船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)在船舶電力系統(tǒng)中扮演著重要的角色，其將發(fā)電機(jī)與主匯流排有效連接，使發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能能夠分配到船舶的各個(gè)負(fù)載，確保船舶電氣設(shè)備的正常使用。
當(dāng)發(fā)電機(jī)主開關(guān)故障時(shí)，勢(shì)必影響到船舶電力系統(tǒng)的供配電，特別是航行中的船舶，如不能立即恢復(fù)供電，會(huì)使船舶失去控制動(dòng)力電源，船舶將會(huì)處于失控狀態(tài)，極易引起觸礁、撞船等重大事故，后果不堪設(shè)想。因此如何快速、準(zhǔn)確地處理船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)故障就顯得極為重要。本文根據(jù)某輪船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘故障實(shí)例，分享其故障排查和處理方法，供同行參考。一、電力系統(tǒng)介紹某遠(yuǎn)洋船舶電力系統(tǒng)如圖1所示，其船舶電站由三臺(tái)主發(fā)電機(jī)和主配電板組成，主發(fā)電機(jī)容量為960KW、額定電壓為450V，主配電板安裝于機(jī)艙集控室，廠家為上海恩艾思電氣，PMS（Power Management System,電力管理系統(tǒng)）由PPU（Paralleling and Protection Unit，并車和保護(hù)單元）和PLC（Programable Logic Controller,程序邏輯控制器）組成，具有手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)三種模式，分別為船舶不同工況提供配電。三臺(tái)主發(fā)電機(jī)的主開關(guān)ACB（Air-operated Circuit Breaker,框架式空氣斷路器）分別安裝于主配電板的發(fā)電機(jī)控制屏上，型號(hào)為Schneider MT20 H1。 圖1 船舶電力系統(tǒng)單線圖二、故障現(xiàn)象某次船舶經(jīng)過(guò)狹窄水道，提前采取機(jī)動(dòng)航行，使用二臺(tái)主發(fā)電機(jī)并車供電。此時(shí)1號(hào)主發(fā)電機(jī)在網(wǎng)運(yùn)行，準(zhǔn)備將2號(hào)主發(fā)電機(jī)并入船舶電網(wǎng)。在2號(hào)主發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓建立后，使用主配電板半自動(dòng)模式并車，按下其“自動(dòng)同步”按鈕，等待發(fā)電機(jī)自動(dòng)并車，等待約25s后機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)2號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘故障報(bào)警，2號(hào)主發(fā)電機(jī)并車失敗。三、故障分析建立發(fā)電機(jī)在半自動(dòng)模式下自動(dòng)并車的流程圖（見圖2），結(jié)合流程圖對(duì)發(fā)電機(jī)半自動(dòng)并車時(shí)主開關(guān)合閘原理展開分析。圖2 發(fā)電機(jī)半自動(dòng)模式并車流程圖（一）主開關(guān)控制線路原理分析1.根據(jù)主開關(guān)控制線路（圖3）分析，當(dāng)主開關(guān)PF準(zhǔn)備合閘限位開關(guān)252-251正常閉合，0706K11 ACB2合閘信號(hào)13-14閉合時(shí)，主開關(guān)合閘線圈XF通電動(dòng)作，0701ACB2主開關(guān)合閘。當(dāng) 0707K12 ACB2分閘信號(hào)21-22、0825K252 ACB2異常跳閘信號(hào)1-9斷開或者發(fā)電機(jī)欠壓延時(shí)單元?jiǎng)幼鲿r(shí)，主開關(guān)欠壓線圈MN失電，0701ACB2分閘。其中0706K11 ACB2合閘信號(hào)和0707K12 ACB2分閘信號(hào)的動(dòng)作情況需要進(jìn)一步對(duì)其繼電器控制線路進(jìn)行分析。2.根據(jù)主開關(guān)輔助繼電器控制線路（圖4）分析，當(dāng)處于半自動(dòng)模式下時(shí)，0807K17模式選擇觸點(diǎn)9-5閉合，按下2號(hào)發(fā)電機(jī)自動(dòng)同步按鈕后，PPU2合閘信號(hào)觸點(diǎn)17-18閉合，0706K11 ACB2合閘繼電器通電，其輔助觸點(diǎn)13-14閉合觸發(fā)合閘信號(hào)，主開關(guān)ACB2合閘。