船舶電網(wǎng)絕緣電阻降低的原因分析及預(yù)防

黃朝靜 傅振宇 趙天翔 張震

摘 要：指出了船舶電網(wǎng)絕緣監(jiān)測在整個船舶安全系統(tǒng)中的重要性，分析了導(dǎo)致船舶電網(wǎng)絕緣電阻過低的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，以期扼殺船舶電網(wǎng)的電氣事故，以免其降低電網(wǎng)的絕緣性能。

關(guān)鍵詞：船舶電網(wǎng);絕緣監(jiān)測;故障查找

0 ? ?引言

隨著現(xiàn)代船舶電氣設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)展，船舶供電網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜;同時，船舶電氣設(shè)備的實際使用環(huán)境也比較惡劣，使得船舶電力系統(tǒng)的絕緣不斷受到影響。當(dāng)船舶電網(wǎng)和電氣設(shè)備絕緣電阻降低或損壞時，可能導(dǎo)致漏電，這也是造成電氣火災(zāi)和電氣設(shè)備損壞燒毀的重要因素。因此，船舶電網(wǎng)的絕緣性與船舶航行的安全性直接相關(guān)。那么，在降低船舶電網(wǎng)絕緣電阻的同時，快速有效地找出原因并消除故障，是提高船舶電網(wǎng)安全性和可靠性的重要手段，具有十分重要的意義。

本文分析研究了導(dǎo)致船舶電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)絕緣電阻降低的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，其可以及早發(fā)現(xiàn)并及時處理絕緣問題，規(guī)避風(fēng)險，以保護(hù)船東財產(chǎn)和船員的生命安全免受電力危害。

1 ? ?船舶電網(wǎng)絕緣的重要性

目前，科學(xué)技術(shù)正高速發(fā)展，船舶電氣化、自動化程度也隨之提高。船舶上最為重要的一個裝置就是船舶電站，遠(yuǎn)洋船舶上一般都擁有大量復(fù)雜的電氣設(shè)備，且鋪設(shè)了累計長達(dá)數(shù)公里甚至數(shù)十公里的電纜，這些電纜的規(guī)格、型號不盡相同，在船舶中承擔(dān)著為各類機(jī)電設(shè)備進(jìn)行電力傳輸以及自動控制的任務(wù)。但是，由于船舶航行工況復(fù)雜，船舶的電氣設(shè)備常年工作在高溫、高振動、高油霧、高鹽霧的潮濕惡劣環(huán)境中，電纜也面臨同樣的問題，嚴(yán)重影響著船舶絕緣質(zhì)量，也嚴(yán)重威脅著船舶航行安全。

船舶的絕緣電阻可分為兩類：

（1）靜態(tài)絕緣電阻，是在船舶電網(wǎng)未工作的情況下，使用相關(guān)儀器檢測到的船舶電網(wǎng)絕緣電阻。它具有一定的局限性，在一定程度上還無法真實地反映船舶電網(wǎng)的絕緣電阻值。

（2）動態(tài)絕緣電阻，在船舶機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時，受電網(wǎng)電壓、頻率、介電損耗、溫度、濕度等外界環(huán)境因素的影響，電網(wǎng)的絕緣電阻也會相應(yīng)地發(fā)生變化，由此測得動態(tài)絕緣電阻，能夠比較真實地反映船舶電網(wǎng)絕緣情況。

根據(jù)《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范），表1列出了船上電氣設(shè)備的最小熱阻的允許值。

2 ? ?絕緣電阻過低的影響

船舶電網(wǎng)的絕緣質(zhì)量直接影響船舶航行的安全性，電氣設(shè)備絕緣層破損可能導(dǎo)致漏電，從而引起電擊傷人、電氣火災(zāi)甚至全船失電等重大事故。

