Защиты дизельной электростанции и аварийные отключения двигателя

Какие датчики стоят на агрегате и что контролирует каждый?

Набор датчиков задаёт стандарт на устройства управления. По ГОСТ ISO 8528-4-2011, п. 6.4 двигатель должен быть снабжён датчиком давления масла; тахометр и датчики температуры ставят по согласованию изготовителя с потребителем. Пункт 6.3 перечисляет контролируемые параметры: снижение давления масла, превышение частоты вращения, температуру охлаждающей жидкости и повреждение ремня вентилятора у двигателей воздушного охлаждения. В зависимости от применения дополнительно контролируют уровень охлаждающей жидкости и температуру отработавших газов.

В руководстве на электроагрегаты АД-60 и АД-100 перечислены датчик давления масла, отдельный датчик аварийного давления масла, датчик температуры и датчики аварийной температуры масла и охлаждающей жидкости. У двигателей ЯМЗ-536 - датчики частоты вращения коленчатого и распределительного валов, давления и температуры масла, температуры охлаждающей жидкости, давления топлива в рампе.

По какому параметру останавливается двигатель?

ГОСТ 33115-2014, п. 6.3.13 требует, чтобы аварийная защита и аварийно-предупредительная сигнализация установок 1-й и выше степеней автоматизации срабатывали при достижении предельных значений параметров: сопротивления изоляции, давления масла, температуры охлаждающей жидкости или масла и т. п. Перечень и предельные значения задают стандарты или технические условия на конкретный тип. По п. 6.3.14 система автоматизации останавливает первичный двигатель исполнительными устройствами.

ГОСТ ISO 8528-4-2011, п. 6.3 описывает три варианта реакции на выход параметра за предел: только сигнализация, сигнализация со сбросом нагрузки, сигнализация с немедленной остановкой. Числа в таблице взяты из руководств на конкретные двигатели и агрегаты и общей нормой не являются. Руководство на двигатели ЯМЗ-536 предупреждает прямо: электронная система управления защищает двигатель от превышения допустимых частоты вращения и температуры охлаждающей жидкости и от снижения давления масла, а «В СЛУЧАЕ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ, ОСТАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ АВТОМАТИЧЕСКИ».

На АД-315 при температуре охлаждающей жидкости выше 100 °C отключается силовой автомат, двигатель 120 секунд работает на холостом ходу, затем включается механизм уменьшения подачи топлива до останова. По давлению масла ниже 1 кг/см2 и по превышению оборотов щит останавливает двигатель без холостого хода.

Защиты генератора по току, напряжению и частоте

ГОСТ 33115-2014, п. 6.3.12 требует защищать генератор, аппаратуру и приборы от токов короткого замыкания и перегрузок выше допустимых. По ГОСТ ISO 8528-4-2011, п. 6.2.1 защиту от КЗ обеспечивают автоматическим выключателем с расцепителем максимального тока.

Пределы по напряжению и частоте задаёт потребитель: п. 6.2.5 обязывает его указать эти пределы и требования к защите по ним, а автоматическая разгрузка по частоте должна быть предусмотрена. Пункт 6.2.3 добавляет защиту от пониженной частоты вращения, п. 6.2.6 - защиту цепей управления от сверхтоков, п. 6.2.7 - защиту от замыканий на землю.

Числа смотрят в руководстве на контроллер. Заводские значения по умолчанию у SmartGen HGM6100N: 264 и 196 В по напряжению генератора, 57,0 и 45,0 Гц по частоте, 1710 и 1200 об/мин по оборотам. Там же 98 °C по температуре, 103 кПа по давлению масла и 120 % от номинала с выдержкой 30 с по току. Под конкретный агрегат их задают при наладке.

Глава 3.2 ПУЭ относится к шестому изданию и по п. 3.2.1 распространяется на электроустановки выше 1 кВ; защита сетей до 1 кВ вынесена в главу 3.1. Защиту генераторов до 1 кВ мощностью до 1 МВт п. 3.2.50 предписывает выполнять автоматическим выключателем с максимальными расцепителями: при незаземлённой нейтрали в двухфазном исполнении, при глухозаземлённой - в трёхфазном. Перечень из п. 3.2.34 написан для турбогенераторов выше 1 кВ мощностью более 1 МВт; на щит высоковольтной ДГУ его переносят только по проекту.

При параллельной работе п. 6.2.4 требует оснастить защитой от обратной мощности все электроагрегаты: реле фиксирует обратный момент, когда машина начинает потреблять мощность от шин. Пункт 5.11.2 включает это устройство в комплект автоматической синхронизации. Остальные условия - в статье про параллельную работу ДГУ.

Аварийная кнопка остановки: почему её цепь не идёт через контроллер?

В фонде Росстандарта нет документов с обозначением 8528-13: поиск по порталу даёт ноль результатов. Перечень частей комплекса во введении к ГОСТ ISO 8528-4-2011 заканчивается частью 12. Требования к аварийному останову берут из этого стандарта и документации на агрегат. По п. 5.12 нужно устройство, прекращающее подачу топлива в камеру сгорания; оно остаётся в положении «СТОП» до полной остановки двигателя. При превышении предельных оборотов допускается дополнительный воздушный клапан отсечки. После срабатывания от автоматической защиты устройство переводят в рабочее положение вручную.