當(dāng)手動(dòng)分閘按鈕、PPU2分閘信號(hào)、電壓繼電器、岸電聯(lián)鎖信號(hào)和逆功率等信號(hào)觸發(fā)時(shí)，0707K12 ACB2分閘繼電器得電，其輔助觸點(diǎn)21-22斷開觸發(fā)分閘信號(hào)，主開關(guān)ACB2分閘。其中PPU2模塊輸出信號(hào)需進(jìn)一步進(jìn)行分析。 3.發(fā)電機(jī)PPU模塊是發(fā)電機(jī)的并車和保護(hù)單元，可以通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、相序檢測(cè)和頻率調(diào)整控制發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)并車，同時(shí)提供逆功率和優(yōu)先脫扣等保護(hù)功能。根據(jù)PPU2控制線路（圖5），結(jié)合輔助繼電器控制線路（圖4）和主開關(guān)控制線路（圖3），可以確定2號(hào)主發(fā)電機(jī)半自動(dòng)模式并車時(shí)控制線路的動(dòng)作流程：當(dāng)按下2號(hào)發(fā)電機(jī)自動(dòng)同步按鈕→船舶電站PLC輸出自動(dòng)并車信號(hào)→0825K262自動(dòng)同步信號(hào)觸點(diǎn)7-11閉合（圖5）→PPU2模塊輸入端口25通電→PPU2開始執(zhí)行同步程序→通過(guò)PPU2輸出端口65-68控制發(fā)電機(jī)調(diào)速器調(diào)整2號(hào)主發(fā)電機(jī)頻率→PPU2監(jiān)測(cè)電壓和相序一致后控制主開關(guān)合閘信號(hào)輸出端口17-18閉合（圖4、圖5）→0706K11 ACB2合閘繼電器通電→0706K11 ACB2合閘繼電器輔助觸點(diǎn)13-14閉合觸發(fā)ACB2合閘信號(hào)（圖3）→主開關(guān)合閘線圈XF通電→主開關(guān)ACB2合閘→0701ACB2主開關(guān)合閘狀態(tài)觸點(diǎn)21-24閉合（圖5）→船舶電站開始均分負(fù)載→2號(hào)主發(fā)電機(jī)成功并網(wǎng)供電。（二）主開關(guān)原理分析該輪發(fā)電機(jī)主開關(guān)ACB為框架式空氣斷路器，也稱為萬(wàn)能式斷路器，型號(hào)為Schneider MT20 H1，由滅弧室、控制單元、控制輔件端子板、本地操作按鈕、欠壓線圈MN、合閘線圈XF、準(zhǔn)備合閘觸頭PF、儲(chǔ)能手柄、蓄能馬達(dá)（MCH齒輪電動(dòng)機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成，主開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6 主開關(guān)結(jié)構(gòu)圖1.斷路器儲(chǔ)能：此斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧必須儲(chǔ)能后才可閉合主觸頭，彈簧可使用手柄手動(dòng)儲(chǔ)能或蓄能馬達(dá)儲(chǔ)能。手動(dòng)儲(chǔ)能需拉下手柄6次直到聽到“啪嗒”聲響，如果安裝有蓄能馬達(dá)，在每次合閘后會(huì)自動(dòng)儲(chǔ)能。2.斷路器合閘：合閘必要條件：①斷路器準(zhǔn)備合閘觸頭PF處于可合閘狀態(tài)；②斷路器已分閘；③彈簧已儲(chǔ)能；④無(wú)分閘命令。當(dāng)滿足合閘條件后，按下斷路器本體上的閉合按鈕或者遠(yuǎn)程控制合閘線圈XF通電時(shí)可使斷路器合閘。3.斷路器分閘：控制單元MICROLOGIC5.0A安裝于斷路器上為發(fā)電機(jī)提供以下保護(hù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)控制斷路器分閘：①長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)：當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過(guò)額定電流150%時(shí), 延時(shí)15-30s動(dòng)作；②短延時(shí)保護(hù)：當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過(guò)額定電流250%時(shí),延時(shí)400ms動(dòng)作；③瞬時(shí)保護(hù)：當(dāng)發(fā)電機(jī)電流超過(guò)額定電流 10倍時(shí),瞬時(shí)動(dòng)作。此外，當(dāng)按下斷路器本體上的斷開按鈕、遠(yuǎn)程控制分勵(lì)線圈MX通電或者欠壓線圈MN失電時(shí)可使斷路器分閘。