某电力推进船舶主吊舱无法合闸故障分析

臧义柱

摘 要：本文对电力推进船舶吊舱推无法合闸的原因进行分析，针对可能出现的原因进行总结，对查找过程进行阐述，希望能为船舶轮机管理人员提供一些积极的参考作用。

关键词：电力推进;故障现象;原因分析;故障查找及解决

中图分类号：U665.1            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）05-0072-03

某电力推进多用途拖轮，具备DP2功能，主发电柴油机组采用了4台瓦锡兰8L26柴油机，船首设置了可正反转的1200KW隧道式侧推器及可全回转的1000KW伸缩推进器各一台，船尾采用了二台共计8000KW全回转吊舱推进器，四台推进器均采用变频驱动。

该轮某日备车时出现左艉吊舱主开关无法合闸现象，经轮机人员多次尝试合闸成功，停车分闸1h后试验合闸正常，但分闸约1-2h后再次合闸又出现多次合闸才能成功的情况。

1 吊舱供电系统的组成

该轮电站为自动化电站，为所有用电设备提供电力，PMS（电力管理系统）根据负载运行情况自动进行发电机组的启停、并车或解列。吊舱供电系统由电站、变压器主开关、变压器、变频器和吊舱机旁隔离开关五部分组成。其中，变频器是供电系统的核心单元，由驱动控制单元（DCU）、辅助控制单元（ACU）、整流模块（DSU）、逆变模块（INU）和水冷单元（WCU）5个部分组成。

2 吊舱变压器主开关合闸工作原理

DCU收到吊舱主开关合闸命令后发出指令，整流模块开始预充电，当其电压达到一定数值时充电完成（约900V，如数值不到而时间达到系统的设定值，也默认充电完成），然后DCU延时1S后向主开关发出启动合闸指令，主开关收到该指令后向变压器发出预充磁信号，变压器开始预充磁，当充磁时间达到（约6S）时，变压器向主开关发出充磁完毕信号，主开关开始合闸，合闸成功后由其分别向变频器和变压器发出信号，停止预充电及预充磁，系统投入正常运行，反之如果在程序设定的时间内未能成功合闸，DCU将发出主开关故障报警。下面对主开关合闸过程做详细分析。

2.1 DSU预充电

如图1所示，如各连锁保护正常，K11继电器通电为发出主开关控制做准备。如图2所示，当DCU 收到主开关合闸命令后，充电控制继电器K1通电使得预充电接触器K2.1的线圈通电，K2.1主触点闭合使预充电变压器开始对DSU充电（充电图略）。充电完成后，主开关控制继电器K3动作，X27.2点与X27.3点接通，从而K12得电使其常闭触点21与22打开，取消主开关分闸指令，延时1S后其延时闭合触点67与68闭合，向主开关发出启动合闸指令。

2.2 变压器预充磁

如图3所示，主开关收到合闸指令，即继电器K316控制回路中的11点与12点接通，K316得电动作，其常开触点11与14接通向变压器发出预充磁指令，其另一组常开触点21与24闭合为主开关越控合闸做准备（即使越控合闸也必须在整流模块预充电完成后方可进行，从而减少对电网的冲击）。

如图4及图5所示，如各连锁保护正常，KA1得电为变压器预充磁做准备。当变压器收到启动预充磁指令（REMOTE START），接触器KP1与时间继电器KT7通电动作，KP1主触点闭合为预充磁变压器充磁，KT7的延时闭合触点15与18延时2S后闭合，接触器KP2通电，其主触点闭合使预充磁变压器对主变压器充磁，同时其常开触点43与44闭合，KT5通电计时4S后其延时闭合触点15与18闭合向主开关发出预充磁完成信号。

2.3主开关合闸

如图3所示，主开关收到预充磁完成信号后，其合闸线圈YC通电合闸。

如图6所示，主开关闭合后其位置开关ATR2动作，ATR2的常开触点13与14闭合，继电器K317.11、K317.22及K317.23得电动作。K317.11使合闸线圈YC失电停止合闸操作并向变频器发送合闸信号;K317.22向DP及变压器发送主开关合闸信号;K317.23向变频器DCU发送主开关合闸信号，使配电板主开关合闸灯亮分闸灯灭。主开关ATR2的常开触点95与98闭合使得K317.43通电动作，由其向PMS发送合闸信号，并断开主开关脱扣线圈YU。（继电器触点接线图略）

