“德翔”輪電力系統(tǒng)及故障檢修

林寶忠

摘 要：本船舶是綜合體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用水平的重要平臺(tái)，而拖輪是比其他種類的船舶更為復(fù)雜的船舶。電力系統(tǒng)在拖輪上具有廣泛而重要的獨(dú)特作用。拖輪電力系統(tǒng)一般由發(fā)電機(jī)、配電板、電力網(wǎng)絡(luò)和用電設(shè)備組成。空氣斷路器是拖輪配電板中最重要、最復(fù)雜的機(jī)電部件，它在一般情況下的工作狀態(tài)是很穩(wěn)定可靠的。但是，隨著頻繁的使用、船齡的增加、保養(yǎng)的缺失或疏忽，它偶爾也會(huì)發(fā)生一些意想不到的故障。本文簡(jiǎn)要敘述了拖輪“德翔”的電力系統(tǒng)及空氣斷路器故障。

關(guān)鍵詞：船舶;拖輪;電力;電壓;線圈;PLC控制;空氣斷路器

中圖分類號(hào)：U665? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）10-0075-02

1 電力系統(tǒng)在船舶上的作用逐漸加強(qiáng)

從帆船、蒸汽船到內(nèi)燃機(jī)船、電力推進(jìn)船舶，電力系統(tǒng)在船舶上越來越發(fā)揮著重要的作用，電力系統(tǒng)供電的連續(xù)性、可靠性和供電品質(zhì)，將直接影響船舶的安全性、可操作性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在現(xiàn)代化船舶上，電力系統(tǒng)越來越復(fù)雜，電站自動(dòng)化程度日益提高，對(duì)電站管理人員的要求也越來越高。二十世紀(jì)七十年代以后，船舶電力系統(tǒng)的控制形成了功能齊全、性能穩(wěn)定的由數(shù)字集成電路與線性模擬集成電路組成的控制系統(tǒng)。八十年代以后，出現(xiàn)了由單板機(jī)或單片機(jī)組成的微機(jī)控制系統(tǒng)。到了九十年代，PLC的應(yīng)用增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的可靠性。到目前為止，由PLC控制的電站、主機(jī)遙控、機(jī)艙集中監(jiān)測(cè)報(bào)警等系統(tǒng)已不斷地更新?lián)Q代，船舶電力系統(tǒng)已形成了完善的船舶自動(dòng)電力綜合管理系統(tǒng)。特別是最近二十年以來，計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展引發(fā)了各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)性變革，航運(yùn)界的船舶作為新技術(shù)的領(lǐng)跑者也深受其影響，使得現(xiàn)代航運(yùn)對(duì)船舶自動(dòng)化程度和信息集成程度的要求也越來越高。為了適應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化機(jī)艙的要求，PLC控制逐漸取代了傳統(tǒng)的接觸器式繼電器控制模式而成為船舶機(jī)艙控制的主要環(huán)節(jié)，PLC系統(tǒng)的使用使電力控制系統(tǒng)更加安全、迅速、可靠，體積也變得更加緊湊、精致、美觀。

2 拖輪“德翔”的電力系統(tǒng)

