209K散货船压载泵软启动失败故障分析及对策

刘恒全

摘 要：船舶电气系统是船舶的核心，压载系统是船舶电气系统的重要组成部分，压载系统主要由压载水泵、压载水管路、压载舱及相关阀件组成，通过对压载水舱加、排水来调整船态。随着船舶电气化、自动化、信息化程度的不断提高，对船舶压载系统也提出了更高的要求。该文主要介绍20.9K散货船压载系统调试工作中的一点经验。

关键词：压载水泵；软启动器；船舶电气系统

中图分类号：U674 文献标志码：A

1 故障现象

20.9K散货船在主机动车系泊试验中，因船态达不到动车试验要求，需通过压载舱驳压载水来调整船态，使之符合动车试验要求；因此需对压载水泵进行通电；由于压载水泵的功率非常大（400 kW），无法直接用岸电进行供电。所以对外提交完发电机后，立马进行配电板恢复汇流排正常供电，并连夜对压载水泵进行通电调试；首先对压载水泵进行调试前的检查，检查电机及配电箱接线是否正确，压载水泵部件有无松动，电机绝缘是否达到要求，泵内及吸入管内的空气是否排尽，管路及相关阀件开关是否正确等；检查结束按下启动按钮后，压载水泵迟迟不能正常启动，只听到“吱吱”的声音，压载水泵能缓慢地运转，10 s后，只听到软启动器“嘣”的一声，启动失败，压载水泵停止运转。

2 故障分析

软启动器（softstarter）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，可以实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可以根据电机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，国外称为SoftStarter。

其工作原理：软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间；使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

软起动一般有4种起动方式：1）定时电压斜坡软起动；2）恒电流软起动；3）转矩控制软启动；4）自适应软启动。

根据压载水泵的控制原理图，可知，压载水泵的软启动属于内部旁路型（如图1所示）。

这类软启动器失败的原因有1）泵的原因（电机自身故障、泵浦堵转、进出阀比例有误）；2）软启动器控制电源电压不正常；3）软启动器的设置参数不合理（象电机类型、电机额定电流、启动方式、启动斜坡时间、起始电流、电流极限等）。

3 故障排除

为了及时排除故障，解决问题，准备好常用仪器仪表（兆欧表、万用表等）后，立即按步骤进行故障排查：1）用手盘动压载水泵，压载水泵能够正常转动，说明压载水泵浦没问题；2）用兆欧表对电机进行绝缘测量，电机绝缘在正常范围内；3）使用高精度万用表对电机各相绕组进行阻值测量，电机各相绕组的阻值也都正常，说明电机没问题；4）用电压表检查压载水泵软启动器的控制电源，供电电压正常；5）将其正常通电，查看显示板，在快速设置菜单里查看相关设置参数及数据，参数不做任何改变并记录下来，离心泵：电机额定电流為777 A；启动方式为自适应控制；自适应启动曲线为恒定加速；起动斜坡时间为15 s；停机方式为自适应控制；自适应停止曲线为恒定减速；停止时间为0。标准菜单中：①电机数据为1 A和777 A。②起动/停止方式：2A起动方式为自适应控制；2B起动斜坡时间为15 s；2C起始电流为350%FLC 2719A；2D电流极限为350%FLC 2719A；2H停止方式为自适应控制；2L停止时间为0。将显示板的界面调至显示[电流]界面，调节好进出口阀，再次对压载水泵进行启动，仔细观察电机电流的变化情况；压载水泵在启动失败的一瞬间，电流达到了3 200 A。

看到这一现象，立马翻阅厂家资料及软启动相关书籍。自适应控制的软启动方式，能自动使电动机的加速转矩和负载转矩相适应，使电动机得到一个合理的加速转矩，电动机起动平稳、快捷；它的受控参数是：加速；但受影响的性能参数是：启动电流、启动转矩；一般情况下，控制电机/负载加速的，采用自适应控制的软启动方式；控制电机启动电流的，采用恒电流的软启动方式。

自适应控制软启动方式下，软启动器会调节电流，使电机在指定的时间（启动斜坡时间）内利用所选的加速曲线（早加速、恒定加速、后加速）起动；自适应控制起动电机的速度不可能比直接起动方式快；如果起动斜坡时间比电机直接起动时间快，起动电流可能会达到直接起动电流水平；将起动斜坡时间改到最大值（20 s）时，电机还是不能正常起动。

恒电流是传统的软启动形式，启动时将一电抗型变压器高压侧与被启动电动机串联后接入电源，使电抗型变压器承担电源的大部分电压，电动机初始电压很低，利用现代电力电子器件逐步调低电抗型变压器低压侧的电压，同时被启动电动机的端电压逐步上升，达到电动机软启动的目的；所以把电流从零增大到指定电流，然后保持不变，直到电机加速为止；适用于必须把起动电流控制在特定水平下的启动。

通过检测软启动器启动失败时的最大瞬时电流，发现启动失败的原因在于参数设置，于是重新对参数进行设置，在快速设置菜单中，离心泵：电机额定电流为777 A；启动方式改为恒电流；自适应启动为曲线恒定加速；起动斜坡时间改为20 s；停机方式为自适应控制；自适应停止曲线为恒定减速；停止时间为0。标准菜单中：①电机数据仍为1 A和777 A；②起动/停止方式：2A起动方式为恒电流；2B起动斜坡时间为20 s；2C起始电流为400 %FLC 3108A；2D电流极限为400 %FLC 3108A；2H停止方式为自适应控制；2L停止时间为0。经过重新设置，压载水泵能正常启动并正常运行。

4 结语

电气系统的调试、故障分析不同于机械修理；电气故障看不见、摸不着，全凭测量、分析、判断和经验来解决问题。船舶电气系统发生故障从表面上看都比较复杂的，甚至会使电气工程师无从下手，这就要求电气调试人员首先要熟悉电气系统的特点和性能，同时也要掌握一定的轮机方面的知识，能从机、电方面综合考虑并扩展分析问题的思路，拿出最优化的解决方案。其次电气工程师还要有稳定的心理素质；通过现象冷静分析，重点检查。

参考文献

[1]方大千.软启动器、变频器及PLC控制线路[M].北京：化学工业出版社，2018.