船舶电气接地故障问题及维修检查技术研究

2022-02-05李海林上海中波汇利船务有限公司

珠江水运 2022年1期

李海林上海中波汇利船务有限公司

钱朋中波轮船股份公司

1.船舶电气接地故障及其影响

船舶电气系统的安全运行至关重要，通常船舶采取的是接地保护措施，以实现对电气设备的防护，降低故障的发生率。具体而言，船舶中的金属外壳、支架、电缆等相关设施与地面等机械形成电气连接关系。但由于船舶运行环境的复杂性，在日常使用中仍有可能发生电气接地故障，此时电气设备的绝缘性能显著下降，不利于电气系统乃至船舶整体稳定运行。

对于交流电制的船舶，较为适宜的是采用三线绝缘系统，也可以选择其他形式，例如利用船体作为中性线回路的三线系统，或中性点接地的四线系统。不同配置方式下的应用效果有所差异，其中三线绝缘系统常被应用于电源电压在500V以内的船舶中，通过变压器的配套实现动力与照明系统的电磁连接，此方式的稳定性较好，动力与照明系统间不会因出现绝缘问题而发生异常。三相线路中，采取一相接地的方法，此时可有效规避单相短路问题，为三相设备的稳定运行提供了坚实的保障。但如果未采用可行的方法有效解决单相接地问题，可能会造成严重的不良影响。

结合图1展开分析，在V 相接地时，U、W相与地的电压相对较高，会达到接地电压的倍，在此条件下，U、W相对地绝缘损坏的发生概率明显提高。在V相接地的前提下，若U、W相中还有一相做接地处理，此时将出现两相短路故障，其结果是造成更大面积的停电故障，明显不利于船舶的正常运行。

图1 三相线路

2.船舶电气接地故障的基本特点及主要定位分析方法

（1）接地电容相对较大，并且在工况发生变化时该值也随之改变，导致支路产生接地故障电流的值有所差异。遇到接地故障时难以准确确定零序电流的整定值。

（2）供电的支路电容不稳定，存在接地故障时，可能会给其他正常支路造成影响，例如存在明显的漏电流。

（3）即便是同一条支路，在出现接地故障后各部位的电流值有所差异，原因在于接地的电阻类型不同，例如可能是金属或电弧。对于电弧接地，此时电容相对较大，相对零序电压较小。

在船舶电气接地故障的定位分析工作中，通常采用零序电流幅值比较法，其是一种原理简单、操作便捷的方法，但也存在局限之处，即需要对零序电流从毫安到安培大范围测量，同时保证全程的测量精度，在此条件下，对传感器与电路的放大检测能力提出较高的要求。在解决大范围测量电流的问题时，可选择方法较多，例如：测量电流表量程法，若为多支路的定位装置则存在诸多局限性，包含体积增加、成本提高、控制难度加大、稳定性不足等；相位比较法，复杂度较高，需要解决多路采集问题，同时判断耗时较长，缺乏效率；功率法，若为电弧接地故障，此时无论是零序电压还是电流均为较小的状态，会影响灵敏度。

船舶电气设备的工作环境偏恶劣是导致电气接地故障的关键原因，从船舶使用场景的角度来看，现场环境普遍具有高湿度、盐雾化、冲击作用强等特点，会直接对电气设备及绝缘体的耐久性造成影响，存在不同程度的老化、绝缘电阻值下降等问题，进而诱发接地故障。从船舶自身的角度来看，其构造颇为复杂，一旦出现接地故障难以及时锁定故障源头。

