對(duì)船用蓄電池充放電設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化改造

劉萬力

（交通運(yùn)輸部 東海航海保障中心 福州航標(biāo)處，福州 350000）

0 引言

船用蓄電池在船上不僅是柴油機(jī)的起動(dòng)電源，也為船舶通導(dǎo)設(shè)備、應(yīng)急照明提供電源。蓄電池充放電設(shè)備是船舶設(shè)備中極為重要的電氣設(shè)備，組成電路主要分為3大部分：主電源電路、控制電路以及監(jiān)測(cè)報(bào)警電路。主電源電路是充放電設(shè)備對(duì)蓄電池組實(shí)現(xiàn)充放電的電源通道，由船舶電網(wǎng)380 V的交流電源經(jīng)過變壓整流為船舶蓄電池組充電需要的DC29 V，對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。蓄電池組放電時(shí)，通過充放電設(shè)備的主電源回路對(duì)船舶重要設(shè)備提供DC24 V的電源，充放電設(shè)備工作是否可靠直接影響到船舶的航行安全。本文簡(jiǎn)述了某公務(wù)船船用蓄電池充放電設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀，通過對(duì)船用蓄電池充放電設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造及相應(yīng)管理措施改進(jìn)，保障了船用蓄電池充放電設(shè)備的安全運(yùn)行[1-2]。

1 設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問題

某公務(wù)船船用直流24 V電源為12個(gè)蓄電池組成，每組由2只12 V、200 Ah蓄電池組成24 V、200 Ah的蓄電池組。由1只安裝于充放電板內(nèi)的限電流值30 A、恒壓值29 V的限流恒壓型充電設(shè)備進(jìn)行充電。直流24 V電源主要供給船舶通導(dǎo)設(shè)備、船舶應(yīng)急照明、船舶主機(jī)和發(fā)電機(jī)等機(jī)電設(shè)備用電，若出現(xiàn)設(shè)備故障，船舶將失去動(dòng)力和電力支持，造成嚴(yán)重后果。

該船船用蓄電池充放電設(shè)備長(zhǎng)期處于不通風(fēng)、高溫和含鹽量高等環(huán)境中，由于蓄電池充放電設(shè)備設(shè)計(jì)和安裝階段存在一些缺陷，長(zhǎng)時(shí)間充放電運(yùn)行后在缺陷處易造成高熱現(xiàn)象，整流器及熔斷器容易發(fā)生損壞，給船舶主輔機(jī)的正常運(yùn)行及船舶安全生產(chǎn)帶來威脅。元器件燒蝕圖見圖1，整流器測(cè)溫圖見圖2。

圖1 元器件燒蝕圖

圖2 整流器測(cè)溫圖

船用蓄電池充放電設(shè)備共用整流器4件和充電裝置熔斷器2套，由于在高溫不通風(fēng)環(huán)境中作業(yè)和設(shè)備使用年限較長(zhǎng)等因素，直流大電流下，開關(guān)、熔斷器容易出現(xiàn)觸點(diǎn)發(fā)熱。為保證船舶安全生產(chǎn)，需更換易損元器件或采用外接冷卻風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)降溫。目前采用自然通風(fēng)進(jìn)行風(fēng)冷卻，由于蓄電池充放電設(shè)備空間狹小，風(fēng)量分散，冷卻效果不好，不利于設(shè)備安全運(yùn)行。

船用蓄電池充放電電壓控制器由于使用年限較長(zhǎng)，內(nèi)部老化，電壓控制能力較差，再加上直流電線路長(zhǎng)、從蓄電池端到機(jī)艙主輔機(jī)控制器端，電壓下降較大，不利于船舶直流電壓系統(tǒng)的穩(wěn)定和船舶主輔機(jī)的正常運(yùn)行。

2 查找原因及優(yōu)化改造方案

對(duì)于電纜終端而言，電場(chǎng)畸變最為嚴(yán)重，影響設(shè)備運(yùn)行可靠性最大的是電纜外屏蔽切斷處，經(jīng)常檢測(cè)此位置溫度變化可以發(fā)現(xiàn)隱患，如果溫度局部過高說明內(nèi)部發(fā)生放電產(chǎn)生熱量。電纜終端頭是電纜與其他電氣設(shè)備連接的部件，正常電纜的電場(chǎng)分布是均勻的。在做電纜頭時(shí)，剝?nèi)チ似帘螌?，改變了電纜原有的電場(chǎng)分布，將產(chǎn)生對(duì)絕緣極為不利的切向電場(chǎng)。因此，屏蔽層斷處是電場(chǎng)畸變最為嚴(yán)重的地方，影響設(shè)備終端運(yùn)行可靠性最大的位置是電纜外屏蔽切斷處，所以此處溫度顯著變化就是電纜燒蝕的前兆[3]。

