“德翔”轮电力系统及故障检修

林宝忠

摘 要：本船舶是综合体现现代科学技术发展应用水平的重要平台，而拖轮是比其他种类的船舶更为复杂的船舶。电力系统在拖轮上具有广泛而重要的独特作用。拖轮电力系统一般由发电机、配电板、电力网络和用电设备组成。空气断路器是拖轮配电板中最重要、最复杂的机电部件，它在一般情况下的工作状态是很稳定可靠的。但是，随着频繁的使用、船龄的增加、保养的缺失或疏忽，它偶尔也会发生一些意想不到的故障。本文简要叙述了拖轮“德翔”的电力系统及空气断路器故障。

关键词：船舶;拖轮;电力;电压;线圈;PLC控制;空气断路器

中图分类号：U665             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）10-0075-02

1 电力系统在船舶上的作用逐渐加强

从帆船、蒸汽船到内燃机船、电力推进船舶，电力系统在船舶上越来越发挥着重要的作用，电力系统供电的连续性、可靠性和供电品质，将直接影响船舶的安全性、可操作性和经济指标。在现代化船舶上，电力系统越来越复杂，电站自动化程度日益提高，对电站管理人员的要求也越来越高。二十世纪七十年代以后，船舶电力系统的控制形成了功能齐全、性能稳定的由数字集成电路与线性模拟集成电路组成的控制系统。八十年代以后，出现了由单板机或单片机组成的微机控制系统。到了九十年代，PLC的应用增强了控制系统的可靠性。到目前为止，由PLC控制的电站、主机遥控、机舱集中监测报警等系统已不断地更新换代，船舶电力系统已形成了完善的船舶自动电力综合管理系统。特别是最近二十年以来，计算机的不断发展引发了各个领域的技术性变革，航运界的船舶作为新技术的领跑者也深受其影响，使得现代航运对船舶自动化程度和信息集成程度的要求也越来越高。为了适应现代自动化机舱的要求，PLC控制逐渐取代了传统的接触器式继电器控制模式而成为船舶机舱控制的主要环节，PLC系统的使用使电力控制系统更加安全、迅速、可靠，体积也变得更加紧凑、精致、美观。

2 拖轮“德翔”的电力系统

烟台打捞局的“德翔”轮作為二十世纪九十年代末的技术领先船舶，它是一艘主机功率为10000KW的大型远洋救助拖轮，1998年由上海东海船厂建造。这艘拖轮集救助、供应、拖带三大功能于一身，设备较多，配置较高，许多关键设备采用进口，船舶电站的自动化程度非常高，电站及监测报警系统普遍采用了PLC控制，有两台柴油发电机组和两台主机带动的轴带发电机组作为电源向主配电板供电，还有一台应急发电机在应急情况下向应急配电板供电。主配电板上的空气断路器（AIR CIRCUIT BREAKER   简称ACB）共有有8个，右柴油发电机空气断路器是其中的一个。该轮的电力系统主要由发电机、主配电板、应急配电板、电力网络和用电设备组成，空气断路器作为连接发电机与主配电板的配电装置关键部件，它的工作状态直接关系到全船电网的稳定及船舶安全。鉴于该轮作为拖轮的特殊性，柴油发电机组昼夜不停地持续向主配电板供电，而轴带发电机组只有在主机运转时才向两台艏侧推、一台艉侧推、拖缆机、散货空压机等大功率设备供电。一些最基本的、最常用的、最重要的电器设备诸如舵机、锚机、辅锅炉、照明变压器、可调螺距螺旋桨油泵电机、主机海水泵电机、燃油泵电机、分油机、主机滑油备用泵电机、应急配电板等，一直由柴油发电机组持续供电。柴油发电机组如此重要，作为连接柴油发电机组和主配电板的空气断路器也显得举足轻重。如果说主配电板是船舶电力系统的心脏，那么空气断路器就是船舶电力系统的咽喉。

3 空气断路器故障

作为大型远洋救助拖轮，“德翔”轮的机电配置明显比散货船和集装箱船复杂，它配备了双车双舵、前驾驶台、后驾驶台、鲨鱼钳、对外消防炮等设施。正因为它配置完整，机电设备数量较多，机电设备发生的故障几率也较多。从2013年10月至2014年4月期间，在这6个月的时间内，右柴油发电机空气断路器在并网供电过程中发生过两次突然跳闸故障，每次跳闸并无事先报警警示，而且跳闸后发电机运转正常，空气断路器也能立即手动合闸供电。这种故障现象并不多见，它发生的几率较低，没有规律可循，这种现象为故障的查找带来很大不便。由于右柴油发电机空气断路器供电不可靠，为了安全起见，在航行中一般不用右柴油发电机向主配电板供电，只有在抛锚或靠泊时用右柴油发电机向主配电板供电。但是，机舱人员一直在查找右柴油发电机空气断路器非正常跳闸的原因，以便根除隐患，使右柴油发电机能够正常地投入运行，使左柴油发电机得到足够的休息和保养，毕竟该轮只有两台柴油发电机组。

