冷水機組啟動失敗故障分析與應對措施

陳升武 黃進明 趙天翔 張小波

摘 要：冷水機組是保證船舶設備安全運行、船員生活舒適的重要設備。論文根據一起某船冷水機組啟動故障現象，從Unisab冷水機組的控制原理入手，分析故障發生的機理，梳理導致啟動失敗的可能原因，建立了該冷水機組不能啟動的故障樹。通過對導致冷水機組啟動失敗的因素進行逐一排除，最終找出故障原因，并對二次故障進行測量分析，查出了導致冷水機組啟動跳閘的原因，即主接觸器觸點燒蝕，造成啟動電流增大，超過斷路器瞬動值。鑒于此，技術人員對冷水機組其它系統進行了全面檢查，并就船舶冷水機組的運行管理及維護保養給出了幾點建議。排查過程為船舶技術人員處理類似問題提供了參考借鑒。

關鍵詞：船舶冷水機組；啟動故障；故障樹；應對措施

冷水機組是否正常運行，影響船員住艙的溫濕度，某船經常航行于熱帶地區執行科考任務，外界潮濕、高溫，環境惡劣，嚴重影響到住艙人員的生活、工作。[1]某船配備四臺冷水機組，由Sabroe制冷公司生產的163系列機組，負責給全船住艙、工作艙室提供空調保障，是船舶重要的設備，關系到能否完成科考任務。因此，保障冷水機組的正常運行顯得尤為重要[2，3]。文章結合作者的維修經驗，通過分析一起冷水機組啟動運行故障及分析處理過程，為船舶冷水機組技術人員處理類似問題提供參考。

故障現象

某日某船由國內駛往熱帶預定海域期間，隨著外界溫度的上升，需增開一臺冷水機組保證住艙溫度舒適，操作人員啟動時發現冷水機組無法啟動，啟動另一備用機組，正常運行。具體現象為：（1）當按下現場面板的啟動按鈕時，滑油預供泵運行后，冷水機組主電機無任何反應；（2）操作人員檢查潤滑油系統、制冷劑系統、冷卻系統，均正常；（3）打開啟動控制箱發現主電機主接觸器不動作，技術人員開始排查故障。

冷水機組啟動控制原理

某船配備的冷水機組型號為SAB163HM/SAB128H，電機功率為200kW，轉速為2977r/min，滿載時電流為240A，系統主要由啟動控制箱和現場控制板組成。其中啟動箱采用PLC控制，現場控制板（unisab）在機旁，啟動箱中的PLC通過RS485與unisab進行通信，實現信息交互與控制；冷水機組之間通過現場總線RS485實現互聯，信號是一進一出，其中1號首端電阻短接，形成回路，4號unisab控制板出信號，是RS485轉以太網模塊，與上位機連接實現遠程控制。其中冷水機組負載大，啟動前必需向電站發出重載詢問并得到船舶電站主配電板啟動允許信號后方可啟動。

2. 冷水機組啟動時序

冷水機組是一個包含潤滑油系統、制冷劑系統、冷卻系統、機械傳動、電氣控制系統的復雜設備，因此，在啟動前需將整個系統置于備用狀態。如電路系統絕緣良好、加熱滑油、開啟海水泵、海水系統及冷媒水管路所有閥件處于開啟狀態制冷劑液位正常等。冷水機組啟動時序如圖2所示。在現場啟動板按下啟動模塊上的啟動按鈕，面板發送重載詢問信號至主配電板并得到應答允許啟動后，此時滑油預供泵現行啟動運行對機組進行潤滑，而后主電機運行，并可手動或自動加負荷使機組正常運行。

2. 冷水機組啟動控制原理

冷水機組啟動控制原理如圖3所示，當按下起動按鈕后，現場操縱面板微處理器通過接線端子X7：116、117向主配電板發出重載詢問，主配電板通過接線端子X4：47、48向微處理器反饋允許啟動信號，而后微處理器通過X7：120、121發出油泵起動信號，105K4接觸器得電觸點閉合，滑油預供泵運行并通過X4：53、42向微處理器反饋運行信號。微處理器接收后，通過端子X7：118、119發出起動主電機信號，經過保險50F4進入機組啟動控制柜的Y-△起動，其中時間繼電器105K7先得電開始計時，常閉觸點閉合（17、28接通），105K9得電，常開觸點和主觸點吸合，105K6得電并自鎖，主電路主觸點吸合，電機開始進行Y型起動，10S后105K7常閉斷開，105K9失電，常開閉合（17、18接通），105K8得電，主觸點吸合，此時主電機通過105K6、105K8開始△型運行，同時通過X4：41、42反饋主電機正常運行信號。由此便可對機組進行手動或者自動加載，同時注意觀察各系統壓力、溫度值是否正常。

3 故障原因分析及排查過程

3. 故障樹建立及分析

由以上分析可知，冷水機組的起動控制原理雖然簡單，但是關聯的因素眾多，單點失效多，任何一個節點出現故障都會導致冷水機組起動失敗。因此，本文采用故障樹分析法[4，5]，對影響冷水機組啟動的原因進行梳理，如圖4所示。

由圖可以分析出，冷水機組啟動失敗的可能原因主要有三個：（1）Unisab面板內部故障，導致無法啟動；（2）冷水機組主電機不能啟動；（3）滑油預供泵不能運行。按照此前觀察到的故障現象，啟動時滑油預供泵已經正常運行，因此排除這一原因。對于Unisab面板故障，當時電站控制模式在自動模式，且已看到允許啟動燈已閃爍，故排除重載詢問失敗這一原因；而按照以往故障情況，Unisab內部電路板發生故障的概率極小，且顯示面板正常，能啟動滑油預供泵，因此，按照先易后難的思路，初步將故障定位于主電機無法啟動。

