船舶电气的接地故障及处理措施探讨

袁 浩

应用研究

船舶电气的接地故障及处理措施探讨

袁 浩

（交通运输部北海救助局，山东烟台 264000）

为了提高船舶电气质量，预防和减少接地故障问题出现，保证船舶电气系统安全、稳定运行，本文采取经验总结法，叙述船舶电气接地故障的产生原因，分析接地故障特点与造成的实质性影响，探讨接地故障问题的正确处理措施，并提出故障问题的防治处理措施。

船舶电气 接地故障 处理措施

0 引言

船舶电气系统具有结构复杂、接地故障隐秘的特征，在电气设备使用期间常出现故障问题，给后续故障诊断、设备检修工作的开展带来困难。对此，需要构建一套内容详尽、科学合理的电气接地故障处理与防治体系，为接地故障查找、诊断与设备检修工作开展提供明确参考，并从根源上预防、减少故障问题出现，这也是船舶电气领域中的一项重要课题。

1 船舶电气接地故障概述

1.1 故障成因

1.1.1 自然因素

船舶电气设备长时间处于高盐、潮湿环境，设备受环境盐腐蚀与水汽侵蚀，绝缘性能削弱、老化速度加快，电气接地故障率提升。同时，受到涨潮、落潮、气压差、海底地形等因素影响，船舶在海域中航行时很难保持平稳状态，出现左右摇晃、上下摆动现象，设备因此处于震动状态，在船舶摆动幅度过大、堆置物体移位时与电气设备相碰撞，或是与高腐蚀度海水直接接触，进一步提高了电气接地故障的出现概率。

1.1.2 电气设备因素

接地故障诱因包括设备老化、线路设计不当、安装质量不佳。在设备老化方面，设备元器件、外部壳体与绝缘材料随着时间推移而持续老化，设备绝缘性能与电气性能下滑现象，当设备处于环境时，设备老化速度进一步加快。在线路设计方面，存在线路网络结构复杂、缺乏防护措施的问题，如采取线路明敷方式，线路裸露在空气中，在船舶航行期间因外部物质落在线路表面，使线路绝缘层破损、割裂，出现短路故障。在设备质量方面，电气产品未达到使用要求，或电气设备存在安装质量问题，在后续运行期间出现部件松脱失稳、元件失灵、设备瘫痪的问题。

1.1.3 电气设备工作系统因素

船舶电气系统与线路长时间处于高强度、满负荷运行状态时，加快线路老化速度，由此出现导线塑性拉断、接地故障的问题。同时，工作系统与接地保护装置的运行工况易受到外部环境、导电金属与绝缘电阻等因素影响，因电气设备与线路的维护保养工作开展不及时，出现接地体严重腐蚀、接地干线与接地线连接点松动、连接点表面形成污垢层与氧化层、线路接触不良等问题，使得设备装置带病运行，难以发挥出应有的保护作用。

1.2 船舶电气接地故障特点

船舶电气接地故障具备接地电容不一致、电流不一致、电流漏电问题频发、线路损坏严重的特征。其中，接地电容不一致：各类电气设备没有保持一致的运行工况，产生差异性的接地电容，且设备多采取电弧接地方式、电容值普遍较大，不利于故障诊断环节开展零序电流整数值确定工作。电流不一致：由于同时采取金属以及电弧两种接地方式，在出现接地故障时，二者都将形成接地电阻，导致相同支路内的接地电流值存在偏差，影响电气系统与设备运行工况。电流漏电问题频发：船舶电气系统各条供电支路的电容缺乏均匀性，在出现电路故障后，会引发多条支路电流漏电等一系列连锁问题，非故障部位支路也有可能出现漏电情况。线路损坏严重特征：受外部复杂环境影响，线路损坏、短路与电气接地故障往往会同时出现，也可以将线路损坏与短路现象视作为电气接地故障的前期出现征兆，由此引发故障形成。

