某型側推器主電機異常停機原因分析

李旭　王璐　高智成

摘 要 側推器是一種重要的船舶控制設備，主要用于低速航行條件下的航向控制。船舶側推器作為一種較復雜的大型機電一體化設備，一旦發生故障，因其具有結構緊湊、控制系統復雜等特點，故障往往十分隱蔽，排查起來比較困難。因此，對船舶側推器故障進行研究具有重要意義。本文以某型側推器的主電機異常停機故障分析為例，對側推器故障排查的思路進行了詳細的探討。本文的分析可以為船舶維修領域提供參考。

關鍵詞 側推器 電機控制 故障分析

中圖分類號：U672 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）11-0022-02

1 故障現象描述

某大型船舶搭載了3臺側推器，其中2臺為首側推器，1臺為尾側推器。2019年某日，該船由于臨時靠碼頭而開啟了3臺側推器，其中一臺首側推器主電機在沒有任何報警的情況下突然出現異常停機，但風機和油泵仍在正常工作。經初步檢查，除了啟動柜內斷路器主觸點斷開之外，并未發現其它明顯的異常現象。手動重啟該側推器主電機后，僅僅過了不到一分鐘時間，再次出現異常停機。在此后的使用中，該故障頻繁出現。

2 故障分析過程

2.1 主電源故障排查

側推器采用了50Hz的380V交流電源供電，3臺側推器由于規格相同，采用的主電源及相應電路也是一致的，因此主電源可相互替換。為了確定主電源是否存在異常，筆者直接采用了替代法進行試機。將故障側推器的主電源分別接到另外兩臺側推器上，均能穩定運行。另一方面，將其中一臺無異常的側推器的主電源接到故障側推器上供電，發現故障現象仍然存在，充分證明了主電源并無異常。

2.2 主電機過載或斷路器故障排查

為了分析主電機的過載機制，通過設備說明書找到主電機控制原理圖，如圖1所示。

從該電路不難看出，主電機電源經過QF和QF1兩個斷路器為側推主電機供電，主電機停機意味著至少有其中一個出現斷開。經現場檢查，QF實際上是一個手動斷路器，異常停機時QF并未斷開，并且故障發生時并無報警信息，說明主電機并無過載。而QF1為自動斷路器，異常停機正是該斷路器自動斷開的結果。然而，更新新的QF1斷路器后，故障現場仍然存在，說明QF1只是動作的執行者，但并非故障的真正原因。

2.3 停機回路故障排查

一般來說，主電機由于常規故障導致停機都會發出報警信號，但本故障發生時報警模塊無任何反映，因此我們進一步將問題鎖定在停機回路上。由設備說明書中找到停機回路原理框圖，如圖2所示。

由原理框圖中可以看到，在駕駛臺按下主電機啟/停開關后，面板集線箱PLC檢測到停機指令而中斷信號輸出，系統控制柜PLC由于輸入信號中斷也不再向后級電路輸出信號，導致側推器控制柜繼電器KA102線圈失電使常閉觸點閉合，同時K45.8線圈得電使常開觸點閉合，后級PLC將該閉合信號向后傳遞，繼電器K57.52線圈得電，常閉觸點斷開，主電機停機。

在掌握該原理后，對上述過程中涉及的每個一模塊進行反復試驗，均不能排除故障。但有了一個新發現：只有向左或向右操作側推器螺距時，故障現象才會出現，這為故障的原因分析提供了一個新的思路。

2.4 故障復現及進一步分析

通過操作側推器螺距使故障復現，仔細觀察每一個模塊，發現故障發生時控制柜內PLC出現異常現象：指示燈SF和BF同時閃紅燈。經查，該PLC型號為西門子CPU314C-2DP，通過廠家技術支持得知SF和BF同時閃紅燈極有可能是出現了線路干擾。同時考慮到該故障的發生與側推器螺距的操作有關，因此從側推器螺距控制電路進行逐一排查。仔細檢查后發現，控制柜PLC電源和側推器螺距電磁閥電源處于同一電源回路，實測電源電壓可知，不操作螺距時，電源電壓穩定在DC23V左右，操作螺距時，電源電壓出現較大波動，最低可至DC16V，直接導致PLC供電異常，當電壓回彈時PLC進入開機初始化狀態而輸出停機信號。

