船舶应急发电机启动故障分析

◎谢浩武 中远海运特种运输股份有限公司

在现代机械自动化社会中，电力就是船舶的能量来源，对于船舶来说，应急发电机和主发电机构成船舶电力供应的重要组成部分，也是船舶各类电子和机械设备的最后一道安全防线。主要作用是在主配电板失电的情况下，恢复对航行灯、信号灯、船内通讯设备、探火及火灾报警系统、紧急消防泵、紧急方向舵等设备的供电，在45S范围内快速启动并网运行，使船舶安全得到保障。由于应急发电机的重要性，自然成为各国PSC检察官和验船师重点检查检验的关注对象，所以对于船舶来说应该根据公约要求和体系规定，对应急发电机进行定期试验，对各类人员进行培训。但是由于应急发电机真正使用时间不多，反而因频繁的启动试验，导致起动装置经常会出现故障。

1.SOLAS公约对应急发电机相关要求

当船舶应急电源的配置为自动起动应急发电机时，应急发电机的自起动应该满足,SOLAS公约第44条提出的对应急发电机起动装置的要求。要求如下：第一，每台能够自动启动的应急发电机组都要有一台经过主管机关认可的启动装置，并且至少要有连续启动三次以上的能量。还应设有能在30mim中起动三次的第二能源，除非人工启动能被证明是有效的。第二，对1994年10月1日或以后建造的船舶，应符合下述要求，以替代本条中第二句的规定：储备的能源应受到保护，以免被自动起动系统耗尽，除非设有第二套独立的起动装置。此外，还应设有能在30mim中起动三次的第二能源，除非人工启动能被证明是有效的。

上述两点的意思可以解读如下：

应急发电机在自动起动时，应急发电机的起动装置或能源应该保证其能够连续起动三次，如果三次都起动失败，应该设有保护装置不再使用该启动方式起动，防止把该能源耗尽，一般船舶设置三次起动失败发出报警（三次启动失败在平时的船舶测试中实际很少测试到，所以这一条要作为测试重点关注）；并且需设有独立的第二起动能源，以满足应急发电机能在30min内再次起动三次。如果没有设置保护装置，则需要另外设置独立的第二套起动装置。如果没有第二套能源，则需要设置有人工起动的其它方式（例如人工曲柄、惯性起动器、人工充液液压蓄能器等人工启动方式，并且它们能被证明是可靠有效的）。通常应用在船舶上第一套启动能源为蓄电池或压缩空气，第二套独立起动装置为人工液压蓄能器，手摇弹簧蓄能器等。

根据以上所述发现，1994年10月1日及以后建造的船舶对储备能源提出了更高的要求。例如某条船舶应急发电机为自动起动，仅有一种起动方式，设两组起动蓄电池组，没有对储备能源设有保护。如果该船为1994年10月1日以前建造船舶，该种配备方式就是满足公约要求的。如果该船为1994年10月1日及以后建造船舶，该配备就不满足公约要求，至少还应对储备能源设有保护或设有第二套独立的起动装置。

应急发电机等应急电源在SOLAS国际公约(海上人命安全公约)中有十分明确的规定。对总吨500吨以上的客船、货船等，必须具备独立的应急电源保障。有规范的应急发电机起动作业、日常检查维修等规定。

SOLAS公约对船舶的紧急发电机和紧急电力供应能力和用途也有标准要求，应确保客船的供电要求为36小时，货船的供电要求为18小时(一般船舶)。主要保障船舶及人员必要安全的舱室、应急通道、消防、通信、舵机等的正常使用和主要作业设备。

2.应急发电机概述、特点

2.1 应急发电机供电的要求

①在失电后45秒内能及时供电；②应急情况下，保证船检要求的3小时、18小时有关场所的照明；③应急时保证以下设备18小时供电；航行灯、信号灯、船内通讯设备、探火和火灾报警系统、所有应急状态需要的舱内信号设备和消防泵、白昼信号灯、船舶号笛、手动失火按纽、航行设备、操舵装置、GMDSS。

