МОДЕРНИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ БМСТ «ЯУЗА»

Р. С. Фомичев
e-mail: ses@npcses.ru

  В сентябре 1974 г. на Херсонском судостроительном заводе был спущен на воду ледокольно-транспортный сухогруз «Яуза» с электродвижением. Он был одним из пяти судов пр. 550, относящихся к типу «Капитан Мышевский» (2-я серия типа «Амгуема»). Данные суда работали в составе Дальневосточного и Мурманского морских пароходств ММФ СССР. Два судна 2-й серии херсонской постройки были переданы ВМФ СССР (дизель-электроход «Яуза») и Госкомитету по гидрометеорологии и гидрологии СССР («Михаил Сомов»).

Основные характеристики судна до модернизации.
Валовая вместимость, рег. т 7457—8108
Основные размерения, м:
Длина 133,0
Ширина 18,8
Высота борта 11,6
Осадка 9,1
Главные дизель-генераторы
Количество 4
Марка 10ДН20,7/25,4 (СССР)
Суммарная мощность, л. с. (кВт) 7200 (5300)
Cкорость хода, уз 14,9/16,4
Вместимость 4 грузовых трюмов, м3 1818, 2785, 3047 и 1656
Грузоподъёмность 8 грузовых стрел, т 6х5 и 2х10
Экипаж, чел. 55 + 12


  Большой морской сухогрузный транспорт (БМСТ) «Яуза» 2 февраля 1975 г. был включен в состав ВМФ СССР, и на нем поднят Военно-морской флаг. Основная задача этого судна заключалась в снабжении воинских портопунктов на Севморпути, в том числе обеспечении жизнедеятельности полигона Новая Земля. За 33 года арктической навигации судном пройдено большое количество морских миль и перевезены тысячи тонн различных грузов.

  В 2008 г. по заказу Министерства обороны РФ начались работы по модернизации судна на территории судоремонтного завода «Нерпа». Подрядчиком для технического сопровождения заказа выступило КБ «Вымпел».

  В 2009 г. в качестве исполнителя ра- бот по изготовлению и испытанию комплекса электрооборудования была выбрана и утверждена компания ООО «НПЦ «СЭС».

  Плотное и организованное сотрудничество специалистов ООО «НПЦ «СЭС» и КБ «Вымпел» позволило разработать и реализовать технический проект электроэнергетической системы судна с гребной электроустановкой (ЭЭС с ГЭУ) переменно-постоянного тока, реализованной на основе современной базы с использованием микропроцессорной системы управления.

  Разработанный комплекс ЭЭС с ГЭУ предназначался для обеспечения всех режимов эксплуатации судна, включая ход, маневрирование и стоянку с грузовыми операциями, а также производство электро- энергии необходимого количества и требуемого качества для питания общесудовых приемников электрической энергии и ГЭУ. Одним из общих требований к комплексу в целом, а также оборудованию, материалам и комплектующим, было соответствие и удовлетворение требованиям Правил Российского морского регистра судоходства.

  До модернизации судна, штатная электроэнергетическая установка состояла из одновальной дизель-электрической ГЭУ постоянного тока и вспомогательной судовой электростанции (СЭС) переменного тока. Полезная мощность ГЭУ составляла 6400 л. с. при работе четырех дизель-генераторов постоянного тока на двухъякорный электродвигатель. Установка строилась по классической схеме мощных электроприводов постоянного тока «генератордвигатель», в которой двигатель постоянного тока получал электропитание от индивидуального генератора, приводимого во вращение первичным двигателем.

  Реализованная схема позволяла вести работу ГЭУ от главных дизель-генераторов и регулировать частоту вращения гребного электродвигателя (ГЭД) посредством изменения оборотов дизелей в зависимости от режима хода, а именно регулирование угловой скорости ГЭД изменением напряжения генератора (посредством изменения тока в об- мотке возбуждения), что давало возможность подбирать экономичный режим работы главных дизель-генераторов (ГДГ). Электроустановка обеспечивала ограничение тока главной цепи при реверсах и ограничение перегрузки дизелей, а также основные виды защиты от перенапряжения возбудителей, реверса дизелей, чрез- мерного увеличения скорости вращения, а также необходимые виды блокировок и сигнализаций. Рис. 1. Структура ГЭУ и СЭС до модернизации БМСТ «Яуза»Рис. 1. Структура ГЭУ и СЭС до модернизации БМСТ «Яуза»

