船舶电力系统常见故障及解决方法

侯守研

（大连辽南船厂，辽宁大连 116041）

柴油机、发电机、配电屏、区域配电屏或分电箱、保护装置、变压器、测量仪表及配电电缆组成的电力系统，是船舶安全可靠运行的重要设备。船舶电力系统在使用过程中因使用环境、器件老化等影响难免出现这样那样的故障，如果处理不及时或处理不当会给船舶安全运行带来极大的隐患。

1 船舶电力系统基本组成

1.1 发电部分

船舶电力系统发电部分主要由原动机、发电机及配电屏组成。常规船舶的原动机主要为柴油机，也有燃气轮机及汽轮机等。原动机通过化学能转化为机械能带动发电机按照额定转速旋转。船舶发电机通过转子产生旋转磁场，定子绕组切割磁力线产生电能。常见的发电机输出端基本为三相四线制，N 为三相绕组星点，根据船舶配电系统设计不同采取相应接线。

1.2 配电系统

船舶电力系统配电系统主要由配电屏、区域配电屏、动力分电箱、照明分电箱、变压器、直流充放电装置及传输电缆等组成。

（1）配电屏作为船舶电力系统的重要设备，其主要由主断路器、并车装置、逆功率检测装置、绝缘监测装置、必要的测量仪表及负载开关等组成。通过主断路器合闸将发电机产生的电能传送到配电屏上，通过负载开关送到区域配电箱或动力分电箱。

（2）中、大型船舶配有区域配电屏进行分区域供电，电能直接分路传送到动力分电箱或终端负载。

（3）动力分电箱将动力电能分配送给各终端负载。

（4）照明分电箱将用于照明使用的交流或直流电能分路送给各终端照明网络。

（5）变压器将发电机发出的电能进行降压用于照明系统及其他需要相应电压的用电设备使用。

（6）直流充放电装置将三相交流电进行整流输出直流220 V 或直流24 V，用于船舶蓄电池及部分弱点网络直接供电使用。

1.3 负载

船舶电力系统负载是船舶的用电设备，主要包括各系统的电控设备、电动机、测量仪表、蓄电池及照明灯具等。

2 船舶电力系统的常见故障

2.1 发电机组常见故障

2.1.1 原动机常见故障

以柴油机为例原，动机常见故障有：转速降超范围、仪表参数显示不准确。

（1）转速降超范围。发电机带额定负载后，原动机转速降低过大，超出标准范围。主要原因为柴油机的调速性能变差，重点检查调速器部分，通过对调速器进行适当调整，使转速降低范围满足使用要求。（2）仪表参数显示不准确。柴油机机旁监控部分或电站监控部分仪表参数显示不准确，主要原因为传感器安装不牢固或损坏、传感器接线松动、柴油机油路或水路系统存在空气,导致测量不准确及传感器变送装置信号采集板损坏等。

2.1.2 发电机常见故障

发电机常见故障有：发电机绕组温度高、发电机轴承温度高、发电机不能正常建立电压、发电机空载电压过高或过低、发电机空载电压正常带载后电压降低过大等。

（1）发电机绕组温度过高。发电机三相电压、电流正常绕组温度过高，可以检查绕组温度检测回路线路，检查温度检测传感器或变送模块是否损坏或开路，发电机通风装置运行是否正常。如果发电机三相电压电流异常，则需考虑发电机定子绕组是否有匝间短路现象，停机检测发电机绕组对地绝缘电阻、负载对地绝缘，绕组匝间短路则需对绕组进行重绕处理。

（2）发电机轴承温度高。发电机维修后如果润滑脂注入过多超过轴承室2/3则易导致轴承过热，清除多余润滑脂运转检查。发电机端盖涂镀后过赢间隙小，也易引起轴承温度过热。

（3）发电机不能正常建立电压。发电机长期未运转、维修后经过烤炉高温退磁、励磁电缆极性接反、励磁调整电位器接线错误或松动等均会导致发电机不能正常建立电压。

（4）发电机空载电压过高或过低。发电机维修后初次达到额定转速后发电机电压过低或过高，补偿变压器线缆接错、AVR 损坏、主回路电流互感器损坏、转子压敏电阻损坏及转子旋转整流块损坏等。

