某電力推進船舶主吊艙無法合閘故障分析

臧義柱

摘 要：本文對電力推進船舶吊艙推無法合閘的原因進行分析，針對可能出現的原因進行總結，對查找過程進行闡述，希望能為船舶輪機管理人員提供一些積極的參考作用。

關鍵詞：電力推進;故障現象;原因分析;故障查找及解決

中圖分類號：U665.1? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）05-0072-03

某電力推進多用途拖輪，具備DP2功能，主發電柴油機組采用了4臺瓦錫蘭8L26柴油機，船首設置了可正反轉的1200KW隧道式側推器及可全回轉的1000KW伸縮推進器各一臺，船尾采用了二臺共計8000KW全回轉吊艙推進器，四臺推進器均采用變頻驅動。

該輪某日備車時出現左艉吊艙主開關無法合閘現象，經輪機人員多次嘗試合閘成功，停車分閘1h后試驗合閘正常，但分閘約1-2h后再次合閘又出現多次合閘才能成功的情況。

1 吊艙供電系統的組成

該輪電站為自動化電站，為所有用電設備提供電力，PMS（電力管理系統）根據負載運行情況自動進行發電機組的啟停、并車或解列。吊艙供電系統由電站、變壓器主開關、變壓器、變頻器和吊艙機旁隔離開關五部分組成。其中，變頻器是供電系統的核心單元，由驅動控制單元（DCU）、輔助控制單元（ACU）、整流模塊（DSU）、逆變模塊（INU）和水冷單元（WCU）5個部分組成。

2 吊艙變壓器主開關合閘工作原理

DCU收到吊艙主開關合閘命令后發出指令，整流模塊開始預充電，當其電壓達到一定數值時充電完成（約900V，如數值不到而時間達到系統的設定值，也默認充電完成），然后DCU延時1S后向主開關發出啟動合閘指令，主開關收到該指令后向變壓器發出預充磁信號，變壓器開始預充磁，當充磁時間達到（約6S）時，變壓器向主開關發出充磁完畢信號，主開關開始合閘，合閘成功后由其分別向變頻器和變壓器發出信號，停止預充電及預充磁，系統投入正常運行，反之如果在程序設定的時間內未能成功合閘，DCU將發出主開關故障報警。下面對主開關合閘過程做詳細分析。

2.1 DSU預充電

如圖1所示，如各連鎖保護正常，K11繼電器通電為發出主開關控制做準備。如圖2所示，當DCU 收到主開關合閘命令后，充電控制繼電器K1通電使得預充電接觸器K2.1的線圈通電，K2.1主觸點閉合使預充電變壓器開始對DSU充電（充電圖略）。充電完成后，主開關控制繼電器K3動作，X27.2點與X27.3點接通，從而K12得電使其常閉觸點21與22打開，取消主開關分閘指令，延時1S后其延時閉合觸點67與68閉合，向主開關發出啟動合閘指令。

2.2 變壓器預充磁

如圖3所示，主開關收到合閘指令，即繼電器K316控制回路中的11點與12點接通，K316得電動作，其常開觸點11與14接通向變壓器發出預充磁指令，其另一組常開觸點21與24閉合為主開關越控合閘做準備（即使越控合閘也必須在整流模塊預充電完成后方可進行，從而減少對電網的沖擊）。

如圖4及圖5所示，如各連鎖保護正常，KA1得電為變壓器預充磁做準備。當變壓器收到啟動預充磁指令（REMOTE START），接觸器KP1與時間繼電器KT7通電動作，KP1主觸點閉合為預充磁變壓器充磁，KT7的延時閉合觸點15與18延時2S后閉合，接觸器KP2通電，其主觸點閉合使預充磁變壓器對主變壓器充磁，同時其常開觸點43與44閉合，KT5通電計時4S后其延時閉合觸點15與18閉合向主開關發出預充磁完成信號。

2.3主開關合閘

如圖3所示，主開關收到預充磁完成信號后，其合閘線圈YC通電合閘。

如圖6所示，主開關閉合后其位置開關ATR2動作，ATR2的常開觸點13與14閉合，繼電器K317.11、K317.22及K317.23得電動作。K317.11使合閘線圈YC失電停止合閘操作并向變頻器發送合閘信號;K317.22向DP及變壓器發送主開關合閘信號;K317.23向變頻器DCU發送主開關合閘信號，使配電板主開關合閘燈亮分閘燈滅。主開關ATR2的常開觸點95與98閉合使得K317.43通電動作，由其向PMS發送合閘信號，并斷開主開關脫扣線圈YU。（繼電器觸點接線圖略）