3.船舶电气接地故障的排除与预防

绝缘电阻是船舶电气系统中的重要元件，其在防止接地故障方面有突出的作用，但需注意的是，绝缘电阻的变化较为复杂，日常检查中除了定期测量绝缘电阻的阻值外，还要选取某特定时间段的绝缘电阻测量数据做对比分析，把握绝缘电阻的变化趋势，生成相适应的检维修工作计划。为及时发现并高效处理船舶电气接地故障，可根据电气接地设施的实际特性增设绝缘保护仪器，在该配置关系下，若电气设备存在故障，绝缘保护仪器及时响应，发出提示音，以此告知操作人员。此时，如何快速且精准地排查接地故障成为重点内容，在此方面，需要尽快明确接地故障的影响范围，然后用兆欧表检测，精准锁定故障点。

3.1 状态评估

根据电气设施能否正常运转，将设施划分成几个不同等级，且将每个等级的具体情况进行如下评估：

①健康状况。运转的具体数据需在出厂设置参数的许可领域之内，同时未有任何相关维修记录，在使用过程中基本可达到船舶的正常使用标准，此种情况不具有接地障碍，隶属健康状态，可以适当增加养护时间来降低各方面的成本。

②良好状况。该设备有过维修历史且维修后有恶化现象，但是，为了防止再一次产生接地障碍，需要密切关注和运转有关的数据，严格按照限定好的时间进行设备维护，一旦察觉出异常数据波动，应立即对设备进行维修。

③防备状况。设备可以运行，但是运行状态不好，设备的功能水平也有所减弱，数据趋向于正常许可界限的边际，需在不干涉船舶正常使用的情况下，立刻暂停机器进行维修，完成维修后密切关注数据的变化趋势，如果数据不明确说明维护结果不佳。

④恶化状况。设备连续产生接地故障，应用状态处于直线下降趋势。

⑤不佳状况。设备不能正常运行，辨别持续应用时将会产生的安全故障，应立刻暂停机器进行全面的安全检查及维护，数据未恢复到正常状态前不可以使用。

3.2 白化权函数

通过白化权函数明确健康、良好、注意、恶化、不佳五个状态，即为五个灰类，并通过专业人员或专家进行评分工作，获取设备的健康状态。健康状态得分为81～100分，良好状态得分为61～80分，注意状态得分为41～60分，恶化状态得分为21～40分，不良状态得分为0～20分。评分是为了确定排除接地故障技术运用的判定指标。

3.3 明确决策指数

决策指数是准确解除接地故障的重要基础，因为影响到船舶电气设施健康状态的评估数据较大，所以应从繁复的数据当中挑选出关键信息的来源。这些数据信息是电气设施在应用过程中用于判别运转情况的重要基础，其中包含：设施负荷过大、设施短路、电压超低等异常状况，将利用在线勘测而获取的数据信息进行预先判断，产生解除电气接地故障的决策指数。由于船舶电气设施种类颇多，具有设施内部组织繁复性和运转环境不确定性等特点，还需船舶上的专业工作人员选取正确的决策指数，以下是关于决策指数的六项评判准则：

①按照当前勘测的结果数据将设备进行试验性评估，特别是在应用之前，就其综合状况进行评估并获取分数。

②设备在运用过程中安设专人进行日常管理，将记录设施危害等级的变化趋势，最后进行评估获取分数。

③对于常常产生接地故障的电气设施，重点关注健康状况并评分。

④对于已出现接地故障痕迹的电气设施，定期记录设备的运行状态，在许可界限内可继续应用，一旦超出界限应立即暂停进行电气维护，这种情况的综合评价评分重点作为维护的决策指数基础。

⑤对于已经产生接地故障同时不可以正常运用的电气设施，评估其健康状态且获得结论，作为维修的决策指数参考依据。

⑥根据以上五类决策指标来确定决策权重，这也是下面采用的有效接地故障排除技术的重要依据。

3.4 接地故障范围的界定

船舶存在电气接地故障后，工作人员应及时参与到故障排查工作中。根据绝缘仪表发出的警示信息确定接地故障的位置。在实际工作中，可采取逐一切断各自电源的方法，即先切断某电气设备的电源，观察在经过此操作后绝缘仪表装置的实际情况，若仍发出报警信号意味着故障不在该切断电源的电气设备上；反之，若切断电源后无故障报警信号，表明接地故障存在于被切断电源的电气设备上。按照前述提及的思路有序排查后最终锁定故障范围。