应急情况下，自动供电并保证舵机至少连续30分钟工作。

2.2 应急发电机组的启动装置要求

①应急发电机组应在温度为0℃的冷机状态下，仍能立即起动。否则需要配备主管机关认可的加热装置，以确保发电机组能立即起动，从失电到应急配电板恢复供电时间不得超过45s；②自动起动的应急发电机组，均应设有主管机关认可的起动装置，其储能容量至少能供连续三次起动，如以蓄电池启动需要关闭充电的情况下满足连续3次启动；③除了如蓄电池自动启动还需要有人工起动有效方式，否则需设有在30min内再起动3次的第二能源，以防止自动启动失败而反复启动把启动能源耗尽，而人工起动有效方式可为启动有效的手摇曲柄、惯性起动器、人工充液液压蓄能器或火药填充筒，目前大部分船舶采用人工充液液压蓄能器和手摇弹簧蓄能器；④用于应急发电机启动的储备的能源均应设置在应急发电机处所内，如启动气瓶，启动蓄电池组等，不得有任何其他用途，且由应急配电板保持能量，例如蓄电池充电装置由应急电供电，若为压缩空气启动方式，机舱空气到启动气瓶进口设有止回阀，若是独立空压机为其供气，空压机需应急电供电。

2.3 其他应急电源要求

①临时应急电源规定：临时应急电源（UPS）整个供电期间将蓄电池的电压保持在其额定电压的±12%以内而不需重新充电，并具有足够的容量，至少供电0.5h（24V持续供电30min后不低于21.12V）；②整个应急系统的定期检测要有规定，自动启动装置的检测也要纳入其中。③在船舶处于正浮和横倾达22.5°，或首尾纵倾达10°，或在这些范围内出现任何组合的倾斜角度时，都应设计布置应急发电机及其原动机和任何应急蓄电池组，以保证其仍能发挥全部额定功率的效用。④第II-43/3.4条于1998年7月1日或以后建造的船只，如有恢复推进所必需的电力供应，则在全船失去电力后的30min内，应能使其从瘫痪的船舶状态恢复。

2.4 定期检查、运转试验

①润滑、燃油系统：检查柴油柜油位是否足够、供油系统及速闭阀开关试验（3个月）是否正常、检查淡水及水位加热是否正常、柴油机曲轴箱油位及油质是否正常，及时补充燃油（燃油量要满足应急发电机额定负荷下运转18小时）和机油并泄放燃油柜的凝结水；②进排风系统：检查舱室风机功能是否正常，应急发电机风机风门、风板是否活络，是否可能有效关闭，正常时是否始终处于开启位置；排烟管的隔热绝缘保护正常。③启动和自动控制及控制屏：检查起动电瓶及液压蓄能装置是否正常，蓄电池效能及充电装置是否良好，应急配电板是否处于自动状态，应急配电板及控制屏是否无异常报警及闭锁。④清洁管理：检查舱室各装置整体是否整洁，是否符合防火安全要求，无杂物存放，地板绝缘垫良好，照明状态良好、应急柴油机高温热绝缘防护良好。⑤定期测试应急发电机相关安保报警功能，自动启动与合分闸功能，并做好记录。

2.5 应急发电机报警大致列表

①应急发电机安保--冷却水液位低、高压油管泄露滑油高温报警功能及滑油低压停车、缸套冷却水高高温停车、超速停车保护功能；②应急配电板安保--电压、电流、负荷、绝缘、频率异常报警；③主开关安保功能--失欠压脱扣，过流脱扣保护，分励脱扣功能。