1.3 船舶电气接地故障影响后果

接地故障后果体现在形成人员触电风险、诱发电气火灾事故、影响船舶运行安全三方面。在人员触电风险方面，因电气故障问题，部分原本不带电的导体临时处于带电状态，在工作人员未按规定穿戴防护设备、执行不规范操作行为时，易出现人员触电事故。在诱发电气火灾事故方面，所产生接地故障电流小于一定标准值时，保护器难以有效识别，出现拒动情况，线路与电气设备处于过载运行状况，因工作温度过高而出现火灾安全事故，同时，在线路坡度、释放电弧时，会提高局部环境温度，引燃周围分布的可燃物与易燃物。在影响船舶运行安全方面，在电气接地故障的影响下，致使船舶弱电系统与终端设备出现异常运行情况，如传感器测量数据失真，无法帮助操作人员做出正确的船舶航行判断，严重时由此引发船舶触角、碰撞等安全事故出现。

2 船舶电气接地故障的处理措施

2.1 确定船舶电气接地故障范围

考虑到船舶电气系统有着分布范围广、结构复杂的特征，为快速解决问题，避免因时间推移而造成严重后果，工作人员应组合采取目视检查法、仪表法、逐次排查与断电法等方法手段，快速锁定电气接地故障范围。首先，运用目视检查法，工作人员通过肉眼、嗅觉等感官功能，检查船舶电气系统各部位是否存在设备线路破损变形、老化腐蚀严重、散发刺激性气味、发出异常声响等情况，凭借自身工作经验来判断电气接地故障的大体范围。随后，运用仪表法，使用万用表等设备，在初步划定的电气接地故障范围内检测各条负载线路的绝缘纸、电流值、电压值、电阻值等参数，对比检测数值与额定指标。如果二者偏差值超过允许范围时，即可将其确定为一处故障点，如测量电路电阻值，如果测量值未达到0.2 MΩ（220 V）、0.5 MΩ（380 V）标准，或是电阻测量值为0时，将其确定为故障点。同时，可以组合运用逐次排查法与仪表法，使用万用表等工具依次测量各条线路与电气设备的运行参数，持续缩小故障范围，直至查找到具体的故障点。最后，采取断电法，切断配电箱与分配电板负载开关，既可以控制电气接地故障受损程度，避免故障范围因时间推移而持续扩展，同时，还可以观察断电情况下的各处电气设备与线路绝缘电阻值波动情况，波动幅度相对较大区域为故障区域，将其与仪表检测、逐项排查、目视检查方法获取的故障范围划定结果进行对比，从而判断故障范围是否准确。

2.2 查找接地故障点与故障类型诊断

首先，在出现电气设备接地故障时，为提高故障诊断处理效率，工作人员需要根据自身经验与分析历史故障报告，优先对接地故障出现率较高的电气设备进行排查、诊断，如绝缘电阻、电动机、照明设备与通讯设备。例如，目视检查电动机与壳体接线点出的连接情况，使用兆欧表进行测量，如果发现电动机内部进水、壳体开裂、绝缘体漏电情况时，表明电动机出现接地故障。而对于照明设备与通讯设备，考虑到此类设备普遍不具备防水性能，设备进水造成短路是接地故障的主要成因，需要提前切断电源，逐项检查各处设备是否存在壳体破裂、内部进水与短路情况，确定故障点位置，对进水部位进行吹风烘干处理。

其次，在出现线路接地故障时，为提高故障点查找精度。工作人员应采取分段检查方法，将电气设备开关装置设定为节点，以总装电板为起始点、电箱为终点，使用兆欧表装置来测量线路电阻值等参数，对比测量值与额定值，按照从上到下顺序逐项检测各节段线路的运行状况与参数值，直至确定线路接地故障点为止，要求将故障点锁定到具体线芯。同时，考虑到船舶电气系统中分布着并联状态的特殊照明电路，需要对此类线路采取分割排查方法。