Характеристики и назначение основного оборудования ГЭУ (до модернизации).
1.Главные генераторы — 4 шт. типа ГП-1375-810, 1375 кВт, 500 В, 810 об/мин, 2750 А. Генераторы спарены с дизелями марки ЗД100 мощностью 1800 л. с. и предназначены для питания ГЭД.
2.Гребной электродвигатель — 1 шт. типа 2 МП-7000-110, 2х3500 л. с., 1000 В, 110/ 170 об/мин, двухъякорный Мощность 6400 л. с.
3.Агрегаты возбуждения — 3 шт. (два рабочих, один резервный). Каждый агрегат, предназначенный для возбуждения одного ГЭД и работающих на него двух генераторов, состоит из: при- водного асинхронного электродвигателя типа АМ91-4,42 кВт, 380 В, 1440 об/мин; возбудителя двух генераторов — электромашинного усилителя поперечного поля типа ЭМУ400, 16 кВт, 110 В, 1440 об/мин, с четырьмя обмотками управления; возбудителя одного якоря гребного электродвигателя — электромашинного усилителя поперечного поля типа ЭМУ400, 32 кВт, 110 В, 1440 об/мин, с четырьмя обмотками управления.
4.Местный и дистанционный посты управления, щит электродвижения типа ПМХ4704-8981, щиты сигнализаций, регуляторов возбуждения генераторов.



  В состав судовой электростанции переменного тока входили главный распределительный щит и четы- ре вспомогательных дизельгенератора (ДГР 320/500). Судовая электростанция переменного тока предназначалась для питания обще- судовых потребителей электроэнергии.

  Основным недостатком электро- энергетической установки было использование в составе ГЭУ электрических машин постоянного тока, что снижало надежность установки и повышало эксплуатационные расходы.

  Руководителем проекта в ООО «НПЦ «СЭС» был назначен И. Ю. Божанов, он решал первоочередные организационные задачи по взаимодействию с заказчиком, проектной организацией, военными представительствами. Были определены основные направления по проработке вариантов ГЭУ и состава электроэнергетической системы судна.

  Основными целями проработки являлись: предварительный анализ возможности модернизации электроэнергетической установки судна; обоснование и выбор оптимальной структуры ЭЭС с ГЭУ; предварительное определение массогабаритных характеристик оборудования ЭЭС с ГЭУ.

По завершении проектной про- работки схемы ГЭУ и ЭЭС судна «Яуза» были предложены следующие схемы:
Единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС) с ГЭУ двойного рода тока и реверсивным тиристор- ным выпрямителем (РТВ) в якорной цепи. Применение в схеме РТВ являлось недостатком, поскольку увеличивало массогабаритные характеристики системы и стоимость оборудования;
ЕЭЭС с ГЭУ двойного рода тока и реверсивным возбудителем ГЭД. Это позволяло реализовать двухзонное регулирование частоты вращения ГЭД, что осуществляется с помощью управляемого выпрямите- ля (УВ) и реверсивного тиристорного возбудителя, но для обеспечения полного хода судна требовалась параллельная работы четырех главных дизель-генераторов, что, в свою очередь, противоречило техническому заданию на разработку системы;
ЭЭС с ГЭУ двойного рода то- ка и вспомогательной судовой электростанцией.



  Недостатком предложенной схемы являлся тот факт, что для возбуждения ГДГ необходимо применять управляемые тиристорные возбудители, это позволяет регулировать напряжение генераторов в широком диапазоне.

  В качестве основной была выбрана, а в последствии утверждена ЕЭЭС с ГЭУ двойного рода тока с реверсивным возбудителем ГЭД.

В состав ГЭУ входят:
Двухъякорный двигатель постоянного тока 2МП-7000-110 ВТУ, 2х2580 кВт; три реверсивных тиристорных выпрямителя (РТВ) (В-ТПЕ-180/180-220/220-М4.2);
Два трехобмоточных трансформатора сухого типа (ТСЗП-3150);
Два нереверсивных управляемых выпрямителя (УВ) (В-ТПП-2,8к-1к-М4.2);
Щит переключения возбудителей (ЩПВ);
Щит электродвижения (ЩЭД).

