某拖船岸電接入故障實(shí)例與診斷

李志萬

(寧波甬港拖輪有限公司，浙江 寧波 315000)

隨著對(duì)港口綠色化要求的提高，海港港口作業(yè)船舶在靠岸停泊時(shí)，岸電的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍。岸電通過岸電控制箱引入船舶電網(wǎng)。根據(jù)規(guī)定，船電和岸電不得同時(shí)向用電設(shè)備供電，即不得并聯(lián)運(yùn)行。因此，在使用岸電前，船電必須與電網(wǎng)匯流排脫離，船電與岸電的控制開關(guān)之間必須要提供可靠的電氣互鎖[1]。因此岸電控制箱是實(shí)現(xiàn)船電和岸電無縫銜接的重要樞紐。

1 工作原理

整個(gè)岸電的結(jié)構(gòu)，由碼頭端岸電輸入控制箱、船端岸電接入點(diǎn)控制箱、船端岸電控制箱、船-岸電轉(zhuǎn)換控制板4部分組成。岸電系統(tǒng)將工業(yè)電網(wǎng)經(jīng)碼頭端岸電輸入控制箱、船用電纜后，接入到船端岸電接入點(diǎn)控制箱，并經(jīng)過船端岸電控制箱的相序轉(zhuǎn)換作用和船-岸電轉(zhuǎn)換控制板的電氣互鎖作用，使岸電最終供應(yīng)到拖船上，岸電結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。其中岸電控制箱的電路結(jié)構(gòu)大致可以分為主電路和控制電路。主電路由主開關(guān)和主觸頭組成，其作用是控制輸送順序電源。控制電路由岸電電源指示電路、互鎖電路、相序控制電路、相序指示電路構(gòu)成。岸電控制箱控制電路功能如表1所示。

圖1 岸電結(jié)構(gòu)示意圖

表1 岸電控制箱控制電路功能

2 故障現(xiàn)象與分析

在港作拖船靠岸并網(wǎng)過程中，船用岸電無法連接，經(jīng)檢查所有相關(guān)指示燈顯示正常，在此情況下將岸電手動(dòng)合閘，碼頭岸電控制箱主開關(guān)出現(xiàn)跳閘，船用岸電依舊無法連接。

本文就該故障原因進(jìn)行初步排查。船上岸電控制箱顯示正常，船電與岸電互鎖控制線路正常，即從表面無法得知故障原因，需要對(duì)岸電控制箱按照電路邏輯結(jié)構(gòu)，進(jìn)行故障原因排查。

首先，從“生產(chǎn)安全第一”的原則出發(fā)，立即檢查船上照明和動(dòng)力系統(tǒng)絕緣值，結(jié)果顯示5 MΩ以上，說明船上系統(tǒng)絕緣正常，電路不是因接地短路引起的跳閘。接著從碼頭端檢查，發(fā)現(xiàn)碼頭端岸電箱顯示電壓正常，同時(shí)了解到兄弟船舶使用正常，這說明碼頭岸電箱不是故障點(diǎn)。因此判斷故障點(diǎn)很可能出在船端岸電箱上。

岸電控制箱電氣原理圖如圖2所示。按照從主電路到控制電路的故障檢測常規(guī)思路，首先合上主電路岸電開關(guān)DF，電源指示燈HL1亮，表明碼頭端岸電箱有電送到船端岸電箱，那么需要檢查主電路情況。用萬用表測量主接觸器KM1或KM2上下樁三相接線電壓，測量顯示電壓400 V，主電路初步檢測正常。

圖2 岸電控制箱電氣原理圖

然后，檢查控制電路，將岸電電纜三相線接線位置隨機(jī)轉(zhuǎn)換，在主接觸器KM1工作時(shí)，K1的綠燈亮，K2的紅燈亮；在主接觸器KM2工作時(shí)，相序指示燈紅綠燈顯示相反。這表明相序繼電器K1、K2工作均正常(K1、K2同時(shí)顯示為紅燈，一般情況下是碼頭岸電箱輸出有誤，或是相序繼電器K1、K2有故障)。且從相序指示電路檢查中發(fā)現(xiàn)，指示燈顯示順序燈HL2亮，這意味著控制電路初步檢查正常。

