船舶电站系统的典型故障分析

船舶电站是船舶的重要组成部分，是船舶电力系 统的核心，船舶电站的可靠运动对保证船舶安全具有重要意义。船舶电站由发电装置和配电装置组成，一般设有2〜4台同容量、同型号的发电机组，通常仅有一 台或两台发电机向电网供电，发电机的转速和电压的 变化及负载的投入和切除都直接对电网的频率和电压产生影响，特别是突加和突卸负载时会引起电网频率 和电压较大的波动，因此要求船舶发电机组要有较高 品质的调速和调压装置。此外，误操作或局部故障都容 易导致全船停电，威胁船舶航行的安全，因此系统应合理配置安全可靠的保护装置。

船舶电站系统的故障现象主要以“主开关跳闸”作 为其代表性特征。船舶电站的“主开关”采用的是一种 带有保护装置的开关电器——万能式自动空气断路器。发电机正常运动时，作为主开关来接通和断开主电 路，在故障发生时它又作为保护装置对主电路的短路、 过载以及欠压等故障进行保护，自动断开主电路；另 外，当两台以上发电机并联运动时，有可能因某种原因造成同步发电机不但不发出有功功率，而且还从电网 吸收有功功率（即出现逆功率），使电网上其他未处于 逆功率状态工作的发电机输出的有功功率增加，可能 造成发电机因过载运行而跳闸，故还应设置逆功率继电保护装置，通过“主开关”的脱扣装置将处于逆功率 运动的发电机从电网上切除。尽管引发“主开关跳闸” 的直接原因无外乎过载、短路、欠压或逆功四种，但造 成过载、短路、欠压或逆功的原因却很多，现对几种典型的故障分析如下：

1逆功率继电保护装置故障

1.1故障现象

一艘处于较佳运动状态的船舶，在某次航行中，该 船的2#发电机组在与3#发电机组并联运动时突然发 生跳闸，警报显示为逆功率故障，船上值班人员及主要负责人员立即对2#发电机组进行了全面系统的检查， 发现2#发电机组的原动机运动良好，且2#发电机组空 载可运行，空载运行时各仪表显示也完全正常，在对其 它与之有关的电气系统进行检查时也未发现问题。复位后，重新起动、并车，逆功率继电器仍然动作，使主开 关跳闸。

1.2原因分析及处理

逆功率继电器工作原理当如图1所示11发电机 逆功率时，接通两个静触头，输出使发电机跳闸的信 号。逆功率继电保护装置动作并通过空气断路器的失压脱扣器使发电机跳闸，逆功率继电保护装置动作原 因无外乎两种，其一，并联运动时的发电机的原动机工 作失常，致使该发电机不但不能发出有功功率，反而要 从系统吸收有功功率，即变为同步电动机运行；其二，电气元件本身的故障或失效，使逆功率继电保护装置 发生误动作。

根据故障现象，首先对2#发电机组的原动机的运 动情况进行了检查，无异常现象，可排除发电机的原动 机工作失常。对2#发电机组进行空载运动实验时，各 仪表显示也完全正常，可初步断定发电机的励磁、起 压、调频、调压系统正常。对并车系统的各个环节及相关元件进行检查也未发现异常。可断定为逆功率继电 保护装置的误动作，为进一步判明原因找出故障点，对 2#发电机逆功率继电保护装置中的旋转铝盘采用强制手段，使其不能旋转后，再起动2#发电机组进行并车 试验，结果除功率表显示为负功率外，运行完全正常， 说明是当输出有功功率时，发电机有功电流没有超前电压线圈中电流90°,而是电压线圈电流超前电流线圈 中有功电流90°。这种情况只有逆功率继电器的接线错误时才会出现，即没有按律 接线（30°接线法）12但2#发电机组是在与3#发电机 组并联运行时突然发生跳闸的，不存在接线错误的问 题，由此可得出结论：2#发电机逆功率继电保护装置的外部接线处有故障。经查发现是与B相联的接头接触 不良造成，在对接头进行清洁、重接后试车，故障消失。

1.3小结

发电机组逆功率继电保护装置的误动作故障的隐 蔽性极强，特别是在船舶航行中出现，由于缺少陆上人员的帮助和指导很难得到及时有效的处理，必然会给 船舶安全航行带来隐患。因此，在遇到此类故障时，要 从两方面进行考虑：一方面是属于发电机组确实出现逆功率;另一方面是属于可能出现的误动作。

2发电机欠压故障

由于某种原因使发电机的电压降低时，将导致负 载不能正常工作，使电动机过流甚至发生堵转，这对发 电机和电动机都是不利的。因此，欠压保护就是在电网电压低时，保证发电机从电网上自动断开或合不上闸， 以实现对发电机和电动机的保护。

2.1故障现象

某船，在靠港卸货作业时，电站系统由1#和3#发 电机并车运行时，突然发生跳电，报警装置显示为发电 机欠压故障，当值人员及主要负责人员首先立即起动2*发电机组对船舶进行恢复供电,然后对1#和3*发电 机进行了全面系统的检查，确定了是由于3*发电机组空载电压过低引起。

