船舶應急發電機啟動故障分析

◎謝浩武 中遠海運特種運輸股份有限公司

在現代機械自動化社會中，電力就是船舶的能量來源，對于船舶來說，應急發電機和主發電機構成船舶電力供應的重要組成部分，也是船舶各類電子和機械設備的最后一道安全防線。主要作用是在主配電板失電的情況下，恢復對航行燈、信號燈、船內通訊設備、探火及火災報警系統、緊急消防泵、緊急方向舵等設備的供電，在45S范圍內快速啟動并網運行，使船舶安全得到保障。由于應急發電機的重要性，自然成為各國PSC檢察官和驗船師重點檢查檢驗的關注對象，所以對于船舶來說應該根據公約要求和體系規定，對應急發電機進行定期試驗，對各類人員進行培訓。但是由于應急發電機真正使用時間不多，反而因頻繁的啟動試驗，導致起動裝置經常會出現故障。

1.SOLAS公約對應急發電機相關要求

當船舶應急電源的配置為自動起動應急發電機時，應急發電機的自起動應該滿足,SOLAS公約第44條提出的對應急發電機起動裝置的要求。要求如下：第一，每臺能夠自動啟動的應急發電機組都要有一臺經過主管機關認可的啟動裝置，并且至少要有連續啟動三次以上的能量。還應設有能在30mim中起動三次的第二能源，除非人工啟動能被證明是有效的。第二，對1994年10月1日或以后建造的船舶，應符合下述要求，以替代本條中第二句的規定：儲備的能源應受到保護，以免被自動起動系統耗盡，除非設有第二套獨立的起動裝置。此外，還應設有能在30mim中起動三次的第二能源，除非人工啟動能被證明是有效的。

上述兩點的意思可以解讀如下：

應急發電機在自動起動時，應急發電機的起動裝置或能源應該保證其能夠連續起動三次，如果三次都起動失敗，應該設有保護裝置不再使用該啟動方式起動，防止把該能源耗盡，一般船舶設置三次起動失敗發出報警（三次啟動失敗在平時的船舶測試中實際很少測試到，所以這一條要作為測試重點關注）；并且需設有獨立的第二起動能源，以滿足應急發電機能在30min內再次起動三次。如果沒有設置保護裝置，則需要另外設置獨立的第二套起動裝置。如果沒有第二套能源，則需要設置有人工起動的其它方式（例如人工曲柄、慣性起動器、人工充液液壓蓄能器等人工啟動方式，并且它們能被證明是可靠有效的）。通常應用在船舶上第一套啟動能源為蓄電池或壓縮空氣，第二套獨立起動裝置為人工液壓蓄能器，手搖彈簧蓄能器等。

根據以上所述發現，1994年10月1日及以后建造的船舶對儲備能源提出了更高的要求。例如某條船舶應急發電機為自動起動，僅有一種起動方式，設兩組起動蓄電池組，沒有對儲備能源設有保護。如果該船為1994年10月1日以前建造船舶，該種配備方式就是滿足公約要求的。如果該船為1994年10月1日及以后建造船舶，該配備就不滿足公約要求，至少還應對儲備能源設有保護或設有第二套獨立的起動裝置。

應急發電機等應急電源在SOLAS國際公約(海上人命安全公約)中有十分明確的規定。對總噸500噸以上的客船、貨船等，必須具備獨立的應急電源保障。有規范的應急發電機起動作業、日常檢查維修等規定。

SOLAS公約對船舶的緊急發電機和緊急電力供應能力和用途也有標準要求，應確保客船的供電要求為36小時，貨船的供電要求為18小時(一般船舶)。主要保障船舶及人員必要安全的艙室、應急通道、消防、通信、舵機等的正常使用和主要作業設備。

2.應急發電機概述、特點

2.1 應急發電機供電的要求

①在失電后45秒內能及時供電；②應急情況下，保證船檢要求的3小時、18小時有關場所的照明；③應急時保證以下設備18小時供電；航行燈、信號燈、船內通訊設備、探火和火災報警系統、所有應急狀態需要的艙內信號設備和消防泵、白晝信號燈、船舶號笛、手動失火按紐、航行設備、操舵裝置、GMDSS。