在船舶處于大風(fēng)浪區(qū)、狹水道、淺灘或危險的運(yùn)輸區(qū)域時，絕對禁止主配電板跳閘和轉(zhuǎn)向裝置故障。在航運(yùn)史上，有些船舶因絕緣損壞而造成重大事故，如碰撞、撞擊巖石和沉沒的海床等;有些由于轉(zhuǎn)向裝置故障而擱淺，船體嚴(yán)重受損;有些由于主配電板跳閘，撞入塢內(nèi);還有些由于漏電導(dǎo)致火災(zāi)，整艘船報廢，船員的生命財產(chǎn)安全受到了嚴(yán)重侵害。

值得一提的是，在油輪上必須要嚴(yán)格進(jìn)行船舶電網(wǎng)絕緣監(jiān)測，因為油輪起火的后果最為慘重。因此，運(yùn)輸部門規(guī)定，在油輪運(yùn)輸汽油之前，必須嚴(yán)格測量整船的絕緣電阻，并在簽署危險貨物前將檢驗記錄提交給船長審核。此外，在基于直流電的船舶電網(wǎng)中，正極或負(fù)極接地或絕緣性能降低，在正常情況下，不會產(chǎn)生火花，也不會輕易造成觸電。但是，船員仍應(yīng)定期監(jiān)測電網(wǎng)絕緣情況，找出故障所在，并及時進(jìn)行維護(hù)。

在船用交流三相三線絕緣系統(tǒng)中，電網(wǎng)除外殼接地外還具有絕緣電阻，且存在較大的電容，包括分布電容和抗電磁干擾電容。因此，三相線在船體（地面）上具有較高的電壓，如果電氣設(shè)備外殼接地不良，將導(dǎo)致觸電事故的發(fā)生，危及機(jī)組人員和乘客的生命財產(chǎn)安全。

多年來的資料證明，在使用交流電源線船舶發(fā)生的電氣火災(zāi)事故中，船舶電網(wǎng)單相短路造成船舶電氣設(shè)備故障的情況在所有的電氣類故障中占比80%，是最應(yīng)該防范的故障。

環(huán)境空氣中的可燃?xì)怏w或蒸汽的濃度應(yīng)該被控制在較低范圍內(nèi)，這一要求對于油輪以及其他用途的一些艙室尤其重要。

以上分析表明，為了保證船舶電網(wǎng)的安全，必須保持船舶電網(wǎng)的良好絕緣。但是絕緣失效情況往往不可避免，因此，有必要不斷監(jiān)測船舶電網(wǎng)的絕緣情況。

3 ? ?絕緣電阻過低的原因分析

3.1 ? ?老化

船舶上的絕緣材料在運(yùn)行過程中，會發(fā)生氧化聚合、分解和揮發(fā)等化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其產(chǎn)生彈性損失、脆性增加、吸濕增加、介電損耗增加、導(dǎo)電性增加等一系列不可逆的性能劣化。另外，高溫也是縮短材料壽命的“殺手”。

3.2 ? ?電介質(zhì)擊穿

當(dāng)絕緣材料的絕緣性能不斷下降以至于完全失去成為導(dǎo)電體時，稱此現(xiàn)象為電介質(zhì)擊穿。其大致可以分為兩種類型：

（1）熱擊穿，是由施加的電壓和熱量引起的材料劣化以及絕緣材料釋放的熱量引起。

（2）純電擊穿，是由電場力直接破壞絕緣材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而引起。

溫度是固體材料發(fā)生擊穿的重要因素，故而通常認(rèn)為擊穿是熱的直接后果。

3.3 ? ?發(fā)霉

長期不使用的電氣設(shè)備會產(chǎn)生附著的白色斑點，為白色絨毛狀霉菌提供滋生的“土壤”，這種問題在3月—6月的長江中下游地區(qū)尤為嚴(yán)重。此時，如果不經(jīng)任何處理就隨意將此設(shè)備投入使用，極易造成電擊穿。

