01 Оперативни контекст: ЦСЛ група и Панамак флота

ЦСЛ Гроуп Инц. је приватна бродарска компанија са седиштем у Монтреалу и највећи светски власник и оператер пловила за самоистовар. Његова флота превози суви расути терет — гвоздену руду, жито, угља, соли, агрегати, шећер — купцима у грађевинарству, челика, енергије, и пољопривредно-прехрамбене индустрије на глобалном нивоу. ЦСЛ пружа више од 70 милиона тона расутих терета годишње.[1]

ЦСЛ је пуштао у рад девет нових самоистоварних бродова класе Панамак од Цхенгки Схипиард Цо. Доо. у граду Јиангиин, Кина. Панамак означава највећу класу пловила која може да прође кроз Панамски канал — пројектована тако да одговара минималним димензијама канала док превози максимално дозвољени терет. Ово нису мали бродови.

Четири од девет пловила била су одређена за операцију на Великом језеру - Дулутх, Минесота до залива Св. Лоренсов пут — као јединице класе Лакер Триллиум. Преосталих пет је било везано за океан за међународне руте плаве воде. Обе категорије захтевају сертификацију од стране Ллоид'с Регистри и Америцан Буреау оф Схиппинг (АБС) пре ступања у службу, а оба сертификациона тела намећу тврдо ограничење: тотална хармонијска дисторзија напона (ТХДв) на систему електричног напајања пловила не сме да прелази 5%.[2][3][1]

Смоква. 1. ЦСЛ пловило Баие Ст. Павле — један од четири самоистоварна брода класе Лакер Триллиум Панамак намењена операцији на морском путу Великих језера. Извор: Мирус Интернатионал / ЦСЛ Гроуп.[1]

02 Тхе Дисцовери: 30% Преко границе ТХДв на поморским испитивањима

Током морских испитивања у Кини, ЦСЛ је открио да је ТХДв на пловилима’ системи напајања електричном енергијом премашили су 5% Ллоид'с/АБС граница за приближно 30% — што значи да је измерени ТХДв био у опсегу од 30–35%. Бродови нису могли бити цертифицирани и нису могли ући у службу док се ово не ријеши.[1]

ЦСЛ је ангажовао Мирус Интернатионал да обезбеди хармонично решење за ублажавање утицаја за целу флоту. Мирус је почео са својом стандардном методологијом: прво симулација, затим мерење на терену ради валидације модела.

2.1 Симулација са СОЛВ-ом™

Мирусови инжењери су користили свој власнички СОЛВ™ софтвер за симулацију хармоника за моделирање комплетног електричног система сваког пловила — генератора, архитектура дистрибуције, и сва ВФД оптерећења у различитим радним условима. Симулација је произвела предвиђене нивое ТХДв на кључним мерним тачкама које захтевају сертификационо тело.[1]

2.2 Мерење на терену у возилу

За валидацију СОЛВ™ модел, Инжењери Мируса укрцали су се на један од бродова и извршили хармоничка мерења на лицу места. Вредности ТХДв измерене на терену су се блиско поклапале са обе СОЛВ™ симулациона предвиђања и ЦСЛ-ова сопствена мерења на мору — потврђујући да је симулациони модел тачно представљао стварни електрични систем пловила. Овај тросмерни споразум (симулирање, Мерење Мирус поља, ЦСЛ морско испитивање) дао снажно поверење у предвиђања након филтера.[1]

03 ВФД оптерећења на модерним бродовима за расути терет: Зашто су хармоници неизбежни

ЦСЛ Панамак пловила представљају тренутно стање технике у дизајну бродова за расути терет. Погони са променљивом фреквенцијом су распоређени свуда - не као накнадна мисао, већ као основна стратегија ефикасности:[1]

• Потисни погони — маневрисање пловила и одржавање станице
• Погони баластних пумпи — управљање тримом и стабилношћу (2 × 350–400 КС по суду)
• Самоистоварни транспортни погони — одређујућа способност пловила за самоистовар; транспортни систем испушта терет без опреме на копну (4 × 400 ХП по посуди)
• Погони вентилатора за вентилацију — вентилација складишта и машинског простора, са контролом брзине ради ефикасности

Сваки од ових погонских система нуди стварне оперативне предности: смањена потрошња горива при делимичном оптерећењу, прецизна контрола брзине, смањено механичко хабање. Али колективно, они представљају велику концентрацију 6-импулсних нелинеарних оптерећења на систему за напајање пловила који се у потпуности напајају уграђеним генераторима — иста импеданса високог извора, проблем острвског система на који смо наишли у претходним студијама случаја у овој серији, повећан на флоту од девет пловила.

3.1 Транспортер за истовар — концентрисани извор хармоника

Систем транспортера који се самоистоварује је технологија која дефинише ЦСЛ пловила и највећи извор хармоника на броду. Четири 400 ХП транспортни погони који раде истовремено представљају 1,600 ХП оптерећења 6-импулсног исправљача на сабирници са једним пловилом. Када ови погони раде пуним капацитетом током пражњења терета — а то је тачно када је пловило близу луке, ради са ограниченом редундансом генератора — хармонијско оптерећење на електрични систем пловила је максимално.

