某型拖船側(cè)推裝置一起典型電氣故障分析

0 引言

隨著港口碼頭、狹窄航道船舶通航密度逐年攀升，保證船舶航行在上述水域絕對安全成為迫切的現(xiàn)實需要?；诟纳拼皺C動能力和操縱性能需要，從小型船艇到數(shù)萬噸大型艦船，較多選擇在艏、艉部設(shè)計安裝側(cè)推裝置作為解決策略。伴隨在工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用和使用頻次增加，該裝置故障多發(fā),出現(xiàn)問題復(fù)雜多樣，能否快速修復(fù)該裝置突發(fā)故障將直接影響到船舶的航行安全。

1 故障現(xiàn)象

某型救助拖船采用兩臺艏側(cè)推、一臺艉側(cè)推裝置輔以車、舵系統(tǒng)，實現(xiàn)離靠碼頭、進出狹窄水道及動力定位作業(yè)時船舶運動狀態(tài)控制。全船電力系統(tǒng)由兩臺軸帶發(fā)電機及三臺主柴油發(fā)電機組提供支持，兩臺軸帶發(fā)電機分別由左、右舷主推進柴油機驅(qū)動，聯(lián)接在主減速齒輪箱PTO輔助輸出端。各電站間相互獨立，分段工作，分區(qū)供電。左聯(lián)絡(luò)斷路器6CB2、軸發(fā)排母聯(lián)斷路器9CB1、柴發(fā)排母聯(lián)斷路器9CB2、右聯(lián)絡(luò)斷路器13CB2均斷開，左柴油發(fā)電機組為C排設(shè)備供電，中柴油發(fā)電機組和右柴油發(fā)電機組為D排設(shè)備供電，左軸帶發(fā)電機為A排前艏側(cè)推供電，右軸帶發(fā)電機為B排后艏側(cè)推和艉側(cè)推供電。

首先進入Fluent的計算編輯模塊，選擇計算單位，然后進行參數(shù)設(shè)置，再一個就是設(shè)置求解器，在求解器設(shè)置中需要選擇Pressure-Based(基于壓力法求解器)，使用壓力修正算法，擅長求解不可壓縮流動；在Velocity Formulation中選擇Absolute(絕對速度)；在Time中選擇Steady(穩(wěn)態(tài))。截止閥中的介質(zhì)在里面流動時，由于閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，將會使速度在閥體中有較多的變化，形成湍流。因此，本文選用湍流模型對流體場進行分析。而選用標準k-e模型因為其是湍流模型中應(yīng)用最廣的模型，其具有較高的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和精度[4]。計算結(jié)果如圖4。

因檢修需要該船舶在碼頭較長時間停泊，后在例行性動態(tài)檢拭三臺側(cè)推裝置時，出現(xiàn)艏部前側(cè)推裝置在自耦降壓啟動后，轉(zhuǎn)全壓運行瞬時，主配電板上該側(cè)推裝置供電框架開關(guān)斷路器6CB1自動跳閘，如圖1所示，并發(fā)出啟動失敗報警故障。

2 系統(tǒng)工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

本側(cè)推裝置由驅(qū)動電機、彈性聯(lián)軸節(jié)、側(cè)推器本體、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)五大部分組成

。具體包括綜合艦橋控制面板1、中央控制箱2、甲板設(shè)備控制面板3、電機啟動柜4、驅(qū)動電機5、反饋裝置6、聯(lián)軸器7、側(cè)推裝置本體8、重力油箱9、液壓油柜組件10、中間油箱11、手搖泵12、油泵啟動器13、螺距表14組成，如圖2所示。

黨的十八大對社會主義初級階段的主流價值觀作了明確界定——富強、民主、文明、和諧、自由、平等、公正、法治、愛國、敬業(yè)、誠信、友善。這是整個中國社會道德體系建設(shè)的總綱，不同民族、不同階層、不同行業(yè)、不同群體可據(jù)此構(gòu)建符合自身實際的道德體系。