針對(duì)目前船用蓄電池充放電電纜及電纜接頭的使用現(xiàn)狀，對(duì)電纜及電纜接頭實(shí)施積極的防范措施。

1）船機(jī)管理人員根據(jù)充放電設(shè)備工作實(shí)際情況，制定了《船用蓄電池充放電設(shè)備巡查記錄表》和《溫度測(cè)量記錄表》，安排值班人員每日對(duì)船用蓄電池充放電設(shè)備進(jìn)行開柜檢查并測(cè)量相應(yīng)電纜接頭處溫度值。

2）對(duì)存在缺陷有燒蝕痕跡的電纜及電纜頭更換并加粗，將6套電容、接觸器、繼電器、3段進(jìn)線、連接線等熱縮電纜頭更換為冷縮電纜頭。

3）對(duì)4套整流器、380 V交流接觸器、通用繼電器、熔斷器進(jìn)行更換升級(jí)。原熔斷器及底座為膠木材質(zhì)，容易發(fā)熱和燃燒；現(xiàn)熔斷器座更換為陶瓷底座，對(duì)充放電系統(tǒng)容易出現(xiàn)過電流的元器件進(jìn)行升級(jí)改造，確保蓄電池充放電裝置正常運(yùn)行。

4）在船用蓄電池充放電設(shè)備柜容易產(chǎn)生大電流的電子元器件側(cè)（熔斷器）處安裝小的散熱風(fēng)機(jī)（底部進(jìn)風(fēng)，上部排風(fēng)），加裝溫控感應(yīng)元件，充放電設(shè)備柜內(nèi)部溫度一旦達(dá)到溫度設(shè)定值，散熱風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。由于散熱風(fēng)機(jī)距離易熱件近，風(fēng)量集中，且產(chǎn)生空氣對(duì)流循環(huán)，冷卻效果較好。

5）充電電壓控制器更換成改進(jìn)款。本著充分利用現(xiàn)有資源的原則，節(jié)約投資，改進(jìn)款充電電壓控制器安裝在原設(shè)備柜門開口處，充電模式從恒流充電改為恒壓充電，充電電流設(shè)定起始值為20 A，調(diào)整電壓設(shè)定值，充電設(shè)定值上限由28 V提高到29 V。

圖3 加裝散熱風(fēng)機(jī)圖

3 設(shè)備改造后效果

1）通過加強(qiáng)日常設(shè)備巡查管理和技術(shù)改進(jìn)措施的實(shí)施，在電纜及電纜頭監(jiān)控方面取得較好的效果，排除了電子元器件易燒蝕的隱患，避免船舶設(shè)備的損壞和經(jīng)濟(jì)損失。

2）在船用蓄電池充放電設(shè)備柜側(cè)邊安裝的散熱風(fēng)機(jī)，因底部進(jìn)風(fēng)、上部排風(fēng)，產(chǎn)生了空氣對(duì)流效應(yīng)。此外，通過加裝溫控感應(yīng)元件，內(nèi)部溫度一旦達(dá)到溫度設(shè)定值，散熱風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)充放電設(shè)備迅速降溫。

改造前，充放電設(shè)備間悶熱需打開艙門和柜門，電子元器件上易沾染灰塵，影響船用蓄電池充放電設(shè)備安全生產(chǎn)和環(huán)境整潔。

改造后，冷卻風(fēng)扇安裝在柜門側(cè)方，未占用其它空間，即不影響操作人員巡查設(shè)備柜，又有利于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。改造后測(cè)溫圖見圖4。

圖4 改造后測(cè)溫圖

節(jié)約維修費(fèi)：由于采用以上方法冷卻和加強(qiáng)日常巡查管理，排除了充放電設(shè)備隱患且可降低船舶日常維修費(fèi)用。按單次出現(xiàn)故障預(yù)計(jì)修理備件費(fèi)2 200元，人工費(fèi)1 800元，可節(jié)約單次維修費(fèi)約4 000元。

3）船舶直流電纜線路長(zhǎng)，直流線路從蓄電池端到達(dá)機(jī)艙終端設(shè)備時(shí)電壓壓降過大，通過在船用蓄電池充放電設(shè)備上安裝改進(jìn)型電壓控制器，調(diào)高電壓設(shè)定最高值，調(diào)定充電電流最初值，可滿足機(jī)艙主輔機(jī)等設(shè)備的電壓安全可靠和正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

該船通過上述技術(shù)改造和加強(qiáng)日常設(shè)備巡查后，船用蓄電池充放電設(shè)備運(yùn)行更加安全可靠，船舶機(jī)電設(shè)備運(yùn)行效果得到顯著改善和提高。同時(shí)，也為降低船舶設(shè)備故障和節(jié)約維修費(fèi)用起到了積極作用，有力保障了船舶的航行安全。