船舶电站主开关跳闸原因分析及电力保障方案探析

韩纬华

（中国卫星海上测控部，江苏江阴 214431）

0 引言

电站作为船舶的心脏，其运行状态对整个船舶来讲，起着举足轻重的作用，而配电板主开关跳闸会造成全船停电事故。航行中的船舶，特别是机动状态的船舶，如不能立即恢复供电，会使船舶失去控制动力电源，船舶处于失控状态，极易引起触礁、撞船等重大恶性事故，后果不堪设想。因此，遇到跳闸后，应迅速赶赴现场，果断地采取有效措施，力争在最短时间内恢复供电。

1 主开关跳闸原因分析

主开关跳闸大体可分三种情况。

1.1 电气方面

为了保护发电机的正常发电和用电设备的正常运行，主开关上设置了过载、短路、失压和逆功率等保护功能。

1.1.1 过载保护

过载保护是为了防止因过载而损坏发电机装设的。发电机过载的原因主要有[1]：1）由于对负荷值估计不足而引入了过量负载使发电机过载。一般在离靠码头期间，如果只有一台发电机供电的情况下，锚机和收缆机等大功率设备同时起动，负荷电流较大引起过载延时跳闸；或者在赤道等炎热地带，空调等大量设备运行，负荷较大，此时如果再起动空压机等大的负载，也容易引起过载跳闸；2）并联运行的发电机之间负载分配不均匀或因为其中一台发电机损坏而将负载全部转移至另一台发电机上所引起的，这种情况比较常见。

1.1.2 短路保护

船舶发电机的短路保护是为了防止由于短路事故损坏发电机而装设的。短路的发生大多是由于电气设备和网络绝缘老化，遭到机械损坏或由于工作原因，人为失误引起的。常见情况是在配电板检修完毕后，没有仔细检查现场，遗留工具搭接两相导致短路跳闸；另一种情况是老鼠爬入配电板内，搭接在铜排上，引起相间短接导致短路跳闸。

1.1.3 欠压保护[2]

发电机的欠压保护，是为了防止发电机在低电压时接通，并保证发电机在电压过低时从电网上脱开，这是因为异步电机的转矩与电压平方成正比，当电压下降后，力矩减小，转差率增加，电流迅速升高，如果在低于80%额定电压下长期运行，电机会因过热而损坏。

1.1.4 逆功保护[3]

逆功率保护是通过逆功率继电器来实现的，逆功率继电器反映输入发电机功率的方向，当发电机向电网输送功率时，应保证其不动作；而当功率自电网送往发电机时，逆功率继电器动作，发电机主开关跳闸，使发电机脱离电网。

1.2 机械方面

首先，发电机主开关误动作而跳闸，即不属于主开关保护功能正常动作的跳闸，如由于剧烈振动，使失压脱扣线圈失电而跳闸等[4]。

主开关由于自身原因跳闸常见于：1）失压脱扣器的脱扣钩把持不牢；2）失压脱扣器反作用弹簧拉力过大；3）脱扣器间隙调整不当；4）钟表延时机构损坏。

某远洋船舶在停靠码头期间组织的一次船内备航时，1号发电机主开关合闸后立即自动跳闸，经查找原因，原来主开关内部的一个脱扣部件由于磨损导致出现滑扣现象，致使主开关不能正常合闸。某次航行期间，由于振动，失压脱扣线圈回路中连接导体的一个螺丝松动，线圈失电，导致开关跳闸。

其次，调整器失灵，使原动机的油门不能随负荷大小而做相应调节，转速过高或过低，超速保护装置动作而停机或欠压保护动作而跳闸。

再次，燃油系统渗水或燃油管系堵塞，燃油中断等，使原动机停车。

最后是柴油机系统的其它故障，如某次航行期间，正在运行的柴油机由于高压油泵柱塞被卡死，导致两台发电机先后停机，主开关相继跳闸，全船断电。

1.3 人为操作

人为操作等原因包括：1）关错燃油阀，使燃油中断等，使原动机停车；2）在对发电机操作时，新手由于紧张，错误按下分闸按钮；3）误将激磁旋扭旋到灭磁位置，导致发电机失压跳闸；4）主机人员与电工人员在解列发电机时口令协调不好，导致错误停机；5）并车时机不当。

2 应对措施

遇到跳闸事故，机电主管人员力戒惊慌失措，应保持沉着、冷静、果断、准确。视跳闸前后的具体情况采取相应措施，确保电站迅速供电。一方面立即起动备用机组，另一方面同时观察配电板上电压表和频率表，如二表指示正常，可关掉一些次要负载，重新合闸，仔细观察各指示仪表的变化，一切稳定正常，可继续送电使用；如果电压表、频率表无指示，表明发电机组或调压系统有问题，需进一步检查，待备用机组起动成功后，再合闸送电，然后进一步检查故障机组。