以下为发电机常见故障案例。

（1）发电机带额定负载后转速降超范围。①故障现象：某船进行系泊试验时，发电机加到额定功率，转速下降超过1.5 Hz。②故障原因分析。该船柴油机组为电子调速器调速，转速降标准范围为3%，即1.5 Hz（以50 Hz 为例），实际频率为48 Hz，特性偏软，容易引起并车时负荷分配不均。③解决措施：通过调整调速器控制器转速降设定值，使调速器调速特性变硬，频率下降在标准范围内。发电机带额定负载后通过观察频率表实际频率将电网中发电机转速降调整一致，便于发电机并联运行时负荷分配均匀。

（2）发电机带载后引起断路器分闸。①故障现象。某船发电机带载超过120 kW 后发电机断路器分闸。②故障分析。该船发电机额定功率500 kW，通过船方反馈及现场观察发现发电机带载超过120 kW后，发电机转速下降较大，达到2.5 Hz，三相电压下降较为明显，此时如果再起动风机等大功率负载，电网电压继续下降达到发电机断路器欠电压保护动作值引起发电机分闸。③故障解决措施。通过对机组调速器进行调整，使柴油机转速降在标准范围内，再次配电带载试验，故障排除。

（3）发电机带载能力弱。①故障现象：某船发电机空载运行时三相电压可以达到标准值，发电机加载超过80%后，转速无异常变化，发电机电压超过±2.5%范围。②故障分析。通过故障现象可以分析出发电机励磁系统电流补偿不能满足要求。③解决措施。调整AVR 装置发现电压调整范围不能改变，更换AVR 后故障现象仍然存在，故排除AVR 故障引起电压控制失效。发电机停机后对发电机励磁装置进行线缆检查，未发现明显松动及接错现象，故排除线缆接线原因引起的电压控制失效。通过对转子旋转整流子压敏电阻进行检测未发现有元件损坏，此部分也排除，这里需要注意测量时拆卸旋转整流子导电环。拆检发电机主回路电流互感器发现有轻微焦糊现象，更换损坏的电流互感器，发电机带载能力正常，发电机电压降在标准范围内。

（4）发电机无法建立电压。①故障现象：某船发电机转速达到额定转速后无法建立电压。②故障分析。通过现象及与船方沟通，发现该发电机长时间未使用，初步分析发电机去磁严重需要重新充磁。③解决措施：对发电机励磁回路进行检查未发现明显接线错误，该船配电屏装有充磁按钮，励磁电源正常，通过对发电机进行重新充磁后故障排除。如果实际船上没有发电机充磁装置则可以用柴油机启动，用蓄电池或备用蓄电池进行充磁，充磁时应注意正负极性不要接错。

2.1.3 柴油机常见故障案例

（1）柴油机停机过程中滑油低压报警。①故障现象：某船发电机组正常停机过程中，滑油低压报警触发。②故障分析。柴油机正常停机过程中通常不会触发滑油低压报警，通过对比其他发电机组发现仅有故障机组有此现象。因此分析机旁控制部分出现了故障。③解决措施：通过对机旁控制箱原理进行分析，同时监控内部可编程控制器程序运行情况，发现在停机过程中柴油机停机信号并未接入到可编程控制器中，进一步检查发现停机继电器常开辅助触点线缆松动，导致停机信号没有接入到可编程控制器中，对线缆进行重新紧固后故障排除。

（2）柴油机运行时转速显示异常。①故障现象：某船发电机组柴油机运行时转速显示不准确。②故障分析。通过起机时的动态观察及对比测量转速传感器频率值，发现故障机组频率正常，幅值偏低，故判断为转速传感器未安装到位所致。③解决措施：机组停机后将转速传感器重新安装，安装间隙控制在0.5～0.8 mm，再次开机后故障排除。

2.2 配电装置常见故障

2.2.1 常见故障

配电装置常见故障有发电机断路器偶发分闸、发电机并联后功率因数偏差较大、发电机单机运行出现逆功率报警分闸、电网绝缘低等。

（1）发电机断路器偶发分闸。影响发电机断路器分闸的原因主要有发电机欠压保护引起分闸、欠压线圈机械机构磨损严重造成接触不良、分闸回路误动作及发电机并联时无功较大引起断路器过电流长延时保护等，分析故障时要结合发电机的运行状态进行有针对性的分析。

