冷水机组启动失败故障分析与应对措施

陈升武 黄进明 赵天翔 张小波

摘 要：冷水机组是保证船舶设备安全运行、船员生活舒适的重要设备。论文根据一起某船冷水机组启动故障现象，从Unisab冷水机组的控制原理入手，分析故障发生的机理，梳理导致启动失败的可能原因，建立了该冷水机组不能启动的故障树。通过对导致冷水机组启动失败的因素进行逐一排除，最终找出故障原因，并对二次故障进行测量分析，查出了导致冷水机组启动跳闸的原因，即主接触器触点烧蚀，造成启动电流增大，超过断路器瞬动值。鉴于此，技术人员对冷水机组其它系统进行了全面检查，并就船舶冷水机组的运行管理及维护保养给出了几点建议。排查过程为船舶技术人员处理类似问题提供了参考借鉴。

关键词：船舶冷水机组；启动故障；故障树；应对措施

冷水机组是否正常运行，影响船员住舱的温湿度，某船经常航行于热带地区执行科考任务，外界潮湿、高温，环境恶劣，严重影响到住舱人员的生活、工作。[1]某船配备四台冷水机组，由Sabroe制冷公司生产的163系列机组，负责给全船住舱、工作艙室提供空调保障，是船舶重要的设备，关系到能否完成科考任务。因此，保障冷水机组的正常运行显得尤为重要[2，3]。文章结合作者的维修经验，通过分析一起冷水机组启动运行故障及分析处理过程，为船舶冷水机组技术人员处理类似问题提供参考。

故障现象

某日某船由国内驶往热带预定海域期间，随着外界温度的上升，需增开一台冷水机组保证住舱温度舒适，操作人员启动时发现冷水机组无法启动，启动另一备用机组，正常运行。具体现象为：（1）当按下现场面板的启动按钮时，滑油预供泵运行后，冷水机组主电机无任何反应；（2）操作人员检查润滑油系统、制冷剂系统、冷却系统，均正常；（3）打开启动控制箱发现主电机主接触器不动作，技术人员开始排查故障。

冷水机组启动控制原理

某船配备的冷水机组型号为SAB163HM/SAB128H，电机功率为200kW，转速为2977r/min，满载时电流为240A，系统主要由启动控制箱和现场控制板组成。其中启动箱采用PLC控制，现场控制板（unisab）在机旁，启动箱中的PLC通过RS485与unisab进行通信，实现信息交互与控制；冷水机组之间通过现场总线RS485实现互联，信号是一进一出，其中1号首端电阻短接，形成回路，4号unisab控制板出信号，是RS485转以太网模块，与上位机连接实现远程控制。其中冷水机组负载大，启动前必需向电站发出重载询问并得到船舶电站主配电板启动允许信号后方可启动。

2. 冷水机组启动时序

冷水机组是一个包含润滑油系统、制冷剂系统、冷却系统、机械传动、电气控制系统的复杂设备，因此，在启动前需将整个系统置于备用状态。如电路系统绝缘良好、加热滑油、开启海水泵、海水系统及冷媒水管路所有阀件处于开启状态制冷剂液位正常等。冷水机组启动时序如图2所示。在现场启动板按下启动模块上的启动按钮，面板发送重载询问信号至主配电板并得到应答允许启动后，此时滑油预供泵现行启动运行对机组进行润滑，而后主电机运行，并可手动或自动加负荷使机组正常运行。

2. 冷水机组启动控制原理

冷水机组启动控制原理如图3所示，当按下起动按钮后，现场操纵面板微处理器通过接线端子X7：116、117向主配电板发出重载询问，主配电板通过接线端子X4：47、48向微处理器反馈允许启动信号，而后微处理器通过X7：120、121发出油泵起动信号，105K4接触器得电触点闭合，滑油预供泵运行并通过X4：53、42向微处理器反馈运行信号。微处理器接收后，通过端子X7：118、119发出起动主电机信号，经过保险50F4进入机组启动控制柜的Y-△起动，其中时间继电器105K7先得电开始计时，常闭触点闭合（17、28接通），105K9得电，常开触点和主触点吸合，105K6得电并自锁，主电路主触点吸合，电机开始进行Y型起动，10S后105K7常闭断开，105K9失电，常开闭合（17、18接通），105K8得电，主触点吸合，此时主电机通过105K6、105K8开始△型运行，同时通过X4：41、42反馈主电机正常运行信号。由此便可对机组进行手动或者自动加载，同时注意观察各系统压力、温度值是否正常。

3 故障原因分析及排查过程

3. 故障树建立及分析

由以上分析可知，冷水机组的起动控制原理虽然简单，但是关联的因素众多，单点失效多，任何一个节点出现故障都会导致冷水机组起动失败。因此，本文采用故障树分析法[4，5]，对影响冷水机组启动的原因进行梳理，如图4所示。

由图可以分析出，冷水机组启动失败的可能原因主要有三个：（1）Unisab面板内部故障，导致无法启动；（2）冷水机组主电机不能启动；（3）滑油预供泵不能运行。按照此前观察到的故障现象，启动时滑油预供泵已经正常运行，因此排除这一原因。对于Unisab面板故障，当时电站控制模式在自动模式，且已看到允许启动灯已闪烁，故排除重载询问失败这一原因；而按照以往故障情况，Unisab内部电路板发生故障的概率极小，且显示面板正常，能启动滑油预供泵，因此，按照先易后难的思路，初步将故障定位于主电机无法启动。

