船舶電站主開關(guān)跳閘原因分析及電力保障方案探析

韓緯華

（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

0 引言

電站作為船舶的心臟，其運(yùn)行狀態(tài)對整個船舶來講，起著舉足輕重的作用，而配電板主開關(guān)跳閘會造成全船停電事故。航行中的船舶，特別是機(jī)動狀態(tài)的船舶，如不能立即恢復(fù)供電，會使船舶失去控制動力電源，船舶處于失控狀態(tài)，極易引起觸礁、撞船等重大惡性事故，后果不堪設(shè)想。因此，遇到跳閘后，應(yīng)迅速趕赴現(xiàn)場，果斷地采取有效措施，力爭在最短時間內(nèi)恢復(fù)供電。

1 主開關(guān)跳閘原因分析

主開關(guān)跳閘大體可分三種情況。

1.1 電氣方面

為了保護(hù)發(fā)電機(jī)的正常發(fā)電和用電設(shè)備的正常運(yùn)行，主開關(guān)上設(shè)置了過載、短路、失壓和逆功率等保護(hù)功能。

1.1.1 過載保護(hù)

過載保護(hù)是為了防止因過載而損壞發(fā)電機(jī)裝設(shè)的。發(fā)電機(jī)過載的原因主要有[1]：1）由于對負(fù)荷值估計不足而引入了過量負(fù)載使發(fā)電機(jī)過載。一般在離靠碼頭期間，如果只有一臺發(fā)電機(jī)供電的情況下，錨機(jī)和收纜機(jī)等大功率設(shè)備同時起動，負(fù)荷電流較大引起過載延時跳閘；或者在赤道等炎熱地帶，空調(diào)等大量設(shè)備運(yùn)行，負(fù)荷較大，此時如果再起動空壓機(jī)等大的負(fù)載，也容易引起過載跳閘；2）并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間負(fù)載分配不均勻或因為其中一臺發(fā)電機(jī)損壞而將負(fù)載全部轉(zhuǎn)移至另一臺發(fā)電機(jī)上所引起的，這種情況比較常見。

1.1.2 短路保護(hù)

船舶發(fā)電機(jī)的短路保護(hù)是為了防止由于短路事故損壞發(fā)電機(jī)而裝設(shè)的。短路的發(fā)生大多是由于電氣設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)絕緣老化，遭到機(jī)械損壞或由于工作原因，人為失誤引起的。常見情況是在配電板檢修完畢后，沒有仔細(xì)檢查現(xiàn)場，遺留工具搭接兩相導(dǎo)致短路跳閘；另一種情況是老鼠爬入配電板內(nèi)，搭接在銅排上，引起相間短接導(dǎo)致短路跳閘。

1.1.3 欠壓保護(hù)[2]

發(fā)電機(jī)的欠壓保護(hù)，是為了防止發(fā)電機(jī)在低電壓時接通，并保證發(fā)電機(jī)在電壓過低時從電網(wǎng)上脫開，這是因為異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，當(dāng)電壓下降后，力矩減小，轉(zhuǎn)差率增加，電流迅速升高，如果在低于80%額定電壓下長期運(yùn)行，電機(jī)會因過熱而損壞。

1.1.4 逆功保護(hù)[3]

逆功率保護(hù)是通過逆功率繼電器來實現(xiàn)的，逆功率繼電器反映輸入發(fā)電機(jī)功率的方向，當(dāng)發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)輸送功率時，應(yīng)保證其不動作；而當(dāng)功率自電網(wǎng)送往發(fā)電機(jī)時，逆功率繼電器動作，發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘，使發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)。

1.2 機(jī)械方面

首先，發(fā)電機(jī)主開關(guān)誤動作而跳閘，即不屬于主開關(guān)保護(hù)功能正常動作的跳閘，如由于劇烈振動，使失壓脫扣線圈失電而跳閘等[4]。

主開關(guān)由于自身原因跳閘常見于：1）失壓脫扣器的脫扣鉤把持不牢；2）失壓脫扣器反作用彈簧拉力過大；3）脫扣器間隙調(diào)整不當(dāng)；4）鐘表延時機(jī)構(gòu)損壞。

某遠(yuǎn)洋船舶在停靠碼頭期間組織的一次船內(nèi)備航時，1號發(fā)電機(jī)主開關(guān)合閘后立即自動跳閘，經(jīng)查找原因，原來主開關(guān)內(nèi)部的一個脫扣部件由于磨損導(dǎo)致出現(xiàn)滑扣現(xiàn)象，致使主開關(guān)不能正常合閘。某次航行期間，由于振動，失壓脫扣線圈回路中連接導(dǎo)體的一個螺絲松動，線圈失電，導(dǎo)致開關(guān)跳閘。