 

В состав судовой электростанции входят:
Четыре вспомогательных дизель-генератора (ВДГ)
Аварийный дизель-генератор (АДГ)
Главный распределительный щит (ГРЩ)
Аварийный распределительный щит (АРЩ)



  Двухзонное регулирование частоты вращения ГЭД осуществляется с помощью управляемых и реверсивных тиристорных выпрямителей. Режим реверса реализован посредством изменения направления тока возбуждения ГЭД. Для торможения ГЭД используется принцип рекуперативного торможения, при котором управляемые выпрямители переводятся в режим ведомого инвертора. В режиме полного хода судна глав- ные дизель-генераторы вырабаты- вают электроэнергию для питания ГЭД, вспомогательные дизельгенераторы — для питания общесудовых потребителей.

  Данная схема обладает высокой надежностью и регулировочными характеристиками, функционирует с автоматической системой управления (СУ), что улучшает скоростные и маневровые характеристики судна. При работе ГЭУ на нагрузку имеется возможность отбирать мощность ГДГ на шины ГРЩ для питания общесудовых потребителей электроэнергии. В аварийном режиме ход судна обеспечивается электропитанием ГЭД от вспомогательной судовой электростанции.

  Неотъемлемым элементом предложенной схемы является тахометрический комплекс (ТК), который предназначен для измерения частоты вращения, обработки и выдачи информации о вращении гребного вала. Из представленных предложений на рынке по большинству подходящих к системе ЭЭС с ГЭУ параметров был выбран тахометрический комплекс К1807.2.

  Совместная работа ОАО «Ви- братор» и ООО «НПЦ «СЭС» позво- лила доработать комплекс К1807.2 по одному из возможных способов обработки и выдачи информации, повысить его быстродействие, а имен- но уменьшить время преобразования частоты вращения вала в сигнал постоянного тока с 0,5 с до 0,02 с, что соответствовало требованиям разрабатываемой СУ ГЭУ.

Рис. 2. Структура ЭЭС с ГЭУ БМСТ «Яуза»
Рис. 2. Структура ЭЭС с ГЭУ БМСТ «Яуза»

  Для повышения надежности работы системы ЭЭС с ГЭУ был разработан и согласован с КБ «Вымпел» щит переключения возбудителей ГЭД (ЩПВ ГЭД). Щит спроектирован с возможностями местного и дистанци- онного управления переключением возбудителей ГЭД, включает в себя цепи переключения сигналов управления и сигнализации между возбудителями (РТВ), ЩПВ ГЭД, системой СУ ГЭУ и секциями электродвижения в ЩЭД.

  Разработан блок контроля (БК) ГЭУ для сбора информации и контроля состояния оборудования ГЭУ. Контроллеры, расположенные в БК ГЭД, принимают сигналы от датчиков температуры подшипниковых узлов, охлаждающего воздуха, обмотки якоря и обмотки возбуждения и передают их в блок ГЭУ по интерфейсу Ethernet.

  Разработана автоматизирования СУ, предназначена для управления и непрерывного контроля со- стояния ГЭУ судна.

Данная система обеспечивает следующие функции:
Контроль собственного информационного канала (локальной сети СУ ГЭУ) с аварийно-предупредительной сигнализацией (АПС) при обнаружении неисправности;
Контроль АПС и защиту элементов ГЭУ;
Автоматическое/дистанционное управление скоростью и на- правлением вращения ГЭД;
Автоматический сброс мощ- ности ГЭУ при внезапном отключении одного из параллельно работающих ГДГ без выдержки времени;
Автоматическое ограничение мощности ГЭУ при возникновении неисправности элементов ГЭУ с выдачей соответствующего сигнала;
Отстройку установок срабатывания защит от ложных срабатываний, возникающих при маневрировании или в штормовых условиях;
Сохранение заданного режима работы ГЭД при отказе питания СУ ГЭУ на период перехода на аварийное управление (самопроизвольное изменение режима работы гребного двигателя не допускается)
Ссохранение режима работы ГЭД после переключения управления с одного поста на другой при предварительно согласованном положении органов управления переключаемых постов;
Автоматический контроль исправности (самотестирование);
Формирование обобщенных и адресных сигналов АПС для представления их на панелях пультов ПУС, ЦПУ и ОТСК или на мониторах ЦПУ;
Сбор, обработку всех необходимых данных для передачи в СУ СЭС и СУ техническими средствами по резервированной информационной сети в стандарте САN.



