船舶電氣的接地故障及處理措施探討

袁 浩

應(yīng)用研究

船舶電氣的接地故障及處理措施探討

袁 浩

（交通運(yùn)輸部北海救助局，山東煙臺(tái) 264000）

為了提高船舶電氣質(zhì)量，預(yù)防和減少接地故障問題出現(xiàn)，保證船舶電氣系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，本文采取經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法，敘述船舶電氣接地故障的產(chǎn)生原因，分析接地故障特點(diǎn)與造成的實(shí)質(zhì)性影響，探討接地故障問題的正確處理措施，并提出故障問題的防治處理措施。

船舶電氣 接地故障 處理措施

0 引言

船舶電氣系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、接地故障隱秘的特征，在電氣設(shè)備使用期間常出現(xiàn)故障問題，給后續(xù)故障診斷、設(shè)備檢修工作的開展帶來困難。對(duì)此，需要構(gòu)建一套內(nèi)容詳盡、科學(xué)合理的電氣接地故障處理與防治體系，為接地故障查找、診斷與設(shè)備檢修工作開展提供明確參考，并從根源上預(yù)防、減少故障問題出現(xiàn)，這也是船舶電氣領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要課題。

1 船舶電氣接地故障概述

1.1 故障成因

1.1.1 自然因素

船舶電氣設(shè)備長時(shí)間處于高鹽、潮濕環(huán)境，設(shè)備受環(huán)境鹽腐蝕與水汽侵蝕，絕緣性能削弱、老化速度加快，電氣接地故障率提升。同時(shí)，受到漲潮、落潮、氣壓差、海底地形等因素影響，船舶在海域中航行時(shí)很難保持平穩(wěn)狀態(tài)，出現(xiàn)左右搖晃、上下擺動(dòng)現(xiàn)象，設(shè)備因此處于震動(dòng)狀態(tài)，在船舶擺動(dòng)幅度過大、堆置物體移位時(shí)與電氣設(shè)備相碰撞，或是與高腐蝕度海水直接接觸，進(jìn)一步提高了電氣接地故障的出現(xiàn)概率。

1.1.2 電氣設(shè)備因素

接地故障誘因包括設(shè)備老化、線路設(shè)計(jì)不當(dāng)、安裝質(zhì)量不佳。在設(shè)備老化方面，設(shè)備元器件、外部殼體與絕緣材料隨著時(shí)間推移而持續(xù)老化，設(shè)備絕緣性能與電氣性能下滑現(xiàn)象，當(dāng)設(shè)備處于環(huán)境時(shí)，設(shè)備老化速度進(jìn)一步加快。在線路設(shè)計(jì)方面，存在線路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、缺乏防護(hù)措施的問題，如采取線路明敷方式，線路裸露在空氣中，在船舶航行期間因外部物質(zhì)落在線路表面，使線路絕緣層破損、割裂，出現(xiàn)短路故障。在設(shè)備質(zhì)量方面，電氣產(chǎn)品未達(dá)到使用要求，或電氣設(shè)備存在安裝質(zhì)量問題，在后續(xù)運(yùn)行期間出現(xiàn)部件松脫失穩(wěn)、元件失靈、設(shè)備癱瘓的問題。

1.1.3 電氣設(shè)備工作系統(tǒng)因素

船舶電氣系統(tǒng)與線路長時(shí)間處于高強(qiáng)度、滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，加快線路老化速度，由此出現(xiàn)導(dǎo)線塑性拉斷、接地故障的問題。同時(shí)，工作系統(tǒng)與接地保護(hù)裝置的運(yùn)行工況易受到外部環(huán)境、導(dǎo)電金屬與絕緣電阻等因素影響，因電氣設(shè)備與線路的維護(hù)保養(yǎng)工作開展不及時(shí)，出現(xiàn)接地體嚴(yán)重腐蝕、接地干線與接地線連接點(diǎn)松動(dòng)、連接點(diǎn)表面形成污垢層與氧化層、線路接觸不良等問題，使得設(shè)備裝置帶病運(yùn)行，難以發(fā)揮出應(yīng)有的保護(hù)作用。

1.2 船舶電氣接地故障特點(diǎn)