3.应急发电机关键部件

应急发电机整套设备容易发生故障的关键设备有如下几种：第一，启动模块（直流24V电启动马达、手动弹簧蓄能启动马达、手动液压蓄能启动马达、免维护启动蓄电池）；第二，电气设备的各类探头（温度探头、压力探头、速度探头）；第三，燃油系统的燃油泵及燃油滤器；第四，滑油系统的滑油泵及滑油滤器，第五，冷且水系统的冷且水泵及散热器（包含冷切风扇）。

4.船舶应急发电机使用故障实例分析

4.1 案例一（电瓶故障）

2018年8月，厦门海事局的PSC检查人员在对靠泊辖区的“XXX”轮实施PSC检查。该轮于2009 年12月建造，有两组碱性电池做为启动能源，在对该轮的应急发电机进行启动试验时，启动电池发生爆炸，应急发电机无法启动。PSCO开出如下缺陷：EMERGENCY GENERATOR CAN NOT START DUE TO STARTING BATTERY EXPLODED DURING ENGINE TEST，行动代码为17/10。

查该轮的应急发电机启动装置，为两组电池启动，储备能源为另一组蓄电池，具有三次启动失败报警停止启动功能。由于该轮应急发电机启动电池爆炸，导致无法启动发电机，且对人身安全带来了一定的安全隐患，PSCO暂时停止了检查，船方也立即安排人员检查修复，在更换新的蓄电池组、重新接线检查完整后，对两组蓄电池都做了启动试验，均正常，所以做出了17/10的处理意见。

SOLAS公约对应急发电机的启动装置要求S74（91-92AMEND）//CII-1//R44（1994年10月1日或以后建造的船只）：除非有第二套独立的起动装置，否则储备的能源应得到保护，以免被自动起动系统耗尽。此外，除非能证明人工启动有效，否则在30min内还应该有能启动3次的第二能量。

需要说明的是应急发电机组均应设有认可的起动装置，在公约上没有强制性规定要哪一种启动装置，一般除蓄电池外，还有压缩空气，人工启动等（包括液压储能，人工曲柄等），公约对储备启动能源做了要求：①应急配电板保持电力、液压启动系统；②可用主副压缩气瓶或配有合适止回阀的应急空压机来保持压缩空气启动系统，如电力驱动应由应急配电板供电；③除操纵应急发电机组外，所有这些起动、充电、储能设备均应设置在不能用作其他用途的应急发电机处。但也不排除透过设于紧急发电机处所的止回阀，由压缩空气系统的主或副系统将空气供给紧急发电机组的气瓶。在不要求自动启动的情况下，如能证明有效的人工曲柄、惯性起动器、人工充液液压蓄能器或火药填充筒等，都可以允许人工启动。

案例一分析：目前应急发电机启动电池主要有两类：酸性蓄电池与碱性蓄电池。船上一般多采用酸性蓄电池，碱性蓄电池应用也越来越多。目前远洋船舶充放电板大多配置的是浮充电和恒压充电相结合的设施。平时蓄电池处在浮充电状态下，定期进行恒压充电维护电池性能。酸性电池充电时电解液的比重上升，放电时电解液的比重下降，标准的比重为1.27，一般都用比重计来测量充、放电的程度。碱性蓄电池即免维护蓄电池，分为铁镍蓄电池、镉镍蓄电池、银锌蓄电池等系列，其中镉镍蓄电池在船上应用最多，碱性蓄电池充电时候电流要比酸性电池小，且时间不能过久，其上部设有观察孔，以观察电池电量状态。其主要原理是：底部有小浮球，而蓄电池使用过程中电解液比重是变化的，比重变，浮球的高度就会变，通过折射后显示的状态就不一样，从而达到判断电池电量状态的目的。绿色或者蓝色表示状态良好；黑色或者红色表示需要充电；白色表示电池需要更换。如图1所示。