Смысл отдельной цепи виден из руководства на АД-315: для экстренного останова при отказе системы аварийной защиты две воздушные заслонки закрывают вручную, кнопками на корпусе каждой. У Deep Sea DSE7200/7300 вход аварийного останова нормально замкнут на плюс батареи; снятие плюса немедленно останавливает агрегат и убирает питание с выходов Fuel и Start модуля. У SmartGen HGM6100N клемма 3 - аварийный останов через кнопку, и топливное реле и реле стартера получают плюс от этой клеммы.

Нормы, которая предписывала бы такую схему, нет. При приёмке это проверяют по документации своего контроллера: по схеме смотрят, что цепь кнопки снимает питание с исполнительных устройств помимо логики модуля. Остальное о модулях - в материале про контроллеры ДГУ.

Отключение защиты: что на самом деле требует ГОСТ 33115-2014

Пункт 6.3.13 заканчивается фразой: «должно быть предусмотрено ручное отключение защиты и возможность работы при отключенной защите и исключено непреднамеренное (случайное) отключение защиты». Это требование к конструкции установки, адресованное изготовителю. Разрешения снимать защиту на объекте пункт не даёт.

Как это сделано у производителей, видно по Deep Sea DSE7200/7300. Режим Protections Disabled задают в конфигураторе, он выводит надпись на дисплей и включается обычно ключевым выключателем для защиты от случайной активации. Вход аварийного останова при этом продолжает работать. Тот же смысл у ПУЭ, 6-е издание, п. 3.2.33: устройства релейной защиты, выводимые из работы, должны иметь приспособления для вывода оперативным персоналом.

Штатный режим с отключённой защитой описывает изготовитель и только для своей машины. В руководстве на АД-60 и АД-100 такой пункт один: при температуре окружающего воздуха выше +30 °C автоматическая защита может быть отключена, и тогда контроль за агрегатом ведёт оператор. Переносить это на другие машины нельзя.

• Шунтирование датчиков, перемычки на их клеммах, обход цепей защиты и вывод из работы аварийной кнопки запрещены.
• Заводские уставки меняют только по руководству производителя и фиксируют в документации.
• Проверять защиту имитацией аварии, замыканием цепей накоротко и пуском «до срабатывания» нельзя.
• Работа под напряжением и вскрытие клеммных коробок на работающем агрегате запрещены: цепи проверяют на остановленном и обесточенном агрегате.
• Проверку, настройку уставок и работы в цепях выполняет аттестованный персонал: руководства на АД-60, АД-100 и АД-315 требуют группу по электробезопасности не ниже III. Допуск разобран в статье про персонал ДГУ.
• При ложных срабатываниях агрегат выводят из работы и ищут причину; наладку и ремонт ДГУ ведут по документации изготовителя.

Сигналы в диспетчерскую и проверка защит при ТО

По п. 6.3.14 ГОСТ 33115-2014 аварийный останов сопровождается световым сигналом на щите; звуковой добавляют по требованию заказчика. В задании на щит обычно перечисляют сухие контакты на группы сигналов: авария с остановом, предупреждение, готовность, работа.

Порядок проверки при обслуживании:

1. Проверьте схему защиты и сигнализации на остановленном и обесточенном агрегате: питание цепей, провода, клеммы.
2. Сверьте уставки датчиков с руководствами на двигатель и на агрегат. В руководствах на АД-315, АД-60 и АД-100 проверка схемы отнесена к сезонному обслуживанию, уставок - через одно сезонное обслуживание.
3. Измерьте установившееся отклонение напряжения и частоты и сопротивление изоляции.
4. Проверьте действие аварийной кнопки и ручного стоп-устройства по методике изготовителя.
5. Запишите результаты в журнал; плановое ТО ДГУ без этой проверки неполное.

Испытание аварийной защиты и сигнализации входит в приёмо-сдаточные испытания ОТК изготовителя (таблица 11 ГОСТ 33115-2014).

Частые ошибки при работе с защитами дизельной электростанции

Первая ошибка - считать уставки универсальными. По руководству на двигатели ЯМЗ-536 сигнал аварийной температуры включается в диапазоне 103-108 °C при рабочих 80-100 °C. У ЯМЗ-238ДЕ рабочий диапазон 75-90 °C с кратковременным повышением до 95 °C.

Вторая - менять уставку при первом срабатывании вместо поиска причины. Руководство на ЯМЗ-238ДЕ после длительной эксплуатации допускает падение давления масла не ниже 300 кПа на номинальной частоте; дальнейшее снижение требует диагностики.

Третья - путать сигнал и останов. Часть параметров по ГОСТ ISO 8528-4-2011 заявляют только на сигнализацию, и незамеченный сигнал оставляет агрегат работать до поломки.

Четвёртая - собрать группу под будущую синхронизацию без реле обратной мощности.

Пятая - глушить агрегат под нагрузкой аварийными органами. Руководство на АД-315 запрещает нормальный останов нагруженного агрегата тумблером ПУСК-ОСТАНОВ. Если после ложного срабатывания двигатель не заводится, порядок поиска описан в статье про отказ пуска.

Лист сверки защит и аварийных остановов на объекте

• Перечень параметров и пределов из технических условий, сверенный с руководством на двигатель.
• Отметка по каждому параметру: сигнал, сброс нагрузки или остановка.
• Протокол приёмо-сдаточных испытаний аварийной защиты и сигнализации.
• Схема цепи аварийной кнопки с действием на исполнительные устройства.
• Орган ручного отключения защиты, защищённый от случайного нажатия, и запись, кто им распоряжается.
• Журнал проверок уставок с исполнителями и их группой по электробезопасности.

Подберём ДГУ под нагрузки объекта и смонтируем щит с нужным набором защит: смотрите каталог ДГУ.