船舶電氣接地故障的查找及解決方法

孫張慧

（大連遼南船廠，遼寧大連 116040）

0 引言

隨著現代船舶電氣自動化程度的不斷提高，船舶電站容量已由千瓦級發展到兆瓦級，隨之而來的是電網的絕緣問題更加突出。由于船體之間存在分布電容等因素，電網并非是理想的對“地”絕緣系統。若電網絕緣較差，可能發生單相接地故障，將產生較大的漏電流或接地故障電流。雖然其電流數值不足以觸發保護，但此故障如長期存在，將導致如下后果：1）引起局部發熱，使絕緣損壞加劇，特別是中壓電系統易產生電弧，甚至引起火災；2）在接地裝置緊固不牢靠或接地電阻＞10 mΩ時，人員誤觸設備帶電金屬外殼會引發觸電危險；3）故障進一步擴大，當2根相線接地時，會發生短路故障，造成開關跳閘斷電，對船舶航行和人身安全帶來不同程度的危害。為保障電力系統的安全可靠，對電氣系統接地故障類型進行分析和快速查找，就顯得尤為重要。

1 電氣絕緣電阻對接地故障的影響和解決方法

1.1 電纜絕緣性能影響主要因素

1）船舶電氣設備工作環境特殊，其長期處于高溫、高濕、高鹽及振動環境。直流電機碳刷產生的“碳粉”往往會造成電氣設備和電纜的絕緣體老化、破損、絕緣電阻下降，最終導致接地故障的發生。

2）艦船建造時，照明燈具接線“碰殼”問題往往會導致電氣接地故障；使用“自攻螺釘”來固定安裝在內裝板上的設備時，經常由于刺穿電纜絕緣等問題導致電氣接地故障。

在船舶建造、修理及日常管理過程中，需要對電氣設和電網的絕緣性能進行定期測量，并將測量數據進行對比。必要時可繪制相應的曲線圖，以此來判斷絕緣電阻的變化趨勢，進而制訂對電氣設備和電纜的檢修、更換及保養計劃。本文將以電力系統中常見的電動機和電纜為例，重點分析其絕緣電阻的變化情況。

1.2 電動機絕緣性能分析

1）當電動機絕緣電阻在1 MΩ以上時，電機處于正常工作狀態，可隨時投入運行。需注意其工作環境的變化并避免長期在過載臨界值處運行電機。

2）當電動機的絕緣電阻在0.1 MΩ～1 MΩ范圍內時，在電機停止工作后，可利用其自帶的加熱器或燈泡進行烘潮操作以提升其絕緣性能。在電動機重新投入工作前測量其絕緣電阻，若仍未恢復，則嚴禁工作并應及時進行維修保養。

3）當電動機的絕緣電阻在0.05 MΩ～0.1 MΩ范圍內時，應將電動機進行解體清潔、烘烤、浸漆操作，使其絕緣電阻穩定在1 M Ω以上。在緊急情況，必須將電動機投入使用時，若電動機絕緣性能降低為受潮所致，可采取“點動”方法以提高其絕緣性能。

4）當電動機遭海水浸漬，絕緣電阻嚴重降低時，為了避免更換全部繞組，可將海水浸透的電動機放在溫度為80℃左右的蒸餾水中，浸15 h以上，使電動機內的鹽分完全溶解于蒸餾水。然后，采用真空烤爐加熱干燥繞組，并測量繞組的絕緣值，若絕緣情況顯著改善，則電動機可繼續采用。

1.3 船用電纜絕緣性能分析

艦船用電纜由于長期運行在濕熱、高溫、振動、鹽霧和油霧等不良環境中，其絕緣材料會逐漸老化，進而導致電纜的絕緣性能降低，嚴重時甚至引起火災，危及艦船的航行安全。

1.3.1 電纜絕緣電阻測試方法

1）測試設備：經檢定合格的兆歐表。

2）測試電壓選擇：額定電壓為36 V～500 V的電纜采用500 V兆歐表進行測量；額定電壓500 V～3 300 V的電纜，采用1 000 V的兆歐表測量。

3）將電纜與設備的接線端脫開，令電纜的屏蔽層接地，測量導體和屏蔽層之間的絕緣電阻及芯線與芯線之間的電阻值。

1.3.2 檢測依據

電纜芯線與芯線之間、芯線與地（屏蔽層）之間的冷態絕緣電阻應大于5 MΩ。

1.3.3 電纜絕緣檢測數據應用

一般情況下，電纜絕緣數據檢測只適用于船東計劃延長艦船使用周期的改裝工程，目的是為了控制改裝成本及避免更換電纜帶來的牽連工程。而對于其他情況，則應按相關標準和規范要求對電纜進行定期更換。

1.4 電氣接地故障查找方式

電氣接地故障可通過絕緣狀態和性能進行判斷。當電網斷電或設備未供電前，可根據便攜式兆歐表測量的靜態絕緣電阻進行判斷；當電網帶電時，根據配電板式兆歐表或交流絕緣監測裝置測量得到的動態電阻進行判斷。動態電阻能較好地反映環境、介質損耗、極化以及機械振動等因素對電阻的影響，從而更為真實地反映電網的絕緣狀況。