图1 蓄电池电量状态图

图2 蓄能器故障

碱性电池由于方便免维护，越来越多的船舶使用，爆炸可能原因有：①浮充电流过大，一般短时大电流浮充不会引起爆炸，但是如果长时间电流过大，比如两倍的额定浮充电流，造成干水现象，发生短路，则会造成碱性电池爆炸。②高温，摆放不当，没有适当的防摇碰措施，气孔堵塞，气体（氧气和氢气）无法有效释放也会产生爆炸。③初次、活性化充电或者均充后期不断产生氢气，接近火花或者线路短路也会造成爆炸。

通过大量的数据分析总结，结合电池商家的建议，一般船舶应急发电机的蓄电池生命周期为2-3年，因各船情况不同，使用年限会变化，但是作为应急设备使用，重要设备的重要备件必须保持良好状态，所以应急发电机的电池2年就必须全部换新。

4.2 案例二（蓄能器故障）

20180803天恩轮进行抵港检查，用电动启动方式试验应急发电机，启动并电一切正常。进行第二种启动方式启动，即人工弹簧蓄能器手动启动应急发电机，启动器摇到启动位置（红线位置），压下启动手柄，结果只运行到一半，发电机启动失败。再次重复人工启动步骤，摇动启动器时，手柄很松，弹簧无法蓄力。因为之前使用电动启动方式一切正常，所以基本排除了其他方面的故障，可以初步判断为人工弹簧蓄能器故障。进行解体拆检，发现弹簧蓄能启动器，内部离合器断裂成三块，无法蓄力，尝试焊接，因为离合器是铸铁所以无法正常修复。这种情况以前同类型的弹簧蓄能器已经多次出现，因为内部原件部分是铸铁，所以经过多次试验，达到生命周期自然断裂，导致整台弹簧蓄能器无法使用。

通过大量的数据分析总结，结合弹簧蓄能器商家的建议，一般船舶应急发电机的蓄能器内部部件的生命周期为2年，因各船情况不同，使用年限会变化，但是作为应急设备使用，重要设备的重要备件必须保持良好状态，弹簧蓄能器内部的各部件尽量提前预定，在生命周期到达之前优先更换完成，保持设备的完好。

4.3 案例三（电瓶故障）

图3 液压泵示意图

图4 故障部件活塞组件

图5 破损的密封令

图6 尼龙泵车制密封件 泵压能到28MPa

2012年6月8日中远海运昆仑山轮检查试验应急发电机，在进行功能试验时，联络开关能够自动分闸，应急发电机能自动启动，但是不能自动合闸供电。检查发现，当联络开关断开后，应急发电机启动运行，发电机运行灯不亮，EM’CY STOP SOURCE FAIL报警灯亮。6月21日抵港后，根据机务指导建议，检查继电器K88.9，其动作情况及是否有信号输出，以及主开关是否存在问题。检查继电器K88.9，发现其控制主开关合闸的付触点没有闭合。检查继电器工作电压，发现只有8.9VDC。即虽然K88.9工作指示灯亮，但因为工作电压过低，继电器没有完全吸合。在正常工作的状态下（应急配电板有电时），检查该控制线路的电压是24.9VDC，实际操作的时候，应急配电板失电，该24VDC电源由通用应急电瓶供电，而此时的电压明显不正常；应该是通用应急电瓶失效引起。用应急发电机起动电瓶外接24VDC电源代替原来的由通用应急电瓶供电，试验应急发电机自动启动，自动转换联络开关，自动合闸工作正常。可以判断应急发电机合闸故障原因在于DC24V电源不正常，同时可以判断应急主开关工作正常。

经过一系列的排查，最终确定4块通用电瓶已损坏，尽早向公司申请供应免维护12V 200AH通用应急电瓶4块。

4.4 案例四（时间继电器）

乐泰轮2010年4月1日模拟试验主配电板失电，在关断驾驶台罗经雷达等贵重电航设备后，拉开应急配电板联络开关到“OFF”位置，在正常设定的5秒延时后发现应急发电机没有启动，甚至一分钟后应急发电机没有自动起动。船舶立即组织人员成立技术小组，进行排查故障，通过查找说明书及现场的故障现象判断，优先排查时间继电器K14，于是指派电机员将自动起动控制时间继电器K14的15、16短接，应急发电机随之成功起动，并在起动的30秒后自动并电，运转正常。此时再将开关F01扳至“ON”位，应急发电机自动分闸，几秒钟后联络开关自动合闸。

