船舶設備順序啟動導致多種故障的分析及處理

徐振華

(上海遠洋運輸有限公司，上海 200090)

船舶設備順序啟動導致多種故障的分析及處理

徐振華

(上海遠洋運輸有限公司，上海 200090)

某5 100 TEU集裝箱船在進行重要設備自動順序啟動試驗中發生主發電機頻率下跌幅度較大，恢復時間較長的故障現象，其間還伴隨發生順序啟動后的主滑油泵自動切換到備用泵運行的異常現象。文章對上述故障現象進行詳細分析并提出解決方法，期望能對同行在處理類似問題時提供參考。

定時器;順序啟動;跳閘;失電

0 前言

根據SOLAS有關周期性無人值班機艙主電源和設備控制的要求，發電機異常跳閘導致主配電板失電后，備用發電機應自動啟動并合閘以保證重要設備供電的連續性，失電前處于工作狀態的重要設備，應能在恢復供電后按照預設的時間順序自動啟動，以保證船舶操縱及安全需要，全船重要設備的自動順序啟動試驗是主配電板失電試驗的重要組成部分。

1 故障現象

某5 100 TEU集裝箱船入CCS船級，自動化無人機艙，配備4臺YANMAR 6EY26 L 450 V/60 Hz 1 800 kW發電機組。該船在進行例行的主配電板失電試驗時產生一系列故障現象，詳細情況如下:船舶正常低速航行，所有重要設備均處于自動模式下工作，主配電板由No.1主發電機自動供電，其它3臺主發電機均在備用位置，雙套或多套設備均有一套處于自動備用狀態。試驗時，直接人工脫開No.1主發電機空氣開關，拉閘后No.2發電機 (第一備用)自動啟動并合閘，主配電板恢復供電。之后，全船重要設備按照設定的自動啟動順序依次重新啟動，其中主滑油泵自動啟動后不久即自動切換到備用泵運行。在重要設備的順序啟動過程中，No.2主發電機頻率波動幅度較大，最低達到55 Hz(頻率表最小刻度)，在順序啟動執行到約15 s時，No.2發電機主開關跳閘，主配電板再次失電。隨后，分別將其它3臺發電機設置為第一備用進行配電板失電試驗，故障現象基本一致，不同的是:在順序啟動過程中，盡管發電機的頻率波動幅度依然較大且恢復較慢，但未發生主開關跳閘的現象。

2 故障處理

上述試驗中出現的故障可以總結為:主滑油泵順序啟動后又自動切換到備用泵運行;重要設備的順序啟動導致No.2發電機主開關跳閘。

2.1 主滑油泵順序啟動后自動切換到備用泵運行

由于主滑油泵功率較大，為減少啟動過程對主配電板的沖擊，該輪主滑油泵馬達采用“星－三角”換接啟動方式，換接啟動時間由啟動器內的時間繼電器T1進行設定，經T1設定的延時后，主滑油泵進入正常運行。為避開泵啟動中的壓力建立過程，泵控制系統的PLC中設有定時器T2，經T2設定的延時后，泵自動控制系統將持續監視排出壓力，如壓力過低將自動切換到備用泵運行。另外，在PLC中還設有定時器T3，對主滑油泵的順序啟動時間進行設定，在主配電板恢復供電后，經T3設定的延時后主滑油泵自動重新啟動。通過PLC的編程器查出T2和T3的設定分別為8 s和5 s，檢查馬達控制箱內的時間繼電器T1，其設定為10 s，見圖1所示的時序圖。

圖1 順序啟動時序圖

從圖1中可以看到:定時器T2(引入壓力監視)設定值比T1(馬達“星－三角”換接啟動)設定值小，也就是說主滑油泵未完成啟動即提前對排出壓力進行監視，而馬達處于星型接法下運行時壓力是較低的 (經觀察此時排出壓力在0.3 MPa上下波動)，因此造成備用泵的自動啟動 (自動啟動設定壓力為0.35 MPa)。要解決這一問題，只需將T2的設定適當延長以超過T1的設定即可，如圖1所示將T2調整到12 s。在調整完畢后，反復進行上述順序啟動試驗，結果未再發生主滑油泵順序啟動后又自動切換到備用泵的問題。

