船舶電力系統(tǒng)常見故障及解決方法

侯守研

（大連遼南船廠，遼寧大連 116041）

柴油機、發(fā)電機、配電屏、區(qū)域配電屏或分電箱、保護裝置、變壓器、測量儀表及配電電纜組成的電力系統(tǒng)，是船舶安全可靠運行的重要設備。船舶電力系統(tǒng)在使用過程中因使用環(huán)境、器件老化等影響難免出現(xiàn)這樣那樣的故障，如果處理不及時或處理不當會給船舶安全運行帶來極大的隱患。

1 船舶電力系統(tǒng)基本組成

1.1 發(fā)電部分

船舶電力系統(tǒng)發(fā)電部分主要由原動機、發(fā)電機及配電屏組成。常規(guī)船舶的原動機主要為柴油機，也有燃氣輪機及汽輪機等。原動機通過化學能轉(zhuǎn)化為機械能帶動發(fā)電機按照額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。船舶發(fā)電機通過轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。常見的發(fā)電機輸出端基本為三相四線制，N 為三相繞組星點，根據(jù)船舶配電系統(tǒng)設計不同采取相應接線。

1.2 配電系統(tǒng)

船舶電力系統(tǒng)配電系統(tǒng)主要由配電屏、區(qū)域配電屏、動力分電箱、照明分電箱、變壓器、直流充放電裝置及傳輸電纜等組成。

（1）配電屏作為船舶電力系統(tǒng)的重要設備，其主要由主斷路器、并車裝置、逆功率檢測裝置、絕緣監(jiān)測裝置、必要的測量儀表及負載開關(guān)等組成。通過主斷路器合閘將發(fā)電機產(chǎn)生的電能傳送到配電屏上，通過負載開關(guān)送到區(qū)域配電箱或動力分電箱。

（2）中、大型船舶配有區(qū)域配電屏進行分區(qū)域供電，電能直接分路傳送到動力分電箱或終端負載。

（3）動力分電箱將動力電能分配送給各終端負載。

（4）照明分電箱將用于照明使用的交流或直流電能分路送給各終端照明網(wǎng)絡。

（5）變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能進行降壓用于照明系統(tǒng)及其他需要相應電壓的用電設備使用。

（6）直流充放電裝置將三相交流電進行整流輸出直流220 V 或直流24 V，用于船舶蓄電池及部分弱點網(wǎng)絡直接供電使用。

1.3 負載

船舶電力系統(tǒng)負載是船舶的用電設備，主要包括各系統(tǒng)的電控設備、電動機、測量儀表、蓄電池及照明燈具等。

2 船舶電力系統(tǒng)的常見故障

2.1 發(fā)電機組常見故障

2.1.1 原動機常見故障

以柴油機為例原，動機常見故障有：轉(zhuǎn)速降超范圍、儀表參數(shù)顯示不準確。

（1）轉(zhuǎn)速降超范圍。發(fā)電機帶額定負載后，原動機轉(zhuǎn)速降低過大，超出標準范圍。主要原因為柴油機的調(diào)速性能變差，重點檢查調(diào)速器部分，通過對調(diào)速器進行適當調(diào)整，使轉(zhuǎn)速降低范圍滿足使用要求。（2）儀表參數(shù)顯示不準確。柴油機機旁監(jiān)控部分或電站監(jiān)控部分儀表參數(shù)顯示不準確，主要原因為傳感器安裝不牢固或損壞、傳感器接線松動、柴油機油路或水路系統(tǒng)存在空氣,導致測量不準確及傳感器變送裝置信號采集板損壞等。

2.1.2 發(fā)電機常見故障

發(fā)電機常見故障有：發(fā)電機繞組溫度高、發(fā)電機軸承溫度高、發(fā)電機不能正常建立電壓、發(fā)電機空載電壓過高或過低、發(fā)電機空載電壓正常帶載后電壓降低過大等。

（1）發(fā)電機繞組溫度過高。發(fā)電機三相電壓、電流正常繞組溫度過高，可以檢查繞組溫度檢測回路線路，檢查溫度檢測傳感器或變送模塊是否損壞或開路，發(fā)電機通風裝置運行是否正常。如果發(fā)電機三相電壓電流異常，則需考慮發(fā)電機定子繞組是否有匝間短路現(xiàn)象，停機檢測發(fā)電機繞組對地絕緣電阻、負載對地絕緣，繞組匝間短路則需對繞組進行重繞處理。