Ово је најгори сценарио за који морска испитивања морају показати усклађеност, а управо је сценарио произвео 30%+ Прекорачење ТХДв које је блокирало сертификацију.

04 Решење: Линеатор АУХФ на највећим дисковима, Флеет-Виде

4.1 Стратегија постављања филтера

Након симулације и анализе, Инжењери Мируса препоручили су примену Линеатор АУХФ филтера на највеће ВФД на сваком пловилу — посебно на погоне транспортера и баластне пумпе. Ова стратегија селективног постављања одражава важан принцип хармоничног ублажавања: највећи погони производе највеће апсолутне хармонијске струје и стога имају највећи утицај на ТХДв магистрале. Ублажавањем доминантних извора хармоника постиже се усклађеност без потребе за филтерима на сваком погону.[1]

4.2 Усклађеност потврђена симулацијом

СОЛВ™ симулације са инсталираним Линеатор филтерима су показале да је ТХДв смањен на добро унутар 5% Ллоид'с/АБС ограничење на свих девет пловила под свим моделираним условима рада. Исти блиски договор између симулације и мерења на терену који је карактерисао основну линију пре филтера дао је уверење да су резултати симулације после филтера поуздана предвиђања шта ће потврдити испитивања на мору.[1]

Смоква. 2. Поглед на палубу ЦСЛ Панамак пловила за самоистоваривање који приказује инфраструктуру транспортера. Четири 400 ХП транспортни погони представљају доминантни извор хармоника на сабирници брода и били су примарни циљеви за инсталацију Линеатора АУХФ. Извор: Мирус Интернатионал / ЦСЛ Гроуп.[1]

05 Перспектива квалитета електричне енергије: Шта ова студија случаја илуструје

5.1 Откривање хармонијских проблема на суђењима на мору - образац који се понавља

Случај ЦСЛ дели структурну карактеристику са случајем службеног брода који је проучаван раније у овој серији: хармонијска усклађеност није верификована током пројектовања пловила и откривена је само на поморским испитивањима. У оба случаја, пловило је направљено и спремно за употребу пре него што је електрични систем тестиран у реалним условима рада са свим главним оптерећењима која раде истовремено.

Овај образац се може спречити. Хармоничка симулација током фазе пројектовања — пре изградње бродоградилишта — може да идентификује да ли ће планирани ВФД комплементар произвести усаглашени ТХДв у свим оперативним сценаријима. Цена СОЛВ-а™ симулација у фази пројектовања је само део цене решења за накнадну уградњу након изградње. За флоту од девет пловила, аргумент за рану хармонску анализу је убедљив.

5.2 Селективно постављање филтера — стратегија доминантног извора

Одлука да се филтрирају само највећи погони — транспортери и баластне пумпе — уместо свих погона на броду је исправан инжењерски приступ када хармонички буџет доминира са неколико великих оптерећења. Магнитуда хармоничке струје 6-импулсног исправљача се приближно скалира са величином погона. Четири 400 ХП покретне траке и два 400 ХП (или 350 ХП) Погони баластних пумпи заједно представљају отприлике 2.300–2.400 КС нелинеарног оптерећења по броду. Преостали погони — погони потисника, вентилациони вентилатори — мањи су и њихов допринос ТХДв аутобуса, док је стварна, је секундарно.

Филтрирање доминантних извора доводи ТХДв унутар 5% лимит. Филтрирање сваког диска би додало трошкове и сложеност без пропорционалног побољшања маргине усклађености. Тхе СОЛВ™ симулација је тачно квантификовала колико је побољшања произвело свако постављање филтера, омогућавајући валидацију селективне стратегије пре него што се наручи било који хардвер.

5.3 Споразум о симулацији и мерењу као инжењерски алат

Блиски тросмерни споразум између СОЛВ-а™ симулирање, Мерења поља Мирус, и ЦСЛ-ове податке о поморским испитивањима вреди нагласити као методологију. Када се симулациони модел валидира у односу на независна теренска мерења пре имплементације решења, резултат симулације после решења има стварну предиктивну тежину. Ово се разликује од саме симулације, што зависи од тачности улазних података и претпоставки.

За флоту од девет пловила, укрцавање на сваки брод за мерење после филтера било би дуготрајно и скупо. Потврђени модел чини одбрањивим да се иста спецификација филтера примени на целу флоту — када се потврди да је модел тачан на једном пловилу, предвиђање за остале је поуздано. Ово је симулација као инжењерски алат, не као продајна презентација.

Референце

1. [1] Мирус Интернатионал Инц., “Студија случаја: ЦСЛ Гроуп Инц. — Панамак Весселс Хармониц Митигатион,” Студија случаја апликације, Брамптон, Онтарио, Канада. Доступан: мирусинтернатионал.цом
2. [2] Амерички биро за транспорт (АБС), “Смернице за контролу хармоника у електроенергетским системима,” АБС, Хјустон, ТКС.
3. [3] Ллоид'с Регистер, “Правила и прописи за класификацију бродова,” Ллоид'с Регистер, Лондон, Уједињено Краљевство.