船舶電氣設(shè)備常見故障及維修技術(shù)

曾正洪

（ 重慶交通大學(xué) 航運(yùn)與船舶工程學(xué)院，重慶400074）

船舶電氣系統(tǒng)是船舶系統(tǒng)的重要組成部分, 如果船舶電氣設(shè)備發(fā)生故障,將會直接對船舶安全構(gòu)成威脅。這就需要對電氣設(shè)備進(jìn)行定期檢查并進(jìn)行更新,注重設(shè)備管理模式。若電氣設(shè)備發(fā)生故障, 那么就要對船舶電氣設(shè)備故障發(fā)生的原因做深入的了解,為以后處理電氣設(shè)備發(fā)生故障做充分準(zhǔn)備,并提供一些具有價值性的參考。

1 船舶電氣系統(tǒng)組成

船舶電氣系統(tǒng)由船舶電站、 船舶電力網(wǎng)和電氣負(fù)載三部分構(gòu)成。

船舶電站是船舶電氣系統(tǒng)最重要的組成部分, 起著發(fā)電和配電的作用。 按照不同的分類方法,船舶電站的組成各不相同。按照電流的種類,船舶電站分為兩種：直流電站和交流電站。 根據(jù)原動機(jī)的類型,船舶電站又可以分為柴油機(jī)、汽輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。 通常來說按照功能,還可以分為主電站、應(yīng)急電站和臨時應(yīng)急電站。

船舶電力網(wǎng)由電纜、導(dǎo)線和配電裝置構(gòu)成。 發(fā)電機(jī)發(fā)出的電從主配電盤開始,然后經(jīng)過電纜傳輸,最后通過分配電裝置進(jìn)行電力分配,送到各用戶。 從連接負(fù)載的角度出發(fā),船舶電網(wǎng)分為四種：動力電網(wǎng)、照明電網(wǎng)、臨時電網(wǎng)和臨時應(yīng)急電網(wǎng)。 因船舶負(fù)載和種類和數(shù)量不斷增加, 明確了對船舶電力網(wǎng)運(yùn)行的基本要求,即當(dāng)船舶電力網(wǎng)發(fā)生故障時,仍然能夠可靠持續(xù)地對船舶電氣設(shè)備供電,并且把故障所造成的影響降至最低,即保證供電的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、合理性。

電氣負(fù)載主要用來反映船舶電力網(wǎng)與電氣設(shè)備間交換電能的情況,其分為電動機(jī)動力負(fù)載、單線負(fù)載、測量設(shè)備負(fù)載等。

2 船舶電氣系統(tǒng)常見的故障

船舶電氣設(shè)備在長期運(yùn)行過程中, 會受到一些因素的影響。例如內(nèi)在因素：自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料、安裝過程等;外部因素：機(jī)艙環(huán)境不正常、負(fù)荷突然變化、平時不注重定期維護(hù)等。 這些因素的干擾將會導(dǎo)致船舶電氣設(shè)備的使用性能下降,還將導(dǎo)致船舶電氣設(shè)備的部分喪失,甚至是全部功能喪失。最終致使船舶在航行過程中突然發(fā)生故障,影響船舶的正常航行,同時也降低其經(jīng)濟(jì)效益。 可以說,船舶電氣系統(tǒng)的組成非常復(fù)雜。 因此可以看出, 這也同時大大增加了船舶電氣設(shè)備發(fā)生故障的可能性。

在對船舶電氣設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析之后, 我們發(fā)現(xiàn),船舶電氣系統(tǒng)的各個組成部分所發(fā)生的故障是不同的。一般而言,船舶在航行過程中會出現(xiàn)四種常見故障：發(fā)電機(jī)故障、主配電板故障、電動機(jī)故障和電網(wǎng)系統(tǒng)故障。