（2）發(fā)電機軸承溫度高。發(fā)電機維修后如果潤滑脂注入過多超過軸承室2/3則易導致軸承過熱，清除多余潤滑脂運轉(zhuǎn)檢查。發(fā)電機端蓋涂鍍后過贏間隙小，也易引起軸承溫度過熱。

（3）發(fā)電機不能正常建立電壓。發(fā)電機長期未運轉(zhuǎn)、維修后經(jīng)過烤爐高溫退磁、勵磁電纜極性接反、勵磁調(diào)整電位器接線錯誤或松動等均會導致發(fā)電機不能正常建立電壓。

（4）發(fā)電機空載電壓過高或過低。發(fā)電機維修后初次達到額定轉(zhuǎn)速后發(fā)電機電壓過低或過高，補償變壓器線纜接錯、AVR 損壞、主回路電流互感器損壞、轉(zhuǎn)子壓敏電阻損壞及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流塊損壞等。

以下為發(fā)電機常見故障案例。

（1）發(fā)電機帶額定負載后轉(zhuǎn)速降超范圍。①故障現(xiàn)象：某船進行系泊試驗時，發(fā)電機加到額定功率，轉(zhuǎn)速下降超過1.5 Hz。②故障原因分析。該船柴油機組為電子調(diào)速器調(diào)速，轉(zhuǎn)速降標準范圍為3%，即1.5 Hz（以50 Hz 為例），實際頻率為48 Hz，特性偏軟，容易引起并車時負荷分配不均。③解決措施：通過調(diào)整調(diào)速器控制器轉(zhuǎn)速降設定值，使調(diào)速器調(diào)速特性變硬，頻率下降在標準范圍內(nèi)。發(fā)電機帶額定負載后通過觀察頻率表實際頻率將電網(wǎng)中發(fā)電機轉(zhuǎn)速降調(diào)整一致，便于發(fā)電機并聯(lián)運行時負荷分配均勻。

（2）發(fā)電機帶載后引起斷路器分閘。①故障現(xiàn)象。某船發(fā)電機帶載超過120 kW 后發(fā)電機斷路器分閘。②故障分析。該船發(fā)電機額定功率500 kW，通過船方反饋及現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)發(fā)電機帶載超過120 kW后，發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降較大，達到2.5 Hz，三相電壓下降較為明顯，此時如果再起動風機等大功率負載，電網(wǎng)電壓繼續(xù)下降達到發(fā)電機斷路器欠電壓保護動作值引起發(fā)電機分閘。③故障解決措施。通過對機組調(diào)速器進行調(diào)整，使柴油機轉(zhuǎn)速降在標準范圍內(nèi)，再次配電帶載試驗，故障排除。

（3）發(fā)電機帶載能力弱。①故障現(xiàn)象：某船發(fā)電機空載運行時三相電壓可以達到標準值，發(fā)電機加載超過80%后，轉(zhuǎn)速無異常變化，發(fā)電機電壓超過±2.5%范圍。②故障分析。通過故障現(xiàn)象可以分析出發(fā)電機勵磁系統(tǒng)電流補償不能滿足要求。③解決措施。調(diào)整AVR 裝置發(fā)現(xiàn)電壓調(diào)整范圍不能改變，更換AVR 后故障現(xiàn)象仍然存在，故排除AVR 故障引起電壓控制失效。發(fā)電機停機后對發(fā)電機勵磁裝置進行線纜檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯松動及接錯現(xiàn)象，故排除線纜接線原因引起的電壓控制失效。通過對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)整流子壓敏電阻進行檢測未發(fā)現(xiàn)有元件損壞，此部分也排除，這里需要注意測量時拆卸旋轉(zhuǎn)整流子導電環(huán)。拆檢發(fā)電機主回路電流互感器發(fā)現(xiàn)有輕微焦糊現(xiàn)象，更換損壞的電流互感器，發(fā)電機帶載能力正常，發(fā)電機電壓降在標準范圍內(nèi)。