船舶電氣接地故障具備接地電容不一致、電流不一致、電流漏電問題頻發(fā)、線路損壞嚴(yán)重的特征。其中，接地電容不一致：各類電氣設(shè)備沒有保持一致的運(yùn)行工況，產(chǎn)生差異性的接地電容，且設(shè)備多采取電弧接地方式、電容值普遍較大，不利于故障診斷環(huán)節(jié)開展零序電流整數(shù)值確定工作。電流不一致：由于同時(shí)采取金屬以及電弧兩種接地方式，在出現(xiàn)接地故障時(shí)，二者都將形成接地電阻，導(dǎo)致相同支路內(nèi)的接地電流值存在偏差，影響電氣系統(tǒng)與設(shè)備運(yùn)行工況。電流漏電問題頻發(fā)：船舶電氣系統(tǒng)各條供電支路的電容缺乏均勻性，在出現(xiàn)電路故障后，會(huì)引發(fā)多條支路電流漏電等一系列連鎖問題，非故障部位支路也有可能出現(xiàn)漏電情況。線路損壞嚴(yán)重特征：受外部復(fù)雜環(huán)境影響，線路損壞、短路與電氣接地故障往往會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，也可以將線路損壞與短路現(xiàn)象視作為電氣接地故障的前期出現(xiàn)征兆，由此引發(fā)故障形成。

1.3 船舶電氣接地故障影響后果

接地故障后果體現(xiàn)在形成人員觸電風(fēng)險(xiǎn)、誘發(fā)電氣火災(zāi)事故、影響船舶運(yùn)行安全三方面。在人員觸電風(fēng)險(xiǎn)方面，因電氣故障問題，部分原本不帶電的導(dǎo)體臨時(shí)處于帶電狀態(tài)，在工作人員未按規(guī)定穿戴防護(hù)設(shè)備、執(zhí)行不規(guī)范操作行為時(shí)，易出現(xiàn)人員觸電事故。在誘發(fā)電氣火災(zāi)事故方面，所產(chǎn)生接地故障電流小于一定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，保護(hù)器難以有效識(shí)別，出現(xiàn)拒動(dòng)情況，線路與電氣設(shè)備處于過載運(yùn)行狀況，因工作溫度過高而出現(xiàn)火災(zāi)安全事故，同時(shí)，在線路坡度、釋放電弧時(shí)，會(huì)提高局部環(huán)境溫度，引燃周圍分布的可燃物與易燃物。在影響船舶運(yùn)行安全方面，在電氣接地故障的影響下，致使船舶弱電系統(tǒng)與終端設(shè)備出現(xiàn)異常運(yùn)行情況，如傳感器測量數(shù)據(jù)失真，無法幫助操作人員做出正確的船舶航行判斷，嚴(yán)重時(shí)由此引發(fā)船舶觸角、碰撞等安全事故出現(xiàn)。

2 船舶電氣接地故障的處理措施

2.1 確定船舶電氣接地故障范圍

考慮到船舶電氣系統(tǒng)有著分布范圍廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征，為快速解決問題，避免因時(shí)間推移而造成嚴(yán)重后果，工作人員應(yīng)組合采取目視檢查法、儀表法、逐次排查與斷電法等方法手段，快速鎖定電氣接地故障范圍。首先，運(yùn)用目視檢查法，工作人員通過肉眼、嗅覺等感官功能，檢查船舶電氣系統(tǒng)各部位是否存在設(shè)備線路破損變形、老化腐蝕嚴(yán)重、散發(fā)刺激性氣味、發(fā)出異常聲響等情況，憑借自身工作經(jīng)驗(yàn)來判斷電氣接地故障的大體范圍。隨后，運(yùn)用儀表法，使用萬用表等設(shè)備，在初步劃定的電氣接地故障范圍內(nèi)檢測各條負(fù)載線路的絕緣紙、電流值、電壓值、電阻值等參數(shù)，對(duì)比檢測數(shù)值與額定指標(biāo)。如果二者偏差值超過允許范圍時(shí)，即可將其確定為一處故障點(diǎn)，如測量電路電阻值，如果測量值未達(dá)到0.2 MΩ（220 V）、0.5 MΩ（380 V）標(biāo)準(zhǔn)，或是電阻測量值為0時(shí)，將其確定為故障點(diǎn)。同時(shí)，可以組合運(yùn)用逐次排查法與儀表法，使用萬用表等工具依次測量各條線路與電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，持續(xù)縮小故障范圍，直至查找到具體的故障點(diǎn)。最后，采取斷電法，切斷配電箱與分配電板負(fù)載開關(guān)，既可以控制電氣接地故障受損程度，避免故障范圍因時(shí)間推移而持續(xù)擴(kuò)展，同時(shí)，還可以觀察斷電情況下的各處電氣設(shè)備與線路絕緣電阻值波動(dòng)情況，波動(dòng)幅度相對(duì)較大區(qū)域?yàn)楣收蠀^(qū)域，將其與儀表檢測、逐項(xiàng)排查、目視檢查方法獲取的故障范圍劃定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而判斷故障范圍是否準(zhǔn)確。