2.1 發(fā)電機(jī)故障

船舶采用的主發(fā)電機(jī)包括有刷同步發(fā)電機(jī)和無刷同步發(fā)電機(jī)。 對于有刷同步發(fā)電機(jī)來說,在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)匝間短路、轉(zhuǎn)子勵磁線圈斷路以及電刷過度磨損等故障。與此同時,發(fā)生故障的時候會伴隨著一些故障現(xiàn)象。例如發(fā)生匝間短路,殼體的某些部分將會嚴(yán)重發(fā)熱,并且三相電壓將變得不對稱;若是轉(zhuǎn)子勵磁線圈斷路,勵磁電流將會增大,甚至導(dǎo)致電機(jī)燒毀。 對于無刷同步發(fā)電機(jī),更常見的故障為換向器故障,轉(zhuǎn)樞式繞組勵磁線圈的短路。

對于不可控相復(fù)勵調(diào)壓系統(tǒng),常見故障有：發(fā)電機(jī)起動至額定轉(zhuǎn)速,但是無法建立正常電壓;發(fā)電機(jī)的電壓低于或者高于額定值;發(fā)電機(jī)過熱、軸承過熱等。

對于可控硅勵磁調(diào)壓系統(tǒng), 其故障類似于不可控相復(fù)勵調(diào)壓系統(tǒng),一是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為額定值,但無法建立正常電壓,導(dǎo)致起勵失敗;二是發(fā)電機(jī)端電壓低于或高于額定電壓;三是當(dāng)負(fù)載增加時,發(fā)電機(jī)電壓明顯降低。

對于三相無刷同步發(fā)電機(jī), 其常見故障為旋轉(zhuǎn)整流裝置故障和靜止勵磁系統(tǒng)元器件損壞。

2.2 主配電板故障

主配電板是電站電能集中和分配的控制中心。 主配電板主要有兩類常見的故障： 一是主配電板跳閘, 二是主配電板不閉合。 造成主配電板跳閘,有以下幾點(diǎn)原因：一是脫扣機(jī)構(gòu)時間久了容易老化;二是過電流脫扣器失調(diào);三是失壓線圈串聯(lián)電阻過大等。 發(fā)生主配電板不閉合, 主要是由于脫扣機(jī)構(gòu)磨損非常嚴(yán)重;過電流脫扣器失調(diào);熱脫扣器在動作后沒有進(jìn)行復(fù)位。

2.3 電動機(jī)故障

電動機(jī)在長期運(yùn)行中,自身結(jié)構(gòu)會逐漸劣化,失去其原有性能和功能,進(jìn)而發(fā)生故障。 以三相鼠籠式異步電動機(jī)為例,其常見的故障有：電動機(jī)無法正常起動;電動機(jī)溫升高;電動機(jī)在運(yùn)行過程中噪聲過大;軸承過熱等。

2.4 電網(wǎng)系統(tǒng)故障

當(dāng)電網(wǎng)中過載時,導(dǎo)線中會流經(jīng)很大的電流,造成導(dǎo)線過熱。電網(wǎng)系統(tǒng)故障主要為電力系統(tǒng)一相接地, 船舶接觸器繼電器故障和熱繼電器故障。 其中,熱繼電器故障包括兩種：用電設(shè)備正常工作,但是熱繼電器動作頻繁;熱繼電器不動作,用電設(shè)備卻燒毀。

3 船舶電氣系統(tǒng)維修技術(shù)

船舶電氣設(shè)備的工作環(huán)境惡劣, 各個組成部分發(fā)生的故障是十分復(fù)雜的。 在分析船舶電氣設(shè)備的故障時往往先從故障現(xiàn)象入手,然后分析故障原因,進(jìn)而找出解決方法。