（4）發(fā)電機無法建立電壓。①故障現(xiàn)象：某船發(fā)電機轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速后無法建立電壓。②故障分析。通過現(xiàn)象及與船方溝通，發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機長時間未使用，初步分析發(fā)電機去磁嚴重需要重新充磁。③解決措施：對發(fā)電機勵磁回路進行檢查未發(fā)現(xiàn)明顯接線錯誤，該船配電屏裝有充磁按鈕，勵磁電源正常，通過對發(fā)電機進行重新充磁后故障排除。如果實際船上沒有發(fā)電機充磁裝置則可以用柴油機啟動，用蓄電池或備用蓄電池進行充磁，充磁時應注意正負極性不要接錯。

2.1.3 柴油機常見故障案例

（1）柴油機停機過程中滑油低壓報警。①故障現(xiàn)象：某船發(fā)電機組正常停機過程中，滑油低壓報警觸發(fā)。②故障分析。柴油機正常停機過程中通常不會觸發(fā)滑油低壓報警，通過對比其他發(fā)電機組發(fā)現(xiàn)僅有故障機組有此現(xiàn)象。因此分析機旁控制部分出現(xiàn)了故障。③解決措施：通過對機旁控制箱原理進行分析，同時監(jiān)控內(nèi)部可編程控制器程序運行情況，發(fā)現(xiàn)在停機過程中柴油機停機信號并未接入到可編程控制器中，進一步檢查發(fā)現(xiàn)停機繼電器常開輔助觸點線纜松動，導致停機信號沒有接入到可編程控制器中，對線纜進行重新緊固后故障排除。

（2）柴油機運行時轉(zhuǎn)速顯示異常。①故障現(xiàn)象：某船發(fā)電機組柴油機運行時轉(zhuǎn)速顯示不準確。②故障分析。通過起機時的動態(tài)觀察及對比測量轉(zhuǎn)速傳感器頻率值，發(fā)現(xiàn)故障機組頻率正常，幅值偏低，故判斷為轉(zhuǎn)速傳感器未安裝到位所致。③解決措施：機組停機后將轉(zhuǎn)速傳感器重新安裝，安裝間隙控制在0.5～0.8 mm，再次開機后故障排除。

2.2 配電裝置常見故障

2.2.1 常見故障

配電裝置常見故障有發(fā)電機斷路器偶發(fā)分閘、發(fā)電機并聯(lián)后功率因數(shù)偏差較大、發(fā)電機單機運行出現(xiàn)逆功率報警分閘、電網(wǎng)絕緣低等。

（1）發(fā)電機斷路器偶發(fā)分閘。影響發(fā)電機斷路器分閘的原因主要有發(fā)電機欠壓保護引起分閘、欠壓線圈機械機構(gòu)磨損嚴重造成接觸不良、分閘回路誤動作及發(fā)電機并聯(lián)時無功較大引起斷路器過電流長延時保護等，分析故障時要結(jié)合發(fā)電機的運行狀態(tài)進行有針對性的分析。

（2）發(fā)電機并聯(lián)后功率因數(shù)偏差較大。引起該故障的主要原因為發(fā)電機空載電壓存在偏差、功率表拆裝檢驗后接線錯誤。

（3）發(fā)電機單機運行出現(xiàn)逆功率報警分閘。引起該故障的主要原因為配電屏進行維修后或發(fā)電機電流互感器進行更換后，電流互感器的同名端接線錯誤，造成逆功率保護裝置動作引起分閘。

（4）電網(wǎng)絕緣低。電網(wǎng)絕緣低的原因主要有支路負載絕緣低、發(fā)電機與電網(wǎng)連接電纜絕緣低、發(fā)電機本身絕緣低、配電屏內(nèi)負載開關(guān)或繼電器絕緣低等。

2.2.2 案例

（1）發(fā)電機并聯(lián)后功率因數(shù)偏差較大。①故障現(xiàn)象：某船發(fā)電機并聯(lián)后功率因數(shù)臺呈容性，（2）臺呈感性。②故障原因分析。發(fā)電機單機運行時功率因數(shù)基本正常，僅在并聯(lián)時出現(xiàn)功率因數(shù)偏差較大現(xiàn)象，通過分析判定發(fā)電機空載時空載電壓存在偏差。③解決措施：發(fā)電機空車達到額定轉(zhuǎn)速后，先不要配電，用萬用表測量發(fā)電機發(fā)出電壓，通過調(diào)整配電屏電壓調(diào)整電位器將電壓整定到額定值。發(fā)電機均進行過空載電壓整定后再進行并聯(lián)運行，故障排除。