4 ? ?預(yù)防措施

4.1 ? ?電氣設(shè)備制造時加強(qiáng)絕緣措施

絕緣板應(yīng)采用層壓板，層壓板應(yīng)采用玻璃纖維層壓板。采用無溶劑絕緣漆和多層浸漬工藝對絕緣材料進(jìn)行浸漆，而后采用二次絕緣安裝工藝，不得對浸漆后的層壓板進(jìn)行鉆孔或機(jī)械加工作業(yè)。另外，電纜敷設(shè)應(yīng)符合規(guī)范要求，滿足設(shè)備防潮性能，電纜的存放應(yīng)避免露天、長期浸泡。

4.2 ? ?電網(wǎng)絕緣的監(jiān)視措施

目前，監(jiān)測船舶電網(wǎng)絕緣的常用方法有兩種：

（1）絕緣指示燈（煤氣燈），當(dāng)電力系統(tǒng)的一相絕緣下降或接地時，相應(yīng)的絕緣指示燈變暗或熄滅，而另一相絕緣指示燈比平時亮。缺點是當(dāng)三相絕緣同時降低時，不能測量。

（2）配電盤兆瓦時表，其能在線監(jiān)測船舶電網(wǎng)對地絕緣值，有的在絕緣值低于報警整定值時也能報警。

4.3 ? ?電網(wǎng)絕緣故障的查找措施

分段牽引法（分支切斷法）：船上所有負(fù)荷均由主配電盤直接或間接通過配電盤供電，使整個供電網(wǎng)絡(luò)由多個供電支路組成，各支路通過配電開關(guān)控制。當(dāng)配電盤兆瓦時表指向零或煤氣燈熄滅時（其他兩個燈比平時亮），這意味著電網(wǎng)中某個設(shè)備的某個點接地。傳統(tǒng)的方法是分區(qū)牽引。該方法的本質(zhì)是將大系統(tǒng)劃分為小系統(tǒng)，將故障源與小系統(tǒng)分開。一般來說，先拉不重要負(fù)荷（如裝載機(jī)、空調(diào)、廚房電源等），再拉重要負(fù)荷。當(dāng)配電開關(guān)斷開時，指示燈或負(fù)荷表恢復(fù)正常，表明該區(qū)域處于分支電路絕緣故障狀態(tài)，這樣逐步縮小故障范圍，確定故障區(qū)域，最終找到故障位置。

經(jīng)驗法能否快速準(zhǔn)確找到故障點，與電力管理者的經(jīng)驗，對供電系統(tǒng)的熟悉程度以及故障分析和判斷能力有很大關(guān)系?？傮w經(jīng)驗來自間接經(jīng)驗和直接經(jīng)驗兩方面，間接經(jīng)驗來自書本或其他，如師傅教授等;直接經(jīng)驗是解決絕緣故障的實踐經(jīng)驗，可以獲得快速解決設(shè)備故障隱患的各種信息、摘要。

在大型遠(yuǎn)洋船舶中，較易發(fā)生絕緣故障的主要設(shè)備有：戶外電氣設(shè)備，如起重機(jī)、起錨機(jī)、絞車、吊具、舷梯、救生艇、救助艇、航行燈、信號燈、甲板照明、接線盒、防水開關(guān)、防水插座等。

5 ? ?結(jié)語

船舶電網(wǎng)的絕緣質(zhì)量直接影響船舶航行的安全性，但絕緣失效情況往往不可避免。失效的原因可能是絕緣層的磨損、水密性損壞以及不正確的操作和管理等。在復(fù)雜的船舶電力系統(tǒng)中，想要快速準(zhǔn)確地找到絕緣故障的位置，需要管理人員不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗，提升其分析問題和解決問題的能力，且平時需加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)隱患和排除故障。本文分析和處理了船舶電網(wǎng)絕緣電阻降低的情況，并結(jié)合自身經(jīng)驗，希望能為船舶電網(wǎng)絕緣電阻降低的故障查找提供一定的參考和幫助。

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收稿日期：2020-12-23

作者簡介：黃朝靜（1988—），男，湖北襄陽人，維修電工高級，主要從事船舶機(jī)電設(shè)備維護(hù)管理與故障分析排查工作。