2.2 No.2發電機主開關異常跳閘

很明顯，主開關異常跳閘系因發電機頻率下跌幅度較大無法及時恢復導致的，這可以從燃油供給異常、調速器故障、順序啟動負荷設置不當3個方面來查找原因。

1)調速器。

該輪主發電機采用WOODWARD UG10液壓調速器，按照調速器說明書要求對調速器進行參數設定檢查及各種操作試驗，均未發現異常。利用機艙風機、主滑油泵及主海水泵等較大負荷，分別對4臺主發電機進行簡單突加、突卸負荷試驗，來觀察頻率波動及油門桿動作情況，發現當負荷突然增加或減小時，油門桿均在調速器作用下相應增加或減少發電機供油量。因此，可以排除調速器發生故障或參數設置不當的可能性。

2)順序啟動負荷的設置。

從故障現象來看，4臺主發電機分別作為第一備用進行主配電板失電試驗時，均發生頻率下跌幅度較大的情況。因此，優化順序啟動的負荷設置應該能減少其對電網的沖擊，避免主發電機頻率出現較大波動。該輪機艙重要泵的順序啟動設置通過GSP(組合啟動屏)的PLC進行，通過PLC的編程器檢查其原始參數設置如表1所示，從表1可以看到，該輪順序啟動的負荷設置有很大的優化空間，另外需要特別注意的是主滑油泵、主機輔助鼓風機均采用降壓啟動，分別具有10 s和5 s的啟動過程，在配置順序啟動負荷時應予以考慮。經過重新調整后的順序啟動負荷設置如表2所示。

表1 調整前順序啟動時間設定

表2 調整后順序啟動時間設定 (較大功率設備)

利用編程器在PLC上按照表2中優化后的參數進行設定后，分別對4臺主發電機進行主配電板失電試驗，結果表明除No.2主發電機外，其它發電機的頻率波動范圍及恢復時間均大大減少。No.2發電機的頻率波動范圍及恢復時間也有所改善，但主開關有時仍會發生跳閘現象，說明問題未完全解決。

3)發電機燃油供給。

考慮到通過前面的檢查和調整后，其它3臺發電機均工作正常，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主發電機頻率下跌后無法及時恢復的原因，很有可能是由于發電機油門執行機構存在問題導致發電機調速特性惡化造成的。為此，將No.2發電機油門總成拆下后送回設備廠家進行詳細檢驗，確認其發生了變形。該發電機更換油門總成后，對其進行了多次重要設備順序啟動突加負荷試驗，均未再發生主開關跳閘的故障，頻率波動幅度較大的現象也消除了。

3 結束語

通過上面的分析、排查以及故障處理，有以下幾點值得注意和總結。

1)油門桿或各缸油門齒條對發電機正常運行的重要性是不言而喻，油門桿或油門齒條即使發生輕微變形或卡阻也會導致發電機調速特性惡化，影響設備和船舶的安全運行。因此，在船廠施工或船員的日常管理維護中，需要定期對油門齒條和油門桿軸承進行活絡保養，特別要注意避免在油門總成上隨意踩踏。

2)機艙重要設備的順序啟動設置不當會嚴重影響電力系統的正常供電。個別船廠在進行順序啟動設計時只考慮滿足船級社相關要求即可，而不注意進行最佳優化以盡量減少對電力系統的沖擊，船舶管理人員在條件許可的情況下也有必要對順序啟動的設置根據實際情況進行修改以進一步優化。

3)對于大功率馬達的“星－三角”換接啟動時間的設定應合理。如果啟動時間設定太長不僅延長了泵的建壓時間，容易導致馬達過熱，而且在順序啟動時會增加電網瞬態負荷，惡化發電機動態性能而導致主發電機跳閘。另一方面，如果啟動時間設定太短則會增加對電網的瞬間沖擊，嚴重時還會導致馬達啟動失敗。對于投入營運時間較長的船舶，因泵系統工況發生較大變化，需要定期對啟動時間進行檢查并進行必要的調整，將潛在故障因素消滅在萌芽狀態。

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，大學本科，從事船舶監造工作。

2011－08