煙臺(tái)打撈局的“德翔”輪作為二十世紀(jì)九十年代末的技術(shù)領(lǐng)先船舶，它是一艘主機(jī)功率為10000KW的大型遠(yuǎn)洋救助拖輪，1998年由上海東海船廠建造。這艘拖輪集救助、供應(yīng)、拖帶三大功能于一身，設(shè)備較多，配置較高，許多關(guān)鍵設(shè)備采用進(jìn)口，船舶電站的自動(dòng)化程度非常高，電站及監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)普遍采用了PLC控制，有兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組和兩臺(tái)主機(jī)帶動(dòng)的軸帶發(fā)電機(jī)組作為電源向主配電板供電，還有一臺(tái)應(yīng)急發(fā)電機(jī)在應(yīng)急情況下向應(yīng)急配電板供電。主配電板上的空氣斷路器（AIR CIRCUIT BREAKER? ?簡(jiǎn)稱ACB）共有有8個(gè)，右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器是其中的一個(gè)。該輪的電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、主配電板、應(yīng)急配電板、電力網(wǎng)絡(luò)和用電設(shè)備組成，空氣斷路器作為連接發(fā)電機(jī)與主配電板的配電裝置關(guān)鍵部件，它的工作狀態(tài)直接關(guān)系到全船電網(wǎng)的穩(wěn)定及船舶安全。鑒于該輪作為拖輪的特殊性，柴油發(fā)電機(jī)組晝夜不停地持續(xù)向主配電板供電，而軸帶發(fā)電機(jī)組只有在主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才向兩臺(tái)艏側(cè)推、一臺(tái)艉側(cè)推、拖纜機(jī)、散貨空壓機(jī)等大功率設(shè)備供電。一些最基本的、最常用的、最重要的電器設(shè)備諸如舵機(jī)、錨機(jī)、輔鍋爐、照明變壓器、可調(diào)螺距螺旋槳油泵電機(jī)、主機(jī)海水泵電機(jī)、燃油泵電機(jī)、分油機(jī)、主機(jī)滑油備用泵電機(jī)、應(yīng)急配電板等，一直由柴油發(fā)電機(jī)組持續(xù)供電。柴油發(fā)電機(jī)組如此重要，作為連接柴油發(fā)電機(jī)組和主配電板的空氣斷路器也顯得舉足輕重。如果說主配電板是船舶電力系統(tǒng)的心臟，那么空氣斷路器就是船舶電力系統(tǒng)的咽喉。

3 空氣斷路器故障

作為大型遠(yuǎn)洋救助拖輪，“德翔”輪的機(jī)電配置明顯比散貨船和集裝箱船復(fù)雜，它配備了雙車雙舵、前駕駛臺(tái)、后駕駛臺(tái)、鯊魚鉗、對(duì)外消防炮等設(shè)施。正因?yàn)樗渲猛暾?，機(jī)電設(shè)備數(shù)量較多，機(jī)電設(shè)備發(fā)生的故障幾率也較多。從2013年10月至2014年4月期間，在這6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器在并網(wǎng)供電過程中發(fā)生過兩次突然跳閘故障，每次跳閘并無事先報(bào)警警示，而且跳閘后發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，空氣斷路器也能立即手動(dòng)合閘供電。這種故障現(xiàn)象并不多見，它發(fā)生的幾率較低，沒有規(guī)律可循，這種現(xiàn)象為故障的查找?guī)砗艽蟛槐恪Ｓ捎谟也裼桶l(fā)電機(jī)空氣斷路器供電不可靠，為了安全起見，在航行中一般不用右柴油發(fā)電機(jī)向主配電板供電，只有在拋錨或靠泊時(shí)用右柴油發(fā)電機(jī)向主配電板供電。但是，機(jī)艙人員一直在查找右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器非正常跳閘的原因，以便根除隱患，使右柴油發(fā)電機(jī)能夠正常地投入運(yùn)行，使左柴油發(fā)電機(jī)得到足夠的休息和保養(yǎng)，畢竟該輪只有兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組。

