209K散貨船壓載泵軟啟動(dòng)失敗故障分析及對(duì)策

劉恒全

摘 要：船舶電氣系統(tǒng)是船舶的核心，壓載系統(tǒng)是船舶電氣系統(tǒng)的重要組成部分，壓載系統(tǒng)主要由壓載水泵、壓載水管路、壓載艙及相關(guān)閥件組成，通過對(duì)壓載水艙加、排水來調(diào)整船態(tài)。隨著船舶電氣化、自動(dòng)化、信息化程度的不斷提高，對(duì)船舶壓載系統(tǒng)也提出了更高的要求。該文主要介紹20.9K散貨船壓載系統(tǒng)調(diào)試工作中的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：壓載水泵；軟啟動(dòng)器；船舶電氣系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U674 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 故障現(xiàn)象

20.9K散貨船在主機(jī)動(dòng)車系泊試驗(yàn)中，因船態(tài)達(dá)不到動(dòng)車試驗(yàn)要求，需通過壓載艙駁壓載水來調(diào)整船態(tài)，使之符合動(dòng)車試驗(yàn)要求；因此需對(duì)壓載水泵進(jìn)行通電；由于壓載水泵的功率非常大（400 kW），無法直接用岸電進(jìn)行供電。所以對(duì)外提交完發(fā)電機(jī)后，立馬進(jìn)行配電板恢復(fù)匯流排正常供電，并連夜對(duì)壓載水泵進(jìn)行通電調(diào)試；首先對(duì)壓載水泵進(jìn)行調(diào)試前的檢查，檢查電機(jī)及配電箱接線是否正確，壓載水泵部件有無松動(dòng)，電機(jī)絕緣是否達(dá)到要求，泵內(nèi)及吸入管內(nèi)的空氣是否排盡，管路及相關(guān)閥件開關(guān)是否正確等；檢查結(jié)束按下啟動(dòng)按鈕后，壓載水泵遲遲不能正常啟動(dòng)，只聽到“吱吱”的聲音，壓載水泵能緩慢地運(yùn)轉(zhuǎn)，10 s后，只聽到軟啟動(dòng)器“嘣”的一聲，啟動(dòng)失敗，壓載水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 故障分析

軟啟動(dòng)器（softstarter）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，可以實(shí)現(xiàn)在整個(gè)啟動(dòng)過程中無沖擊而平滑的啟動(dòng)電機(jī)，而且可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的各種參數(shù)，國外稱為SoftStarter。

其工作原理：軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間；使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

軟起動(dòng)一般有4種起動(dòng)方式：1）定時(shí)電壓斜坡軟起動(dòng)；2）恒電流軟起動(dòng)；3）轉(zhuǎn)矩控制軟啟動(dòng)；4）自適應(yīng)軟啟動(dòng)。

根據(jù)壓載水泵的控制原理圖，可知，壓載水泵的軟啟動(dòng)屬于內(nèi)部旁路型（如圖1所示）。

這類軟啟動(dòng)器失敗的原因有1）泵的原因（電機(jī)自身故障、泵浦堵轉(zhuǎn)、進(jìn)出閥比例有誤）；2）軟啟動(dòng)器控制電源電壓不正常；3）軟啟動(dòng)器的設(shè)置參數(shù)不合理（象電機(jī)類型、電機(jī)額定電流、啟動(dòng)方式、啟動(dòng)斜坡時(shí)間、起始電流、電流極限等）。

3 故障排除

為了及時(shí)排除故障，解決問題，準(zhǔn)備好常用儀器儀表（兆歐表、萬用表等）后，立即按步驟進(jìn)行故障排查：1）用手盤動(dòng)壓載水泵，壓載水泵能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)，說明壓載水泵浦沒問題；2）用兆歐表對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣測量，電機(jī)絕緣在正常范圍內(nèi)；3）使用高精度萬用表對(duì)電機(jī)各相繞組進(jìn)行阻值測量，電機(jī)各相繞組的阻值也都正常，說明電機(jī)沒問題；4）用電壓表檢查壓載水泵軟啟動(dòng)器的控制電源，供電電壓正常；5）將其正常通電，查看顯示板，在快速設(shè)置菜單里查看相關(guān)設(shè)置參數(shù)及數(shù)據(jù)，參數(shù)不做任何改變并記錄下來，離心泵：電機(jī)額定電流為777 A；啟動(dòng)方式為自適應(yīng)控制；自適應(yīng)啟動(dòng)曲線為恒定加速；起動(dòng)斜坡時(shí)間為15 s；停機(jī)方式為自適應(yīng)控制；自適應(yīng)停止曲線為恒定減速；停止時(shí)間為0。標(biāo)準(zhǔn)菜單中：①電機(jī)數(shù)據(jù)為1 A和777 A。②起動(dòng)/停止方式：2A起動(dòng)方式為自適應(yīng)控制；2B起動(dòng)斜坡時(shí)間為15 s；2C起始電流為350%FLC 2719A；2D電流極限為350%FLC 2719A；2H停止方式為自適應(yīng)控制；2L停止時(shí)間為0。將顯示板的界面調(diào)至顯示[電流]界面，調(diào)節(jié)好進(jìn)出口閥，再次對(duì)壓載水泵進(jìn)行啟動(dòng)，仔細(xì)觀察電機(jī)電流的變化情況；壓載水泵在啟動(dòng)失敗的一瞬間，電流達(dá)到了3 200 A。