3. 故障定位及确认

现按照主电机不能启动故障树进行分析：（1）用绝缘表检查电机绕组，绝缘符合要求。手动转动输出轴，可以转动，排除机械卡死原因；（2）外观检查105K6、105K7、105K8、50F4过载保护正常，线路无松动。（3）合上电源，电源正常，按下启动按钮，待滑油预供泵运行后测量Unisab滑油预供泵运行反馈信号接线端子X4：53、42，输入正常，而后测量Unisab输出端子X7：118、119，输出主电机启动信号正常，但此时Y-△启动线路不得电，故故障进一步定位于Y-△启动线路；（4）测量50F4熔断器显示正常，测量105K7线圈两端电压220V，测量105K7常闭触点发现无电压显示，即时间继电器105K7得电但不动作，因此，故障定位于105K7；（5）拆下105K7，测量线圈阻值发现阻值为265MΩ，比正常偏大很多，相当于开路。因此故障确认为时间继电器105K7线圈烧毁，致使主电机控制线路不动作，主电机无法起动。

3.3 二次故障及排查分析

技术人员针对发生故障的时间继电器105K7进行更换后，对系统进行重新检查，准备进行再次启动，以验证故障的正确排除。按下启动键后，滑油预供泵正常运行，15S进入主电机启动程序，此时总电源开关发生了跳闸，系统停止，同时打开启动控制箱有煳味。

故障分析排查：在上述启动过程中，滑油预供泵正常运行后进入主电机Y-△启动电路，时间继电器105K7得电后，主接触器闭合时发生了跳闸，说明105K7工作正常，电机启动时发生故障。原因有二：一是空气断路器故障，发生跳闸；二是主电路有短路或者接触不良，造成电流过大，使断路器发生跳闸。为验证以上分析，技术人员首先对断路器MT12H1进行检查，外观良好，电流瞬动值为1250A。随后技术人员对主电路的启动电流进行测量，电流如图5所示。

在电机启动的瞬间，30ms电流达到最大值1321A，随后逐渐下降至再次发生跳闸。而电源断路器的电流瞬动值为1250A，已经超出其最大允许电流，因此可判定故障为电路电流过大，而非电源开关故障。进一步分析故障发生于开始Y-△启动时，电机各相绕组绝缘良好，线路无松动，启动箱有烧蚀味道。综合上述分析故障定位于主接触器105K6和105K9。经拆卸，发现105K9的三个主触点严重烧蚀，造成接触面积大大减少，使瞬时启动电流变大，导致电源断路器跳闸保护。

4 故障解决及巩固措施

针对以上两次故障，技术人员对故障元件105K7、105K9进行了更换，而后冷水机组正常启动运行，故障得到解决。船舶长时间出海，海况恶劣，晃动较大，影响船舶电网的稳定，使电气设备发生松动，接触不良、老化、绝缘下降等问题[6，7]。鉴于此，技术人员对其它机组的控制系统也进行了全面的检查，主要包括：

（1）对其它机组的控制线路、主线路各接触器线圈测量、触点检查，时间继电器、保险等元器件进行测试；（2）对控制箱接线进行紧固，实时监测系统绝缘阻值、吸排气压力、油压差是否正常。尤其是润滑油温度不大于60℃，蒸发器出水温度不低于6℃；（3）定时检查机组各工况，并作好记录。（4）运行中及时检查贮油器内的润滑油和冷凝器内制冷剂液位是否正常（贮油器高视镜3/4），制冷系统有无泄漏，冷凝器、蒸发器系统是否畅通，各压力表示度是否正确等。通过一系列措施，确保控制系统工作正常，保障船舶电力安全稳定、万无一失。

5 结语

本文分析了一例冷水机组启动失败案例，基于冷水机组的控制原理，分析了该故障机理、排查过程及解决方法，综合运用故障树、测量等方法对故障进行了准确定位，使故障得到很好地解决，保证了船舶冷水机组的正常工作，保证了船员的正常生活不受影响。也为同行，尤其是船舶技术人员处理类似控制系统故障问题，提供了几点启示：（1）由于船舶长时间出海，海上环境恶劣，对设备的稳定性是一个挑战，需要对设备进行定期的维护检查，尤其是经常使用且电流大的电气设备，需要对关键元件进行检查保养；（2）为更快的定位故障，需综合运用故障树、测量等分析方法对故障原因进行综合排查；（3）对长时间航行的船舶，故障频发，有时会不止出现一次故障，可以建立设备的故障库，以便后续的故障排查提供借鉴。

参考文献：

[1]任福安，王名涌.轮机工程基础（上册）[M].大連：大连海事大学出版社，2008.

[2]韩厚德，郑青榕.船舶制冷与空调装置常见故障诊断与对策[J].航海技术，1999（5）：42-43.

[3]王瑞宣，叶晓华.船舶制冷装置的常见故障分析[J].船海工程，2008，12（6）：36-39.

[4]辛长平.中央空调冷水机组操作与维修教程[M].北京，电子工业出版社，2012.

[5]胡国喜.制冷设备维修技术基本功[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[6]金宇文.船舶制冷设备管理心得[J].航海技术，2005（4）：64-65.

[7]何瑞广.船舶制冷设备故障分析与处理[J].广东造船，2015（2）：79-80.