3.1查找外部原因

首先，我們從與右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器有關(guān)的外部電路查找原因。由于懷疑主配電板為右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器提供電源的三只保險(xiǎn)絲F4101和兩只保險(xiǎn)絲F4104，檢查發(fā)現(xiàn)這五只保險(xiǎn)絲、保險(xiǎn)絲底座、連接導(dǎo)線接觸良好，并無松動(dòng)及老化現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)手動(dòng)分閘按鈕S4202工作狀態(tài)穩(wěn)定，并無誤動(dòng)作的可能性。由于延時(shí)欠電壓脫扣器的線圈受輔助繼電器K7202的觸點(diǎn)控制，拆卸、檢查、測(cè)量、測(cè)試輔助繼電器K7202，發(fā)現(xiàn)它工作狀態(tài)良好。由于分閘線圈MX還受輔助繼電器K4302和K0601的觸點(diǎn)控制，我們對(duì)這兩只輔助繼電器也進(jìn)行了拆卸、檢查、測(cè)試，發(fā)現(xiàn)它們并無問題。過載保護(hù)跳閘的可能性也不大，因?yàn)橛也裼桶l(fā)電機(jī)的額定功率為560KW，平時(shí)使用時(shí)所帶負(fù)載很少超過200KW;況且空氣斷路器在過載跳閘前一般都有報(bào)警和卸掉次要負(fù)載現(xiàn)象。所以，我們也排除了過載跳閘的可能性。右柴油發(fā)電機(jī)調(diào)壓器性能良好，電壓沒有波動(dòng)現(xiàn)象，況且延時(shí)欠電壓脫扣器的工作閾值在0.35到0.7Un時(shí)延時(shí)斷開，在0.85Un時(shí)延時(shí)閉合，這說明電壓方面的電氣因素并不會(huì)預(yù)先引起延時(shí)欠電壓脫扣器的誤動(dòng)作。繼電器K4301與右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器自動(dòng)脫扣有關(guān)，我對(duì)它的性能進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)它沒有問題。對(duì)右柴油發(fā)電機(jī)的報(bào)警電路進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題。對(duì)右柴油發(fā)電機(jī)輔助控制電路，電流變送器電路、負(fù)荷轉(zhuǎn)移控制電路也做了測(cè)量和檢查。

對(duì)于與右柴油發(fā)電機(jī)及其空氣斷路器相關(guān)的電站PLC輸入電路、PLC輸出電路、4AD電源，測(cè)量DC24V電源穩(wěn)定正常，對(duì)PLC復(fù)位、右柴油發(fā)電機(jī)開關(guān)合閘、右柴油發(fā)電機(jī)開關(guān)脫扣、右柴油發(fā)電機(jī)有電、右柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)、右柴油發(fā)電機(jī)點(diǎn)火轉(zhuǎn)速、右柴油發(fā)電機(jī)二類故障、右柴油機(jī)故障、右柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)移等相關(guān)輸入信號(hào)進(jìn)行了檢查。對(duì)于相關(guān)的電站PLC輸出電路的右柴油發(fā)電機(jī)開關(guān)合閘、右柴油發(fā)電機(jī)開關(guān)分閘、右柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)、右柴油發(fā)電機(jī)負(fù)荷轉(zhuǎn)移、右柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)合閘失敗等相關(guān)輸出信號(hào)也進(jìn)行檢查，PLC系統(tǒng)好像沒有問題。

3.2問題出在空氣斷路器內(nèi)部

種種跡象表明，右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器非正常跳閘與其內(nèi)部異常狀況有關(guān)。所以，我們研究了空氣斷路器的使用說明書，對(duì)空氣斷路器的內(nèi)部構(gòu)造有了概況的了解。右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器的品牌是MERLIN? GERIN;型號(hào)是M16? H1;還有其他參數(shù)諸如額定絕緣電壓Ui? ?1000v～ 50/60Hz;額定工作電壓Ue? ?380v/440v? 480/690v;分?jǐn)嗄芰cu? 100KA? 85KA ;短時(shí)耐受電流Icw? 75KW? 1S?？諝鈹嗦菲髅姘迳系恼ㄖ礗r為0.8，tr為15，Im為2，tm為0.4，I為8。這些參數(shù)都在正常設(shè)定范圍之內(nèi)，并沒有被人亂調(diào)過。