  Совместно с СУ ГЭУ были разработаны система автоматизации управления и непрерывного контроля состояния технических средств судна, система автоматического управления судовой электроэнергетической системой. Созданные специалистами ООО «НПЦ «СЭС» судовые системы управления являются надежными, решают следующие задачи: сбор, обработка, формирование и представление информации о состоянии технических средств судна, автоматических выключателей силовой цепи СЭС, сигналов АПС и защиты системы ГЭУ, а также текущих параметров ГЭД на мониторах пульта ЦПУ; управление ГЭД и элементами ЭЭС.

  В июне 2012 г. ООО «НПЦ «СЭС» были начаты работы по пуску и наладке комплекта поставленного электрооборудования, и уже в октябре этого года было принято электропитание от береговых источников на ГРЩ корабля.

  В декабре 2012 г. полностью подготовлено, проверено функционирование и предъявлено электрооборудование аварийного распре- делительного щита.

  17 октября 2013 г. произведен первый пуск носовой части ГЭД, получены первые обороты гребного вала. Работы по подготовке к этому со- бытию проводились специалистами компании «Корабел Восточный» на протяжении двух недель под контролем работников цеха № 15 судоремонтного завода «Нерпа». Далее началась сборка кормовой части ГЭД, после чего предстояла ответственная операция по динамической формовке якоря и окончательной сборке ГЭД после его ремонта.

Рис. 3. Структура СУ ЭЭС с ГЭУ БМСТ «Яуза»Рис. 3. Структура СУ ЭЭС с ГЭУ БМСТ «Яуза»

  Для отладки режима параллельной работы ВДГ специалистами ООО «Сфе- ра Плюс» были выполнены настройка и регулировка дизель-генераторов под руководством представителей ООО «НПЦ «СЭС», засвидетельствованы фактические выходные электрические спецификационные параметры ВДГ по отношению к вновь установленной припереоборудовании системе управления, соответствующие режимам синхронизации. Это позволило добиться устойчивой работы и правильно- го распределения нагрузки ВДГ при параллельной работе и предъявить заказчику СУ СЭС и судовую электростанцию по методикам, согласованным с КБ «Вымпел».

  Много внимания уделялось тон- кой настройке и согласованию сис- темы управления ГЭУ и нереверсивных управляемых выпрямителей. Для этого потребовалась многочасовая работы системы СУ ГЭУ на разных скоростных характеристиках ГЭД не только у пирса, но и на свободной воде. Проблема заключалась в согласовании, настройке совместной работы и регулировке многочисленных защит УВ, РТВ, ГЭД и СУ ГЭУ.

  Окончанием данных работ ста- ло успешное завершение ходовых испытаний БМСТ «Яуза» 17 апреля 2015 г.

  28 мая 2015 г. был подписан приёмный акт БМСТ «Яуза» (пр. 550М, заводской номер 1404) после завершения переоборудования и модернизации филиалом СРЗ «Нерпа» ОАО «ЦС «Звездочка» (рис. 4).

Рис. 4. БМСТ «Яуза» после модернизации
Рис. 4. БМСТ «Яуза» после модернизации

  Работы, проведенные по пере- оборудованию и модернизации БМСТ «Яуза», свидетельствуют о воз- можности восстановления и продления срока эксплуатации кораблей и судов. Специалисты ООО «НПЦ «СЭС» доказали возможность восстановления технического ресурса системы электродвижения путем модернизации, реализованной на новых принципах её построения, и видят большие перспективы для внедрения своих разработок в области создания единых электроэнергетических систем, систем электродвижения, гребных энергетических установок для вновь строящихся и модернизируемых проектов.