某電力推進船舶主吊艙無法合閘故障分析

臧義柱

摘 要：本文對電力推進船舶吊艙推無法合閘的原因進行分析，針對可能出現(xiàn)的原因進行總結(jié)，對查找過程進行闡述，希望能為船舶輪機管理人員提供一些積極的參考作用。

關(guān)鍵詞：電力推進;故障現(xiàn)象;原因分析;故障查找及解決

中圖分類號：U665.1? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）05-0072-03

某電力推進多用途拖輪，具備DP2功能，主發(fā)電柴油機組采用了4臺瓦錫蘭8L26柴油機，船首設(shè)置了可正反轉(zhuǎn)的1200KW隧道式側(cè)推器及可全回轉(zhuǎn)的1000KW伸縮推進器各一臺，船尾采用了二臺共計8000KW全回轉(zhuǎn)吊艙推進器，四臺推進器均采用變頻驅(qū)動。

該輪某日備車時出現(xiàn)左艉吊艙主開關(guān)無法合閘現(xiàn)象，經(jīng)輪機人員多次嘗試合閘成功，停車分閘1h后試驗合閘正常，但分閘約1-2h后再次合閘又出現(xiàn)多次合閘才能成功的情況。

1 吊艙供電系統(tǒng)的組成

該輪電站為自動化電站，為所有用電設(shè)備提供電力，PMS（電力管理系統(tǒng)）根據(jù)負(fù)載運行情況自動進行發(fā)電機組的啟停、并車或解列。吊艙供電系統(tǒng)由電站、變壓器主開關(guān)、變壓器、變頻器和吊艙機旁隔離開關(guān)五部分組成。其中，變頻器是供電系統(tǒng)的核心單元，由驅(qū)動控制單元（DCU）、輔助控制單元（ACU）、整流模塊（DSU）、逆變模塊（INU）和水冷單元（WCU）5個部分組成。

2 吊艙變壓器主開關(guān)合閘工作原理

DCU收到吊艙主開關(guān)合閘命令后發(fā)出指令，整流模塊開始預(yù)充電，當(dāng)其電壓達到一定數(shù)值時充電完成（約900V，如數(shù)值不到而時間達到系統(tǒng)的設(shè)定值，也默認(rèn)充電完成），然后DCU延時1S后向主開關(guān)發(fā)出啟動合閘指令，主開關(guān)收到該指令后向變壓器發(fā)出預(yù)充磁信號，變壓器開始預(yù)充磁，當(dāng)充磁時間達到（約6S）時，變壓器向主開關(guān)發(fā)出充磁完畢信號，主開關(guān)開始合閘，合閘成功后由其分別向變頻器和變壓器發(fā)出信號，停止預(yù)充電及預(yù)充磁，系統(tǒng)投入正常運行，反之如果在程序設(shè)定的時間內(nèi)未能成功合閘，DCU將發(fā)出主開關(guān)故障報警。下面對主開關(guān)合閘過程做詳細(xì)分析。

2.1 DSU預(yù)充電

如圖1所示，如各連鎖保護正常，K11繼電器通電為發(fā)出主開關(guān)控制做準(zhǔn)備。如圖2所示，當(dāng)DCU 收到主開關(guān)合閘命令后，充電控制繼電器K1通電使得預(yù)充電接觸器K2.1的線圈通電，K2.1主觸點閉合使預(yù)充電變壓器開始對DSU充電（充電圖略）。充電完成后，主開關(guān)控制繼電器K3動作，X27.2點與X27.3點接通，從而K12得電使其常閉觸點21與22打開，取消主開關(guān)分閘指令，延時1S后其延時閉合觸點67與68閉合，向主開關(guān)發(fā)出啟動合閘指令。

2.2 變壓器預(yù)充磁

如圖3所示，主開關(guān)收到合閘指令，即繼電器K316控制回路中的11點與12點接通，K316得電動作，其常開觸點11與14接通向變壓器發(fā)出預(yù)充磁指令，其另一組常開觸點21與24閉合為主開關(guān)越控合閘做準(zhǔn)備（即使越控合閘也必須在整流模塊預(yù)充電完成后方可進行，從而減少對電網(wǎng)的沖擊）。

如圖4及圖5所示，如各連鎖保護正常，KA1得電為變壓器預(yù)充磁做準(zhǔn)備。當(dāng)變壓器收到啟動預(yù)充磁指令（REMOTE START），接觸器KP1與時間繼電器KT7通電動作，KP1主觸點閉合為預(yù)充磁變壓器充磁，KT7的延時閉合觸點15與18延時2S后閉合，接觸器KP2通電，其主觸點閉合使預(yù)充磁變壓器對主變壓器充磁，同時其常開觸點43與44閉合，KT5通電計時4S后其延時閉合觸點15與18閉合向主開關(guān)發(fā)出預(yù)充磁完成信號。

2.3主開關(guān)合閘

如圖3所示，主開關(guān)收到預(yù)充磁完成信號后，其合閘線圈YC通電合閘。

如圖6所示，主開關(guān)閉合后其位置開關(guān)ATR2動作，ATR2的常開觸點13與14閉合，繼電器K317.11、K317.22及K317.23得電動作。K317.11使合閘線圈YC失電停止合閘操作并向變頻器發(fā)送合閘信號;K317.22向DP及變壓器發(fā)送主開關(guān)合閘信號;K317.23向變頻器DCU發(fā)送主開關(guān)合閘信號，使配電板主開關(guān)合閘燈亮分閘燈滅。主開關(guān)ATR2的常開觸點95與98閉合使得K317.43通電動作，由其向PMS發(fā)送合閘信號，并斷開主開關(guān)脫扣線圈YU。（繼電器觸點接線圖略）