2.2 查找接地故障點(diǎn)與故障類型診斷

首先，在出現(xiàn)電氣設(shè)備接地故障時(shí)，為提高故障診斷處理效率，工作人員需要根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)與分析歷史故障報(bào)告，優(yōu)先對(duì)接地故障出現(xiàn)率較高的電氣設(shè)備進(jìn)行排查、診斷，如絕緣電阻、電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備與通訊設(shè)備。例如，目視檢查電動(dòng)機(jī)與殼體接線點(diǎn)出的連接情況，使用兆歐表進(jìn)行測量，如果發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)水、殼體開裂、絕緣體漏電情況時(shí)，表明電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)接地故障。而對(duì)于照明設(shè)備與通訊設(shè)備，考慮到此類設(shè)備普遍不具備防水性能，設(shè)備進(jìn)水造成短路是接地故障的主要成因，需要提前切斷電源，逐項(xiàng)檢查各處設(shè)備是否存在殼體破裂、內(nèi)部進(jìn)水與短路情況，確定故障點(diǎn)位置，對(duì)進(jìn)水部位進(jìn)行吹風(fēng)烘干處理。

其次，在出現(xiàn)線路接地故障時(shí)，為提高故障點(diǎn)查找精度。工作人員應(yīng)采取分段檢查方法，將電氣設(shè)備開關(guān)裝置設(shè)定為節(jié)點(diǎn)，以總裝電板為起始點(diǎn)、電箱為終點(diǎn)，使用兆歐表裝置來測量線路電阻值等參數(shù)，對(duì)比測量值與額定值，按照從上到下順序逐項(xiàng)檢測各節(jié)段線路的運(yùn)行狀況與參數(shù)值，直至確定線路接地故障點(diǎn)為止，要求將故障點(diǎn)鎖定到具體線芯。同時(shí)，考慮到船舶電氣系統(tǒng)中分布著并聯(lián)狀態(tài)的特殊照明電路，需要對(duì)此類線路采取分割排查方法。

最后，在鎖定具體故障點(diǎn)后，根據(jù)儀表測量結(jié)果與故障外在表現(xiàn)征兆來判斷故障類型，分析問題成因。例如，在檢查電動(dòng)機(jī)設(shè)備時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部處于高溫異常運(yùn)行狀態(tài)、軸承因鐵芯過熱與轉(zhuǎn)子掃膛而出現(xiàn)明顯損壞情況、絕緣體嚴(yán)重?fù)p壞、設(shè)備絕緣電阻值低于額定值等情況時(shí)，表明故障類型為電氣故障，故障點(diǎn)為電動(dòng)機(jī)設(shè)備，并分析故障成因，如在絕緣體損壞嚴(yán)重時(shí)判斷故障成因?yàn)檗D(zhuǎn)子掃膛、鐵芯過熱，在絕緣電阻降低時(shí)判斷故障成因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)潮濕受損。