3.1 發(fā)電機(jī)故障的維修方法

在分析發(fā)電機(jī)故障原因時, 首先就要明確發(fā)生故障的具體對象。 若勵磁電流為額定值,則表示發(fā)電機(jī)發(fā)生了故障;反之,則表示勵磁調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)生了故障。此外,根據(jù)不可控相復(fù)勵調(diào)壓系統(tǒng)的特點(diǎn),對照工作原理圖去分析故障發(fā)生的環(huán)節(jié),從而對該電路環(huán)節(jié)進(jìn)行維修。當(dāng)可控硅勵磁調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)生故障時,先檢查晶閘管主電路是否正常,然后充分檢查觸發(fā)電路是否正常。維修時再對電路原理圖進(jìn)行比較和分析, 從而分析出哪個電路環(huán)節(jié)發(fā)生故障。

3.2 主配電盤故障的維修方法

電流斷路、過載都會引起主配電板跳閘。因此,在實(shí)行分級卸載的基礎(chǔ)上,對整定值進(jìn)行調(diào)整是十分有必要的。當(dāng)發(fā)出自動同步系統(tǒng)啟動命令信號60 秒之后,仍然無法進(jìn)行自動同步,這時便可以將自動同步改為手動同步。

3.3 電動機(jī)故障的維修方法

電源沒有接通、負(fù)載過大、轉(zhuǎn)動時受阻等都會造成電動機(jī)無法正常起動,這時需要確保回路開關(guān)是否完好、接線是否正確、有沒有反接。 電動機(jī)過載和斷相運(yùn)行會造成電動機(jī)溫度過高。當(dāng)電動機(jī)過載運(yùn)行時,電流將會上升并且電動機(jī)嚴(yán)重過熱,最嚴(yán)重的后果是造成電動機(jī)燒毀,因此,必須改善散熱條件,防止電動機(jī)過熱。 軸承損壞、缺相操作會在電動機(jī)中產(chǎn)生噪聲,而軸承間隙過大或者嚴(yán)重磨損會造成軸承損壞, 因此必須確保電動機(jī)在連續(xù)運(yùn)行期間中具有良好的潤滑性。若電動機(jī)繞組有一相斷線,則會導(dǎo)致電動機(jī)斷相運(yùn)行。電動機(jī)在斷相運(yùn)行的過程中,轉(zhuǎn)速將下降。 若運(yùn)行時間過長,會導(dǎo)致電機(jī)燒毀。 因此要求工作人員平時就需要注意發(fā)現(xiàn)斷相運(yùn)行的的異?，F(xiàn)象, 并判斷是否發(fā)生斷相操作,此外,還應(yīng)設(shè)置斷相保護(hù)以防止電動機(jī)斷相運(yùn)行。

3.4 電網(wǎng)系統(tǒng)故障的維修方法

一定負(fù)載下單相絕緣擊穿、負(fù)載電機(jī)接線盒的連接松動且接觸不良等都將導(dǎo)致電力系統(tǒng)一相接地故障。 船舶接觸器繼電器故障會出現(xiàn)觸頭局部過熱、 異常的電樞噪聲和線圈高溫等現(xiàn)象。觸頭嚴(yán)重磨損會造成觸頭過熱。 鐵蕊端面接觸不良、短路環(huán)斷裂等會造成銜鐵噪聲異常。 電流值異常升高、 銜鐵無法吸合等會造成線圈溫度過高。 如果被保護(hù)設(shè)備的額定電流大于整定電流值,則用電設(shè)備將正常運(yùn)行,熱繼電器動作太頻繁,此時應(yīng)重新整定;如果用電設(shè)備燒毀而熱繼電器不動作,那么說明整定值太高,此時需要重新調(diào)整該整定值。

4 結(jié)論

船舶電氣設(shè)備的故障是多種多樣的,無法一一列舉。 本文將船舶常見故障進(jìn)行了分類, 能夠較為系統(tǒng)地掌握船舶電氣設(shè)備維修所需的電氣方面的基本理論和技能。 隨著船舶自動化程度越來越高, 值班工作人員只有在很熟悉電氣設(shè)備基本原理的基礎(chǔ)上,才能提高工作效率,并且在維修電氣設(shè)備的過程中滿足經(jīng)濟(jì)效益需求,同時保證船舶的航行安全。