四、故障排查（一）故障樹分析法通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)半自動(dòng)并車時(shí)主開關(guān)合閘原理的分析可以發(fā)現(xiàn)，主開關(guān)故障和主開關(guān)控制線路故障是主開關(guān)無(wú)法合閘的主要原因，選擇發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘失敗作為頂事件，建立發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘失敗故障樹（圖7），從而確定導(dǎo)致主開關(guān)合閘失敗的各種可能或因素組合，幫助系統(tǒng)全面地分析故障原因，為排除故障提供支持。圖7 發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘失敗故障樹（二）觀察法結(jié)合發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘失敗故障樹進(jìn)行觀察，以便快速發(fā)現(xiàn)故障部位。先對(duì)2號(hào)主發(fā)電機(jī)控制屏、電站同步屏和主開關(guān)進(jìn)行觀察，檢查確認(rèn)控制線路無(wú)松脫現(xiàn)象，相關(guān)電子元件無(wú)燒焦、漏液、老化等現(xiàn)象。再次對(duì)2號(hào)主發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)同步測(cè)試然后觀察，遵循從易到難，由外而內(nèi)的原則，首先檢查主開關(guān)控制線路（主開關(guān)故障需要拆檢主開關(guān)才能判斷），觀察中發(fā)現(xiàn)控制線路上電子元件動(dòng)作正常，主開關(guān)合閘繼電器動(dòng)作正常，但主開關(guān)仍然無(wú)法合閘，初步判斷2號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)存在故障。（三）元件替代法該輪船舶電站裝配有3臺(tái)主發(fā)電機(jī)，在網(wǎng)使用的是1號(hào)主發(fā)電機(jī)，而3號(hào)主發(fā)電機(jī)處于備用狀態(tài)，于是將3號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)拆下，將其替代2號(hào)主發(fā)電機(jī)的主開關(guān)。隨后對(duì)2號(hào)主發(fā)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)同步測(cè)試，2號(hào)主發(fā)電機(jī)并車成功。將2號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)裝至3號(hào)主發(fā)電機(jī)屏上進(jìn)行自動(dòng)同步測(cè)試，出現(xiàn)3號(hào)主發(fā)電機(jī)合閘故障報(bào)警，并車失敗。因此可排除2號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)控制線路故障，將故障點(diǎn)鎖定在2號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)上。五、故障處理1.Schneider MT20 H1主開關(guān)提供測(cè)試位置試驗(yàn)功能，這種模式下主開關(guān)主觸頭脫離匯流排，合閘后發(fā)電機(jī)不會(huì)向船舶電網(wǎng)供電，用于檢查和試驗(yàn)主開關(guān)功能。通過(guò)使用進(jìn)退手柄將主開關(guān)從“連接”搖至“試驗(yàn)”位置（圖8，手柄搖動(dòng)前需將位置釋放按鈕按下），啟動(dòng)2號(hào)主發(fā)電機(jī)建立電壓后，將主配電板設(shè)置為手動(dòng)模式，同步選擇開關(guān)選擇2號(hào)主發(fā)電機(jī)，按下主開關(guān)本體上的閉合按鈕，發(fā)現(xiàn)主開關(guān)無(wú)法合閘。2.拆除主開關(guān)面板，觀察到主開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)欠壓線圈MN動(dòng)鐵芯沒有動(dòng)作，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于脫扣狀態(tài)，導(dǎo)致主開關(guān)無(wú)法合閘。3.檢查欠壓延時(shí)單元輸出電壓正常，排除欠壓線圈MN電源輸入異常的問(wèn)題，于是將主開關(guān)搖至“退出位置”，拆下欠壓線圈測(cè)量阻值（圖9），發(fā)現(xiàn)阻值為無(wú)窮大，確定欠壓線圈MN故障。 