初步判断为K14故障，由于船上没有该型号的继电器，只好用另外一种替代，但是不能做到失电后延时5秒，而是失电后应急发电机立刻自动起动。装好后再次进行了一次模拟试验，应急发电机可以在失电后45秒内自动起动和并电。即确认是K14继电器故障。

4.5 案例五（液压蓄能器）

某轮应急发电机（ST X-6CTA8.3DMGE）第二起动装置为液压蓄能起动器(B50G53)，5月21日上午定期进行检查试验，发动机能够电瓶起动，手动液压启动时，手摇泵泵压只能到23.0MPa（操作规程要求30.0MPa），数次启动应急发电机失败。解体手摇泵，各钢珠，弹簧均正常，主活塞低位密封件34发现破损，主活塞44顶部小活塞明显腐蚀。

表1 船舶应急发电机易损部件维护保养周期统计表

因为没有合适的密封件，用尼龙棒车制数个形状类似环形件，经过数次试验，一次性泵压能到28.0MPa，启动成功，数次试验能够启动，泵压时间有点长，大约5～6分钟，满足半小时启动3次。

通过大量船舶的数据分析总结，结合液压蓄能器商家的建议，一般船舶应急发电机的蓄能器内部部件每六个月拆检一次，打开盖子检查内部密封原件是否变硬老化或破损，一般密封令的生命周期为2年，因各船情况不同，使用年限会变化，但是作为应急设备使用，重要设备的重要备件必须保持良好状态，液压蓄能器内部的各部件尽量提前预定，在生命周期到达之前优先更换完成，保持设备的完好。特别是液压蓄能器内部的密封件，在生命周期临近末期阶段，容易老化，变硬，导致漏气或断裂，需要及时更换密封件。

5.结论和论述

对于不同启动方式组成的应急发电机，检测过程中采取的检查方式与重点都不同，需要把检测方法跟该机型采取的启动方式一一对应。对于采用蓄电池组合方式的蓄电池起动，在检查时，主要是检查船舶的应急动力源是否符合SOLAS公约的要求，同时对蓄电池的数量、质量等进行检查；对于弹簧蓄能器启动的应急发电机，检验的重点是弹簧蓄能器是否正常蓄能，内部的弹簧或啮合齿轮有无断裂；对于液压蓄能器启动的应急发电机，检验的重点是液压蓄能器是否正常蓄能，内部的蓄能皮碗有无破裂，能否正常建立起压力，有无漏油现象。应急发电机检修力度到位，针对相应问题采取相应对策，在保证及时发现应急发电机故障或隐患的同时，还能有效提高检查效率，解决检查中的常见问题，保证应急发电机时刻处于良好状态。

通过以上大量船舶故障事例分析可以看出来船舶应急发电机，出现的故障大部分来源于启动设备，蓄电池启动器、液压蓄能启动器和弹簧蓄能启动器这三类起动装置，作为应急发电机第二起动装置比较普遍存在船舶应用中，三种类型的启动器生命周期要加强管理，易损备件及时补充申请，保证应急发电机状态完好，处于随时可用，并且能按照规定带上负荷，确保船舶的安全。

应急发电机基本上是PSC和FSC必查的项目，船上轮机人员要高度重视，熟练掌握其操作程序，定期测试，认真研习说明书，操作手册，注意维护保养，准备必要的备件有备无患，有任何问题应尽快解决或寻求公司岸基支持，绝不可以存在侥幸心理，对工作负责，也是对自己负责。