根據(jù)維修保養(yǎng)記錄和使用經(jīng)驗，初步推斷為船舶較長時間停泊，槳葉表面海生物持續(xù)生長，槳葉重量增加及表面型線發(fā)生改變，啟動時負荷較原來大，在原自耦降壓啟動時間內(nèi)無法達到額定轉(zhuǎn)速。通過清理槳葉表面海生物，恢復(fù)先前狀態(tài)，可以消除故障。但鑒于側(cè)推裝置結(jié)構(gòu)特點，槳葉實體部分在水線以下，且筒體外部有防護格柵，需結(jié)合塢修方能進行槳葉表面海生物的清理，超出了船員級維修工程范圍。

基于故障原因分析和推斷，考慮通過增加配電板斷路器耐受電流、減小啟動負載、增大啟動轉(zhuǎn)矩、延長啟動時間四種方案對故障進行排查處理。

2.2 工作原理

主配電板上供電框架開關(guān)斷路器6CB1型號為施耐德Masterpact MT系列抽屜式空氣斷路器，額定工作電流In為2500A，原設(shè)定短延時脫扣電流isd倍率2.5。在征得廠家同意后，將isd倍率增大一倍調(diào)定至5，啟動該側(cè)推裝置，故障依然存在?；诰€路安全考量，未對斷路器相關(guān)參數(shù)再做其它調(diào)整，考慮采用其它故障修復(fù)方案。

檢查自耦變壓器內(nèi)部設(shè)置有三個抽頭，分別為48%、52%和55%，當前主電路連接為48%抽頭，如圖3所示。通過現(xiàn)場勘驗，在確認電纜足夠長度及安全情況下，將48%抽頭調(diào)整至52%，使啟動電壓適當增大，從而保證在自耦降壓程序設(shè)定時間20s內(nèi)電機轉(zhuǎn)速能夠升至額定轉(zhuǎn)速。調(diào)整后，正常啟動該側(cè)推裝置，該裝置運行正常，故障排除。

（4）他自吃人在他眼前那等花麗胡哨，喬龍畫虎的，兩面刀哄他，就是千好萬好了。（明·蘭陵笑笑生《金瓶梅詞話》第20回）

側(cè)推裝置起動時，須向主配電板進行重載問詢，主配電板允許起動后，PLC根據(jù)端口輸入信號，監(jiān)測各起動聯(lián)鎖點：①油泵是否運行；②主電機電源是否有電；③控制電源是否有電；④槳葉是否處于零螺距位；⑤是否無故障報警及保護報警；⑥兩臺艏側(cè)推起動柜相互間是否無連鎖；⑦電機防冷凝加熱器是否停止工作等。判斷符合起動條件后，向起動柜輸出“主電機起動準備完畢”信號，面板“主電機起動準備完畢”指示燈亮起。按下“主電機起動”按鈕，PLC收到起動信號后，即刻輸出起動信號至控制電路，斷路器QF3閉合，之后斷路器QF2閉合，起動器按照設(shè)定程序進行自耦降壓起動

。設(shè)定自耦降壓啟動時間20 s完成后，PLC輸出控制信號，分別斷開QF2、QF3斷路器，閉合QF1斷路器，側(cè)推裝置轉(zhuǎn)全壓運行，“主電機運行”指示燈亮起，“自耦降壓起動”指示燈熄滅，“重載問詢”指示燈熄滅，“允許起動”指示燈隨后熄滅，起動過程完成。

本型拖船三臺側(cè)推裝置均采用自耦降壓方式起動，艏部側(cè)推裝置主電機功率均為1200kW。艏部前側(cè)推裝置初次啟動失敗后，檢查機旁控制屏上各報警指示燈，除主電源失電報警外，無其它報警點輸出；檢查該側(cè)推裝置油泵電機及槳葉零螺距位均在正常狀態(tài)

