船舶电站基本上是由柴油机、发电机,以及由开关电器、保护装置、测量仪表、控制设备等构成的主配电板组合而成。船舶电站是船舶航行的关键设备,如果在航行中出现故障,将直接影响船舶航行的安全。现有船舶电站故障现象尽管表现各不相同,但故障产生基本上可分为以下几种主要类型:

1. 主配电板的常见故障
主配电板是对船舶主发电机所发出的电功率及向全船用电设备供电进行通断、监视、控制和保护的开关设备和控制设备的组合配置。主配电板通常由发电机控制屏、并车屏、负载屏、起动屏等组成。发电机控制屏是用来控制、调节、监视和保护发电机组用的,每台发电机组均需配备有单独的控制屏。船舶发电机的短路、过载或欠压保护是通过万能式自动空气断路器的保护装置来实现的。自动空气主开关不仅用作正常电路的断开或闭合,而且也是一种自动切断故障用的保护电器。当电网上出现短路、过载、或欠压等情况时,主开关的过载线圈能准确地反映过电流或欠电压的大小,并在其达到整定值时控制开关的脱扣机构断开主开关,从而实现对发电机保护的目的。我公司船舶的主开关大都是“DW”
系列或“AH”系列,尽管主开关的型号多种多样,但它们的结构特点大体是一样的,一般包括: 触头系统、灭弧室、过流脱扣器、失压脱扣器、分励脱扣器、自由脱扣机构、电动操作机构和手动操作机构、锁扣装置等。如果主开关因故障合不上闸,首先要检查四连杆传动机构、脱扣锁钩是否接好,过载、失压、分励脱扣器是否复位。然后再检查主开关的半导体脱扣器的控制电路板是否有故障,可以将备用的电路板换上,使主开关正常工作。对于新安装的主配电板要检查各部螺栓是否松动。如:母线螺栓有一项松动,就会造成三项电流不平衡,加上负载后使另外两项过电流而掉闸。对主配电板在运行中的保养要着眼于日常的认真维护,因为船舶经常处于在海上航行,要有自己进行维修的能力。以下是保养检查的主要项目:
(1)由于主配电板经常发生振动,因此故障多发生在振动较强烈之处,所以要检查引起振动的原因并排除之,如躲开共振转速,增加防震垫片等。
(2)尘埃是造成接触不良的原因,对接线端子座及防尘罩等容易附着灰尘的场所要经常清扫。
(3)运行中经常检查仪表的指针指示是否准确,特别当负载起动、停止时注意指针的动作状况是否正常,从仪表的数值可以判断机器运转状况。
(4)保护装置的整定值不允许轻易变动,当在使用状态而必须改变保护动作值时,必须在改变处做明显的标记。保护装置动作时,例如断路器断开时,需确认是由于逆功继电器动作、过载脱扣还是失压脱扣引起的,并做好记录。
(5)控制开关、转换开关操作时,观察其控制仪表的变化情况,可以确认其接触是否良好。

2. 发电机的故障
发电机发不出电来,可能有以下几种原因:
(1)无励磁电压———检查励磁机或整流器。
(2)有励磁电压,无励磁电流———电刷滑环接触不良,励磁绕组断线。
(3)大修后,激磁绕组的接线未能保证磁极按N———S极性交替分布。
(4)发电机长期未使用,对于自激式同步发电机来讲,磁极剩磁可能不足,不能自激,应充磁。
(5)电机有剩磁,但励磁电流流向未能起助磁作用不能自励,颠倒电刷极性即可。
(6)发电机的绕组温度高,主轴承温度高,这通常是由于绕组绝缘下降、灰尘太多散热不好、主轴承磨损等原因造成的。做法是结合船舶检查,定期对发电机进行拆检、清洁、浸漆、烘干、更换轴承等。
(7)由于振动造成发电机线头断路,特别是用4135系列柴油机做原动机的发电机,比用6135 系列柴油机的离心力大,振动也大,发电机的可控相复励自励恒压装置的线更容易被震断。对于这些问题,除了采取保证发电机与原动机的轴线一致、减少震源外,还采用将可控相复励恒压装置用支架托起与发电机这一震源隔离的方法,解决这个问题。