圖9 主開關(guān)欠壓線圈4.更換欠壓線圈MN備件后，在“試驗(yàn)”位置再次進(jìn)行手動(dòng)合閘試驗(yàn)，主開關(guān)成功合閘。隨后將主開關(guān)恢復(fù)至“連接”位置，進(jìn)行2號(hào)主發(fā)電機(jī)半自動(dòng)并車，主開關(guān)成功合閘，至此該輪2號(hào)主發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘故障排除，恢復(fù)2號(hào)主發(fā)電機(jī)的正常使用。六、維護(hù)管理船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)是船舶電力系統(tǒng)的重要組成部分，船舶主管人員要定期對(duì)主開關(guān)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)并熟悉主開關(guān)故障排除方法[1]，確保主開關(guān)隨時(shí)正常可用。2.主開關(guān)控制單元的保養(yǎng)建議：當(dāng)控制單元MIRCOLOGIC模塊誤動(dòng)作時(shí)會(huì)導(dǎo)致主開關(guān)意外脫扣，這是由于模塊讀取的電流值與實(shí)際值不一致，負(fù)載越大時(shí)誤差越大，當(dāng)模塊讀取的電流值超過(guò)設(shè)定值時(shí)就會(huì)發(fā)出過(guò)電流脫扣命令。其電流值誤差產(chǎn)生的原因是由于模塊與主開關(guān)本體的接觸電阻Rs異常導(dǎo)致，由于電流互感器不能開路，模塊讀取的電流值實(shí)際是模數(shù)轉(zhuǎn)化后的的電壓值，當(dāng)接觸電阻Rs誤差越大時(shí)，模塊讀取的電流誤差也就越大。因此廠家建議至少每年保養(yǎng)一次控制單元模塊以避免主開關(guān)異常脫扣：①將主開關(guān)搖至“退出”位置，釋放彈簧能量，保持主開關(guān)在“分閘”和“未儲(chǔ)能”狀態(tài)；②拆下主開關(guān)面板，查看控制單元模塊及其連接電纜；③拆下控制單元模塊，清除插針和插槽上的灰塵，使用潤(rùn)滑導(dǎo)電油涂抹控制單元后部的插針，在拆裝過(guò)程中要避免導(dǎo)致針腳彎曲或損壞；④恢復(fù)控制單元模塊的安裝，在“試驗(yàn)”位置手動(dòng)測(cè)試三次分、合閘，確保主開關(guān)性能完好。此外，控制單元模塊安裝有ER 14250S 3.6V鋰電池，如果電池電量過(guò)低也會(huì)導(dǎo)致主開關(guān)異常脫扣，因此廠家建議每五年必須更換，在日常檢查中可通過(guò)長(zhǎng)按控制單元模塊右上角的“test”測(cè)試按鈕查看電池電量，若電量過(guò)低應(yīng)及時(shí)更換。3.Schneider MT系列主開關(guān)常見故障和處理方法（表2）： | | | | 主開關(guān)分閘，“故障跳閘”指示按鈕無(wú)動(dòng)作 | | | | | （2）修改配電系統(tǒng)或控制單元設(shè)定值 | | | （1）檢查電源（電壓應(yīng)在0.7Un至1.1Un之間）或線路 | | | （1）檢查電源（電壓應(yīng)在0.85Un至1.1Un之間）或線圈 | | （2）“故障跳閘”指示按鈕未復(fù)位（僅對(duì)非自動(dòng)復(fù)位） | （3）斷開XF合閘線圈電源進(jìn)行復(fù)位（4）檢查MCH電動(dòng)機(jī)構(gòu)電源或彈簧機(jī)構(gòu) |
七、結(jié)束語(yǔ)當(dāng)船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)發(fā)生合閘故障時(shí)將影響到船舶電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐扇ｋ姷谋粍?dòng)局面，而主開關(guān)作為船舶電力系統(tǒng)中主要的部件之一，因其可靠性好，故障率低，在出現(xiàn)故障時(shí)主管人員往往因經(jīng)驗(yàn)不足而一籌莫展。本文通過(guò)船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)故障實(shí)例，分析船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)的工作原理，分享故障排查和處理方法并總結(jié)維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)，供同行參考。作為船舶主管人員不僅要熟悉工作原理，同時(shí)要加強(qiáng)日常維護(hù)管理，在發(fā)生故障時(shí)應(yīng)保持沉著、清醒的頭腦，采取果斷措施對(duì)故障進(jìn)行排查處理，確保船舶航行安全。來(lái)源：中遠(yuǎn)海運(yùn)安全 |