如果备用机组起动建立电压后，还合不上闸，说明负载有短路可能，应先关掉所有负载，再逐一送电，可把短路负载筛选出来，再进行检修。

发电机并车失败，引起跳闸原因及处理：

1）电网参数波动太大。并车时，负载剧烈变动（如多台负载同时起动），引起电网功率、频率、电压、电流大幅度波动，难以捕捉待并机与电网在频率、相位、电压上的一致时刻。并车时，常会因巨大冲击电流而使主开关跳闸，或因各台发电机因负载变化太大，瞬间无法合理分配，而使逆功率装置动作。因此，在并车操作时，应避开负载剧烈波动时刻或暂时关断剧烈波动的负载。

2）操作不当，不满足并车条件。准同步并车时，不是在频差、相位差及电压差为零时刻操作，引起冲击电流较大而使并车失败。粗同步并车中，相位差大于90º时，虽有电抗器限制电流，但过大的冲击电流仍可使主开关跳闸。因此，在粗同步并车时，频差和相位差也应分别限制在0.5Hz和90º之内，实际上是尽量使频差及相位差小些，最好使待并机的频率稍高于电网频率，其电压相位超前电网电压相位30º之内合闸。

3）空载并车。两台并联发电机都处于空载状态时，很难稳定工作，电网稍有波动，就会出现逆功率引起跳闸。一般来说，电网上运行的发电机应带有50%以上的额定负载时，再并一台较好。

4）未及时转移负载。对于无自动调频调载装置的船舶电站，主开关合闸，发电机并入电网之后，应及时转移负载，否则会因电网波动而出现逆功率跳闸。

发电机发生短时过载时，为了防止跳闸，应采取措施。船舶发电机主开关均装有过载延时保护装置时，如果过载的时间很短，小于发电机过载延时的整定时间，那么这种过载便不能够使发电机跳闸。当然如果过载的电流值很大，可能会因为过载长延时反时限特性或短路瞬时动作仍造成发电机的跳闸，因此在过载时间较长或过载电流较大的时候，可以暂时停掉那些较次要的用电设备，如次要的照明、住室通风和空调等，并且减少大功率用电设备的频繁起动，以保证重要负荷正常工作。待短时过载过去后或是发电机并车成功后再恢复这些次要用电设备的供电。

抢载时的处理，在两台发电机并网供电出现抢载现象时，值班人员应当及时调节，如果调解无效，应当迅速停掉次要的用电设备，如果抢载趋势继续上升，值班员要根据实际情况，迅速解列故障机组。

3 船舶电力保障方案

上文探讨了发电机主开关跳闸的原因以及跳闸后采取的应对措施，但确保安全、防患于未然，是确保船舶航行安全的头等大事。因此探讨发电机在船舶不同工况下的电力保障方案显得尤为重要。

1）平时加强值班人员的责任心，正规值班秩序，杜绝误操、漏操，坚决杜绝各种人为的错误；

2）平时做好发电机、配电板和其他电器设备的维护保养工作。出海前，做好有针对性的检查维修工作，如对配电板的螺丝进行一次彻底的紧固，对应急发电机自起动装置、对发电机主开关、励磁系统、自动电压调节器等进行一次检查；

3）正常航行时，一般为两台发电机并车工作，一台机组冷备，若有副机或发电机机组故障，可先起动冷备机组，然后解列故障机组并抢修；

4）船舶在进出港口、大风浪、狭水道航行时，应保持三台机组并网工作，一台机组冷备，如有一台机组故障，解列故障机组，起动备用机组工作，应尽量保持有三台同时工作；

5）在航行中如果有突然发生主电站配电开关跳闸时，应视情况分别处理：如果是单机跳闸，则首先切断风机、空调等生活设施用电，保障主机、舵机和航行设备用电，并迅速起动备用机组并网上电；如果是全船同时停电，则先让应急发电机组运行，保障照明、舵机和航行必须的通讯导航设备用电，然后再启动备用机组恢复供电；

6）船舶处于漂泊或锚泊时，若发生柴油机停机或发电机开关跳闸，应先起动备用机组发电，恢复正常供电后再分析原因并予以排除。

4 结束语

本文主要对船舶发电机主开关常见跳闸原因和应对措施进行了总结，对电力保障方案进行了探析。“出海无小事，电力保障无小事”，主开关跳闸的现象可能千变万化，作为电机员任何时候都必须保持清醒的头脑，根据不同情况采取果断措施。对跳闸原因进行分析，除了寻找应对措施的目的之外，更重要的是掌握规律，防止跳闸，积极探索可靠的电力保障方案，这是电机员最大的责任。

[1]郑华耀.船舶电气设备及系统[M].大连:大连海事大学出版社,2005.

[2]王锡凡.现代电力系统分析[M].北京:科学出版社,2003.

[3]吴庚申, 李成玉.电力推进船舶的中压电力系统[J].船电技术,2003(6):15-18.

[4]赵跃平, 王良秀.电力电气的发展与应用[J].上海造船,2008(4):56-63.