最后，常見故障點(diǎn)都未發(fā)現(xiàn)問題，岸電中唯一未檢測的地方是岸電電纜，于是決定檢查船端岸電接入點(diǎn)控制箱的岸電接入電纜。斷開岸電接入點(diǎn)控制箱的主開關(guān)，用搖表測量三相線對(duì)地絕緣，顯示無窮大。拆下岸電電纜，用500 V兆歐搖表檢測三相線相間絕緣性，顯示阻值為500 Ω以上，說明電纜可以放心使用。

綜合以上現(xiàn)象，從表面上看，極容易得出船上岸電控制箱正常的錯(cuò)誤結(jié)論。經(jīng)過初步篩查未發(fā)現(xiàn)問題，需要結(jié)合設(shè)備工作原理進(jìn)一步排查。

因?yàn)檩斎腚娎|是正常的，所以最終懷疑船端岸電控制箱是否能正常輸出400 V的額定電壓。因此再次分析岸電控制箱的電路原理圖，認(rèn)為故障點(diǎn)出在交流接觸器上的可能性最高。按照交流接觸器的工作原理：當(dāng)接觸器吸引線圈通電后，使靜鐵芯產(chǎn)生電磁吸力，銜鐵被吸合，與銜鐵相連的連桿帶動(dòng)觸頭動(dòng)作，使常開主觸頭閉合，接觸器輸出電壓。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸點(diǎn)復(fù)原，常開觸點(diǎn)斷開。一般交流接觸器主觸頭不吸合只有2種原因：①吸引線圈燒毀；②控制電源問題。

根據(jù)該工作原理對(duì)交流接觸器進(jìn)行故障排查，首先，將線路斷電，用萬用表電阻檔測量接觸器吸引線圈阻值，若讀數(shù)為無窮大或0，說明線圈損壞，而實(shí)際測得線圈阻值約300 Ω，這初步證實(shí)線圈狀況良好。其次，排查銜鐵是否有卡滯現(xiàn)象，如果有卡滯現(xiàn)象，通電時(shí)會(huì)有很大的噪聲，并伴有震動(dòng)，而實(shí)際沒有此現(xiàn)象，說明銜鐵工作正常。再次，檢查線圈的控制電源。電源達(dá)到額定電壓85%以上，是接觸器線圈保持吸合的最低要求。線圈額定電壓一般會(huì)標(biāo)注在線圈接線附近，KM線圈標(biāo)注額定電壓為380 V，實(shí)際測量結(jié)果也是380 V，這說明電源也沒有問題。經(jīng)過以上排查，觸點(diǎn)是僅剩的故障疑點(diǎn)。一般情況下，主電路上2個(gè)互鎖的主接觸器不可能同時(shí)壞，而啟用KM1時(shí)要跳電，那么變換岸電電纜三相接線位置，使得主電路上的KM1退出工作，KM2接入工作，船電轉(zhuǎn)換岸電，試合閘成功。

以上現(xiàn)象說明，故障點(diǎn)在主接觸器KM1上。查閱交流接觸器使用相關(guān)技術(shù)要求規(guī)定：①傳統(tǒng)接觸器斷開電路時(shí)，觸頭之間產(chǎn)生的電弧較為強(qiáng)烈，燃弧時(shí)間長，以便充分釋放電弧中剩余的能量；②電弧燃燒產(chǎn)生的高溫和強(qiáng)光，對(duì)觸頭表面有嚴(yán)重的燒灼作用，觸頭材料在多次開斷之后，逐漸損耗。觸頭電磨損嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致交流接觸器報(bào)廢，不能開斷電路。