2.2原因分析及处理

发电机组空载电压偏低的原因，在正常情况下无 外乎励磁系统的故障。该船电站系统中，同步发电机的 励磁系统采用的是直流侧晶闸管分流可控相复励恒压装置，工作原理如图2所示⑶。该励磁系统主要包括两 大部分：相复励恒压装置和可控硅直流分流的电压校 正器。所谓可控相复励自励恒压励磁系统，就是在按If 进行不可控相复励调压的基础上，又加上了一个按△Uf进行调压的电压校正器。所谓可控，就是指有电压偏差的校正。在此，相复励装置的主要作用是：实现自 励起压，主要负责动态电压调整。电压校正器的作用， 主要是负责静态电压调整，进一步提高电压调整精 度。相复励恒压装置的励磁电流是空载分量和复励分量叠加的结果，空载电压偏低可以通过调节移相电抗 器的气隙或匝数或调节电压绕组的匝数，使励磁电流 增加，电压升高。但经过调节之后，并没有解决问题，故 障依然存在，经对励磁系统的各环节进一步检查发现,是整流二极管故障所致，更换后故障消失。

2.3小结

发电机电压不正常是船舶电站的常见故障，直接影响船舶电站的正常运行，应当引起高度重视。一般情 况下，在额定转速下仍不起压或电压很低的原因有：无剩磁或剩磁很小；极性不对；碳刷接触不良或滑环不清 洁；硅整流器被击穿；移相电抗器之电抗过大。负载运 行时电压突然下降的原因有:硅整流器被击穿;谐振电 容被击穿；阻容保护回路短路；硅整流器开路。运行时电压不稳定的原因有：接线头松脱；接线有开路、短路 处。为有效防止上述故障的发生,平时应加强相关环节 的维护和保养，特别应注意：要定期更换电刷；定期检 查和清洁滑环。

3自动调频调载装置故障

船舶同步发电机并联运行时，由于各发电机组的 调速特性均为有差特性（能随电网负荷的变化自动的、 稳定的分配有功功率，使机组能稳定的并联运行），当负荷变化时，虽然有调速器，但电网电压的频率仍会发 生变化，而且由于两机组的调速特性不可能做到完全 一致,两相组的功率分配也不均匀。因此要维持频率恒 定和有功功率分配均匀，必须进行二次调节。即采用自动调频调载装置，它的基本功能，应当能自动维持电力 系统的频率为额定值；按参与并联运行各机组的容量 以既定的比例或其他的既定方式自动控制负荷分配；接收“解列”指令时，能自动控制负荷转移。

3.1故障现象

某船，共有三台发电机，其中1#发电机组由于主 轴故障进行了大修，在大修完成后，进行试车的过程中出现了问题。现象是:进行空载试验时，一切正常。然后 进行负载试验，把1 *发电机组与正在运行的3#发电机 组进行并联，在自动调频调载装置自动进行负载转移 的时候，发现电网频率出现较大的波动，不能稳定工作，而且功率表显示1#发电机组的功率变化迟缓，随 后用2#发电机组与正在运行的3#发电机组进行并联 运行,则完全正常。

3.2原因分标及处理

自动调频调载装置是利用频率变换器和有功功率 变换器把电网的频率和各机组承担的有功功率变换为 电压信号，送入运算环节进行运算，根据运算结果发出信号给调整器，由执行元件（调速马达）对原动机的油 .门进行自动调节，从而保持电网频率恒定和各机组有功功率分配均匀。其框图如图3所示。根据故障现象: "发电机组与3#发电机组并联时电网频率的波动较 大不能稳定工作，但2#发电机组与3 #发电机组并联运 行时一切正常，则可初步认为自动调频调载装置的共用部分是完全正常的，导致上述现象的可能原因：1 #发 电机组原动机大修之后仍然存在问题：1#发电机组有功功率检测环节可能有故障；1#发电机组自动调频调 载装置的执行元件（调速马达）有故障。对调速马达拆 下检查完全正常，1#发电机组原动机的各项运行指标 也完全正常。再对1#发电机组作运行试验发现，即使用“手动”调节1#发电机组原动机的增减速时也时常 出现调节不灵的情况，这说明可能有两种情况：调速器 本身有故障；调速马达的控制绕组输入的控制电压有问题即线路可能有虚接，把控制绕组的输入线路更换 后故障消除。而线路出现虚接的原因极有可能是在对 1,发电机组的主轴故障进行大修时，调速马达的控制绕组输入线路受到损伤。

3.3小结

自动调频调载装置是船舶自动电站中比较复杂的 系统之一，当该系统发生故障时仅仅依靠船上管理人 员是很难处理的，同时也应了解该系统的可靠性也是很好的，一般情况下，该系统发生故障的原因均是由其 外围设备所引起（如上述所分析的），因此，应引起管理 人员的注意。

4结束语

本文对船舶电站系统在运行过程中经常发生的 “主开关跳闸”故障的原因进行了分析，并对由于“逆功率继电保护装置故障”“发电机欠压故障”及“自动调频 调载装置故障”的发生而导致“主开关跳闸”时,分析了 故障的现象并介绍了这几类故障的排查方法及在日常维护保养时的注意事项。

参考文献

1史际昌.船舶电气设备及系统。大连海事大学出版社,1998.9,158- 217

2黄伦坤等，船舶电站及其自动装置，大连海运学院出版社，1994.5, 182,317