2.4 切斷預(yù)充電及預(yù)充磁

如圖1所示，變頻器收到主開關(guān)合閘信號后，K15得電，從而K1及K2.1失電，停止預(yù)充電。

如圖4所示，變壓器收到主開關(guān)合閘信號后，KT6得電，其15與16延時斷開觸點1S后動作，KP1與KT7斷電，隨之KP2與KT5斷電，切斷變壓器預(yù)充磁。

3 主開關(guān)合閘故障原因分析

（1）變頻器DCU未收到合閘指令。

（2）變頻器DSU預(yù)充電完成后未向主開關(guān)發(fā)出啟動合閘指令。

（3）主開關(guān)收到啟動合閘指令，但未向變壓器發(fā)出預(yù)充磁指令。

（4）變壓器預(yù)充磁完成后未向主開關(guān)發(fā)出合閘指令。

（5）主開關(guān)機械機構(gòu)卡滯或合閘線圈故障。

（6）主開關(guān)合閘程序中各環(huán)節(jié)都正常，但運行總時間超出了變頻器設(shè)定值。

4 故障查找及解決

由變壓器主開關(guān)合閘故障原因可知，只需找出合閘程序中的故障環(huán)節(jié)就可判斷出故障點所在。

（1）在DCU面板處可見合閘程序進行情況，故排除DCU未收到指令的可能。

（2）打開變頻器ACU柜門，在機旁發(fā)出合閘指令，發(fā)現(xiàn)充電接觸器K2.1動作正常，在DSU及INU控制面板上可見電壓逐漸升至約900V，說明變頻器預(yù)充電正常。

（3）繼續(xù)在ACU處觀察，K2.1動作約5S后，K12動作，在配電板主開關(guān)處的觀察人員繼而發(fā)現(xiàn)K316得電（K12得電延時1S發(fā)出啟動合閘指令），這說明變頻器在預(yù)充電完成后向主開關(guān)發(fā)出了合閘指令，且主開關(guān)收到該指令。

（4）K316得電的同時，在變壓器控制箱處的觀察人員發(fā)現(xiàn)KP1、KT7與KP2、KT5依次得電，這說明變壓器預(yù)充磁正常。

（5）在配電板主開關(guān)處的觀察人員未見到主開關(guān)合閘動作，而變頻器DCU面板則發(fā)出了DSU FAULT報警及DSU面板顯示主接觸器故障報警，同時K12、K2.1、KP1、KT7與KP2、KT5、K316斷電，這說明主開關(guān)未收到變壓器預(yù)充磁完成后的合閘指令或主開關(guān)因自身故障不能成功合閘，經(jīng)檢測預(yù)充磁完成合閘指令（KT5延時閉合觸點）到主開關(guān)合閘線圈的接線及合閘線圈正常，主開關(guān)機械機構(gòu)正常無卡滯。

（6）合閘失敗后馬上再次嘗試合閘，并分別在ACU、變壓器及主開關(guān)處視頻記錄各處接觸器及繼電器動作情況，結(jié)果合閘成功，但發(fā)現(xiàn)ACU處K2.1動作3S后K12就得電動作，并且K2.1在吸合狀態(tài)一共保持了約13S，在變壓器處發(fā)現(xiàn)KP1保持吸合狀態(tài)約9S。主開關(guān)合閘程序時間應(yīng)為：合閘總時間13S（K2.1的吸合時間）=DSU預(yù)充電時間約3S（K2.1動作到K12動作的時間間隔）+K12延時1S+預(yù)充磁時間8S（KP1吸合時間9S_合閘完成后KT6的延時1S）+主開關(guān)合閘時間約1S。

咨詢服務(wù)商得知合閘程序設(shè)定的時間為13S，在合閘失敗時現(xiàn)場曾監(jiān)測到預(yù)充電時間約為5S，加上K12的延時1S以及預(yù)充磁的8S和主開關(guān)的合閘時間1S，這樣總時間就達15S之多，超出了合閘時限，所以合閘失敗。根據(jù)圖紙可知預(yù)充磁時間應(yīng)為6S，但實際監(jiān)測中為8S，這是合閘失敗的原因所在，進一步檢查發(fā)現(xiàn)是由于KT7時間繼電器震動定時出現(xiàn)問題，重新將其定時設(shè)為4S，這樣合閘總時間=預(yù)充電5S+K12延時1S+預(yù)充磁6S+主開關(guān)合閘時間1S=13S，與合閘程序設(shè)定時間一致，為防止意外并留出余量，將合閘程序總時間設(shè)定為15S。此后該輪左尾吊艙再未出現(xiàn)合閘故障。

至于短時脫開主開關(guān)即合閘或重復(fù)幾次合閘較易成功，是因為DSU殘留有未放光的電量，會縮短下一次合閘過程中的預(yù)充電時間。

5 結(jié)束語

由于電力推進系統(tǒng)具有推進效率高、節(jié)能效果明顯及噪音低等優(yōu)點，其在船舶制造中的應(yīng)用越來越廣泛，但對多數(shù)輪機人員來說還是一個新事物，因此，船舶輪機主管人員應(yīng)加強相關(guān)業(yè)務(wù)知識學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，才能對其進行有效的維護保養(yǎng)和故障診斷。