應急情況下，自動供電并保證舵機至少連續30分鐘工作。

2.2 應急發電機組的啟動裝置要求

①應急發電機組應在溫度為0℃的冷機狀態下，仍能立即起動。否則需要配備主管機關認可的加熱裝置，以確保發電機組能立即起動，從失電到應急配電板恢復供電時間不得超過45s；②自動起動的應急發電機組，均應設有主管機關認可的起動裝置，其儲能容量至少能供連續三次起動，如以蓄電池啟動需要關閉充電的情況下滿足連續3次啟動；③除了如蓄電池自動啟動還需要有人工起動有效方式，否則需設有在30min內再起動3次的第二能源，以防止自動啟動失敗而反復啟動把啟動能源耗盡，而人工起動有效方式可為啟動有效的手搖曲柄、慣性起動器、人工充液液壓蓄能器或火藥填充筒，目前大部分船舶采用人工充液液壓蓄能器和手搖彈簧蓄能器；④用于應急發電機啟動的儲備的能源均應設置在應急發電機處所內，如啟動氣瓶，啟動蓄電池組等，不得有任何其他用途，且由應急配電板保持能量，例如蓄電池充電裝置由應急電供電，若為壓縮空氣啟動方式，機艙空氣到啟動氣瓶進口設有止回閥，若是獨立空壓機為其供氣，空壓機需應急電供電。

2.3 其他應急電源要求

①臨時應急電源規定：臨時應急電源（UPS）整個供電期間將蓄電池的電壓保持在其額定電壓的±12%以內而不需重新充電，并具有足夠的容量，至少供電0.5h（24V持續供電30min后不低于21.12V）；②整個應急系統的定期檢測要有規定，自動啟動裝置的檢測也要納入其中。③在船舶處于正浮和橫傾達22.5°，或首尾縱傾達10°，或在這些范圍內出現任何組合的傾斜角度時，都應設計布置應急發電機及其原動機和任何應急蓄電池組，以保證其仍能發揮全部額定功率的效用。④第II-43/3.4條于1998年7月1日或以后建造的船只，如有恢復推進所必需的電力供應，則在全船失去電力后的30min內，應能使其從癱瘓的船舶狀態恢復。

2.4 定期檢查、運轉試驗

①潤滑、燃油系統：檢查柴油柜油位是否足夠、供油系統及速閉閥開關試驗（3個月）是否正常、檢查淡水及水位加熱是否正常、柴油機曲軸箱油位及油質是否正常，及時補充燃油（燃油量要滿足應急發電機額定負荷下運轉18小時）和機油并泄放燃油柜的凝結水；②進排風系統：檢查艙室風機功能是否正常，應急發電機風機風門、風板是否活絡，是否可能有效關閉，正常時是否始終處于開啟位置；排煙管的隔熱絕緣保護正常。③啟動和自動控制及控制屏：檢查起動電瓶及液壓蓄能裝置是否正常，蓄電池效能及充電裝置是否良好，應急配電板是否處于自動狀態，應急配電板及控制屏是否無異常報警及閉鎖。④清潔管理：檢查艙室各裝置整體是否整潔，是否符合防火安全要求，無雜物存放，地板絕緣墊良好，照明狀態良好、應急柴油機高溫熱絕緣防護良好。⑤定期測試應急發電機相關安保報警功能，自動啟動與合分閘功能，并做好記錄。

2.5 應急發電機報警大致列表

①應急發電機安保--冷卻水液位低、高壓油管泄露滑油高溫報警功能及滑油低壓停車、缸套冷卻水高高溫停車、超速停車保護功能；②應急配電板安保--電壓、電流、負荷、絕緣、頻率異常報警；③主開關安保功能--失欠壓脫扣，過流脫扣保護，分勵脫扣功能。

