冷水機(jī)組啟動(dòng)失敗故障分析與應(yīng)對(duì)措施

陳升武 黃進(jìn)明 趙天翔 張小波

摘 要：冷水機(jī)組是保證船舶設(shè)備安全運(yùn)行、船員生活舒適的重要設(shè)備。論文根據(jù)一起某船冷水機(jī)組啟動(dòng)故障現(xiàn)象，從Unisab冷水機(jī)組的控制原理入手，分析故障發(fā)生的機(jī)理，梳理導(dǎo)致啟動(dòng)失敗的可能原因，建立了該冷水機(jī)組不能啟動(dòng)的故障樹。通過(guò)對(duì)導(dǎo)致冷水機(jī)組啟動(dòng)失敗的因素進(jìn)行逐一排除，最終找出故障原因，并對(duì)二次故障進(jìn)行測(cè)量分析，查出了導(dǎo)致冷水機(jī)組啟動(dòng)跳閘的原因，即主接觸器觸點(diǎn)燒蝕，造成啟動(dòng)電流增大，超過(guò)斷路器瞬動(dòng)值。鑒于此，技術(shù)人員對(duì)冷水機(jī)組其它系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查，并就船舶冷水機(jī)組的運(yùn)行管理及維護(hù)保養(yǎng)給出了幾點(diǎn)建議。排查過(guò)程為船舶技術(shù)人員處理類似問題提供了參考借鑒。

關(guān)鍵詞：船舶冷水機(jī)組；啟動(dòng)故障；故障樹；應(yīng)對(duì)措施

冷水機(jī)組是否正常運(yùn)行，影響船員住艙的溫濕度，某船經(jīng)常航行于熱帶地區(qū)執(zhí)行科考任務(wù)，外界潮濕、高溫，環(huán)境惡劣，嚴(yán)重影響到住艙人員的生活、工作。[1]某船配備四臺(tái)冷水機(jī)組，由Sabroe制冷公司生產(chǎn)的163系列機(jī)組，負(fù)責(zé)給全船住艙、工作艙室提供空調(diào)保障，是船舶重要的設(shè)備，關(guān)系到能否完成科考任務(wù)。因此，保障冷水機(jī)組的正常運(yùn)行顯得尤為重要[2，3]。文章結(jié)合作者的維修經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)分析一起冷水機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行故障及分析處理過(guò)程，為船舶冷水機(jī)組技術(shù)人員處理類似問題提供參考。

故障現(xiàn)象

某日某船由國(guó)內(nèi)駛往熱帶預(yù)定海域期間，隨著外界溫度的上升，需增開一臺(tái)冷水機(jī)組保證住艙溫度舒適，操作人員啟動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)冷水機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)，啟動(dòng)另一備用機(jī)組，正常運(yùn)行。具體現(xiàn)象為：（1）當(dāng)按下現(xiàn)場(chǎng)面板的啟動(dòng)按鈕時(shí)，滑油預(yù)供泵運(yùn)行后，冷水機(jī)組主電機(jī)無(wú)任何反應(yīng)；（2）操作人員檢查潤(rùn)滑油系統(tǒng)、制冷劑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，均正常；（3）打開啟動(dòng)控制箱發(fā)現(xiàn)主電機(jī)主接觸器不動(dòng)作，技術(shù)人員開始排查故障。

冷水機(jī)組啟動(dòng)控制原理

某船配備的冷水機(jī)組型號(hào)為SAB163HM/SAB128H，電機(jī)功率為200kW，轉(zhuǎn)速為2977r/min，滿載時(shí)電流為240A，系統(tǒng)主要由啟動(dòng)控制箱和現(xiàn)場(chǎng)控制板組成。其中啟動(dòng)箱采用PLC控制，現(xiàn)場(chǎng)控制板（unisab）在機(jī)旁，啟動(dòng)箱中的PLC通過(guò)RS485與unisab進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)信息交互與控制；冷水機(jī)組之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線RS485實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，信號(hào)是一進(jìn)一出，其中1號(hào)首端電阻短接，形成回路，4號(hào)unisab控制板出信號(hào)，是RS485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，與上位機(jī)連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。其中冷水機(jī)組負(fù)載大，啟動(dòng)前必需向電站發(fā)出重載詢問并得到船舶電站主配電板啟動(dòng)允許信號(hào)后方可啟動(dòng)。

