kW και kVAr load sharing: γιατί οι γεννήτριες δεν μοιράζονται σωστά

Η πιο συχνή παρανόηση στο μηχανοστάσιο είναι ότι το «load sharing» είναι ένα πράγμα. Δεν είναι. Το ενεργό φορτίο, τα kW, μοιράζεται από τους governors. Το άεργο φορτίο, τα kVAr, μοιράζεται από τους AVR. Δύο ανεξάρτητα συστήματα, δύο ανεξάρτητες βλάβες, δύο διαφορετικές λύσεις.

Πριν αγγίξει κανείς οτιδήποτε, χρειάζεται μία μέτρηση: kW και kVAr ανά γεννήτρια, ταυτόχρονα, σε τουλάχιστον τρία σημεία φορτίου. Χωρίς αυτό, όλα τα υπόλοιπα είναι εικασία.

Περίπτωση Α — άνιση κατανομή kW

Αν οι γεννήτριες δείχνουν σωστό και ισορροπημένο kVAr αλλά ανισοκατανεμημένα kW, το πρόβλημα είναι στην πλευρά της μηχανής και του governor.

• Διαφορετική ρύθμιση droop μεταξύ των μηχανών. Σε droop λειτουργία, δύο γεννήτριες μοιράζονται αναλογικά μόνο αν έχουν ίδιο ποσοστό droop. Ένα 3% απέναντι σε ένα 5% δίνει μόνιμη ανισοκατανομή.
• Μία μηχανή σε isochronous και μία σε droop. Η isochronous θα αναλάβει όλη τη μεταβολή φορτίου, μέχρι το όριό της.
• Απόκλιση στη ρύθμιση speed setpoint. Λίγα εκατοστά του Hz διαφορά μεταφράζονται σε δεκάδες kW.
• Μηχανικός governor με φθορά ή actuator με υστέρηση — η εντολή φτάνει, η μηχανή δεν την ακολουθεί.
• Πραγματικός περιορισμός ισχύος σε μία μηχανή: τροφοδοσία καυσίμου, turbocharger, θερμοκρασία εξαγωγής. Εδώ ο governor κάνει σωστά τη δουλειά του και το πρόβλημα είναι μηχανολογικό.

Περίπτωση Β — άνιση κατανομή kVAr και κυκλοφορούντα ρεύματα

Αν τα kW μοιράζονται σωστά αλλά η μία γεννήτρια δίνει έντονα επαγωγικό και η άλλη χωρητικό άεργο, υπάρχει κυκλοφορούν ρεύμα ανάμεσά τους. Θερμαίνονται και οι δύο, χωρίς καμία από τις δύο να παράγει ωφέλιμη ισχύ γι’ αυτό.

• Απενεργοποιημένο ή λάθος συνδεδεμένο cross-current compensation. Είναι η πιο συχνή αιτία.
• Λάθος πολικότητα ή λάθος φάση στο paralleling CT του AVR — το σύστημα διορθώνει προς τη λάθος κατεύθυνση.
• Διαφορετική ρύθμιση τάσης setpoint μεταξύ των AVR. Η γεννήτρια με το υψηλότερο setpoint αναλαμβάνει το άεργο.
• AVR διαφορετικού τύπου ή γενιάς μετά από αντικατάσταση, χωρίς ευθυγράμμιση των ρυθμίσεων.
• Ένα από τα δύο AVR σε λειτουργία σταθερής διέγερσης (manual) χωρίς να το ξέρει κανείς.

Περίπτωση Γ — ανισοκατανομή που αλλάζει με το φορτίο

Όταν η κατανομή είναι σωστή στο χαμηλό φορτίο και χαλάει στο υψηλό — ή το αντίστροφο — δεν πρόκειται για σφάλμα offset αλλά για σφάλμα κλίσης. Ελέγχονται:

1. Το ποσοστό droop κάθε μηχανής, μετρημένο και όχι διαβασμένο από πινακίδα.
2. Η βαθμονόμηση των CT μέτρησης ισχύος. Ένα CT λάθος λόγου δίνει σωστές ενδείξεις σε ένα σημείο και λάθος παντού αλλού.
3. Η γραμμικότητα του actuator σε όλο το εύρος διαδρομής.
4. Οι ρυθμίσεις gain και stability του load sharer — υπερβολικό gain δίνει ταλάντωση, ανεπαρκές δίνει μόνιμη απόκλιση.

Τι σημαίνει «σωστό» στην πράξη

Για γεννήτριες ίδιας ισχύος, μια απόκλιση της τάξης του ±5% του ονομαστικού φορτίου θεωρείται αποδεκτή στα περισσότερα συστήματα· η ακριβής απαίτηση προκύπτει από τις προδιαγραφές του κατασκευαστή και του νηογνώμονα του πλοίου. Για γεννήτριες διαφορετικής ισχύος, το ζητούμενο δεν είναι ίσα kW αλλά ίσο ποσοστό φόρτισης — και αυτό είναι μια ρύθμιση, όχι κάτι που συμβαίνει από μόνο του.

Σε κάθε περίπτωση, η ρύθμιση κλείνει με δοκιμή: φόρτιση σε βήματα, καταγραφή, και απόρριψη φορτίου για να επιβεβαιωθεί ότι καμία μηχανή δεν πηγαίνει σε reverse power στη μεταβατική κατάσταση.