看到這一現(xiàn)象，立馬翻閱廠家資料及軟啟動(dòng)相關(guān)書籍。自適應(yīng)控制的軟啟動(dòng)方式，能自動(dòng)使電動(dòng)機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相適應(yīng)，使電動(dòng)機(jī)得到一個(gè)合理的加速轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)、快捷；它的受控參數(shù)是：加速；但受影響的性能參數(shù)是：啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；一般情況下，控制電機(jī)/負(fù)載加速的，采用自適應(yīng)控制的軟啟動(dòng)方式；控制電機(jī)啟動(dòng)電流的，采用恒電流的軟啟動(dòng)方式。

自適應(yīng)控制軟啟動(dòng)方式下，軟啟動(dòng)器會(huì)調(diào)節(jié)電流，使電機(jī)在指定的時(shí)間（啟動(dòng)斜坡時(shí)間）內(nèi)利用所選的加速曲線（早加速、恒定加速、后加速）起動(dòng)；自適應(yīng)控制起動(dòng)電機(jī)的速度不可能比直接起動(dòng)方式快；如果起動(dòng)斜坡時(shí)間比電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)間快，起動(dòng)電流可能會(huì)達(dá)到直接起動(dòng)電流水平；將起動(dòng)斜坡時(shí)間改到最大值（20 s）時(shí)，電機(jī)還是不能正常起動(dòng)。

恒電流是傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)形式，啟動(dòng)時(shí)將一電抗型變壓器高壓側(cè)與被啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)后接入電源，使電抗型變壓器承擔(dān)電源的大部分電壓，電動(dòng)機(jī)初始電壓很低，利用現(xiàn)代電力電子器件逐步調(diào)低電抗型變壓器低壓側(cè)的電壓，同時(shí)被啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的端電壓逐步上升，達(dá)到電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的目的；所以把電流從零增大到指定電流，然后保持不變，直到電機(jī)加速為止；適用于必須把起動(dòng)電流控制在特定水平下的啟動(dòng)。

通過檢測軟啟動(dòng)器啟動(dòng)失敗時(shí)的最大瞬時(shí)電流，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)失敗的原因在于參數(shù)設(shè)置，于是重新對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在快速設(shè)置菜單中，離心泵：電機(jī)額定電流為777 A；啟動(dòng)方式改為恒電流；自適應(yīng)啟動(dòng)為曲線恒定加速；起動(dòng)斜坡時(shí)間改為20 s；停機(jī)方式為自適應(yīng)控制；自適應(yīng)停止曲線為恒定減速；停止時(shí)間為0。標(biāo)準(zhǔn)菜單中：①電機(jī)數(shù)據(jù)仍為1 A和777 A；②起動(dòng)/停止方式：2A起動(dòng)方式為恒電流；2B起動(dòng)斜坡時(shí)間為20 s；2C起始電流為400 %FLC 3108A；2D電流極限為400 %FLC 3108A；2H停止方式為自適應(yīng)控制；2L停止時(shí)間為0。經(jīng)過重新設(shè)置，壓載水泵能正常啟動(dòng)并正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

電氣系統(tǒng)的調(diào)試、故障分析不同于機(jī)械修理；電氣故障看不見、摸不著，全憑測量、分析、判斷和經(jīng)驗(yàn)來解決問題。船舶電氣系統(tǒng)發(fā)生故障從表面上看都比較復(fù)雜的，甚至?xí)闺姎夤こ處煙o從下手，這就要求電氣調(diào)試人員首先要熟悉電氣系統(tǒng)的特點(diǎn)和性能，同時(shí)也要掌握一定的輪機(jī)方面的知識(shí)，能從機(jī)、電方面綜合考慮并擴(kuò)展分析問題的思路，拿出最優(yōu)化的解決方案。其次電氣工程師還要有穩(wěn)定的心理素質(zhì)；通過現(xiàn)象冷靜分析，重點(diǎn)檢查。

參考文獻(xiàn)

[1]方大千.軟啟動(dòng)器、變頻器及PLC控制線路[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2018.