2.4 切斷預充電及預充磁

如圖1所示，變頻器收到主開關合閘信號后，K15得電，從而K1及K2.1失電，停止預充電。

如圖4所示，變壓器收到主開關合閘信號后，KT6得電，其15與16延時斷開觸點1S后動作，KP1與KT7斷電，隨之KP2與KT5斷電，切斷變壓器預充磁。

3 主開關合閘故障原因分析

（1）變頻器DCU未收到合閘指令。

（2）變頻器DSU預充電完成后未向主開關發出啟動合閘指令。

（3）主開關收到啟動合閘指令，但未向變壓器發出預充磁指令。

（4）變壓器預充磁完成后未向主開關發出合閘指令。

（5）主開關機械機構卡滯或合閘線圈故障。

（6）主開關合閘程序中各環節都正常，但運行總時間超出了變頻器設定值。

4 故障查找及解決

由變壓器主開關合閘故障原因可知，只需找出合閘程序中的故障環節就可判斷出故障點所在。

（1）在DCU面板處可見合閘程序進行情況，故排除DCU未收到指令的可能。

（2）打開變頻器ACU柜門，在機旁發出合閘指令，發現充電接觸器K2.1動作正常，在DSU及INU控制面板上可見電壓逐漸升至約900V，說明變頻器預充電正常。

（3）繼續在ACU處觀察，K2.1動作約5S后，K12動作，在配電板主開關處的觀察人員繼而發現K316得電（K12得電延時1S發出啟動合閘指令），這說明變頻器在預充電完成后向主開關發出了合閘指令，且主開關收到該指令。

（4）K316得電的同時，在變壓器控制箱處的觀察人員發現KP1、KT7與KP2、KT5依次得電，這說明變壓器預充磁正常。

（5）在配電板主開關處的觀察人員未見到主開關合閘動作，而變頻器DCU面板則發出了DSU FAULT報警及DSU面板顯示主接觸器故障報警，同時K12、K2.1、KP1、KT7與KP2、KT5、K316斷電，這說明主開關未收到變壓器預充磁完成后的合閘指令或主開關因自身故障不能成功合閘，經檢測預充磁完成合閘指令（KT5延時閉合觸點）到主開關合閘線圈的接線及合閘線圈正常，主開關機械機構正常無卡滯。

（6）合閘失敗后馬上再次嘗試合閘，并分別在ACU、變壓器及主開關處視頻記錄各處接觸器及繼電器動作情況，結果合閘成功，但發現ACU處K2.1動作3S后K12就得電動作，并且K2.1在吸合狀態一共保持了約13S，在變壓器處發現KP1保持吸合狀態約9S。主開關合閘程序時間應為：合閘總時間13S（K2.1的吸合時間）=DSU預充電時間約3S（K2.1動作到K12動作的時間間隔）+K12延時1S+預充磁時間8S（KP1吸合時間9S_合閘完成后KT6的延時1S）+主開關合閘時間約1S。

咨詢服務商得知合閘程序設定的時間為13S，在合閘失敗時現場曾監測到預充電時間約為5S，加上K12的延時1S以及預充磁的8S和主開關的合閘時間1S，這樣總時間就達15S之多，超出了合閘時限，所以合閘失敗。根據圖紙可知預充磁時間應為6S，但實際監測中為8S，這是合閘失敗的原因所在，進一步檢查發現是由于KT7時間繼電器震動定時出現問題，重新將其定時設為4S，這樣合閘總時間=預充電5S+K12延時1S+預充磁6S+主開關合閘時間1S=13S，與合閘程序設定時間一致，為防止意外并留出余量，將合閘程序總時間設定為15S。此后該輪左尾吊艙再未出現合閘故障。

至于短時脫開主開關即合閘或重復幾次合閘較易成功，是因為DSU殘留有未放光的電量，會縮短下一次合閘過程中的預充電時間。

5 結束語

由于電力推進系統具有推進效率高、節能效果明顯及噪音低等優點，其在船舶制造中的應用越來越廣泛，但對多數輪機人員來說還是一個新事物，因此，船舶輪機主管人員應加強相關業務知識學習和培訓，才能對其進行有效的維護保養和故障診斷。