（2）發(fā)電機單機逆功分閘。①故障現(xiàn)象：某船發(fā)電機單機配電，負載加到20%額定負載后，配電屏逆功率繼電器動作發(fā)出分閘信號，發(fā)電機分閘卸載。②故障分析。通常兩臺或以上發(fā)電機組低功率并聯(lián)運行時，因功率分配不平衡易引起發(fā)電機逆功率保護裝置動作，進而引起主斷路器分閘。單機運行時一般不會出現(xiàn)逆功率現(xiàn)象，通過了解配電屏維修時更換過電流互感器，故判斷此故障為電流互感器輸出端接錯導致。③解決措施：通過檢查發(fā)現(xiàn)電流互感器輸出端接線錯誤，更改電流互感器接線后發(fā)電機配電工作正常。

（3）發(fā)電機主斷路器偶發(fā)分閘。①故障現(xiàn)象：某船3號發(fā)電機單機運行時，主斷路器偶發(fā)分閘，導致全船失電故障。②故障分析。對主斷路器的分閘回路接線進行檢查，接線無松動及接觸不良現(xiàn)象。發(fā)電機配電后短時間內(nèi)未出現(xiàn)分閘，于是將主斷路器從配電屏上拆下進行檢查，檢查過程中發(fā)現(xiàn)欠壓脫扣裝置機械部分有輕微形變，導致裝置動作不靈活有卡滯現(xiàn)象，故判定欠壓脫扣裝置工作不正常引起分閘。③解決措施：更換備用欠壓脫扣器，更換后故障排除。

（4）電網(wǎng)絕緣低。①故障現(xiàn)象：某船配電網(wǎng)長期斷電，維修后進行絕緣測量，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)絕緣低。②故障分析。測量絕緣時，配電屏外部負載開關(guān)均斷開，故排除外部負載絕緣低引起該故障。結(jié)合故障發(fā)生時間為夏季，初步分析為發(fā)電機長時間未使用進入潮氣過多導致。③解決措施：通過發(fā)電機自帶的加熱裝置對發(fā)電機進行加熱處理，加熱處理后配電網(wǎng)絕緣值大于2.5 MΩ，滿足使用要求。

3 船舶電力系統(tǒng)常見故障處理方法

3.1 經(jīng)驗法

經(jīng)驗法是船舶電力系統(tǒng)常見的故障處理方法，要求維修人員在長期的維修過程中不斷的積累經(jīng)驗，并對典型的故障現(xiàn)象及解決措施進行記錄總結(jié)。通過長期的工作積累，遇到故障時便能夠結(jié)合以往的維修經(jīng)驗快速地對故障進行判斷，并加以解決。

3.2 替代法

替代法是在維修相同設備時，經(jīng)過一定的判斷分析，通過替換相同部位的零部件或電路板以達到快速鎖定故障范圍的目的。替代法要求船方結(jié)合以往維修經(jīng)驗，配備一定數(shù)量的、易損的、采購周期較長的電子元器件。替代法需要注意必須對故障原因進行初步分析排除電源、絕緣引起的故障，避免直接更換零部件造成備件直接損壞。

3.3 短路法

短路法是在故障排除過程中，通過分析圖紙資料利用導線將疑似斷路的線路、斷路器或中間繼電器接觸不良的輔助觸點、開關(guān)量輸入模塊輸入點、開關(guān)量控制器及限位開關(guān)等進行短接，通過導線短接后系統(tǒng)的工作狀態(tài)來判斷具體故障點。短路法屬于帶電作業(yè)，因此，在進行此項工作前必須對系統(tǒng)原理進行充分了解，佩戴好相應的防護措施，禁止盲目操作。

4 結(jié)術(shù)語

船舶電力系統(tǒng)作為船舶運行的主要系統(tǒng)，除了發(fā)電機組、配電屏及電網(wǎng)等故障外，還有許多其他原因引起的故障。為了更好地對系統(tǒng)故障進行維修，維修工作人員需要不斷的學習新知識，提升自身的維修能力，適應船舶電力系統(tǒng)自動化設備維修發(fā)展的需要。