3.1查找外部原因

首先，我们从与右柴油发电机空气断路器有关的外部电路查找原因。由于怀疑主配电板为右柴油发电机空气断路器提供电源的三只保险丝F4101和两只保险丝F4104，检查发现这五只保险丝、保险丝底座、连接导线接触良好，并无松动及老化现象。检查发现手动分闸按钮S4202工作状态稳定，并无误动作的可能性。由于延时欠电压脱扣器的线圈受辅助继电器K7202的触点控制，拆卸、检查、测量、测试辅助继电器K7202，发现它工作状态良好。由于分闸线圈MX还受辅助继电器K4302和K0601的触点控制，我们对这两只辅助继电器也进行了拆卸、检查、测试，发现它们并无问题。过载保护跳闸的可能性也不大，因为右柴油发电机的额定功率为560KW，平时使用时所带负载很少超过200KW;况且空气断路器在过载跳闸前一般都有报警和卸掉次要负载现象。所以，我们也排除了过载跳闸的可能性。右柴油发电机调压器性能良好，电压没有波动现象，况且延时欠电压脱扣器的工作阈值在0.35到0.7Un时延时断开，在0.85Un时延时闭合，这说明电压方面的电气因素并不会预先引起延时欠电压脱扣器的误动作。继电器K4301与右柴油发电机空气断路器自动脱扣有关，我对它的性能进行了测试，发现它没有问题。对右柴油发电机的报警电路进行检查，没有发现问题。对右柴油发电机辅助控制电路，电流变送器电路、负荷转移控制电路也做了测量和检查。

对于与右柴油发电机及其空氣断路器相关的电站PLC输入电路、PLC输出电路、4AD电源，测量DC24V电源稳定正常，对PLC复位、右柴油发电机开关合闸、右柴油发电机开关脱扣、右柴油发电机有电、右柴油发电机自动、右柴油发电机点火转速、右柴油发电机二类故障、右柴油机故障、右柴油发电机负荷转移等相关输入信号进行了检查。对于相关的电站PLC输出电路的右柴油发电机开关合闸、右柴油发电机开关分闸、右柴油发电机自动、右柴油发电机负荷转移、右柴油发电机自动合闸失败等相关输出信号也进行检查，PLC系统好像没有问题。

3.2问题出在空气断路器内部

种种迹象表明，右柴油发电机空气断路器非正常跳闸与其内部异常状况有关。所以，我们研究了空气断路器的使用说明书，对空气断路器的内部构造有了概况的了解。右柴油发电机空气断路器的品牌是MERLIN  GERIN;型号是M16  H1;还有其他参数诸如额定绝缘电压Ui   1000v～ 50/60Hz;额定工作电压Ue   380v/440v  480/690v;分断能力Icu  100KA  85KA ;短时耐受电流Icw  75KW  1S。空气断路器面板上的整定值Ir为0.8，tr为15，Im为2，tm为0.4，I为8。这些参数都在正常设定范围之内，并没有被人乱调过。

右柴油发电机空气断路器非正常跳闸不属于过载脱扣，因为如果过载脱扣的话，“FAULT”指示灯会亮;也不属于短路脱扣，否则，“FAULT IM”指示灯;也不属于接地故障脱扣，否则，“FAULT IH”指示灯会亮。既然故障脱扣指示灯未亮，我们只好从以下四个方面进行排查：延时欠电压脱扣器MNR电源电压太低、没有或电源不稳定;MNR脱扣器偶尔失效;另一台空气断路器送来卸载指令;分励脱裤器出现以外的端电压。经过反复检查，我们认为MNR脱扣器机械联动机构偶尔失效的可能性较大，我们只好从这个方向入手。

右柴油发电机空气断路器设计严密，结构复杂，部件众多，机电交错。我们将空气断路器从电网上分闸断开后，用进退手柄将空气断路器摇出。将空气断路器的接线端子排盖板打开，检查接线良好，并无松动及烧损迹象。我们检查了储能电机、限位开关、齿轮、只闭合触头、只断开触头、门锁、进退锁等机电部件无异常，2A保险丝Fu、紧急断开AT、断开按钮BPO、有6个转换触头的继电器模块MR6均正常。在反复研究观察空气断路器的外部与内部构造时，我突然发现有三个醒目的线圈竖排并列在一起，它们是分闸线圈MX、合闸线圈XF、延时欠电压脱扣器MNR，这三个线圈的中间立着一个螺栓，螺栓上有螺帽和圆形压片，圆形压片只压住了分闸线圈MX、合闸线圈XF的边缘，而丝毫没有压住延时欠电压脱扣线圈的边缘，这肯定不是正常的现象。从设计理念上讲，中间螺栓上的压片应该同时压住这三个线圈的上部边缘，才能保证三个线圈连带的电磁机械机构正常可靠动作。延时欠电压脱扣器线圈的上部边缘没有被压住，由于线圈具有一定的高度和重量，在通常情况下它可能正常工作，而一旦发生船舶剧烈晃动或振动，它可能就会引起连带的机械机构的误动作而引起跳闸。我将螺栓上的螺帽松开后，用圆形压片将三个线圈的上部边缘适度同时压住同样面积，然后上紧螺帽。最后按照顺序一步步将空气断路器装复到位。

自从右柴油发电机空气断路器被检查修复后，一年多来它再也没有发生类似的突然跳闸故障。回忆起2013年10月至2014年4月期间，“德翔”轮冬季在东海作业，风浪较大，船舶晃动厉害，可能是未被固定好的延时欠电压脱扣器线圈发生了误动作而引起跳闸。可见，有些故障在图纸上是看不出来的，故障的实际情形是五花八门的。检修人员在检查修理或保养空气断路器时，要仔细认真，不要麻痹大意，以免破坏原来的结构，留下意想不到的故障和隐患。“德翔”轮右柴油发电机空气断路器的跳闸故障可能就是由于以前某一位修理人员在检修完毕时，未能将上述讲的圆形压片装复到位而草草了事，以致留下了如此意想不到的故障。