【船机帮】某型船船舶电站故障分析及处理 / 开普饭

船机故障心莫慌，遇事不决船机帮

导读

船舶电站是一个很复杂的系统，专门用于发电机组的自动控制、监测、报警、安全保护，并实现了系统的联网统一管理和控制。

船舶电站出现的故障也是涉及到很多方面的一个复杂问题，需要系统地分析、多方面排查，才能找出症结所在，最终解决问题。

本文针对某型系列船电网突然停电等故障，对其电力网络、电站系统分析和排查过程进行论述，为今后船舶的电力系统设计提供参考。

一

问题汇总

在本系列船上，从试验到交船之后的一段时期内，每艘船舶都先后出现了以下问题：

1.电网多次因发电机组出现逆功故障，从而导致全船失电；

2.电站在自动、半自动并车工况时调频调载时间过长，且并车时其中一台机组出现故障，另外一台机组转移负载有时不成功；

3.当柴油机转速瞬时波动超过额定转速的 5%时，电站监控显示屏上的电压、转速和功率等所有参数都为零；

4.机组控制方式选为自动，当手动调节调速开关将发电机频率调至49Hz时，自动电站恢复到50Hz的时间过长，有时竟长达10分钟之久。

二

故障排查分析

由于这些问题不是仅在某一艘船出现，而是该系列船都在不同的时期出现，所以我们不仅要从常规方面来进行排查，更加需要深入进行分析。

1.现象分析

从所出现的故障现象来分析，发现每个故障都与柴油机的转速控制有关，所以在初期排查故障时，重点对柴油机的转速控制系统进行全面的检查。

先从调速器系统入手，可能引起柴油机电子调速器系统故障的常见原因有以下几个方面：

（1）转速传感器和执行器本身的故障

如果是设备本身的故障，则一开机便应有故障报警，不可能会有正常的状态，而系列船的故障是周期性的，与此不符，这一故障的可能性可以排除；

（2）转速传感器和执行器的接插件连接故障

经过检查，转速传感器和执行器的连接件都连接良好，并无松动；

（3）转速传感器与飞轮端部的间隙过大

经过对每个传感器间隙的检查，没有出现间歇过大的传感器；

（4）转速传感器和执行器被污染

经过检查，所有传感器和执行器都很干净；

（5）转速传感器和执行器的电缆安装及外层屏蔽层受损

经过详细检查没有发现相关的电缆有破损现象；

（6）调速器参数设定异常的故障

经过故障还原试验，上述故障没有出现，如果设定值不正确，故障则会重复出现，所以调速器的参数设定问题可以排除；

（7）转速传感器和执行器线路的绝缘低

故障经查绝缘都正常，此故障原因排除；

（8）燃油管路供油不顺畅的故障；

经过联合管系专业排查，无此故障；

（9）调速器系统外接电源受干扰不稳定的故障

经检查，确实有电源不稳定的可能，该电源是直接由船上的充放电板电源供给，由于调速器线路出于自身保护的需要，有多处接地，如果充放电源绝缘不好，必将影响调速器系统的正常运行；

（10）调速器系统与发电机组、调速器系统与电站监控系统、电站监控系统与配电板等之间的电缆屏蔽线连接不准确

每条带屏蔽电缆的屏蔽线必须两头连接，仅仅是一头连接会降低抗干扰的能力，同时，需要带屏蔽的电缆选用了一般不带屏蔽的电缆，也会导致转速信号受外部信号的干扰，经过详细检查，没有出现这些现象；

（11）电子调速系统设计问题

本船的转速调节采用了比例增益调节，发动机需要的转速，由转速调整电位器预先设定给出设定值，而传感器磁力线通过飞轮齿圈的切割，测量出发动机转速的实际值，通过 F/V 转换成了电压信号。

两个信号输入到控制器之后，首先经过一个比较器进行比较，得出的比较值即为转速差，根据这一差值的大小，经过增益电路放大信号后发生较大调整作用和快速反应，从而来控制柴油机的油量，以达到稳定的设定转速，但转速调节仅是比例增益控制，往往不能迅速恢复到设定的转速，能否达到同步控制，还需要补充积分控制功能有效，经过检查补充积分控制功能正常，电子调速系统设计问题可以排除。

再检查电子调速系统中可调的一些电位器，重点对可调不均匀度（调速率）大小的电位器进行处理，以排除这些部分接触不良或者数值变化导致的静态调速率有所偏移。

经过上述排查，发现调速器系统外接电源受干扰供电不稳定，这一可能导致故障的原因。

2.系统分析

经查，电站监控系统设定值有偏差，重新核对后，电站监控系统设定如下：

（1）稳态电压变化范围为：-10%~6%,

（2）瞬态电压变化范围为：-20%~20%，恢复时间不大于 1.5s；

（3）稳态频率变化范围为：-5%~5%；

（4）瞬态频率变化范围为：-10%~10%，恢复时间不大于 1.5s；

（5）线电压波形畸变率不大于5%修正后的参数满足规范要求，设定无误，但是与实际出现的故障现象不一致，所以，实际运行时没有按照这些参数来执行，估计是本身外围线路有故障，或者是发电机组和配电板与电站监控系统的接口不一致。