3. 发电机电压不稳的原因及预防措施
(1)原动机的转速不均匀。
(2)原动机的速度变动率过小。
(3)原动机调速器的灵敏度过高。
(4)对采用往复式运动的原动机其驱动转矩的频率经常与发电机的固有频率相分离,为此需要适当加大其惯性轮。
(5)在发电机转子的磁极上加装制动绕组。其作用与感应型电动机的鼠笼相似。当转子以同步速度旋转时,与发电机旋转磁场的相对速度为零,制动绕组不起作用,当转子产生振荡时,转子的转速不再是同步转速,此时制动绕组切割旋转磁场产生感应电流,由于这个感生电流生成的转矩总是阻碍转子速度的变化,从而抑制了“摆动”。
(6)为了使调速器的灵敏度不致过大可装设阻尼器,给调速器的动作加入一延时时限。
(7)适当地加大发电机原动机的速度变换率,即增大调速特性的斜率。

4. 如何保证两台以上发电机的并联运行
船舶电力负荷随船舶工况的变动而经常变动,对发电机来说,一般都设计成接近满负荷使用时具有最高的效率,因此船舶电站总是设计成两台以上的发电机组成。在小负荷时,适宜于单机运行,而负荷大时,则采用两台以上发电机并联运行。为了保证供电的可靠性和连续性,船舶电站设置有备用发电机组,当要检修运行中的发电机组时,先将备用机组起动并与电网并联后,再转移负载,这样可保证在不停电的情况下检修运行中的发电机组。为了使并联运行的发电机保持稳定地工作,每台并联运行的发电机必须满足如下电气方面的条件:
(1)各发电机的电势大小应该相等。如果并联运行各发电机的电势大小不等,在发电机相互间将会有功环流流通,使各台发电机电流的相位即功率因数发生变化。由于无功环流会引起发电机心枢的铜损增加,使发电机过热。
(2)各发电机电势的相位应该一致。如果并联运行各发电机的相位不同,在发电机互相间将会有有功环流流通,有功环流会产生整步功率使各台发电机电势相位趋于一致。由于并联运行的发电机之间存在这个有功环流,使相位超前的发电机增加了有功负荷,从而使各发电机的负荷分配不均匀。
(3)各发电机的电势的频率应该相等。当频率有差异时,在不同的瞬间也会引起各发电机电势的不同的相位差,与相位不一致时会引起有功环流以使其相位趋于一致,但由于转子的惯性,造成转子在整步功率作用下产生周期的振荡,当频差过大时,由于相位差也过大甚至会造成发电机失步,使并联运行成为不可能。

5. 船舶电网的维护和常见故障排除方法
船舶航行的安全,要求船舶电站供电有高度的连续性、可靠性和安全性。它在很大程度上取决于船舶电网的绝缘状况的好坏。船舶电网的绝缘降低或损坏,会造成漏电乃至击穿,可能引起舵机失灵,配电板掉闸,甚至引起人员触电和火灾。因此,对船舶电网的最低允许绝缘电阻有一定的规定和要求。
船舶电网最低允许绝缘电阻值
项 目最低绝缘电阻值(MΩ)
电力线路0. 75
电压100V以上的照明线路0. 75
电压100V以下的照明线路0. 2
电压100V以上的船内通信线路0. 75
电压100V以下的船内通信线路0. 35
航行灯、信号灯线路0. 5
长度在6m以下的配电板1
长度在6m以上的配电板0. 5
由于船舶电网常年运行在潮湿、高温、振动和油雾等恶劣的环境中,常常使船舶电网的绝缘电阻降低,以至达不到规范的要求,为此必须加强对船舶电网的维护工作,保持电网具有良好的绝缘水平。