右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器非正常跳閘不屬于過載脫扣，因?yàn)槿绻^載脫扣的話，“FAULT”指示燈會(huì)亮;也不屬于短路脫扣，否則，“FAULT IM”指示燈;也不屬于接地故障脫扣，否則，“FAULT IH”指示燈會(huì)亮。既然故障脫扣指示燈未亮，我們只好從以下四個(gè)方面進(jìn)行排查：延時(shí)欠電壓脫扣器MNR電源電壓太低、沒有或電源不穩(wěn)定;MNR脫扣器偶爾失效;另一臺(tái)空氣斷路器送來卸載指令;分勵(lì)脫褲器出現(xiàn)以外的端電壓。經(jīng)過反復(fù)檢查，我們認(rèn)為MNR脫扣器機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)偶爾失效的可能性較大，我們只好從這個(gè)方向入手。

右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器設(shè)計(jì)嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，部件眾多，機(jī)電交錯(cuò)。我們將空氣斷路器從電網(wǎng)上分閘斷開后，用進(jìn)退手柄將空氣斷路器搖出。將空氣斷路器的接線端子排蓋板打開，檢查接線良好，并無松動(dòng)及燒損跡象。我們檢查了儲(chǔ)能電機(jī)、限位開關(guān)、齒輪、只閉合觸頭、只斷開觸頭、門鎖、進(jìn)退鎖等機(jī)電部件無異常，2A保險(xiǎn)絲Fu、緊急斷開AT、斷開按鈕BPO、有6個(gè)轉(zhuǎn)換觸頭的繼電器模塊MR6均正常。在反復(fù)研究觀察空氣斷路器的外部與內(nèi)部構(gòu)造時(shí)，我突然發(fā)現(xiàn)有三個(gè)醒目的線圈豎排并列在一起，它們是分閘線圈MX、合閘線圈XF、延時(shí)欠電壓脫扣器MNR，這三個(gè)線圈的中間立著一個(gè)螺栓，螺栓上有螺帽和圓形壓片，圓形壓片只壓住了分閘線圈MX、合閘線圈XF的邊緣，而絲毫沒有壓住延時(shí)欠電壓脫扣線圈的邊緣，這肯定不是正常的現(xiàn)象。從設(shè)計(jì)理念上講，中間螺栓上的壓片應(yīng)該同時(shí)壓住這三個(gè)線圈的上部邊緣，才能保證三個(gè)線圈連帶的電磁機(jī)械機(jī)構(gòu)正常可靠動(dòng)作。延時(shí)欠電壓脫扣器線圈的上部邊緣沒有被壓住，由于線圈具有一定的高度和重量，在通常情況下它可能正常工作，而一旦發(fā)生船舶劇烈晃動(dòng)或振動(dòng)，它可能就會(huì)引起連帶的機(jī)械機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作而引起跳閘。我將螺栓上的螺帽松開后，用圓形壓片將三個(gè)線圈的上部邊緣適度同時(shí)壓住同樣面積，然后上緊螺帽。最后按照順序一步步將空氣斷路器裝復(fù)到位。

自從右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器被檢查修復(fù)后，一年多來它再也沒有發(fā)生類似的突然跳閘故障?；貞浧?013年10月至2014年4月期間，“德翔”輪冬季在東海作業(yè)，風(fēng)浪較大，船舶晃動(dòng)厲害，可能是未被固定好的延時(shí)欠電壓脫扣器線圈發(fā)生了誤動(dòng)作而引起跳閘。可見，有些故障在圖紙上是看不出來的，故障的實(shí)際情形是五花八門的。檢修人員在檢查修理或保養(yǎng)空氣斷路器時(shí)，要仔細(xì)認(rèn)真，不要麻痹大意，以免破壞原來的結(jié)構(gòu)，留下意想不到的故障和隱患。“德翔”輪右柴油發(fā)電機(jī)空氣斷路器的跳閘故障可能就是由于以前某一位修理人員在檢修完畢時(shí)，未能將上述講的圓形壓片裝復(fù)到位而草草了事，以致留下了如此意想不到的故障。