。為測試起動器控制電路功能，排除控制系統(tǒng)是否存在故障，將該側(cè)推裝置工作模式轉(zhuǎn)至“試驗”模式，在不帶負載的情況下，模擬控制側(cè)推裝置主電機的起動。按下“主電機起動”按鈕檢查控制系統(tǒng)自耦降壓啟動過程，QF1、QF2、QF3斷路器動作邏輯正常，分合閘過程無異常，斷路器6CB1跳閘現(xiàn)象消失。將工作模式轉(zhuǎn)回“正?！蹦Ｊ胶笤俅伟闯绦騿釉搨?cè)推裝置，主配電板供電斷路器6CB1再次跳閘。排查電氣控制系統(tǒng)無其它異常后，結(jié)合近期控制系統(tǒng)未有維修工作改變技術(shù)狀態(tài)及長時間靠泊的實際，推斷為降壓啟動轉(zhuǎn)全壓運行時，側(cè)推裝置電機轉(zhuǎn)速未達到額定值，轉(zhuǎn)換瞬間沖擊電流過大，導(dǎo)致跳閘故障，或與裝置水下部分海生物生長有關(guān)。

側(cè)推裝置停止時，按下“主電機停止”按鈕，PLC發(fā)出分閘指令，斷路器QF1斷開，“主電機運行”指示燈熄滅，主電機停止。

3 故障原因分析

A routine CT scan detected a right-sided enhancing mid-pole renal mass measuring 2.3 cm.

4 解決方案

在此案例中，教師破除自身的權(quán)威性，鼓勵學生自主思考，表達自己的觀點，發(fā)表自己的意見。這種平等民主的對話方式，不但讓學生獲得了解決問題的多樣性答案，而且有利于和諧共生的師生關(guān)系的創(chuàng)建，他們都體驗了積極的情感，知識在對話中潛移默化地生成，猶如“隨風潛入夜,潤物細無聲”。

4.1 增加耐受電流

本側(cè)推裝置電氣控制系統(tǒng)是基于西門子S7-200系列PLC的船用推進裝置電子遙控系統(tǒng)，目的是對可調(diào)螺距螺旋槳的螺距進行遙控控制。驅(qū)動電機在額定轉(zhuǎn)速的恒轉(zhuǎn)速模式下，通過電控系統(tǒng)調(diào)節(jié)液壓裝置電磁閥來改變側(cè)向推進器的螺距，同時接收螺距反饋器的反饋信號，二者經(jīng)過PLC的調(diào)整來完成螺距的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)船舶推力大小和方向的改變。

4.2 減小啟動負載

其中，電氣控制系統(tǒng)分為控制部分和報警部分，主要功能為在機旁或遙控控制模式下，實現(xiàn)對三臺側(cè)推裝置的起動、停止操作及運行狀態(tài)監(jiān)控、運行參數(shù)監(jiān)測?？刂撇糠职姍C起動柜、油泵電機起動器、中央控制箱、綜合艦橋控制臺面板、甲板設(shè)備控制臺面板、螺距反饋裝置等。報警部分包括重力油箱油位低、油溫高、主電機繞組高溫、停車、主電源失電、控制電源失電、油泵油壓低、過濾器堵塞、主電機過載、主電機冷卻水泄露、主電機斷相、主電機起動失敗、主電機脫扣、重載問詢失敗、自耦變壓器繞組高溫、起動次數(shù)過多、主電機滿負載等。

4.3 增大啟動轉(zhuǎn)矩

鑒于啟動負載較以前變大，電機未能達到額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)全壓運行時主斷路器跳閘，考慮適當增加啟動電壓以增加啟動轉(zhuǎn)矩，使電機在轉(zhuǎn)全壓運行時轉(zhuǎn)速能夠盡可能升至額定轉(zhuǎn)速。由于自耦變壓器與同容量的一般變壓器相比較，具有結(jié)構(gòu)簡單、用料省、體積小等優(yōu)點，本側(cè)推裝置降壓起動采用自耦變壓器來完成。

