船舶設(shè)備順序啟動(dòng)導(dǎo)致多種故障的分析及處理

徐振華

(上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司，上海 200090)

船舶設(shè)備順序啟動(dòng)導(dǎo)致多種故障的分析及處理

徐振華

(上海遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司，上海 200090)

某5 100 TEU集裝箱船在進(jìn)行重要設(shè)備自動(dòng)順序啟動(dòng)試驗(yàn)中發(fā)生主發(fā)電機(jī)頻率下跌幅度較大，恢復(fù)時(shí)間較長的故障現(xiàn)象，其間還伴隨發(fā)生順序啟動(dòng)后的主滑油泵自動(dòng)切換到備用泵運(yùn)行的異常現(xiàn)象。文章對上述故障現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)分析并提出解決方法，期望能對同行在處理類似問題時(shí)提供參考。

定時(shí)器;順序啟動(dòng);跳閘;失電

0 前言

根據(jù)SOLAS有關(guān)周期性無人值班機(jī)艙主電源和設(shè)備控制的要求，發(fā)電機(jī)異常跳閘導(dǎo)致主配電板失電后，備用發(fā)電機(jī)應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)并合閘以保證重要設(shè)備供電的連續(xù)性，失電前處于工作狀態(tài)的重要設(shè)備，應(yīng)能在恢復(fù)供電后按照預(yù)設(shè)的時(shí)間順序自動(dòng)啟動(dòng)，以保證船舶操縱及安全需要，全船重要設(shè)備的自動(dòng)順序啟動(dòng)試驗(yàn)是主配電板失電試驗(yàn)的重要組成部分。

1 故障現(xiàn)象

某5 100 TEU集裝箱船入CCS船級，自動(dòng)化無人機(jī)艙，配備4臺YANMAR 6EY26 L 450 V/60 Hz 1 800 kW發(fā)電機(jī)組。該船在進(jìn)行例行的主配電板失電試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生一系列故障現(xiàn)象，詳細(xì)情況如下:船舶正常低速航行，所有重要設(shè)備均處于自動(dòng)模式下工作，主配電板由No.1主發(fā)電機(jī)自動(dòng)供電，其它3臺主發(fā)電機(jī)均在備用位置，雙套或多套設(shè)備均有一套處于自動(dòng)備用狀態(tài)。試驗(yàn)時(shí)，直接人工脫開No.1主發(fā)電機(jī)空氣開關(guān)，拉閘后No.2發(fā)電機(jī) (第一備用)自動(dòng)啟動(dòng)并合閘，主配電板恢復(fù)供電。之后，全船重要設(shè)備按照設(shè)定的自動(dòng)啟動(dòng)順序依次重新啟動(dòng)，其中主滑油泵自動(dòng)啟動(dòng)后不久即自動(dòng)切換到備用泵運(yùn)行。在重要設(shè)備的順序啟動(dòng)過程中，No.2主發(fā)電機(jī)頻率波動(dòng)幅度較大，最低達(dá)到55 Hz(頻率表最小刻度)，在順序啟動(dòng)執(zhí)行到約15 s時(shí)，No.2發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，主配電板再次失電。隨后，分別將其它3臺發(fā)電機(jī)設(shè)置為第一備用進(jìn)行配電板失電試驗(yàn)，故障現(xiàn)象基本一致，不同的是:在順序啟動(dòng)過程中，盡管發(fā)電機(jī)的頻率波動(dòng)幅度依然較大且恢復(fù)較慢，但未發(fā)生主開關(guān)跳閘的現(xiàn)象。

2 故障處理

上述試驗(yàn)中出現(xiàn)的故障可以總結(jié)為:主滑油泵順序啟動(dòng)后又自動(dòng)切換到備用泵運(yùn)行;重要設(shè)備的順序啟動(dòng)導(dǎo)致No.2發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘。