5.1 船舶电网的维护
(1)船舶在航行、制造或者修理时,都必须仔细谨慎地维护电网,防止电网绝缘电阻降低,防止电缆芯线之间电缆与壳体之间发生短路及遭受机械损伤船舶电气的故障排除及维护保养 卢嘉航17或电焊火花烧伤。
(2)平时,特别在恶劣的船舶使用条件下,要加强电网绝缘的监测。除采用常用的绝缘指示灯、兆欧表外,建议采用能连续带电测量,自动发出声光报警信号的ZCB 型电网绝缘监测仪。主要电气设备的绝缘电阻值应记录备查。
(3)船舶在建造或修理时,当敷设完线后,要做好端头封闭的接线工作,不要搁置过久,暂不进入电器设备的电缆头必须严封,以防潮气进入电缆芯。
(4)加强配电板的维护,局部停电或定期检修时,吹除不带电设备上的灰尘,以防由于潮湿、凝露等影响,在绝缘体上形成表面导电层。
(5)在电缆附近进行气割或电焊工作时,应在电缆上覆盖石棉被,以防止火花飞溅而烧伤电缆。
(6)配电箱的门锁应经常锁住,并有专人负责。
(7)经常检查电器设备、电缆是否受机械损伤、有无水渍及其他杂物侵入,发现情况应立即处理,要经常保持电器设备干燥和清洁。
(8)经常检查设备上的绝缘材料表面是否完整,有无发霉现象。电缆端头与设备连接金属体应无氧化及锈蚀,发现情况应立即采取相应的措施。
(9)应尽量少打开电气设备的密封壳体,如必须打开,则关上时应仔细可靠地恢复密封。
(10)设备在保养期间,对某些设备应定期通电工作一定时间。

5.2 船舶电网常见故障和排除
(1)电缆绝缘电阻低于最低允许值
a. 从用电设备开始,依次断开各段电网,一直到主配电板;按顺序测量,找到引起电网绝缘电阻下降的电缆;
b. 对潮湿的电缆要将电缆揩干后,进行外部加热,短距离的电缆可以利用高瓦数电灯加热烘烤。
c. 长久不用或跨舱的电缆,可以通过低压短路电流加热,但必须防止加热温度超出规定的允许值。
d. 主配电板可以通热风,但通风机的出口温度不得高于90～100℃。

5.3 电缆、电线发生短路故障
a. 确定损坏的区域;根据开关跳闸或熔断器的情况确定故障线路,当这个线路上并联多个支路和用电设备时,一般采用“逐条消除法”;
b. 检查线路是否短路,可以用兆欧表来测量电缆芯线之间的绝缘电阻,当短路时,所测得的绝缘电阻接近于零。注意在测量电缆时,电缆所接的用电设备应断开;
c. 确定产生短路的原因和性质。如导线选择是否恰当,长期过载运行后,绝缘层是否老化、导线接头是否脱落;电缆是否受到机械损伤等。

5.4 电缆、电线发生断路故障
断路故障往往是由于短路使保险丝烧断,接头处脱落,触头接触不良,导致断线等原因引起的。
a. 断路故障的检查:带电检查,可用电压表或校验灯,如果某两点间量出有电压或校验灯发亮,说明该两点间存在断路点。不带电检查可用万用表的欧姆档,因为断路点的电阻R = ∞。
b. 对于三芯线的电缆,可以利用电桥或万用表来测量两个回路的电阻值。其中每一回线由一对芯线组成,并在两组成回线的芯线的一端相互连接起来。测量所得的同线电阻比组成回线芯线有的电阻大得多,则说明有一根或两根芯线断线。在芯线完全断了的情况,则回线电阻值接近于无穷大,倘若芯线与壳体连接,则回线电阻值决定于对壳体接触电阻值的大小,上述方法也亦可用于检查多芯电缆。

5.5 电缆损坏处的寻找方法
在确定故障的性质后,关键是准确地寻找到故障的地点,这样可避免更换整条电缆。特别在航行中是无法及时更换的,只能采取临时连接的措施来消除航行中的危险。
a. 磁针法
利用磁针法寻找成束电缆损坏处,所有的电缆都应该断电,将磁针沿着电缆移动,同时连接接通和断开电池。由于电缆上电流反复变化所产生的磁场,使磁针移动到损坏处时,摆动就停止。
b. 回线法
运用电桥的原理,采用惠斯登万能电桥或其它直流电桥作为测量仪器。由于电缆芯线的电阻与长度成正比,所以,能得出下列公式:
LX =2LR2R1 + R2
, 式中: LX —测量处到损坏处的距离, L —电缆的长度, R1、R2 —电桥臂的电阻,当电桥平衡建立之后,根据上式就可以求出距损坏处的距离。
c. 电桥法
需要寻找大截面的电阻为百分之几欧的电缆损坏处时,可以采用电桥法。电桥平衡建立之后, 根据下式确定所要求的距离:
LX =RXLRX + R Y=RXLRB 式中: RX和R Y—电缆端至损坏处的一段电阻