（2）发电机并联后功率因数偏差较大。引起该故障的主要原因为发电机空载电压存在偏差、功率表拆装检验后接线错误。

（3）发电机单机运行出现逆功率报警分闸。引起该故障的主要原因为配电屏进行维修后或发电机电流互感器进行更换后，电流互感器的同名端接线错误，造成逆功率保护装置动作引起分闸。

（4）电网绝缘低。电网绝缘低的原因主要有支路负载绝缘低、发电机与电网连接电缆绝缘低、发电机本身绝缘低、配电屏内负载开关或继电器绝缘低等。

2.2.2 案例

（1）发电机并联后功率因数偏差较大。①故障现象：某船发电机并联后功率因数台呈容性，（2）台呈感性。②故障原因分析。发电机单机运行时功率因数基本正常，仅在并联时出现功率因数偏差较大现象，通过分析判定发电机空载时空载电压存在偏差。③解决措施：发电机空车达到额定转速后，先不要配电，用万用表测量发电机发出电压，通过调整配电屏电压调整电位器将电压整定到额定值。发电机均进行过空载电压整定后再进行并联运行，故障排除。

（2）发电机单机逆功分闸。①故障现象：某船发电机单机配电，负载加到20%额定负载后，配电屏逆功率继电器动作发出分闸信号，发电机分闸卸载。②故障分析。通常两台或以上发电机组低功率并联运行时，因功率分配不平衡易引起发电机逆功率保护装置动作，进而引起主断路器分闸。单机运行时一般不会出现逆功率现象，通过了解配电屏维修时更换过电流互感器，故判断此故障为电流互感器输出端接错导致。③解决措施：通过检查发现电流互感器输出端接线错误，更改电流互感器接线后发电机配电工作正常。

（3）发电机主断路器偶发分闸。①故障现象：某船3号发电机单机运行时，主断路器偶发分闸，导致全船失电故障。②故障分析。对主断路器的分闸回路接线进行检查，接线无松动及接触不良现象。发电机配电后短时间内未出现分闸，于是将主断路器从配电屏上拆下进行检查，检查过程中发现欠压脱扣装置机械部分有轻微形变，导致装置动作不灵活有卡滞现象，故判定欠压脱扣装置工作不正常引起分闸。③解决措施：更换备用欠压脱扣器，更换后故障排除。

（4）电网绝缘低。①故障现象：某船配电网长期断电，维修后进行绝缘测量，发现电网绝缘低。②故障分析。测量绝缘时，配电屏外部负载开关均断开，故排除外部负载绝缘低引起该故障。结合故障发生时间为夏季，初步分析为发电机长时间未使用进入潮气过多导致。③解决措施：通过发电机自带的加热装置对发电机进行加热处理，加热处理后配电网绝缘值大于2.5 MΩ，满足使用要求。

3 船舶电力系统常见故障处理方法

3.1 经验法

经验法是船舶电力系统常见的故障处理方法，要求维修人员在长期的维修过程中不断的积累经验，并对典型的故障现象及解决措施进行记录总结。通过长期的工作积累，遇到故障时便能够结合以往的维修经验快速地对故障进行判断，并加以解决。

3.2 替代法

替代法是在维修相同设备时，经过一定的判断分析，通过替换相同部位的零部件或电路板以达到快速锁定故障范围的目的。替代法要求船方结合以往维修经验，配备一定数量的、易损的、采购周期较长的电子元器件。替代法需要注意必须对故障原因进行初步分析排除电源、绝缘引起的故障，避免直接更换零部件造成备件直接损坏。

3.3 短路法

短路法是在故障排除过程中，通过分析图纸资料利用导线将疑似断路的线路、断路器或中间继电器接触不良的辅助触点、开关量输入模块输入点、开关量控制器及限位开关等进行短接，通过导线短接后系统的工作状态来判断具体故障点。短路法属于带电作业，因此，在进行此项工作前必须对系统原理进行充分了解，佩戴好相应的防护措施，禁止盲目操作。

4 结术语

船舶电力系统作为船舶运行的主要系统，除了发电机组、配电屏及电网等故障外，还有许多其他原因引起的故障。为了更好地对系统故障进行维修，维修工作人员需要不断的学习新知识，提升自身的维修能力，适应船舶电力系统自动化设备维修发展的需要。