最后，在锁定具体故障点后，根据仪表测量结果与故障外在表现征兆来判断故障类型，分析问题成因。例如，在检查电动机设备时发现设备内部处于高温异常运行状态、轴承因铁芯过热与转子扫膛而出现明显损坏情况、绝缘体严重损坏、设备绝缘电阻值低于额定值等情况时，表明故障类型为电气故障，故障点为电动机设备，并分析故障成因，如在绝缘体损坏严重时判断故障成因为转子扫膛、铁芯过热，在绝缘电阻降低时判断故障成因为电动机潮湿受损。

2.3 故障检修处理

在确定船舶电气接地故障类型与成因后，编制相应的检修处理方案，即刻开展故障检修工作，以恢复船舶电气系统的正常运行状态。首先，针对线路、设备自然老化而出现的接地故障，要求工作人员对老化程度进行判定，对于老化程度轻微的设备线路，采取定期检查运行工况、清理设备壳体与绝缘层表面化学物质浮尘与灰尘杂质的措施，延缓设备老化速度，对于老化程度严重、不堪使用的线路设备，则在断电条件下拆除原有设备、更换使用耐老化材质制成的全新设备线路，不得使用潮气敏感材料制成的设备线路。其次，针对因电气设计不当、安装质量不佳而出现的接地故障，根据接地现象将其分为特殊接地、电缆接地以及设备接地三类故障，采取差异性的检修处理措施。对工作电压在24 V以上的电气设备，将其在铝制围板、木质板上落地安装，使用铜皮进行接地处理，或是将其嵌入船舶结构中，焊接船体结构与设备底座。对于工作电压在24 V以上的电缆，将电源单芯电缆进行一端接地处理，将电缆铠装层与金属外套处进行两端接地处理。而针对甲板电缆管与电缆过渡箱连接的特殊接地问题，则使用铜皮对电缆管法兰连接部位进行接地处理，要求接地横截面超过16 mm。最后，对于电气设备运行接地故障问题，根据故障器件类型与外在征兆来掌握故障成因、采取处理措施，如在因导线绝缘性能削弱与收缩而出现断路器断路或是熔断器熔丝故障时，及时修补破损导线、更换绝缘性能不达标的导线、更换全新熔丝。而在因设备长时间处于潮湿环境出现接触不良、接地体严重腐蚀情况时，清理接地体表面残留锈迹或更换接地体，在设备外侧安装密封罩体，或是调整电气设备安装位置。

3 船舶电气接地故障的防治处理措施

3.1 采取多元化电气接地保护技术

早期船舶电气系统中采取的接地措施较少，受到水汽侵蚀、高盐海水腐蚀、船体晃动等多种因素影响，在复杂工况环境下起到的实际保护效果有限，导致接地问题频繁发生。因此，为预防和减少电气接地故障的出现，必须在船舶电气系统中组合采取防雷保护地、信号接地与电磁防干扰等多种接地保护技术。其中，防雷保护地技术为，安装接闪器、主接地线与分支接地线、防雷接地板与引下线等防雷装置，并在使用不同金属材料进行连接时采取电化防腐蚀措施。要求接闪器安装高度超过船舶桅杆150 mm、在船舶轻载水线下方龙骨两侧部位安装接地板、使用同材质贯穿螺栓在舱壁与玻璃钢甲板结构中穿过引下线、在船壳板内壁部位预埋接地导线，强化船舶电气系统雷电流抵御能力的作用。信号接地技术为，在船舶电气系统中设置信号地，保持信号地与工作地以及模拟地间的隔离状态，依托信号地使得系统信号线具备统一基准与强化电路系统鲁棒性能，从而起到减轻外部环境对线路信号干扰程度、消除信号线与电源线干扰的作用，同时，采取数字形式在介质中传播信号，使用数字信号来取代原有的原始信号，从而解决原始信号、干扰信号因波形相似度过高而造成严重干扰的问题。而电磁防干扰技术为，在船舶电气系统接收机前端部位额外设置衰减器，做好混频器选型设计工作，优先使用具有良好平方律特性的器件，以此来起到降低外界信号对主频道干扰系数、强化接收机抗干扰性能的作用，解决信号地、电源地干扰问题。