2.1 主滑油泵順序啟動(dòng)后自動(dòng)切換到備用泵運(yùn)行

由于主滑油泵功率較大，為減少啟動(dòng)過程對主配電板的沖擊，該輪主滑油泵馬達(dá)采用“星－三角”換接啟動(dòng)方式，換接啟動(dòng)時(shí)間由啟動(dòng)器內(nèi)的時(shí)間繼電器T1進(jìn)行設(shè)定，經(jīng)T1設(shè)定的延時(shí)后，主滑油泵進(jìn)入正常運(yùn)行。為避開泵啟動(dòng)中的壓力建立過程，泵控制系統(tǒng)的PLC中設(shè)有定時(shí)器T2，經(jīng)T2設(shè)定的延時(shí)后，泵自動(dòng)控制系統(tǒng)將持續(xù)監(jiān)視排出壓力，如壓力過低將自動(dòng)切換到備用泵運(yùn)行。另外，在PLC中還設(shè)有定時(shí)器T3，對主滑油泵的順序啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，在主配電板恢復(fù)供電后，經(jīng)T3設(shè)定的延時(shí)后主滑油泵自動(dòng)重新啟動(dòng)。通過PLC的編程器查出T2和T3的設(shè)定分別為8 s和5 s，檢查馬達(dá)控制箱內(nèi)的時(shí)間繼電器T1，其設(shè)定為10 s，見圖1所示的時(shí)序圖。

圖1 順序啟動(dòng)時(shí)序圖

從圖1中可以看到:定時(shí)器T2(引入壓力監(jiān)視)設(shè)定值比T1(馬達(dá)“星－三角”換接啟動(dòng))設(shè)定值小，也就是說主滑油泵未完成啟動(dòng)即提前對排出壓力進(jìn)行監(jiān)視，而馬達(dá)處于星型接法下運(yùn)行時(shí)壓力是較低的 (經(jīng)觀察此時(shí)排出壓力在0.3 MPa上下波動(dòng))，因此造成備用泵的自動(dòng)啟動(dòng) (自動(dòng)啟動(dòng)設(shè)定壓力為0.35 MPa)。要解決這一問題，只需將T2的設(shè)定適當(dāng)延長以超過T1的設(shè)定即可，如圖1所示將T2調(diào)整到12 s。在調(diào)整完畢后，反復(fù)進(jìn)行上述順序啟動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果未再發(fā)生主滑油泵順序啟動(dòng)后又自動(dòng)切換到備用泵的問題。

2.2 No.2發(fā)電機(jī)主開關(guān)異常跳閘

很明顯，主開關(guān)異常跳閘系因發(fā)電機(jī)頻率下跌幅度較大無法及時(shí)恢復(fù)導(dǎo)致的，這可以從燃油供給異常、調(diào)速器故障、順序啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置不當(dāng)3個(gè)方面來查找原因。

1)調(diào)速器。

該輪主發(fā)電機(jī)采用WOODWARD UG10液壓調(diào)速器，按照調(diào)速器說明書要求對調(diào)速器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定檢查及各種操作試驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)異常。利用機(jī)艙風(fēng)機(jī)、主滑油泵及主海水泵等較大負(fù)荷，分別對4臺主發(fā)電機(jī)進(jìn)行簡單突加、突卸負(fù)荷試驗(yàn)，來觀察頻率波動(dòng)及油門桿動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)負(fù)荷突然增加或減小時(shí)，油門桿均在調(diào)速器作用下相應(yīng)增加或減少發(fā)電機(jī)供油量。因此，可以排除調(diào)速器發(fā)生故障或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)目赡苄浴?/p>

2)順序啟動(dòng)負(fù)荷的設(shè)置。

從故障現(xiàn)象來看，4臺主發(fā)電機(jī)分別作為第一備用進(jìn)行主配電板失電試驗(yàn)時(shí)，均發(fā)生頻率下跌幅度較大的情況。因此，優(yōu)化順序啟動(dòng)的負(fù)荷設(shè)置應(yīng)該能減少其對電網(wǎng)的沖擊，避免主發(fā)電機(jī)頻率出現(xiàn)較大波動(dòng)。該輪機(jī)艙重要泵的順序啟動(dòng)設(shè)置通過GSP(組合啟動(dòng)屏)的PLC進(jìn)行，通過PLC的編程器檢查其原始參數(shù)設(shè)置如表1所示，從表1可以看到，該輪順序啟動(dòng)的負(fù)荷設(shè)置有很大的優(yōu)化空間，另外需要特別注意的是主滑油泵、主機(jī)輔助鼓風(fēng)機(jī)均采用降壓啟動(dòng)，分別具有10 s和5 s的啟動(dòng)過程，在配置順序啟動(dòng)負(fù)荷時(shí)應(yīng)予以考慮。經(jīng)過重新調(diào)整后的順序啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置如表2所示。