3.應急發電機關鍵部件

應急發電機整套設備容易發生故障的關鍵設備有如下幾種：第一，啟動模塊（直流24V電啟動馬達、手動彈簧蓄能啟動馬達、手動液壓蓄能啟動馬達、免維護啟動蓄電池）；第二，電氣設備的各類探頭（溫度探頭、壓力探頭、速度探頭）；第三，燃油系統的燃油泵及燃油濾器；第四，滑油系統的滑油泵及滑油濾器，第五，冷且水系統的冷且水泵及散熱器（包含冷切風扇）。

4.船舶應急發電機使用故障實例分析

4.1 案例一（電瓶故障）

2018年8月，廈門海事局的PSC檢查人員在對靠泊轄區的“XXX”輪實施PSC檢查。該輪于2009 年12月建造，有兩組堿性電池做為啟動能源，在對該輪的應急發電機進行啟動試驗時，啟動電池發生爆炸，應急發電機無法啟動。PSCO開出如下缺陷：EMERGENCY GENERATOR CAN NOT START DUE TO STARTING BATTERY EXPLODED DURING ENGINE TEST，行動代碼為17/10。

查該輪的應急發電機啟動裝置，為兩組電池啟動，儲備能源為另一組蓄電池，具有三次啟動失敗報警停止啟動功能。由于該輪應急發電機啟動電池爆炸，導致無法啟動發電機，且對人身安全帶來了一定的安全隱患，PSCO暫時停止了檢查，船方也立即安排人員檢查修復，在更換新的蓄電池組、重新接線檢查完整后，對兩組蓄電池都做了啟動試驗，均正常，所以做出了17/10的處理意見。

SOLAS公約對應急發電機的啟動裝置要求S74（91-92AMEND）//CII-1//R44（1994年10月1日或以后建造的船只）：除非有第二套獨立的起動裝置，否則儲備的能源應得到保護，以免被自動起動系統耗盡。此外，除非能證明人工啟動有效，否則在30min內還應該有能啟動3次的第二能量。

需要說明的是應急發電機組均應設有認可的起動裝置，在公約上沒有強制性規定要哪一種啟動裝置，一般除蓄電池外，還有壓縮空氣，人工啟動等（包括液壓儲能，人工曲柄等），公約對儲備啟動能源做了要求：①應急配電板保持電力、液壓啟動系統；②可用主副壓縮氣瓶或配有合適止回閥的應急空壓機來保持壓縮空氣啟動系統，如電力驅動應由應急配電板供電；③除操縱應急發電機組外，所有這些起動、充電、儲能設備均應設置在不能用作其他用途的應急發電機處。但也不排除透過設于緊急發電機處所的止回閥，由壓縮空氣系統的主或副系統將空氣供給緊急發電機組的氣瓶。在不要求自動啟動的情況下，如能證明有效的人工曲柄、慣性起動器、人工充液液壓蓄能器或火藥填充筒等，都可以允許人工啟動。

案例一分析：目前應急發電機啟動電池主要有兩類：酸性蓄電池與堿性蓄電池。船上一般多采用酸性蓄電池，堿性蓄電池應用也越來越多。目前遠洋船舶充放電板大多配置的是浮充電和恒壓充電相結合的設施。平時蓄電池處在浮充電狀態下，定期進行恒壓充電維護電池性能。酸性電池充電時電解液的比重上升，放電時電解液的比重下降，標準的比重為1.27，一般都用比重計來測量充、放電的程度。堿性蓄電池即免維護蓄電池，分為鐵鎳蓄電池、鎘鎳蓄電池、銀鋅蓄電池等系列，其中鎘鎳蓄電池在船上應用最多，堿性蓄電池充電時候電流要比酸性電池小，且時間不能過久，其上部設有觀察孔，以觀察電池電量狀態。其主要原理是：底部有小浮球，而蓄電池使用過程中電解液比重是變化的，比重變，浮球的高度就會變，通過折射后顯示的狀態就不一樣，從而達到判斷電池電量狀態的目的。綠色或者藍色表示狀態良好；黑色或者紅色表示需要充電；白色表示電池需要更換。如圖1所示。

