船舶电气设备常见故障及维修技术

曾正洪

（ 重庆交通大学 航运与船舶工程学院，重庆400074）

船舶电气系统是船舶系统的重要组成部分, 如果船舶电气设备发生故障,将会直接对船舶安全构成威胁。这就需要对电气设备进行定期检查并进行更新,注重设备管理模式。若电气设备发生故障, 那么就要对船舶电气设备故障发生的原因做深入的了解,为以后处理电气设备发生故障做充分准备,并提供一些具有价值性的参考。

1 船舶电气系统组成

船舶电气系统由船舶电站、 船舶电力网和电气负载三部分构成。

船舶电站是船舶电气系统最重要的组成部分, 起着发电和配电的作用。 按照不同的分类方法,船舶电站的组成各不相同。按照电流的种类,船舶电站分为两种：直流电站和交流电站。 根据原动机的类型,船舶电站又可以分为柴油机、汽轮机、蒸汽轮机和燃气轮机。 通常来说按照功能,还可以分为主电站、应急电站和临时应急电站。

船舶电力网由电缆、导线和配电装置构成。 发电机发出的电从主配电盘开始,然后经过电缆传输,最后通过分配电装置进行电力分配,送到各用户。 从连接负载的角度出发,船舶电网分为四种：动力电网、照明电网、临时电网和临时应急电网。 因船舶负载和种类和数量不断增加, 明确了对船舶电力网运行的基本要求,即当船舶电力网发生故障时,仍然能够可靠持续地对船舶电气设备供电,并且把故障所造成的影响降至最低,即保证供电的可靠性、经济性、合理性。

电气负载主要用来反映船舶电力网与电气设备间交换电能的情况,其分为电动机动力负载、单线负载、测量设备负载等。

2 船舶电气系统常见的故障

船舶电气设备在长期运行过程中, 会受到一些因素的影响。例如内在因素：自身的结构设计、材料、安装过程等;外部因素：机舱环境不正常、负荷突然变化、平时不注重定期维护等。 这些因素的干扰将会导致船舶电气设备的使用性能下降,还将导致船舶电气设备的部分丧失,甚至是全部功能丧失。最终致使船舶在航行过程中突然发生故障,影响船舶的正常航行,同时也降低其经济效益。 可以说,船舶电气系统的组成非常复杂。 因此可以看出, 这也同时大大增加了船舶电气设备发生故障的可能性。

在对船舶电气设备的组成结构进行详细分析之后, 我们发现,船舶电气系统的各个组成部分所发生的故障是不同的。一般而言,船舶在航行过程中会出现四种常见故障：发电机故障、主配电板故障、电动机故障和电网系统故障。

2.1 发电机故障

船舶采用的主发电机包括有刷同步发电机和无刷同步发电机。 对于有刷同步发电机来说,在运行过程中会出现匝间短路、转子励磁线圈断路以及电刷过度磨损等故障。与此同时,发生故障的时候会伴随着一些故障现象。例如发生匝间短路,壳体的某些部分将会严重发热,并且三相电压将变得不对称;若是转子励磁线圈断路,励磁电流将会增大,甚至导致电机烧毁。 对于无刷同步发电机,更常见的故障为换向器故障,转枢式绕组励磁线圈的短路。

对于不可控相复励调压系统,常见故障有：发电机起动至额定转速,但是无法建立正常电压;发电机的电压低于或者高于额定值;发电机过热、轴承过热等。

对于可控硅励磁调压系统, 其故障类似于不可控相复励调压系统,一是发电机转速为额定值,但无法建立正常电压,导致起励失败;二是发电机端电压低于或高于额定电压;三是当负载增加时,发电机电压明显降低。

对于三相无刷同步发电机, 其常见故障为旋转整流装置故障和静止励磁系统元器件损坏。

2.2 主配电板故障

主配电板是电站电能集中和分配的控制中心。 主配电板主要有两类常见的故障： 一是主配电板跳闸, 二是主配电板不闭合。 造成主配电板跳闸,有以下几点原因：一是脱扣机构时间久了容易老化;二是过电流脱扣器失调;三是失压线圈串联电阻过大等。 发生主配电板不闭合, 主要是由于脱扣机构磨损非常严重;过电流脱扣器失调;热脱扣器在动作后没有进行复位。