2. 冷水機(jī)組啟動(dòng)時(shí)序

冷水機(jī)組是一個(gè)包含潤(rùn)滑油系統(tǒng)、制冷劑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜設(shè)備，因此，在啟動(dòng)前需將整個(gè)系統(tǒng)置于備用狀態(tài)。如電路系統(tǒng)絕緣良好、加熱滑油、開啟海水泵、海水系統(tǒng)及冷媒水管路所有閥件處于開啟狀態(tài)制冷劑液位正常等。冷水機(jī)組啟動(dòng)時(shí)序如圖2所示。在現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)板按下啟動(dòng)模塊上的啟動(dòng)按鈕，面板發(fā)送重載詢問信號(hào)至主配電板并得到應(yīng)答允許啟動(dòng)后，此時(shí)滑油預(yù)供泵現(xiàn)行啟動(dòng)運(yùn)行對(duì)機(jī)組進(jìn)行潤(rùn)滑，而后主電機(jī)運(yùn)行，并可手動(dòng)或自動(dòng)加負(fù)荷使機(jī)組正常運(yùn)行。

2. 冷水機(jī)組啟動(dòng)控制原理

冷水機(jī)組啟動(dòng)控制原理如圖3所示，當(dāng)按下起動(dòng)按鈕后，現(xiàn)場(chǎng)操縱面板微處理器通過(guò)接線端子X7：116、117向主配電板發(fā)出重載詢問，主配電板通過(guò)接線端子X4：47、48向微處理器反饋允許啟動(dòng)信號(hào)，而后微處理器通過(guò)X7：120、121發(fā)出油泵起動(dòng)信號(hào)，105K4接觸器得電觸點(diǎn)閉合，滑油預(yù)供泵運(yùn)行并通過(guò)X4：53、42向微處理器反饋運(yùn)行信號(hào)。微處理器接收后，通過(guò)端子X7：118、119發(fā)出起動(dòng)主電機(jī)信號(hào)，經(jīng)過(guò)保險(xiǎn)50F4進(jìn)入機(jī)組啟動(dòng)控制柜的Y-△起動(dòng)，其中時(shí)間繼電器105K7先得電開始計(jì)時(shí)，常閉觸點(diǎn)閉合（17、28接通），105K9得電，常開觸點(diǎn)和主觸點(diǎn)吸合，105K6得電并自鎖，主電路主觸點(diǎn)吸合，電機(jī)開始進(jìn)行Y型起動(dòng)，10S后105K7常閉斷開，105K9失電，常開閉合（17、18接通），105K8得電，主觸點(diǎn)吸合，此時(shí)主電機(jī)通過(guò)105K6、105K8開始△型運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)X4：41、42反饋主電機(jī)正常運(yùn)行信號(hào)。由此便可對(duì)機(jī)組進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)加載，同時(shí)注意觀察各系統(tǒng)壓力、溫度值是否正常。

3 故障原因分析及排查過(guò)程

3. 故障樹建立及分析

由以上分析可知，冷水機(jī)組的起動(dòng)控制原理雖然簡(jiǎn)單，但是關(guān)聯(lián)的因素眾多，單點(diǎn)失效多，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致冷水機(jī)組起動(dòng)失敗。因此，本文采用故障樹分析法[4，5]，對(duì)影響冷水機(jī)組啟動(dòng)的原因進(jìn)行梳理，如圖4所示。