圖1 蓄電池電量狀態圖

圖2 蓄能器故障

堿性電池由于方便免維護，越來越多的船舶使用，爆炸可能原因有：①浮充電流過大，一般短時大電流浮充不會引起爆炸，但是如果長時間電流過大，比如兩倍的額定浮充電流，造成干水現象，發生短路，則會造成堿性電池爆炸。②高溫，擺放不當，沒有適當的防搖碰措施，氣孔堵塞，氣體（氧氣和氫氣）無法有效釋放也會產生爆炸。③初次、活性化充電或者均充后期不斷產生氫氣，接近火花或者線路短路也會造成爆炸。

通過大量的數據分析總結，結合電池商家的建議，一般船舶應急發電機的蓄電池生命周期為2-3年，因各船情況不同，使用年限會變化，但是作為應急設備使用，重要設備的重要備件必須保持良好狀態，所以應急發電機的電池2年就必須全部換新。

4.2 案例二（蓄能器故障）

20180803天恩輪進行抵港檢查，用電動啟動方式試驗應急發電機，啟動并電一切正常。進行第二種啟動方式啟動，即人工彈簧蓄能器手動啟動應急發電機，啟動器搖到啟動位置（紅線位置），壓下啟動手柄，結果只運行到一半，發電機啟動失敗。再次重復人工啟動步驟，搖動啟動器時，手柄很松，彈簧無法蓄力。因為之前使用電動啟動方式一切正常，所以基本排除了其他方面的故障，可以初步判斷為人工彈簧蓄能器故障。進行解體拆檢，發現彈簧蓄能啟動器，內部離合器斷裂成三塊，無法蓄力，嘗試焊接，因為離合器是鑄鐵所以無法正常修復。這種情況以前同類型的彈簧蓄能器已經多次出現，因為內部原件部分是鑄鐵，所以經過多次試驗，達到生命周期自然斷裂，導致整臺彈簧蓄能器無法使用。

通過大量的數據分析總結，結合彈簧蓄能器商家的建議，一般船舶應急發電機的蓄能器內部部件的生命周期為2年，因各船情況不同，使用年限會變化，但是作為應急設備使用，重要設備的重要備件必須保持良好狀態，彈簧蓄能器內部的各部件盡量提前預定，在生命周期到達之前優先更換完成，保持設備的完好。

4.3 案例三（電瓶故障）

圖3 液壓泵示意圖

圖4 故障部件活塞組件

圖5 破損的密封令

圖6 尼龍泵車制密封件 泵壓能到28MPa

2012年6月8日中遠海運昆侖山輪檢查試驗應急發電機，在進行功能試驗時，聯絡開關能夠自動分閘，應急發電機能自動啟動，但是不能自動合閘供電。檢查發現，當聯絡開關斷開后，應急發電機啟動運行，發電機運行燈不亮，EM’CY STOP SOURCE FAIL報警燈亮。6月21日抵港后，根據機務指導建議，檢查繼電器K88.9，其動作情況及是否有信號輸出，以及主開關是否存在問題。檢查繼電器K88.9，發現其控制主開關合閘的付觸點沒有閉合。檢查繼電器工作電壓，發現只有8.9VDC。即雖然K88.9工作指示燈亮，但因為工作電壓過低，繼電器沒有完全吸合。在正常工作的狀態下（應急配電板有電時），檢查該控制線路的電壓是24.9VDC，實際操作的時候，應急配電板失電，該24VDC電源由通用應急電瓶供電，而此時的電壓明顯不正常；應該是通用應急電瓶失效引起。用應急發電機起動電瓶外接24VDC電源代替原來的由通用應急電瓶供電，試驗應急發電機自動啟動，自動轉換聯絡開關，自動合閘工作正常。可以判斷應急發電機合閘故障原因在于DC24V電源不正常，同時可以判斷應急主開關工作正常。

經過一系列的排查，最終確定4塊通用電瓶已損壞，盡早向公司申請供應免維護12V 200AH通用應急電瓶4塊。

4.4 案例四（時間繼電器）

樂泰輪2010年4月1日模擬試驗主配電板失電，在關斷駕駛臺羅經雷達等貴重電航設備后，拉開應急配電板聯絡開關到“OFF”位置，在正常設定的5秒延時后發現應急發電機沒有啟動，甚至一分鐘后應急發電機沒有自動起動。船舶立即組織人員成立技術小組，進行排查故障，通過查找說明書及現場的故障現象判斷，優先排查時間繼電器K14，于是指派電機員將自動起動控制時間繼電器K14的15、16短接，應急發電機隨之成功起動，并在起動的30秒后自動并電，運轉正常。此時再將開關F01扳至“ON”位，應急發電機自動分閘，幾秒鐘后聯絡開關自動合閘。