2.3 故障檢修處理

在確定船舶電氣接地故障類型與成因后，編制相應(yīng)的檢修處理方案，即刻開展故障檢修工作，以恢復(fù)船舶電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)。首先，針對(duì)線路、設(shè)備自然老化而出現(xiàn)的接地故障，要求工作人員對(duì)老化程度進(jìn)行判定，對(duì)于老化程度輕微的設(shè)備線路，采取定期檢查運(yùn)行工況、清理設(shè)備殼體與絕緣層表面化學(xué)物質(zhì)浮塵與灰塵雜質(zhì)的措施，延緩設(shè)備老化速度，對(duì)于老化程度嚴(yán)重、不堪使用的線路設(shè)備，則在斷電條件下拆除原有設(shè)備、更換使用耐老化材質(zhì)制成的全新設(shè)備線路，不得使用潮氣敏感材料制成的設(shè)備線路。其次，針對(duì)因電氣設(shè)計(jì)不當(dāng)、安裝質(zhì)量不佳而出現(xiàn)的接地故障，根據(jù)接地現(xiàn)象將其分為特殊接地、電纜接地以及設(shè)備接地三類故障，采取差異性的檢修處理措施。對(duì)工作電壓在24 V以上的電氣設(shè)備，將其在鋁制圍板、木質(zhì)板上落地安裝，使用銅皮進(jìn)行接地處理，或是將其嵌入船舶結(jié)構(gòu)中，焊接船體結(jié)構(gòu)與設(shè)備底座。對(duì)于工作電壓在24 V以上的電纜，將電源單芯電纜進(jìn)行一端接地處理，將電纜鎧裝層與金屬外套處進(jìn)行兩端接地處理。而針對(duì)甲板電纜管與電纜過渡箱連接的特殊接地問題，則使用銅皮對(duì)電纜管法蘭連接部位進(jìn)行接地處理，要求接地橫截面超過16 mm。最后，對(duì)于電氣設(shè)備運(yùn)行接地故障問題，根據(jù)故障器件類型與外在征兆來掌握故障成因、采取處理措施，如在因?qū)Ь€絕緣性能削弱與收縮而出現(xiàn)斷路器斷路或是熔斷器熔絲故障時(shí)，及時(shí)修補(bǔ)破損導(dǎo)線、更換絕緣性能不達(dá)標(biāo)的導(dǎo)線、更換全新熔絲。而在因設(shè)備長時(shí)間處于潮濕環(huán)境出現(xiàn)接觸不良、接地體嚴(yán)重腐蝕情況時(shí)，清理接地體表面殘留銹跡或更換接地體，在設(shè)備外側(cè)安裝密封罩體，或是調(diào)整電氣設(shè)備安裝位置。

3 船舶電氣接地故障的防治處理措施

3.1 采取多元化電氣接地保護(hù)技術(shù)

早期船舶電氣系統(tǒng)中采取的接地措施較少，受到水汽侵蝕、高鹽海水腐蝕、船體晃動(dòng)等多種因素影響，在復(fù)雜工況環(huán)境下起到的實(shí)際保護(hù)效果有限，導(dǎo)致接地問題頻繁發(fā)生。因此，為預(yù)防和減少電氣接地故障的出現(xiàn)，必須在船舶電氣系統(tǒng)中組合采取防雷保護(hù)地、信號(hào)接地與電磁防干擾等多種接地保護(hù)技術(shù)。其中，防雷保護(hù)地技術(shù)為，安裝接閃器、主接地線與分支接地線、防雷接地板與引下線等防雷裝置，并在使用不同金屬材料進(jìn)行連接時(shí)采取電化防腐蝕措施。要求接閃器安裝高度超過船舶桅桿150 mm、在船舶輕載水線下方龍骨兩側(cè)部位安裝接地板、使用同材質(zhì)貫穿螺栓在艙壁與玻璃鋼甲板結(jié)構(gòu)中穿過引下線、在船殼板內(nèi)壁部位預(yù)埋接地導(dǎo)線，強(qiáng)化船舶電氣系統(tǒng)雷電流抵御能力的作用。信號(hào)接地技術(shù)為，在船舶電氣系統(tǒng)中設(shè)置信號(hào)地，保持信號(hào)地與工作地以及模擬地間的隔離狀態(tài)，依托信號(hào)地使得系統(tǒng)信號(hào)線具備統(tǒng)一基準(zhǔn)與強(qiáng)化電路系統(tǒng)魯棒性能，從而起到減輕外部環(huán)境對(duì)線路信號(hào)干擾程度、消除信號(hào)線與電源線干擾的作用，同時(shí)，采取數(shù)字形式在介質(zhì)中傳播信號(hào)，使用數(shù)字信號(hào)來取代原有的原始信號(hào)，從而解決原始信號(hào)、干擾信號(hào)因波形相似度過高而造成嚴(yán)重干擾的問題。而電磁防干擾技術(shù)為，在船舶電氣系統(tǒng)接收機(jī)前端部位額外設(shè)置衰減器，做好混頻器選型設(shè)計(jì)工作，優(yōu)先使用具有良好平方律特性的器件，以此來起到降低外界信號(hào)對(duì)主頻道干擾系數(shù)、強(qiáng)化接收機(jī)抗干擾性能的作用，解決信號(hào)地、電源地干擾問題。

3.2 做好電氣管理工作

近年來，我國船舶行業(yè)得到蓬勃發(fā)展，制造工藝日益完善，大幅提升了船舶整體性能。與此同時(shí)，船舶電氣系統(tǒng)呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的趨勢，對(duì)船舶電氣管理水平與維護(hù)保養(yǎng)工作質(zhì)量提出更高要求。傳統(tǒng)的電氣管理體系缺乏適用性，這也是電氣接地故障出現(xiàn)的一項(xiàng)重要原因。