2.3 电动机故障

电动机在长期运行中,自身结构会逐渐劣化,失去其原有性能和功能,进而发生故障。 以三相鼠笼式异步电动机为例,其常见的故障有：电动机无法正常起动;电动机温升高;电动机在运行过程中噪声过大;轴承过热等。

2.4 电网系统故障

当电网中过载时,导线中会流经很大的电流,造成导线过热。电网系统故障主要为电力系统一相接地, 船舶接触器继电器故障和热继电器故障。 其中,热继电器故障包括两种：用电设备正常工作,但是热继电器动作频繁;热继电器不动作,用电设备却烧毁。

3 船舶电气系统维修技术

船舶电气设备的工作环境恶劣, 各个组成部分发生的故障是十分复杂的。 在分析船舶电气设备的故障时往往先从故障现象入手,然后分析故障原因,进而找出解决方法。

3.1 发电机故障的维修方法

在分析发电机故障原因时, 首先就要明确发生故障的具体对象。 若励磁电流为额定值,则表示发电机发生了故障;反之,则表示励磁调压系统发生了故障。此外,根据不可控相复励调压系统的特点,对照工作原理图去分析故障发生的环节,从而对该电路环节进行维修。当可控硅励磁调压系统发生故障时,先检查晶闸管主电路是否正常,然后充分检查触发电路是否正常。维修时再对电路原理图进行比较和分析, 从而分析出哪个电路环节发生故障。

3.2 主配电盘故障的维修方法

电流断路、过载都会引起主配电板跳闸。因此,在实行分级卸载的基础上,对整定值进行调整是十分有必要的。当发出自动同步系统启动命令信号60 秒之后,仍然无法进行自动同步,这时便可以将自动同步改为手动同步。

3.3 电动机故障的维修方法

电源没有接通、负载过大、转动时受阻等都会造成电动机无法正常起动,这时需要确保回路开关是否完好、接线是否正确、有没有反接。 电动机过载和断相运行会造成电动机温度过高。当电动机过载运行时,电流将会上升并且电动机严重过热,最严重的后果是造成电动机烧毁,因此,必须改善散热条件,防止电动机过热。 轴承损坏、缺相操作会在电动机中产生噪声,而轴承间隙过大或者严重磨损会造成轴承损坏, 因此必须确保电动机在连续运行期间中具有良好的润滑性。若电动机绕组有一相断线,则会导致电动机断相运行。电动机在断相运行的过程中,转速将下降。 若运行时间过长,会导致电机烧毁。 因此要求工作人员平时就需要注意发现断相运行的的异常现象, 并判断是否发生断相操作,此外,还应设置断相保护以防止电动机断相运行。

3.4 电网系统故障的维修方法

一定负载下单相绝缘击穿、负载电机接线盒的连接松动且接触不良等都将导致电力系统一相接地故障。 船舶接触器继电器故障会出现触头局部过热、 异常的电枢噪声和线圈高温等现象。触头严重磨损会造成触头过热。 铁蕊端面接触不良、短路环断裂等会造成衔铁噪声异常。 电流值异常升高、 衔铁无法吸合等会造成线圈温度过高。 如果被保护设备的额定电流大于整定电流值,则用电设备将正常运行,热继电器动作太频繁,此时应重新整定;如果用电设备烧毁而热继电器不动作,那么说明整定值太高,此时需要重新调整该整定值。

4 结论

船舶电气设备的故障是多种多样的,无法一一列举。 本文将船舶常见故障进行了分类, 能够较为系统地掌握船舶电气设备维修所需的电气方面的基本理论和技能。 随着船舶自动化程度越来越高, 值班工作人员只有在很熟悉电气设备基本原理的基础上,才能提高工作效率,并且在维修电气设备的过程中满足经济效益需求,同时保证船舶的航行安全。