船舶电气的接地故障及其对应处理方法

2021-07-02胡子谅

现代制造技术与装备 2021年5期

胡子谅

（大连海事大学，大连 116086）

电气接地故障影响船舶使用者的人身安全，因此在当前船舶安全管理需求较为强烈的情况下，加强对接地故障的关注并制定相应的改进策略，是很多船舶安全管理人员重点关注的问题。

1 船舶电气的接地故障影响

如果船舶电气接地设施出现故障，漏电流会对船舶使用者构成较为直接的影响。尤其在船舶的电弧具备很大电容值的情况下，零序电压会成为船舶安全的重要威胁因素。船舶电气的接地故障如果不能得到及时的识别和处置，船舶中的各类电气元件将会按照原有的方式运行。当这些元器件的稳定性缺失的情况下，间接性电路旁路将会构成对电气的影响，导致电气设备产生电流与电压异常的状况。在接地故障未能得到有效排除的情况下，电气设备外壳的带电问题应对难度将逐步提高，进而影响船舶使用人员的安全。

2 船舶电气的接地故障成因

在船舶行使过程中，自然因素会对船舶的安全性构成较大影响。受空气湿度的影响，电气设备的零件磨损程度将会加剧[1]。在船舶的摆动幅度较大的情况下，电气设备在频繁震动的环境下将会产生更加严重的接地故障。现有的一些船舶虽然进行了接地故障模块设置，但未能实现对绝缘层和导电金属的合理布置，与电气设备相连接的电缆护套未能实现完整布置，有可能产生过于严重的接地故障。

3 船舶电气的接地故障的主要问题

3.1 设备老化及安装过程中的故障

在设计过程中，部分船舶电气接地故障防控方案对于已有的故障信息总结不够详细，缺乏对设备老化相关影响的预测，导致无法明确电气设备的运行状态及相关影响，难以为老化元器件的更新提供支持[2]。部分电气设备受到环境影响，影响过电流保护性能，导致故障检验技术无法为零序电流的保护提供帮助。虽然船舶的线路结合相电流的特性进行了设计，但对于互感器等装置的应用不够充分，无法在馈线的合理设置下充分满足电流速断技术的应用需求，不利于过电流保护技术的应用。一些设备受到元器件老化的影响，断路器装置未能及时跳闸，导致零序保护技术方案的构建无法具备足够的敏感性。船舶电气的接地示意图，如图1所示。

图1 船舶电气的接地示意图

在出现单相接地故障时，电容电流会对故障性因素造成较大的影响，导致继电保护装置的操作无法为电能的传导提供必要的支持。一些电气设备的安装缺乏对接地线路长度等基本信息的关注，未能实现对零序保护线路敏感度的有效分析。虽然接地故障的相关措施得到了创新设计，但在中性点电阻的数值无法明确的情况下，过渡电阻将难以得到合理设置，增加了零序电流的变化额度[3]。一些接地线路的安装缺乏对船舶元器件配置原则的详细总结，未能实现对接地线路敏感度影响因素的全面分析，导致接地线路难以在充分实现电能传导的情况下满足船舶的安全维护需求。

3.2 船舶电气接地故障点位的查找存在不足

部分船舶在接地线路故障排查过程中，未能实现对故障点位的精准认定，导致接地线路的故障处理技术无法实现有针对性的应用。在船舶的正极接地线路故障处置过程中，正负极电容无法合理调节地电压，故障线路切除技术的应用与换流器装置的特性缺乏精准衔接，导致正极电容无法得到有效的故障认定，也使得接地线路的放电有效性难以得到准确判断[4]。部分故障点位的查找缺乏对充放电过程的重视。在直流电容的应用过程中，接地点的联结变压器未能实现接地回路的合理化设计，导致充放电回路无法得到有效设定，不利于正极电容充电能力的优化。船舶电气线路接地方案，如图2所示。

图2 船舶电气线路接地方案

4 船舶电气的接地故障的应对策略

4.1 提升设备老化及安装故障的整治水平

船舶在应对电气元器件安装故障过程中，要改进直流输电工程，并对电气设备的主接线形式加以创新，使换流器可以在选型创新方面取得更大的进展，以便能够在直流输电技术应用的过程中充分适应安装故障的管控需要[5]。船舶还需要对换流器进行模块化应用方案的创新，通过结构改造，制定换流器装置的电压源调整方案，为接地线路安装措施的调整提供帮助。如表1所示，调整电气接地线的接地方式可以获得多种不同的导电效果，因此针对设备的老化以及安装情况制定接地方式的创新策略，有助于创新接地方式。

表1 不同接地方式的导电效果

4.2 提高船舶电气接地故障点位的查找精准度

实现船舶电气接地故障点位的精准查找，是有效排除接地故障的关键。因此，要结合船舶正极接地的特点，对电气接地故障发生状态下，正负极电容的故障点电压情况进行详细考察，并粗略识别故障所在线路，使换流器装置能结合正极电容的特征加以应用，进而满足负极电容放电状况的控制需要。故障点位的查找需要加强对电流流通路径的重视，根据联结变压器的应用情况有效构建放电回路，使故障点位的识别可以拥有更加理想的基础条件。船舶需要对接地线的正极电容通路放电情况进行详细考察[6]。以换流器为中心，分析电流的多种流通形式，按照共模性质的特点，制定换流器侧接地点的设定方案，以便可以通过零序电流的特点实现对故障点位的精准识别。在处理直流线路接地故障恢复过程设计的过程中，要对零序等效电路进行负极电容放电，使接地线路能够长期保持在稳定状态。