2.5 分析結論

通過以上的艱難分析和試驗，最終得出結論：控制柜PLC與側推器螺距電磁閥共用同一電源，當電磁閥工作時，使電源輸出受到嚴重干擾，導致輸出電壓出現波動，當電壓低于PLC額定供電電壓較多時，PLC由于供電不足而死機，控制信號消失，導致側推器主電機異常停機。

3 故障處理方案

對于電路干擾問題，當前已經有許多成熟的解決方案。根據筆者經驗，常用的措施有以下幾種：

1.分別供電或接地。接地是最簡單，也是成本最低、最有效的抗干擾措施，因此無論在什么場合，只要適用，必須優先采用。接地分為機箱接地、不同回路分別接地、數模分別接地等方案。另外，不同的電路回路采用相互獨立的電源，是避免回路之間相互干擾的有效措施。

2.加屏蔽層或防護罩。防護罩也是成本較低的抗干擾措施之一，對于具有強干擾的電氣設備或電子元器件，一般要求設計屏蔽層或防護罩，防止外部電路對其自身造成干擾，也避免其自身對外部電路造成干擾。

3.光電隔離。光電隔離是通常光電效應進行電能的傳輸，使兩個回路之間沒有實際線路連接，一般用于高壓電路和低壓電路的隔離。

根據實際情況分析，本文在側推器總控制箱內增加一路電源，使PLC和側推器螺距電磁閥分開供電，并做好電源隔離。再次試機，故障側推器運行穩定，故障現象消失，證明了本文分析結論的正確性。

為了避免類似現象再次出現，我們舉一反三，繼續對整個供電和控制系統進行全面的排查，又發現了幾處類似的共用電源現象，于是一并進行了處理。

4 建議

船舶電氣故障多種多樣，故障的排查費時費力，因此必須從源頭著手提高電氣系統的可靠性。以本次故障為鑒，筆者建議：由于當前包括船舶在內許多大型控制系統廣泛采用PLC控制器，并且控制系統中電路眾多，供電點也較多，設計者在電路設計過程中，以及電路施工人員在電路布局過程中，必須著重考慮電源模塊的安排。對于電磁閥、繼電器、大電感、大電容、電機等電磁干擾較強的模塊，要盡可能地分開供電，不能為了一時的方便而共用電源。如果受到實際條件限制不得不共同電源，則一定要做好抗干擾措施，避免相互干擾導致設備故障。

對于維修技術人員而言，在出現電路故障時，除了考慮到最常見的設備損壞之外，線路干擾等非常規的故障問題，也需要多加留意，從更多角度上對故障進行全面分析，提高故障排查效率和成功率。

作為船舶維護技術人員，不斷更新理論知識是十分必要的，必須與時俱進，緊跟電子技術和航海技術的發展腳步。只有這樣，才能始終保持自身的技術價值，靈活應對各種電氣故障問題，并采用最新的技術進行維修和維護，保障船舶航行的安全。

5 結語

隨著科學技術的發展，船舶控制系統更加復雜，電路集成化趨勢日益明顯，在高度集成化的電氣控制系統中，故障的排查將變得更加困難。盡管本文是以側推器的異常停機故障為例展開分析的，但本文提供的故障分析思路具有一定的代表性和典型性，對于其它故障類型的排查也具有很大的參考價值。[1-2]

參考文獻：

[1] 徐長偉，胡華.船舶側推器故障排查[J].航海技術，2019 （05）：66-67.

[2] 王連甲.側向推進器故障案例分析解決[J].中國水運（下半月），2018，18（05）：93-94.