2.4 切断预充电及预充磁

如图1所示，变频器收到主开关合闸信号后，K15得电，从而K1及K2.1失电，停止预充电。

如图4所示，变压器收到主开关合闸信号后，KT6得电，其15与16延时断开触点1S后动作，KP1与KT7断电，随之KP2与KT5断电，切断变压器预充磁。

3 主开关合闸故障原因分析

（1）变频器DCU未收到合闸指令。

（2）变频器DSU预充电完成后未向主开关发出启动合闸指令。

（3）主开关收到启动合闸指令，但未向变压器发出预充磁指令。

（4）变压器预充磁完成后未向主开关发出合闸指令。

（5）主开关机械机构卡滞或合闸线圈故障。

（6）主開关合闸程序中各环节都正常，但运行总时间超出了变频器设定值。

4 故障查找及解决

由变压器主开关合闸故障原因可知，只需找出合闸程序中的故障环节就可判断出故障点所在。

（1）在DCU面板处可见合闸程序进行情况，故排除DCU未收到指令的可能。

（2）打开变频器ACU柜门，在机旁发出合闸指令，发现充电接触器K2.1动作正常，在DSU及INU控制面板上可见电压逐渐升至约900V，说明变频器预充电正常。

（3）继续在ACU处观察，K2.1动作约5S后，K12动作，在配电板主开关处的观察人员继而发现K316得电（K12得电延时1S发出启动合闸指令），这说明变频器在预充电完成后向主开关发出了合闸指令，且主开关收到该指令。

（4）K316得电的同时，在变压器控制箱处的观察人员发现KP1、KT7与KP2、KT5依次得电，这说明变压器预充磁正常。

（5）在配电板主开关处的观察人员未见到主开关合闸动作，而变频器DCU面板则发出了DSU FAULT报警及DSU面板显示主接触器故障报警，同时K12、K2.1、KP1、KT7与KP2、KT5、K316断电，这说明主开关未收到变压器预充磁完成后的合闸指令或主开关因自身故障不能成功合闸，经检测预充磁完成合闸指令（KT5延时闭合触点）到主开关合闸线圈的接线及合闸线圈正常，主开关机械机构正常无卡滞。

（6）合闸失败后马上再次尝试合闸，并分别在ACU、变压器及主开关处视频记录各处接触器及继电器动作情况，结果合闸成功，但发现ACU处K2.1动作3S后K12就得电动作，并且K2.1在吸合状态一共保持了约13S，在变压器处发现KP1保持吸合状态约9S。主开关合闸程序时间应为：合闸总时间13S（K2.1的吸合时间）=DSU预充电时间约3S（K2.1动作到K12动作的时间间隔）+K12延时1S+预充磁时间8S（KP1吸合时间9S_合闸完成后KT6的延時1S）+主开关合闸时间约1S。

咨询服务商得知合闸程序设定的时间为13S，在合闸失败时现场曾监测到预充电时间约为5S，加上K12的延时1S以及预充磁的8S和主开关的合闸时间1S，这样总时间就达15S之多，超出了合闸时限，所以合闸失败。根据图纸可知预充磁时间应为6S，但实际监测中为8S，这是合闸失败的原因所在，进一步检查发现是由于KT7时间继电器震动定时出现问题，重新将其定时设为4S，这样合闸总时间=预充电5S+K12延时1S+预充磁6S+主开关合闸时间1S=13S，与合闸程序设定时间一致，为防止意外并留出余量，将合闸程序总时间设定为15S。此后该轮左尾吊舱再未出现合闸故障。

至于短时脱开主开关即合闸或重复几次合闸较易成功，是因为DSU残留有未放光的电量，会缩短下一次合闸过程中的预充电时间。

5 结束语

由于电力推进系统具有推进效率高、节能效果明显及噪音低等优点，其在船舶制造中的应用越来越广泛，但对多数轮机人员来说还是一个新事物，因此，船舶轮机主管人员应加强相关业务知识学习和培训，才能对其进行有效的维护保养和故障诊断。