3. 故障定位及確認

現按照主電機不能啟動故障樹進行分析：（1）用絕緣表檢查電機繞組，絕緣符合要求。手動轉動輸出軸，可以轉動，排除機械卡死原因；（2）外觀檢查105K6、105K7、105K8、50F4過載保護正常，線路無松動。（3）合上電源，電源正常，按下啟動按鈕，待滑油預供泵運行后測量Unisab滑油預供泵運行反饋信號接線端子X4：53、42，輸入正常，而后測量Unisab輸出端子X7：118、119，輸出主電機啟動信號正常，但此時Y-△啟動線路不得電，故故障進一步定位于Y-△啟動線路；（4）測量50F4熔斷器顯示正常，測量105K7線圈兩端電壓220V，測量105K7常閉觸點發現無電壓顯示，即時間繼電器105K7得電但不動作，因此，故障定位于105K7；（5）拆下105K7，測量線圈阻值發現阻值為265MΩ，比正常偏大很多，相當于開路。因此故障確認為時間繼電器105K7線圈燒毀，致使主電機控制線路不動作，主電機無法起動。

3.3 二次故障及排查分析

技術人員針對發生故障的時間繼電器105K7進行更換后，對系統進行重新檢查，準備進行再次啟動，以驗證故障的正確排除。按下啟動鍵后，滑油預供泵正常運行，15S進入主電機啟動程序，此時總電源開關發生了跳閘，系統停止，同時打開啟動控制箱有煳味。

故障分析排查：在上述啟動過程中，滑油預供泵正常運行后進入主電機Y-△啟動電路，時間繼電器105K7得電后，主接觸器閉合時發生了跳閘，說明105K7工作正常，電機啟動時發生故障。原因有二：一是空氣斷路器故障，發生跳閘；二是主電路有短路或者接觸不良，造成電流過大，使斷路器發生跳閘。為驗證以上分析，技術人員首先對斷路器MT12H1進行檢查，外觀良好，電流瞬動值為1250A。隨后技術人員對主電路的啟動電流進行測量，電流如圖5所示。

在電機啟動的瞬間，30ms電流達到最大值1321A，隨后逐漸下降至再次發生跳閘。而電源斷路器的電流瞬動值為1250A，已經超出其最大允許電流，因此可判定故障為電路電流過大，而非電源開關故障。進一步分析故障發生于開始Y-△啟動時，電機各相繞組絕緣良好，線路無松動，啟動箱有燒蝕味道。綜合上述分析故障定位于主接觸器105K6和105K9。經拆卸，發現105K9的三個主觸點嚴重燒蝕，造成接觸面積大大減少，使瞬時啟動電流變大，導致電源斷路器跳閘保護。

4 故障解決及鞏固措施

針對以上兩次故障，技術人員對故障元件105K7、105K9進行了更換，而后冷水機組正常啟動運行，故障得到解決。船舶長時間出海，海況惡劣，晃動較大，影響船舶電網的穩定，使電氣設備發生松動，接觸不良、老化、絕緣下降等問題[6，7]。鑒于此，技術人員對其它機組的控制系統也進行了全面的檢查，主要包括：

（1）對其它機組的控制線路、主線路各接觸器線圈測量、觸點檢查，時間繼電器、保險等元器件進行測試；（2）對控制箱接線進行緊固，實時監測系統絕緣阻值、吸排氣壓力、油壓差是否正常。尤其是潤滑油溫度不大于60℃，蒸發器出水溫度不低于6℃；（3）定時檢查機組各工況，并作好記錄。（4）運行中及時檢查貯油器內的潤滑油和冷凝器內制冷劑液位是否正常（貯油器高視鏡3/4），制冷系統有無泄漏，冷凝器、蒸發器系統是否暢通，各壓力表示度是否正確等。通過一系列措施，確保控制系統工作正常，保障船舶電力安全穩定、萬無一失。

5 結語

本文分析了一例冷水機組啟動失敗案例，基于冷水機組的控制原理，分析了該故障機理、排查過程及解決方法，綜合運用故障樹、測量等方法對故障進行了準確定位，使故障得到很好地解決，保證了船舶冷水機組的正常工作，保證了船員的正常生活不受影響。也為同行，尤其是船舶技術人員處理類似控制系統故障問題，提供了幾點啟示：（1）由于船舶長時間出海，海上環境惡劣，對設備的穩定性是一個挑戰，需要對設備進行定期的維護檢查，尤其是經常使用且電流大的電氣設備，需要對關鍵元件進行檢查保養；（2）為更快的定位故障，需綜合運用故障樹、測量等分析方法對故障原因進行綜合排查；（3）對長時間航行的船舶，故障頻發，有時會不止出現一次故障，可以建立設備的故障庫，以便后續的故障排查提供借鑒。

參考文獻：

[1]任福安，王名涌.輪機工程基礎（上冊）[M].大連：大連海事大學出版社，2008.

[2]韓厚德，鄭青榕.船舶制冷與空調裝置常見故障診斷與對策[J].航海技術，1999（5）：42-43.

[3]王瑞宣，葉曉華.船舶制冷裝置的常見故障分析[J].船海工程，2008，12（6）：36-39.

[4]辛長平.中央空調冷水機組操作與維修教程[M].北京，電子工業出版社，2012.

[5]胡國喜.制冷設備維修技術基本功[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[6]金宇文.船舶制冷設備管理心得[J].航海技術，2005（4）：64-65.

[7]何瑞廣.船舶制冷設備故障分析與處理[J].廣東造船，2015（2）：79-80.