其次，調(diào)整器失靈，使原動機(jī)的油門不能隨負(fù)荷大小而做相應(yīng)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速過高或過低，超速保護(hù)裝置動作而停機(jī)或欠壓保護(hù)動作而跳閘。

再次，燃油系統(tǒng)滲水或燃油管系堵塞，燃油中斷等，使原動機(jī)停車。

最后是柴油機(jī)系統(tǒng)的其它故障，如某次航行期間，正在運(yùn)行的柴油機(jī)由于高壓油泵柱塞被卡死，導(dǎo)致兩臺發(fā)電機(jī)先后停機(jī)，主開關(guān)相繼跳閘，全船斷電。

1.3 人為操作

人為操作等原因包括：1）關(guān)錯燃油閥，使燃油中斷等，使原動機(jī)停車；2）在對發(fā)電機(jī)操作時，新手由于緊張，錯誤按下分閘按鈕；3）誤將激磁旋扭旋到滅磁位置，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失壓跳閘；4）主機(jī)人員與電工人員在解列發(fā)電機(jī)時口令協(xié)調(diào)不好，導(dǎo)致錯誤停機(jī)；5）并車時機(jī)不當(dāng)。

2 應(yīng)對措施

遇到跳閘事故，機(jī)電主管人員力戒驚慌失措，應(yīng)保持沉著、冷靜、果斷、準(zhǔn)確。視跳閘前后的具體情況采取相應(yīng)措施，確保電站迅速供電。一方面立即起動備用機(jī)組，另一方面同時觀察配電板上電壓表和頻率表，如二表指示正常，可關(guān)掉一些次要負(fù)載，重新合閘，仔細(xì)觀察各指示儀表的變化，一切穩(wěn)定正常，可繼續(xù)送電使用；如果電壓表、頻率表無指示，表明發(fā)電機(jī)組或調(diào)壓系統(tǒng)有問題，需進(jìn)一步檢查，待備用機(jī)組起動成功后，再合閘送電，然后進(jìn)一步檢查故障機(jī)組。

如果備用機(jī)組起動建立電壓后，還合不上閘，說明負(fù)載有短路可能，應(yīng)先關(guān)掉所有負(fù)載，再逐一送電，可把短路負(fù)載篩選出來，再進(jìn)行檢修。

發(fā)電機(jī)并車失敗，引起跳閘原因及處理：

1）電網(wǎng)參數(shù)波動太大。并車時，負(fù)載劇烈變動（如多臺負(fù)載同時起動），引起電網(wǎng)功率、頻率、電壓、電流大幅度波動，難以捕捉待并機(jī)與電網(wǎng)在頻率、相位、電壓上的一致時刻。并車時，常會因巨大沖擊電流而使主開關(guān)跳閘，或因各臺發(fā)電機(jī)因負(fù)載變化太大，瞬間無法合理分配，而使逆功率裝置動作。因此，在并車操作時，應(yīng)避開負(fù)載劇烈波動時刻或暫時關(guān)斷劇烈波動的負(fù)載。

2）操作不當(dāng)，不滿足并車條件。準(zhǔn)同步并車時，不是在頻差、相位差及電壓差為零時刻操作，引起沖擊電流較大而使并車失敗。粗同步并車中，相位差大于90o時，雖有電抗器限制電流，但過大的沖擊電流仍可使主開關(guān)跳閘。因此，在粗同步并車時，頻差和相位差也應(yīng)分別限制在0.5Hz和90o之內(nèi)，實際上是盡量使頻差及相位差小些，最好使待并機(jī)的頻率稍高于電網(wǎng)頻率，其電壓相位超前電網(wǎng)電壓相位30o之內(nèi)合閘。

3）空載并車。兩臺并聯(lián)發(fā)電機(jī)都處于空載狀態(tài)時，很難穩(wěn)定工作，電網(wǎng)稍有波動，就會出現(xiàn)逆功率引起跳閘。一般來說，電網(wǎng)上運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)帶有50%以上的額定負(fù)載時，再并一臺較好。

4）未及時轉(zhuǎn)移負(fù)載。對于無自動調(diào)頻調(diào)載裝置的船舶電站，主開關(guān)合閘，發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)之后，應(yīng)及時轉(zhuǎn)移負(fù)載，否則會因電網(wǎng)波動而出現(xiàn)逆功率跳閘。