3.2 做好电气管理工作

近年来，我国船舶行业得到蓬勃发展，制造工艺日益完善，大幅提升了船舶整体性能。与此同时，船舶电气系统呈现出结构复杂化的趋势，对船舶电气管理水平与维护保养工作质量提出更高要求。传统的电气管理体系缺乏适用性，这也是电气接地故障出现的一项重要原因。

因此，为预防接地故障出现，必须做好电气管理工作。首先，根据实际工作情况与新型船舶电气系统结构，对电气管理体系进行完善改进，在管理制度中明确标注电气设备与线路维护保养工作的开展频率、流程顺序、各类型接地故障处理方法、故障诊断方法选用标准等，以此来约束、指导设备线路日常维护、故障诊断与检修工作的开展。其次，推行点检定修模式，建立起制度化的船舶电气设备管理方法，将电气管理责任落实到个人。设立多名点检员，由点检员专职开展设备状态信息记录、状态监测、故障诊断、检修、协调返厂维修等工作。将其作为电气设备管理的责任主体，避免在设备维护保养与故障检修工作中出现缺乏专人处理、推诿责任的问题。再次，为提高故障应急处理能力，运用信息传感、人工智能、物联网等信息技术，建立船舶电气在线监测系统，在设备与线路周边布置若干传感器，由传感器采集与上传现场监测信号，在系统界面中以图表、数据形式呈现，帮助管理人员掌握电气系统实时运行工况，在监测到异常状况时自动发送报警信号。同时，这还有助于故障诊断工作的开展，根据现场监测信号来快速锁定故障范围、调取故障出现前后的运行参数，从而判断故障类型、分析故障成因。最后，根据接地故障的历史诊断与检修报告，将电气接地故障换分为若干类型，制定多套应急处置方案，在方案中标注对应类型接地故障的外在征兆、判定标准、诊断方法、主要成因与正确处理方法，在开展电气设备维护保养、定期检修与应急维修工作时，如果出现接地故障，工作人员可以在确定故障类型后直接实施对应的处置预案。

3.3 电气设备二次隔离

船舶电气设备的工作环境较为复杂，长时间处于潮湿环境中，受到水汽侵蚀与高盐海水腐蚀，使设备老化速度加快，在长时间使用过程中易出现腐蚀严重、内部进水等问题。在这一环境条件下，如果仅采取通过一次回路断电来分离带电与不带电部位的一次隔离方法，实际隔离效果有限。因此，需要在船舶电气系统中采取电气二次隔离技术，以分隔强电回路和弱电操作回路为目的，在系统中安装具备操作功能的电磁型继电器、光耦型继电器等设备，以及具备测量功能的电流互感器与电压互感器等设备。这对保障电气系统操作安全、改善电气设备绝缘性能、预防设备线路潮湿受损、全面提升设备使用性能有着重要意义。

4 结语

综上所述，船舶电气系统接地故障有着隐藏性、频繁性与繁琐性的特征，常规故障诊断与处理方法的实际效果不佳，有待改进。因此，工作人员必须深入分析船舶电气接地故障类型、产生原因、表现特征与影响后果，针对不同问题，及时采取故障处理措施与防治措施，重点预防接地故障的反复出现，从根源上解决问题，保障船舶安全航行与电气设备稳定运行。

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Discussion on the grounding fault of ship electricity and its treatment

Yuan Hao

（Beihai Rescue Bureau of the Ministry of Transport, Yantai 264000, Shandong, China）

U672

A

1003-4862（2022）05-0056-04

2022-10-28

袁浩（1988-)，男，主要从事船舶电气专业工作。E-mail：836386430@qq.com