初步判斷為K14故障，由于船上沒有該型號的繼電器，只好用另外一種替代，但是不能做到失電后延時5秒，而是失電后應急發電機立刻自動起動。裝好后再次進行了一次模擬試驗，應急發電機可以在失電后45秒內自動起動和并電。即確認是K14繼電器故障。

4.5 案例五（液壓蓄能器）

某輪應急發電機（ST X-6CTA8.3DMGE）第二起動裝置為液壓蓄能起動器(B50G53)，5月21日上午定期進行檢查試驗，發動機能夠電瓶起動，手動液壓啟動時，手搖泵泵壓只能到23.0MPa（操作規程要求30.0MPa），數次啟動應急發電機失敗。解體手搖泵，各鋼珠，彈簧均正常，主活塞低位密封件34發現破損，主活塞44頂部小活塞明顯腐蝕。

表1 船舶應急發電機易損部件維護保養周期統計表

因為沒有合適的密封件，用尼龍棒車制數個形狀類似環形件，經過數次試驗，一次性泵壓能到28.0MPa，啟動成功，數次試驗能夠啟動，泵壓時間有點長，大約5～6分鐘，滿足半小時啟動3次。

通過大量船舶的數據分析總結，結合液壓蓄能器商家的建議，一般船舶應急發電機的蓄能器內部部件每六個月拆檢一次，打開蓋子檢查內部密封原件是否變硬老化或破損，一般密封令的生命周期為2年，因各船情況不同，使用年限會變化，但是作為應急設備使用，重要設備的重要備件必須保持良好狀態，液壓蓄能器內部的各部件盡量提前預定，在生命周期到達之前優先更換完成，保持設備的完好。特別是液壓蓄能器內部的密封件，在生命周期臨近末期階段，容易老化，變硬，導致漏氣或斷裂，需要及時更換密封件。

5.結論和論述

對于不同啟動方式組成的應急發電機，檢測過程中采取的檢查方式與重點都不同，需要把檢測方法跟該機型采取的啟動方式一一對應。對于采用蓄電池組合方式的蓄電池起動，在檢查時，主要是檢查船舶的應急動力源是否符合SOLAS公約的要求，同時對蓄電池的數量、質量等進行檢查；對于彈簧蓄能器啟動的應急發電機，檢驗的重點是彈簧蓄能器是否正常蓄能，內部的彈簧或嚙合齒輪有無斷裂；對于液壓蓄能器啟動的應急發電機，檢驗的重點是液壓蓄能器是否正常蓄能，內部的蓄能皮碗有無破裂，能否正常建立起壓力，有無漏油現象。應急發電機檢修力度到位，針對相應問題采取相應對策，在保證及時發現應急發電機故障或隱患的同時，還能有效提高檢查效率，解決檢查中的常見問題，保證應急發電機時刻處于良好狀態。

通過以上大量船舶故障事例分析可以看出來船舶應急發電機，出現的故障大部分來源于啟動設備，蓄電池啟動器、液壓蓄能啟動器和彈簧蓄能啟動器這三類起動裝置，作為應急發電機第二起動裝置比較普遍存在船舶應用中，三種類型的啟動器生命周期要加強管理，易損備件及時補充申請，保證應急發電機狀態完好，處于隨時可用，并且能按照規定帶上負荷，確保船舶的安全。

應急發電機基本上是PSC和FSC必查的項目，船上輪機人員要高度重視，熟練掌握其操作程序，定期測試，認真研習說明書，操作手冊，注意維護保養，準備必要的備件有備無患，有任何問題應盡快解決或尋求公司岸基支持，絕不可以存在僥幸心理，對工作負責，也是對自己負責。