表1 調(diào)整前順序啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定

表2 調(diào)整后順序啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定 (較大功率設(shè)備)

利用編程器在PLC上按照表2中優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定后，分別對4臺主發(fā)電機(jī)進(jìn)行主配電板失電試驗(yàn)，結(jié)果表明除No.2主發(fā)電機(jī)外，其它發(fā)電機(jī)的頻率波動(dòng)范圍及恢復(fù)時(shí)間均大大減少。No.2發(fā)電機(jī)的頻率波動(dòng)范圍及恢復(fù)時(shí)間也有所改善，但主開關(guān)有時(shí)仍會(huì)發(fā)生跳閘現(xiàn)象，說明問題未完全解決。

3)發(fā)電機(jī)燃油供給。

考慮到通過前面的檢查和調(diào)整后，其它3臺發(fā)電機(jī)均工作正常，這樣可以排除燃油本身、燃油供給泵、燃油增壓泵及管系的問題。因此，造成No.2主發(fā)電機(jī)頻率下跌后無法及時(shí)恢復(fù)的原因，很有可能是由于發(fā)電機(jī)油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在問題導(dǎo)致發(fā)電機(jī)調(diào)速特性惡化造成的。為此，將No.2發(fā)電機(jī)油門總成拆下后送回設(shè)備廠家進(jìn)行詳細(xì)檢驗(yàn)，確認(rèn)其發(fā)生了變形。該發(fā)電機(jī)更換油門總成后，對其進(jìn)行了多次重要設(shè)備順序啟動(dòng)突加負(fù)荷試驗(yàn)，均未再發(fā)生主開關(guān)跳閘的故障，頻率波動(dòng)幅度較大的現(xiàn)象也消除了。

3 結(jié)束語

通過上面的分析、排查以及故障處理，有以下幾點(diǎn)值得注意和總結(jié)。

1)油門桿或各缸油門齒條對發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的重要性是不言而喻，油門桿或油門齒條即使發(fā)生輕微變形或卡阻也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)調(diào)速特性惡化，影響設(shè)備和船舶的安全運(yùn)行。因此，在船廠施工或船員的日常管理維護(hù)中，需要定期對油門齒條和油門桿軸承進(jìn)行活絡(luò)保養(yǎng)，特別要注意避免在油門總成上隨意踩踏。

2)機(jī)艙重要設(shè)備的順序啟動(dòng)設(shè)置不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的正常供電。個(gè)別船廠在進(jìn)行順序啟動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)只考慮滿足船級社相關(guān)要求即可，而不注意進(jìn)行最佳優(yōu)化以盡量減少對電力系統(tǒng)的沖擊，船舶管理人員在條件許可的情況下也有必要對順序啟動(dòng)的設(shè)置根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改以進(jìn)一步優(yōu)化。

3)對于大功率馬達(dá)的“星－三角”換接啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)定應(yīng)合理。如果啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定太長不僅延長了泵的建壓時(shí)間，容易導(dǎo)致馬達(dá)過熱，而且在順序啟動(dòng)時(shí)會(huì)增加電網(wǎng)瞬態(tài)負(fù)荷，惡化發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能而導(dǎo)致主發(fā)電機(jī)跳閘。另一方面，如果啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定太短則會(huì)增加對電網(wǎng)的瞬間沖擊，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)啟動(dòng)失敗。對于投入營運(yùn)時(shí)間較長的船舶，因泵系統(tǒng)工況發(fā)生較大變化，需要定期對啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行檢查并進(jìn)行必要的調(diào)整，將潛在故障因素消滅在萌芽狀態(tài)。

Frequency drops in great range with long-time recovery，on the main generator during the test of sequential start，companying with auto-switchover from main lube oil pump to jury pump.For this abnormal phenomenon，this paper gives the detail analysis and solving method as reference.

timer;sequential start;trip;step out

U673

C

1001－8328(2012)01－0037－03

徐振華 (1969-)，男，湖北石首人，工程師，大學(xué)本科，從事船舶監(jiān)造工作。

2011－08