bekræftede yderligere årsagen til fejlen.
Iv. Konklusioner og forslag
Baseret på fejlfindingen, håndteringsprocessen af denne fejl og de efterfølgende verifikationsresultater, er følgende konklusioner og praktiske forslag draget for at give en reference til sikker drift af skibskraftværker:
1. Fejlhåndtering skal være videnskabelig og stringent: Efter denne fejl opstod, styrede teknikere roligt hele skibets last og enhedernes status. Gennem fejlfindingstilgangen "fra simpel til kompleks" identificerede de gradvist årsagen til fejlen, hvilket effektivt forhindrede den unormale udvidelse af strømforsyningen og sikrede sikkerheden for skibets navigation.
2. Der skal tages forholdsregler ved betjening af spændingskontakten: Før udskiftning af styreenheden til spændingskontakten, er det nødvendigt at afbryde spændingskontakten først. For at beskytte koblingsudstyret er det nødvendigt at koordinere lastfordelingen og enhedens effekt for at få koblingskontakten til at afbryde under lave strømforhold, samtidig med at der sikres kontinuerlig og pålidelig strømforsyning i hele skibet.
3. Vedligeholdelse af kontrolenheden kræver opmærksomhed på detaljer: Kontrolenheden i forbindelseskontakten er en integreret modulær enhed med høj pålidelighed, men dårlig vedligeholdelse. Efter en fejl skal den normalt udskiftes som helhed, og udskiftningsprocessen er forholdsvis enkel. Det skal bemærkes, at "H1"-chippen under denne kontrolenhed skal leveres separat af Schneider. Reservedele skal forberedes på forhånd.
4. Der er alternative planer for maritim nødberedskab: Under maritime operationer, hvis kontrolenheden ikke kan udskiftes eller repareres rettidigt, kan to nødforanstaltninger vedtages: Den ene er at bruge en segmenteret strømforsyningstilstand. Vagtpersonalet skal nøje overvåge belastningsændringerne på A- og B-skinnerne og være godt-forberedt til nødoperationer. Den anden er manuelt at låse slipskontakten efter at have lukket den (strømafbryderen har en indbygget -låsefunktion) for at forhindre, at bindekontakten tripper uventet.
5. Optimer strømforsyningstilstanden for at reducere skjulte farer: Der er flere elektriske enheder i sektion A og færre i sektion B. Det anbefales at anvende den nettilsluttede strømforsyningstilstand på "2 enheder i sektion A og 1 enhed i sektion B" i kritiske perioder som f.eks. søoperationer, navigation i smalle vandveje og anløb og afstigning ved kajen. I denne tilstand, selvom bindekontakten er i lukket tilstand, er strømmen, der strømmer gennem den, relativt lille. Selvom bindekontakten ikke fungerer, kan den stadig sikre kontinuerlig strømforsyning til hele skibet, hvilket minimerer strømforsyningsrisici og sandsynligheden for strømsvigt for hele skibet i størst grad.