由圖可以分析出，冷水機(jī)組啟動(dòng)失敗的可能原因主要有三個(gè)：（1）Unisab面板內(nèi)部故障，導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)；（2）冷水機(jī)組主電機(jī)不能啟動(dòng)；（3）滑油預(yù)供泵不能運(yùn)行。按照此前觀察到的故障現(xiàn)象，啟動(dòng)時(shí)滑油預(yù)供泵已經(jīng)正常運(yùn)行，因此排除這一原因。對(duì)于Unisab面板故障，當(dāng)時(shí)電站控制模式在自動(dòng)模式，且已看到允許啟動(dòng)燈已閃爍，故排除重載詢問失敗這一原因；而按照以往故障情況，Unisab內(nèi)部電路板發(fā)生故障的概率極小，且顯示面板正常，能啟動(dòng)滑油預(yù)供泵，因此，按照先易后難的思路，初步將故障定位于主電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

3. 故障定位及確認(rèn)

現(xiàn)按照主電機(jī)不能啟動(dòng)故障樹進(jìn)行分析：（1）用絕緣表檢查電機(jī)繞組，絕緣符合要求。手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸，可以轉(zhuǎn)動(dòng)，排除機(jī)械卡死原因；（2）外觀檢查105K6、105K7、105K8、50F4過(guò)載保護(hù)正常，線路無(wú)松動(dòng)。（3）合上電源，電源正常，按下啟動(dòng)按鈕，待滑油預(yù)供泵運(yùn)行后測(cè)量Unisab滑油預(yù)供泵運(yùn)行反饋信號(hào)接線端子X4：53、42，輸入正常，而后測(cè)量Unisab輸出端子X7：118、119，輸出主電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)正常，但此時(shí)Y-△啟動(dòng)線路不得電，故故障進(jìn)一步定位于Y-△啟動(dòng)線路；（4）測(cè)量50F4熔斷器顯示正常，測(cè)量105K7線圈兩端電壓220V，測(cè)量105K7常閉觸點(diǎn)發(fā)現(xiàn)無(wú)電壓顯示，即時(shí)間繼電器105K7得電但不動(dòng)作，因此，故障定位于105K7；（5）拆下105K7，測(cè)量線圈阻值發(fā)現(xiàn)阻值為265MΩ，比正常偏大很多，相當(dāng)于開路。因此故障確認(rèn)為時(shí)間繼電器105K7線圈燒毀，致使主電機(jī)控制線路不動(dòng)作，主電機(jī)無(wú)法起動(dòng)。

3.3 二次故障及排查分析

技術(shù)人員針對(duì)發(fā)生故障的時(shí)間繼電器105K7進(jìn)行更換后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新檢查，準(zhǔn)備進(jìn)行再次啟動(dòng)，以驗(yàn)證故障的正確排除。按下啟動(dòng)鍵后，滑油預(yù)供泵正常運(yùn)行，15S進(jìn)入主電機(jī)啟動(dòng)程序，此時(shí)總電源開關(guān)發(fā)生了跳閘，系統(tǒng)停止，同時(shí)打開啟動(dòng)控制箱有煳味。

故障分析排查：在上述啟動(dòng)過(guò)程中，滑油預(yù)供泵正常運(yùn)行后進(jìn)入主電機(jī)Y-△啟動(dòng)電路，時(shí)間繼電器105K7得電后，主接觸器閉合時(shí)發(fā)生了跳閘，說(shuō)明105K7工作正常，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生故障。原因有二：一是空氣斷路器故障，發(fā)生跳閘；二是主電路有短路或者接觸不良，造成電流過(guò)大，使斷路器發(fā)生跳閘。為驗(yàn)證以上分析，技術(shù)人員首先對(duì)斷路器MT12H1進(jìn)行檢查，外觀良好，電流瞬動(dòng)值為1250A。隨后技術(shù)人員對(duì)主電路的啟動(dòng)電流進(jìn)行測(cè)量，電流如圖5所示。