针对这一现象，我们重点对三者之间的接口进行了检查，要进行这些检查，必须从设计初期的思路开始进行以下分析。

先对本系列船电站系统作一个简单的介绍。

(1)设计思路

在设计初期，已经对发电机组动态和静态特性已经有了上述的要求，从这些参数的要求可以说明，发电机的电压和转速满足规范的约定，只是实际运行时出现的几个电站问题都不能满足而已，特别是柴油机转速瞬时波动超过额定转速 5%的时侯，电站监控系统有时失效，这不是参数的问题，也不是电站监控系统一个系统的问题，导致这一故障的出现有两种可能：

一种是电站监控系统在需要调节发电机的转速或者电压时没有输出相应的指令；

一种可能是发电机有时不能接受电站监控系统输出的调节指令；

从而可以判定：

电站监控系统与柴油机控制系统有时会有脱节的现象。

(2)功能分析

电站监控系统在主配电板上设置的控制方式有手动、半自动、自动、越控共四种控制方式。

除手动方式外，其他三种控制方式在某型船系列船上都有相应的故障出现，特别是半自动和自动方式出现的次数最多，所以接下来检查的重点从柴油机组和电站监控两个系统入手。

3.接口说明

（1）本系列船的电站由柴油机控制系统、配电板供电系统和电站管理监控三大系统组成，分别由三个设备厂提供，三者的关系如下;

（2）在各机机旁控制箱上设有本控、遥控方式开关，该开关打在本控时，则该机组的一切自动控制功能无效，只能手动操作。

打在遥控位置，则该机组可在监控管理台上遥控起、停机组，也可自动控制机组，控制方式最终还取决于主配电板上的控制方式开关的设定。

（3）主配电板只是执行机构，通过电站控制管理微机和安装于配电板内的模块来执行所需要的指令。

在主配电板面板上设有控制方式转换开关，该控制方式转换开关有手动、半自动、自动、越控四档，当该控制方式开关打向手动时，机组只能手动操作，一切自动操作无效。

当该开关打向半自动时，表示该机组的控制操作是在主配电板、监控管理台上，操作面板上的起动、停机、合闸、分闸按钮来完成。

当该开关打向自动时，机组的状态完全是自动控制的。

当该开关打向越控时，则取消了功率原则下的自动减机程序，其余同自动方式一样。

在电站监控管理台上装有控制管理微机，实现电站监测中测点参数的显示、记录、打印等功能。

微机的信号来自安装于配电板内的模块，模块的信号来自于柴油机组的电压信号和配电板的电流等信号，微机发出的信号通过模块来控制柴油机的转速，并对每台发电机屏的功率进行分配。

三

故障排除

通过以上从现象、系统、功能和接口等四个方面进行分析，找到了以下几个出现本系列船突然停电等一系列故障的根源，并给出相应对策：

（1）根据调速器系统外接电源可能受干扰不稳定的现象，在每个调速器系统电源的输入端增加了一个 DC24V/DC24V 的隔离电源模块；

（2）根据电站监控系统与柴油机控制系统有时会有脱节的现象，可能是电站监控系统接收的信号与控制的信号不一致造成的，导致这一现象的原因可能也与发电机的电压信号有关，由于测量出发动机转速的实际值，是通过 F/V 转换成电压信号，虽然该电压信号是从转速传感器转换而来，但是发电机的电压波动信号必定会影响到发动机转速信号通过 F/V 转换成的电压信号，导致信号混乱，所以，转速波动导致电网突然停电的原因还应该重点检查调压线路。

对发电机组的调速器系统已经排除了可能发生故障的因素，还需要对发电机的调压线路进行排查；

（3）发电机 AVR 线路故障，该线路只有 AVR 调压电位器装在配电板内，其余设备都装在发电机上，于是重点对发电机上的调压电抗器、调压线路板和电位器进行检查。

拆开其中一台发电机上盖，首先检查这些设备安装的稳定性时，发现调压电抗器在发电机运行时震动较大，由于该设备的震动，导致电抗器内间隙经常变化，从而使得输出的电压波动较大。

经过添加弹簧垫片，重新安装拧紧螺丝之后，电压波动大的问题得到解决。

（4）发电机组因出现逆功率故障停机的问题，经过上面分析确认是由于转速传感器油污染严重和电压调整器当中的电抗器有所松动而引起。

经过清洁每个转速传感器，加固了发电机电压调整器的所有元件，在电调控制器上配装了控制器绝缘模块，将转速传感器与飞轮齿顶端之间的间隙调整在 0.8 毫米之内；

（5）针对发电机转速波动大的问题，确认是外部信号的干扰影响了转速信号的波动，在每台发电机组转速控制线路的输入端加装了电源滤波器。

同时，为了让燃油供给畅通无阻，更换或者清理了与发电机组相关燃油通道的滤器；

（6）调频调载时间过长，是电站监控系统接收的信号与控制的信号不一致造成的。

将自动停车输出信号纳入电站监控系统的检测范围，这样既可以排除设定值在运行一段时间之后发生变化，也可以避免转速信号直接从 1000 转/分以上降为零，避免了调频调载时的反复波动，从而使得调频调载很快完成，也避免了在机组控制方式为自动的情况下，手动调节调速开关将发电机频率调至 49HZ 时，自动电站恢复到 50HZ 的时间过长的问题；

（7）在电站监控系统中，重新核对转速和电压可控范围的设定值，确保在+/-10%范围内可控，解决了当柴油机转速瞬时波动超过额定转速的5%时，电站监控显示屏上的电压、转速和功率等所有参数都为零的问题。