發(fā)電機(jī)發(fā)生短時過載時，為了防止跳閘，應(yīng)采取措施。船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)均裝有過載延時保護(hù)裝置時，如果過載的時間很短，小于發(fā)電機(jī)過載延時的整定時間，那么這種過載便不能夠使發(fā)電機(jī)跳閘。當(dāng)然如果過載的電流值很大，可能會因為過載長延時反時限特性或短路瞬時動作仍造成發(fā)電機(jī)的跳閘，因此在過載時間較長或過載電流較大的時候，可以暫時停掉那些較次要的用電設(shè)備，如次要的照明、住室通風(fēng)和空調(diào)等，并且減少大功率用電設(shè)備的頻繁起動，以保證重要負(fù)荷正常工作。待短時過載過去后或是發(fā)電機(jī)并車成功后再恢復(fù)這些次要用電設(shè)備的供電。

搶載時的處理，在兩臺發(fā)電機(jī)并網(wǎng)供電出現(xiàn)搶載現(xiàn)象時，值班人員應(yīng)當(dāng)及時調(diào)節(jié)，如果調(diào)解無效，應(yīng)當(dāng)迅速停掉次要的用電設(shè)備，如果搶載趨勢繼續(xù)上升，值班員要根據(jù)實際情況，迅速解列故障機(jī)組。

3 船舶電力保障方案

上文探討了發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘的原因以及跳閘后采取的應(yīng)對措施，但確保安全、防患于未然，是確保船舶航行安全的頭等大事。因此探討發(fā)電機(jī)在船舶不同工況下的電力保障方案顯得尤為重要。

1）平時加強(qiáng)值班人員的責(zé)任心，正規(guī)值班秩序，杜絕誤操、漏操，堅決杜絕各種人為的錯誤；

2）平時做好發(fā)電機(jī)、配電板和其他電器設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作。出海前，做好有針對性的檢查維修工作，如對配電板的螺絲進(jìn)行一次徹底的緊固，對應(yīng)急發(fā)電機(jī)自起動裝置、對發(fā)電機(jī)主開關(guān)、勵磁系統(tǒng)、自動電壓調(diào)節(jié)器等進(jìn)行一次檢查；

3）正常航行時，一般為兩臺發(fā)電機(jī)并車工作，一臺機(jī)組冷備，若有副機(jī)或發(fā)電機(jī)機(jī)組故障，可先起動冷備機(jī)組，然后解列故障機(jī)組并搶修；

4）船舶在進(jìn)出港口、大風(fēng)浪、狹水道航行時，應(yīng)保持三臺機(jī)組并網(wǎng)工作，一臺機(jī)組冷備，如有一臺機(jī)組故障，解列故障機(jī)組，起動備用機(jī)組工作，應(yīng)盡量保持有三臺同時工作；

5）在航行中如果有突然發(fā)生主電站配電開關(guān)跳閘時，應(yīng)視情況分別處理：如果是單機(jī)跳閘，則首先切斷風(fēng)機(jī)、空調(diào)等生活設(shè)施用電，保障主機(jī)、舵機(jī)和航行設(shè)備用電，并迅速起動備用機(jī)組并網(wǎng)上電；如果是全船同時停電，則先讓應(yīng)急發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，保障照明、舵機(jī)和航行必須的通訊導(dǎo)航設(shè)備用電，然后再啟動備用機(jī)組恢復(fù)供電；

6）船舶處于漂泊或錨泊時，若發(fā)生柴油機(jī)停機(jī)或發(fā)電機(jī)開關(guān)跳閘，應(yīng)先起動備用機(jī)組發(fā)電，恢復(fù)正常供電后再分析原因并予以排除。

4 結(jié)束語

本文主要對船舶發(fā)電機(jī)主開關(guān)常見跳閘原因和應(yīng)對措施進(jìn)行了總結(jié)，對電力保障方案進(jìn)行了探析。“出海無小事，電力保障無小事”，主開關(guān)跳閘的現(xiàn)象可能千變?nèi)f化，作為電機(jī)員任何時候都必須保持清醒的頭腦，根據(jù)不同情況采取果斷措施。對跳閘原因進(jìn)行分析，除了尋找應(yīng)對措施的目的之外，更重要的是掌握規(guī)律，防止跳閘，積極探索可靠的電力保障方案，這是電機(jī)員最大的責(zé)任。

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