1.4.1 絕緣儀表法查找故障

1）配電盤式絕緣儀表工作原理

配電盤式絕緣儀表電路圖見圖 1。當船舶電力系統為理想絕緣狀態時，電網與船體之間無漏電，儀表指針停在∞標記處。當發生任意一相接地時，便有電流通過測量電路，電流由整流電源正極到儀表指針正端并通過兆歐表的接地端和電網的接地點構成閉合回路。開關K用于380 V和220 V網絡測量轉換。配電板式絕緣儀表可指示電網的絕緣電阻數值，可通過附加聲光報警器增強報警的效果。

圖1 配電盤式絕緣儀表電路圖

2）確定故障區域

在出現接地故障后，首先要確定故障區域，分析在絕緣儀表發出報警時，船舶中分別有哪些電氣設備正在運行、哪些設備處于惡劣的工作環境，并對其采用切斷電源的方法進行查找。若在切斷相應的配電開關后，報警消除，則可確定故障發生點。

通常以線路中每個開關作為“結點”進行分段排查，排查順序一般為主配電板→區域配電板→分配電箱→具體用電負荷。對于照明系統，為減少查找的工作量，可使用分割法進行排除，將配電開關后的照明負載分為2路，利用兆歐表分別測量，然后集中排查電阻較低的一路。

1.4.2 交流絕緣測量裝置法查找故障

配電盤絕緣測量儀表只能起到監視絕緣狀態的作用，對于具體故障點還需要人工排查。新型交流絕緣測量裝置不僅能監測接地故障，還能快速指出故障位置，進而提高了故障排查效率、減輕了艦員的勞動強度。

1）交流絕緣測量裝置的組成

如圖2所示，交流絕緣測量裝置通常包括主機、液晶顯示器、轉換器和傳感器。主機由CPU板、信號源板、繼電器板、電源、電連接器和接線端子等組成。主機內所有電氣信號通過總線通信方式相互聯系，主機通過機箱上的電連接器及接線端子和外部信號相連。轉換器由CPU板、信號放大板及電源板組成，主要完成380 V和220 V各支路傳感器的輸出信號采集，并與主機通訊聯系傳送故障支路號及故障支路阻值。液晶顯示器分別顯示絕緣電阻值、故障支路編號和系統運行狀態等信息，具備實時記錄和歷史查詢功能，并配置有操作按鈕。傳感器用于感應電網支路的泄漏電流，其輸出信號通過相應的轉換器處理后，向主機提供故障定位信息。

圖2 交流絕緣測量裝置系統組成示意圖

2）接地故障的查找

當三相負載平衡或無相線接地時，三相電流的瞬時值之和恒為零，因此，導線周圍的磁通恒為零。當發生單相接地時，三相電流的平衡被破壞，從而引起磁場的變化。傳感器采集磁場變化信息，經轉換器進行相應的數據轉化后提供給主機，進而判斷出故障點。

2 電氣接地故障的預防措施

2.1 加強管理，提高思想意識

船舶電力系統，通常為三相三線絕緣供電系統。當線路中發生一相接地時，只會引起非接地相的電壓升高，電氣設備仍可正常運行。但若不及時排除，當再有一相接地時，則會引起短路故障、開關跳閘，進而對電網供電的可靠性造成不利影響。因此，機電設備管理人員應加強對接地故障的風險意識，嚴格遵守規章制度，切實避免接地故障的發生。

2.2 定期測量絕緣電阻并做好記錄

1）根據系統和設備的電壓等級，選用相應的兆歐表。

2）通常情況下，動力網絡絕緣電阻應≥1 MΩ,照明網絡絕緣電阻應≥0.5 MΩ。

3）建立數據庫管理系統，并將數據作為維護保養的基礎。

2.3 加強設備的管理

1）保持電氣設備密封的完整性。對于安裝在露天環境與潮濕處所的電氣設備，應定期觀察密封膠圈的老化程度并及時進行更換。對于帶有填料函的設備，在電纜引入密封后可用熱縮膠管進行密封，這樣可提高密封性能并避免密封膠圈的老化。

2）避免電氣設備長時間過載運行，防止絕緣部分由于過熱而老化。應合理選擇熱繼電器和空氣斷路器并按相關標準對過載數值進行整定。

3）設備接線應符合相關工藝要求，盡量采用冷壓銅頭，避免電纜芯線刺穿絕緣。

4）內裝艙室安裝固定相關設備時應注意電纜分布情況，避免安裝螺釘刺穿電纜絕緣層。

2.4 強化技術保障，防微杜漸

1）采用變壓器進行2次隔離

由于影響電氣設備絕緣性能的主要因素是潮濕環境，因此，對于安裝在廚房和浴室等潮濕處所的電氣設備，采用隔離變壓器進行2次隔離，進而避免由于上述電氣設備絕緣性能的降低對電網其他設備造成影響。

2）采用新型交流電網絕緣監測裝置

隨著現代科學技術的發展，新型交流電網絕緣監測裝置不僅能對電網的絕緣性能進行監測，還能快速指出接地故障點位置，進而為船員快速排除故障提供了技術保障。

3 結論

船舶電氣接地故障對電網的安全可靠運行極其重要，為了避免接地故障的發生，應從提高安全意識入手，加強對電氣系統絕緣電阻的測量和監視。及早發現潛在的故障隱患，并采取科學合理的方法迅速排除，確保船舶和人員的安全。