在電機(jī)啟動(dòng)的瞬間，30ms電流達(dá)到最大值1321A，隨后逐漸下降至再次發(fā)生跳閘。而電源斷路器的電流瞬動(dòng)值為1250A，已經(jīng)超出其最大允許電流，因此可判定故障為電路電流過(guò)大，而非電源開關(guān)故障。進(jìn)一步分析故障發(fā)生于開始Y-△啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組絕緣良好，線路無(wú)松動(dòng)，啟動(dòng)箱有燒蝕味道。綜合上述分析故障定位于主接觸器105K6和105K9。經(jīng)拆卸，發(fā)現(xiàn)105K9的三個(gè)主觸點(diǎn)嚴(yán)重?zé)g，造成接觸面積大大減少，使瞬時(shí)啟動(dòng)電流變大，導(dǎo)致電源斷路器跳閘保護(hù)。

4 故障解決及鞏固措施

針對(duì)以上兩次故障，技術(shù)人員對(duì)故障元件105K7、105K9進(jìn)行了更換，而后冷水機(jī)組正常啟動(dòng)運(yùn)行，故障得到解決。船舶長(zhǎng)時(shí)間出海，海況惡劣，晃動(dòng)較大，影響船舶電網(wǎng)的穩(wěn)定，使電氣設(shè)備發(fā)生松動(dòng)，接觸不良、老化、絕緣下降等問題[6，7]。鑒于此，技術(shù)人員對(duì)其它機(jī)組的控制系統(tǒng)也進(jìn)行了全面的檢查，主要包括：

（1）對(duì)其它機(jī)組的控制線路、主線路各接觸器線圈測(cè)量、觸點(diǎn)檢查，時(shí)間繼電器、保險(xiǎn)等元器件進(jìn)行測(cè)試；（2）對(duì)控制箱接線進(jìn)行緊固，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)絕緣阻值、吸排氣壓力、油壓差是否正常。尤其是潤(rùn)滑油溫度不大于60℃，蒸發(fā)器出水溫度不低于6℃；（3）定時(shí)檢查機(jī)組各工況，并作好記錄。（4）運(yùn)行中及時(shí)檢查貯油器內(nèi)的潤(rùn)滑油和冷凝器內(nèi)制冷劑液位是否正常（貯油器高視鏡3/4），制冷系統(tǒng)有無(wú)泄漏，冷凝器、蒸發(fā)器系統(tǒng)是否暢通，各壓力表示度是否正確等。通過(guò)一系列措施，確?？刂葡到y(tǒng)工作正常，保障船舶電力安全穩(wěn)定、萬(wàn)無(wú)一失。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分析了一例冷水機(jī)組啟動(dòng)失敗案例，基于冷水機(jī)組的控制原理，分析了該故障機(jī)理、排查過(guò)程及解決方法，綜合運(yùn)用故障樹、測(cè)量等方法對(duì)故障進(jìn)行了準(zhǔn)確定位，使故障得到很好地解決，保證了船舶冷水機(jī)組的正常工作，保證了船員的正常生活不受影響。也為同行，尤其是船舶技術(shù)人員處理類似控制系統(tǒng)故障問題，提供了幾點(diǎn)啟示：（1）由于船舶長(zhǎng)時(shí)間出海，海上環(huán)境惡劣，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性是一個(gè)挑戰(zhàn)，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)檢查，尤其是經(jīng)常使用且電流大的電氣設(shè)備，需要對(duì)關(guān)鍵元件進(jìn)行檢查保養(yǎng)；（2）為更快的定位故障，需綜合運(yùn)用故障樹、測(cè)量等分析方法對(duì)故障原因進(jìn)行綜合排查；（3）對(duì)長(zhǎng)時(shí)間航行的船舶，故障頻發(fā)，有時(shí)會(huì)不止出現(xiàn)一次故障，可以建立設(shè)備的故障庫(kù)，以便后續(xù)的故障排查提供借鑒。

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