主電機采用自耦降壓啟動，在忽略漏抗、壓降、勵磁電流情況下，變壓器初、次級電壓比U1/U2等于匝數(shù)比K，電流比I1/I2等于匝數(shù)比倒數(shù)1/K。本自耦變壓器K>1，故一次側(cè)電壓為二次側(cè)K倍，而一次側(cè)電流則降為二次側(cè)的1/K，從而降低了對一次側(cè)發(fā)電機容量要求和一次側(cè)的電網(wǎng)沖擊。

4.4 延長啟動時間

西門子公司生產(chǎn)的PLC在我國應(yīng)用相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用，產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500等。本側(cè)推裝置控制系統(tǒng)采用的西門子S7-200系列PLC具有體積小、速度快、標準化，網(wǎng)絡(luò)通信能力較強，編程簡單，操作方便，維修容易，可靠性高等優(yōu)點。PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、執(zhí)行用戶程序和輸出刷新三個階段，完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段

。

在本側(cè)推裝置控制系統(tǒng)中，PLC設(shè)定自耦降壓啟動時間為20s，由于啟動負載變大，自耦降壓啟動連接在48%抽頭條件下，因推斷該20 s設(shè)定時間內(nèi)主電機不能達到額定轉(zhuǎn)速，故考慮通過修改PLC自耦降壓啟動程序段設(shè)定參數(shù)，將自耦降壓啟動過程時間適當延長方案。將PLC與計算機進行連接并組態(tài)，上傳啟動程序至計算機。

在現(xiàn)今世界經(jīng)濟不景氣的大背景下，不良貸款率的高低不僅與銀行自身的經(jīng)濟狀況息息相關(guān)，還與宏觀經(jīng)濟對企業(yè)的影響程度有著重要的聯(lián)系。如若我國的經(jīng)濟能盡快恢復(fù)較好較快增長的狀態(tài)，當局也能夠在適當、有效的范圍內(nèi)進行宏觀政策的調(diào)控，那么勢必會改善商業(yè)銀行的不良貸現(xiàn)狀。如若在此基礎(chǔ)上，銀行本身還能夠加強自身貸款的要求，提高借貸門檻，根據(jù)影響因子調(diào)節(jié)各因素指標，那么不良貸款率的降低也就指日可待了。下文則對不良貸改善的具體措施進行談?wù)摗?/p>

在STEP7軟件運行環(huán)境下，將PLC網(wǎng)絡(luò)95程序段定時器T38起動定時參數(shù)PT由200調(diào)整為220，定時時基100ms不變，即將預(yù)設(shè)自耦降壓啟動時間延長至22s，后將程序進行編譯和下載，重啟PLC,如圖4所示。在側(cè)推裝置48%抽頭不做調(diào)整情況下，啟動側(cè)推裝置，運行正常，亦能將故障排除。

此種方案要求故障排查人員對PLC編程有一定的專業(yè)基礎(chǔ)，同時需要計算機、PLC通信電纜等硬件及西門子S7-200系列PLC編程軟件支持。

5 結(jié)束語

側(cè)推裝置在工程實際使用中，電氣控制系統(tǒng)故障發(fā)生頻率較高，不同電氣故障導(dǎo)致的故障現(xiàn)象千差萬別，故障產(chǎn)生原因及機理需要具體問題具體分析，排除方法不盡相同

?；诠收犀F(xiàn)象的分析解決方法，需要結(jié)合設(shè)備維修履歷及實際使用情況，多角度進行分析判斷，逐步縮小范圍，準確定位故障點，并對提出的解決方案多維度進行分析、比對，從而快速決策出便捷、高效的修復(fù)方案，有效解決突發(fā)故障。一方面縮短了故障修復(fù)時間，另一方面，延長進塢周期，節(jié)約維修經(jīng)費，大大提高了生產(chǎn)率

。

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