因此，為預(yù)防接地故障出現(xiàn)，必須做好電氣管理工作。首先，根據(jù)實(shí)際工作情況與新型船舶電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)電氣管理體系進(jìn)行完善改進(jìn)，在管理制度中明確標(biāo)注電氣設(shè)備與線路維護(hù)保養(yǎng)工作的開展頻率、流程順序、各類型接地故障處理方法、故障診斷方法選用標(biāo)準(zhǔn)等，以此來約束、指導(dǎo)設(shè)備線路日常維護(hù)、故障診斷與檢修工作的開展。其次，推行點(diǎn)檢定修模式，建立起制度化的船舶電氣設(shè)備管理方法，將電氣管理責(zé)任落實(shí)到個(gè)人。設(shè)立多名點(diǎn)檢員，由點(diǎn)檢員專職開展設(shè)備狀態(tài)信息記錄、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、檢修、協(xié)調(diào)返廠維修等工作。將其作為電氣設(shè)備管理的責(zé)任主體，避免在設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)與故障檢修工作中出現(xiàn)缺乏專人處理、推諉責(zé)任的問題。再次，為提高故障應(yīng)急處理能力，運(yùn)用信息傳感、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，建立船舶電氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，在設(shè)備與線路周邊布置若干傳感器，由傳感器采集與上傳現(xiàn)場監(jiān)測信號(hào)，在系統(tǒng)界面中以圖表、數(shù)據(jù)形式呈現(xiàn)，幫助管理人員掌握電氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，在監(jiān)測到異常狀況時(shí)自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，這還有助于故障診斷工作的開展，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測信號(hào)來快速鎖定故障范圍、調(diào)取故障出現(xiàn)前后的運(yùn)行參數(shù)，從而判斷故障類型、分析故障成因。最后，根據(jù)接地故障的歷史診斷與檢修報(bào)告，將電氣接地故障換分為若干類型，制定多套應(yīng)急處置方案，在方案中標(biāo)注對(duì)應(yīng)類型接地故障的外在征兆、判定標(biāo)準(zhǔn)、診斷方法、主要成因與正確處理方法，在開展電氣設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)、定期檢修與應(yīng)急維修工作時(shí)，如果出現(xiàn)接地故障，工作人員可以在確定故障類型后直接實(shí)施對(duì)應(yīng)的處置預(yù)案。

3.3 電氣設(shè)備二次隔離

船舶電氣設(shè)備的工作環(huán)境較為復(fù)雜，長時(shí)間處于潮濕環(huán)境中，受到水汽侵蝕與高鹽海水腐蝕，使設(shè)備老化速度加快，在長時(shí)間使用過程中易出現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重、內(nèi)部進(jìn)水等問題。在這一環(huán)境條件下，如果僅采取通過一次回路斷電來分離帶電與不帶電部位的一次隔離方法，實(shí)際隔離效果有限。因此，需要在船舶電氣系統(tǒng)中采取電氣二次隔離技術(shù)，以分隔強(qiáng)電回路和弱電操作回路為目的，在系統(tǒng)中安裝具備操作功能的電磁型繼電器、光耦型繼電器等設(shè)備，以及具備測量功能的電流互感器與電壓互感器等設(shè)備。這對(duì)保障電氣系統(tǒng)操作安全、改善電氣設(shè)備絕緣性能、預(yù)防設(shè)備線路潮濕受損、全面提升設(shè)備使用性能有著重要意義。

4 結(jié)語

綜上所述，船舶電氣系統(tǒng)接地故障有著隱藏性、頻繁性與繁瑣性的特征，常規(guī)故障診斷與處理方法的實(shí)際效果不佳，有待改進(jìn)。因此，工作人員必須深入分析船舶電氣接地故障類型、產(chǎn)生原因、表現(xiàn)特征與影響后果，針對(duì)不同問題，及時(shí)采取故障處理措施與防治措施，重點(diǎn)預(yù)防接地故障的反復(fù)出現(xiàn)，從根源上解決問題，保障船舶安全航行與電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

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Discussion on the grounding fault of ship electricity and its treatment

Yuan Hao

（Beihai Rescue Bureau of the Ministry of Transport, Yantai 264000, Shandong, China）

U672

A

1003-4862（2022）05-0056-04

2022-10-28

袁浩（1988-)，男，主要從事船舶電氣專業(yè)工作。E-mail：836386430@qq.com