根據(jù)以上要求，查找故障思路切入點(diǎn)，把主接觸器KM1拆卸下來，手動(dòng)模擬接通線圈。該型號(hào)主接觸器有A、B、C 3副常開主觸頭。通過萬能表測量確認(rèn)，該型號(hào)接觸器主觸頭均為常開型。用一字螺絲刀按下手動(dòng)按鈕，即模擬手動(dòng)接通故障接觸器線圈，接著用萬能表測量。使用萬用表電阻檔測量3個(gè)主觸頭通斷情況，結(jié)果顯示兩相無法接通，雖然測得主接觸器三相主觸點(diǎn)電壓確實(shí)為380 V，這只能說明觸點(diǎn)虛接。由此判定故障是由缺相引起的，故障點(diǎn)就是在這個(gè)KM1接觸器上。在更換新的接觸器后，故障排除，進(jìn)一步證實(shí)了岸電無法合閘的原因在于KM1接觸器的觸點(diǎn)虛接。

在判定KM1接觸器故障后，為了進(jìn)一步了解故障的根本原因，當(dāng)即對(duì)該接觸器進(jìn)行拆解，在初步拆解后發(fā)現(xiàn)，主觸點(diǎn)有不同程度的燒灼現(xiàn)象，最為嚴(yán)重的出現(xiàn)了明顯的凹坑和碳化現(xiàn)象；繼續(xù)拆解，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分析，判斷接觸器三相觸點(diǎn)彈簧塑料框架出現(xiàn)了老化問題，使得線圈產(chǎn)生的部分電磁吸力浪費(fèi)，造成吸力不夠的現(xiàn)象。從拆解中發(fā)現(xiàn)的以上2點(diǎn)，最終使主觸點(diǎn)三相不能完全吸合。而觸頭燒損是較為常見的接觸器損壞原因[2]，這進(jìn)一步印證了其為故障發(fā)生點(diǎn)。

3 結(jié)束語

為了快速排除故障，應(yīng)遵從由簡單到復(fù)雜的有序排查思路。首先根據(jù)故障表象對(duì)常見故障點(diǎn)進(jìn)行排查，確保最快解決常見問題、恢復(fù)到正常狀態(tài)。然而當(dāng)常規(guī)思路無法解決問題時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備工作原理，對(duì)設(shè)備按照懷疑程度的高低逐一排查。本次故障排查從電源性故障(保險(xiǎn)絲類故障)到控制電路故障，在保險(xiǎn)絲和岸電纜檢查正常的情況下，岸電控制電路是首要懷疑對(duì)象，應(yīng)根據(jù)其工作原理圖進(jìn)行故障排查。

面對(duì)無法用常規(guī)思路或程序化手段解決的故障，應(yīng)遵從由故障表象深入工作原理的排查思路，即不拘泥于表象，從設(shè)備或系統(tǒng)的工作原理出發(fā)，在充分的理論支持下，發(fā)現(xiàn)可疑的故障點(diǎn)。本次故障排查在確認(rèn)外部工作正常后，立即確認(rèn)相關(guān)電路的原理圖，轉(zhuǎn)入對(duì)于內(nèi)部控制電路的分析與排查。

在相關(guān)元件應(yīng)對(duì)建議方面，由于港作拖船的船-岸電轉(zhuǎn)換頻繁，接觸器主觸頭頻繁吸合產(chǎn)生電弧磨損，大大縮短了其使用壽命。交流接觸器在接通電路時(shí)，主觸頭反復(fù)吸合不僅影響系統(tǒng)的性能，而且降低接觸器的電壽命[3]。而反向并聯(lián)晶閘管和控制模塊單元共同組合的無觸點(diǎn)開關(guān)，分?jǐn)嚯娐窌r(shí)不產(chǎn)生電弧。本文建議利用該無觸點(diǎn)開關(guān)，來代替有觸點(diǎn)KM，以避免傳統(tǒng)接觸器電弧對(duì)觸頭材料的電磨損，并極大增加觸頭的使用壽命和可靠性，為岸電的正常使用提供保證。