3.5 故障点的界定

在确定接地故障的范围后进一步锁定故障点，明确故障类型，即究竟是线路接地故障还是用电设备接地故障。在此方面，可以同步关闭设备电源开关与主配电板负载开关，用兆欧表检测绝缘电阻值，若实测结果显示电阻为0或明显偏小，有理由认为该处为故障点。若存在供电电缆破损接地的情况，还需要进一步考虑电缆的破损段及芯线接地状况，此类情况主要与芯线进设备或灯具时被卡破有密切关联，或船舶在航行过程中遭到明显的振动作用。若为用电设备接地，此时详细检查船舶的主要用电设备，如电动机、通讯设备，以便明确具体情况。

3.6 照明设备接地故障

灯头接头处碰壳、开关水密性差、三芯插头接错等均是照明设备接地故障的关键诱因。在故障检查中应按照流程有序推进。

在照明设备接地故障的检查中采用关断法。具体而言，全面关闭照明分电箱的接地回路开关以及灯具开关，用兆欧表接外壳与开关的出线端，在此前提下逐个接通并排除，根据实测结果判断，即绝缘电阻为0或存在电阻值但明显偏小时，对应的设备可能有受潮的情况，后续需要加大对该部分受潮设备的检查力度。

3.7 针对性措施应用

故障定位确定后，根据不同情况下对接地故障采取的措施应具有针对性。

①老化状态下的故障解除方案。通过多年的运转，电气设施老化速度较快，对于造成老化因素的故障解除方案，需综合故障数据，判断使用情况的实际状态，对于设备老化的组件，实现组件更换工作，最后在继续使用过程中将更新后的组件是否配合、能否达到电气设备的预期使用标准设为重点检查对象。

②装配状况下的故障解除方案。新布置的电气设备并不能说明这些设备不会具备接地故障，由于设备的应用需要一定的磨合期，对于船舶一般的电缆接地、设备接地、独特接地等，根据相应的技术指标，在安装过程中将新设备直接和船体焊接稳固，若装配点的材质是铝材或木材，需要连接地导线，实现设备的接地连接，此种连接是否正常是故障排除需要考虑的关键点。

③运转状态下的故障解除方案。接地故障产生后，必须及时进行故障解除，关键是通过平日的维护及保养工作来判断电气设备的运行状态是否正常，比如导线的收缩及绝缘体功能不充足等，需通过电压异常、电流异常、电阻异常等方法展示出来，检验设备组件的位置，明确其是否科学，并且及时调整维护方法。

4.基于工程实例的船舶电气接地故障检查分析

某船舶在2015年8月的航行过程中发生主配电板动力电网绝缘低报警，针对该情况，安排船舶停靠在码头进行断电排查，最终发现故障点发生在空调风机马达处。该船舶故障的排查流程。

首先断开1号风机，报警不复存在，但后续启动1号风机后仍有报警，因此初步认为该风机马达线路存在故障；采取断电措施，用兆欧表检测，结果显示1号风机线路正常；针对前述现象，暂时让1号风机维持运行状态并继续启动2号风机，此时存在绝缘低报警，随即暂停2号风机的运行，发现此时不再出现报警的情况；完全关闭两台风机，然后先启动2号风机，发现此时无报警现象，启动1号风机后报警继续发生，停止1号风机的运行则不报警。可见，仅一台风机时可正常运行。断电，用兆欧表检测，结果显示2号风机无异常。

基于前述检查结果，进一步逐段检查，最终锁定故障点，即2号风机马达的供电电缆存在故障，具体发生位置为电缆在风机支架某拐角处（该部分遭到磨损），但其并未直接接触支架，因此认为该故障与1号风机的振动作用有关。