對船用蓄電池充放電設備系統(tǒng)的優(yōu)化改造

劉萬力

（交通運輸部 東海航海保障中心 福州航標處，福州 350000）

0 引言

船用蓄電池在船上不僅是柴油機的起動電源，也為船舶通導設備、應急照明提供電源。蓄電池充放電設備是船舶設備中極為重要的電氣設備，組成電路主要分為3大部分：主電源電路、控制電路以及監(jiān)測報警電路。主電源電路是充放電設備對蓄電池組實現(xiàn)充放電的電源通道，由船舶電網(wǎng)380 V的交流電源經(jīng)過變壓整流為船舶蓄電池組充電需要的DC29 V，對蓄電池組進行充電。蓄電池組放電時，通過充放電設備的主電源回路對船舶重要設備提供DC24 V的電源，充放電設備工作是否可靠直接影響到船舶的航行安全。本文簡述了某公務船船用蓄電池充放電設備運行現(xiàn)狀，通過對船用蓄電池充放電設備進行技術改造及相應管理措施改進，保障了船用蓄電池充放電設備的安全運行[1-2]。

1 設備運行現(xiàn)狀及存在的問題

某公務船船用直流24 V電源為12個蓄電池組成，每組由2只12 V、200 Ah蓄電池組成24 V、200 Ah的蓄電池組。由1只安裝于充放電板內(nèi)的限電流值30 A、恒壓值29 V的限流恒壓型充電設備進行充電。直流24 V電源主要供給船舶通導設備、船舶應急照明、船舶主機和發(fā)電機等機電設備用電，若出現(xiàn)設備故障，船舶將失去動力和電力支持，造成嚴重后果。

該船船用蓄電池充放電設備長期處于不通風、高溫和含鹽量高等環(huán)境中，由于蓄電池充放電設備設計和安裝階段存在一些缺陷，長時間充放電運行后在缺陷處易造成高熱現(xiàn)象，整流器及熔斷器容易發(fā)生損壞，給船舶主輔機的正常運行及船舶安全生產(chǎn)帶來威脅。元器件燒蝕圖見圖1，整流器測溫圖見圖2。

圖1 元器件燒蝕圖

圖2 整流器測溫圖

船用蓄電池充放電設備共用整流器4件和充電裝置熔斷器2套，由于在高溫不通風環(huán)境中作業(yè)和設備使用年限較長等因素，直流大電流下，開關、熔斷器容易出現(xiàn)觸點發(fā)熱。為保證船舶安全生產(chǎn)，需更換易損元器件或采用外接冷卻風扇進行強制通風降溫。目前采用自然通風進行風冷卻，由于蓄電池充放電設備空間狹小，風量分散，冷卻效果不好，不利于設備安全運行。

船用蓄電池充放電電壓控制器由于使用年限較長，內(nèi)部老化，電壓控制能力較差，再加上直流電線路長、從蓄電池端到機艙主輔機控制器端，電壓下降較大，不利于船舶直流電壓系統(tǒng)的穩(wěn)定和船舶主輔機的正常運行。

2 查找原因及優(yōu)化改造方案

對于電纜終端而言，電場畸變最為嚴重，影響設備運行可靠性最大的是電纜外屏蔽切斷處，經(jīng)常檢測此位置溫度變化可以發(fā)現(xiàn)隱患，如果溫度局部過高說明內(nèi)部發(fā)生放電產(chǎn)生熱量。電纜終端頭是電纜與其他電氣設備連接的部件，正常電纜的電場分布是均勻的。在做電纜頭時，剝?nèi)チ似帘螌?，改變了電纜原有的電場分布，將產(chǎn)生對絕緣極為不利的切向電場。因此，屏蔽層斷處是電場畸變最為嚴重的地方，影響設備終端運行可靠性最大的位置是電纜外屏蔽切斷處，所以此處溫度顯著變化就是電纜燒蝕的前兆[3]。

針對目前船用蓄電池充放電電纜及電纜接頭的使用現(xiàn)狀，對電纜及電纜接頭實施積極的防范措施。

1）船機管理人員根據(jù)充放電設備工作實際情況，制定了《船用蓄電池充放電設備巡查記錄表》和《溫度測量記錄表》，安排值班人員每日對船用蓄電池充放電設備進行開柜檢查并測量相應電纜接頭處溫度值。

2）對存在缺陷有燒蝕痕跡的電纜及電纜頭更換并加粗，將6套電容、接觸器、繼電器、3段進線、連接線等熱縮電纜頭更換為冷縮電纜頭。

3）對4套整流器、380 V交流接觸器、通用繼電器、熔斷器進行更換升級。原熔斷器及底座為膠木材質(zhì)，容易發(fā)熱和燃燒；現(xiàn)熔斷器座更換為陶瓷底座，對充放電系統(tǒng)容易出現(xiàn)過電流的元器件進行升級改造，確保蓄電池充放電裝置正常運行。

4）在船用蓄電池充放電設備柜容易產(chǎn)生大電流的電子元器件側（熔斷器）處安裝小的散熱風機（底部進風，上部排風），加裝溫控感應元件，充放電設備柜內(nèi)部溫度一旦達到溫度設定值，散熱風機自動啟動。由于散熱風機距離易熱件近，風量集中，且產(chǎn)生空氣對流循環(huán)，冷卻效果較好。

5）充電電壓控制器更換成改進款。本著充分利用現(xiàn)有資源的原則，節(jié)約投資，改進款充電電壓控制器安裝在原設備柜門開口處，充電模式從恒流充電改為恒壓充電，充電電流設定起始值為20 A，調(diào)整電壓設定值，充電設定值上限由28 V提高到29 V。

圖3 加裝散熱風機圖

3 設備改造后效果

1）通過加強日常設備巡查管理和技術改進措施的實施，在電纜及電纜頭監(jiān)控方面取得較好的效果，排除了電子元器件易燒蝕的隱患，避免船舶設備的損壞和經(jīng)濟損失。

2）在船用蓄電池充放電設備柜側邊安裝的散熱風機，因底部進風、上部排風，產(chǎn)生了空氣對流效應。此外，通過加裝溫控感應元件，內(nèi)部溫度一旦達到溫度設定值，散熱風機自動啟動，對充放電設備迅速降溫。

改造前，充放電設備間悶熱需打開艙門和柜門，電子元器件上易沾染灰塵，影響船用蓄電池充放電設備安全生產(chǎn)和環(huán)境整潔。

改造后，冷卻風扇安裝在柜門側方，未占用其它空間，即不影響操作人員巡查設備柜，又有利于延長設備的使用壽命。改造后測溫圖見圖4。

圖4 改造后測溫圖

節(jié)約維修費：由于采用以上方法冷卻和加強日常巡查管理，排除了充放電設備隱患且可降低船舶日常維修費用。按單次出現(xiàn)故障預計修理備件費2 200元，人工費1 800元，可節(jié)約單次維修費約4 000元。

3）船舶直流電纜線路長，直流線路從蓄電池端到達機艙終端設備時電壓壓降過大，通過在船用蓄電池充放電設備上安裝改進型電壓控制器，調(diào)高電壓設定最高值，調(diào)定充電電流最初值，可滿足機艙主輔機等設備的電壓安全可靠和正常運行。

4 結論

該船通過上述技術改造和加強日常設備巡查后，船用蓄電池充放電設備運行更加安全可靠，船舶機電設備運行效果得到顯著改善和提高。同時，也為降低船舶設備故障和節(jié)約維修費用起到了積極作用，有力保障了船舶的航行安全。