船舶设备顺序启动导致多种故障的分析及处理

根据SOLAS有关周期性无人值班机舱主电源和设备控制的要求，发电机异常跳闸导致主配电板失电后，备用发电机应自动启动并合闸以保证重要设备供电的连续性，失电前处于工作状态的重要设备，应能在恢复供电后按照预设的时间顺序自动启动，以保证船舶操纵及安全需要，全船重要设备的自动顺序启动试验是主配电板失电试验的重要组成部分。一、故障现象某5100TEU集装箱船入CCS船级，自动化无人机舱，配备4台YANMAR6EY26L450V/60Hz1800kW发电机组。该船在进行例行的主配电板失电试验时产生一系列故障现象，详细情况如下:船舶正常低速航行，所有重要设备均处于自动模式下工作，主配电板由No.1主发电机自动供电，其它3台主发电机均在备用位置，双套或多套设备均有一套处于自动备用状态。试验时，直接人工脱开No.1主发电机空气开关，拉闸后No.2发电机(第一备用)自动启动并合闸，主配电板恢复供电。之后，全船重要设备按照设定的自动启动顺序依次重新启动，其中主滑油泵自动启动后不久即自动切换到备用泵运行。在重要设备的顺序启动过程中，No.2主发电机频率波动幅度较大，最低达到55Hz(频率表最小刻度)，在顺序启动执行到约15s时，No.2发电机主开关跳闸，主配电板再次失电。随后，分别将其它3台发电机设置为第一备用进行配电板失电试验，故障现象基本一致，不同的是:在顺序启动过程中，尽管发电机的频率波动幅度依然较大且恢复较慢，但未发生主开关跳闸的现象。二、故障处理上述试验中出现的故障可以总结为:

主滑油泵顺序启动后又自动切换到备用泵运行;重要设备的顺序启动导致No.2发电机主开关跳闸。1、主滑油泵顺序启动后自动切换到备用泵运行由于主滑油泵功率较大，为减少启动过程对主配电板的冲击，该轮主滑油泵马达采用“星－三角”换接启动方式，换接启动时间由启动器内的时间继电器T1进行设定，经T1设定的延时后，主滑油泵进入正常运行。为避开泵启动中的压力建立过程，泵控制系统的PLC中设有定时器T2，经T2设定的延时后，泵自动控制系统将持续监视排出压力，如压力过低将自动切换到备用泵运行。另外，在PLC中还设有定时器T3，对主滑油泵的顺序启动时间进行设定，在主配电板恢复供电后，经T3设定的延时后主滑油泵自动重新启动。通过PLC的编程器查出T2和T3的设定分别为8s和5s，检查马达控制箱内的时间继电器T1，其设定为10s，见图1所示的时序图。图1顺序启动时序图从图1中可以看到:

定时器T2(引入压力监视)设定值比T1(马达“星－三角”换接启动)设定值小，也就是说主滑油泵未完成启动即提前对排出压力进行监视，而马达处于星型接法下运行时压力是较低的(经观察此时排出压力在0．3MPa上下波动)，因此造成备用泵的自动启动(自动启动设定压力为0．35MPa)。要解决这一问题，只需将T2的设定适当延长以超过T1的设定即可，如图1所示将T2调整到12s。在调整完毕后，反复进行上述顺序启动试验，结果未再发生主滑油泵顺序启动后又自动切换到备用泵的问题。2、No.2发电机主开关异常跳闸很明显，主开关异常跳闸系因发电机频率下跌幅度较大无法及时恢复导致的，这可以从燃油供给异常、调速器故障、顺序启动负荷设置不当3个方面来查找原因。1)调速器。该轮主发电机采用WOODWARDUG10液压调速器，按照调速器说明书要求对调速器进行参数设定检查及各种操作试验，均未发现异常。利用机舱风机、主滑油泵及主海水泵等较大负荷，分别对4台主发电机进行简单突加、突卸负荷试验，来观察频率波动及油门杆动作情况，发现当负荷突然增加或减小时，油门杆均在调速器作用下相应增加或减少发电机供油量。因此，可以排除调速器发生故障或参数设置不当的可能性。2)顺序启动负荷的设置。从故障现象来看，4台主发电机分别作为第一备用进行主配电板失电试验时，均发生频率下跌幅度较大的情况。因此，优化顺序启动的负荷设置应该能减少其对电网的冲击，避免主发电机频率出现较大波动。该轮机舱重要泵的顺序启动设置通过GSP(组合启动屏)的PLC进行，通过PLC的编程器检查其原始参数设置如表1所示，从表1可以看到，该轮顺序启动的负荷设置有很大的优化空间，另外需要特别注意的是主滑油泵、主机辅助鼓风机均采用降压启动，分别具有10s和5s的启动过程，在配置顺序启动负荷时应予以考虑。经过重新调整后的顺序启动负荷设置如表2所示。利用编程器在PLC上按照表2中优化后的参数进行设定后，分别对4台主发电机进行主配电板失电试验，结果表明除No．2主发电机外，其它发电机的频率波动范围及恢复时间均大大减少。No．2发电机的频率波动范围及恢复时间也有所改善，但主开关有时仍会发生跳闸现象，说明问题未完全解决。3)发电机燃油供给。考虑到通过前面的检查和调整后，其它3台发电机均工作正常，这样可以排除燃油本身、燃油供给泵、燃油增压泵及管系的问题。因此，造成No.2主发电机频率下跌后无法及时恢复的原因，很有可能是由于发电机油门执行机构存在问题导致发电机调速特性恶化造成的。为此，将No．2发电机油门总成拆下后送回设备厂家进行详细检验，确认其发生了变形。该发电机更换油门总成后，对其进行了多次重要设备顺序启动突加负荷试验，均未再发生主开关跳闸的故障，频率波动幅度较大的现象也消除了。三、结束语通过上面的分析、排查以及故障处理，有以下几点值得注意和总结。1)油门杆或各缸油门齿条对发电机正常运行的重要性是不言而喻，油门杆或油门齿条即使发生轻微变形或卡阻也会导致发电机调速特性恶化，影响设备和船舶的安全运行。因此，在船厂施工或船员的日常管理维护中，需要定期对油门齿条和油门杆轴承进行活络保养，特别要注意避免在油门总成上随意踩踏。2)机舱重要设备的顺序启动设置不当会严重影响电力系统的正常供电。个别船厂在进行顺序启动设计时只考虑满足船级社相关要求即可，而不注意进行最佳优化以尽量减少对电力系统的冲击，船舶管理人员在条件许可的情况下也有必要对顺序启动的设置根据实际情况进行修改以进一步优化。3)对于大功率马达的“星－三角”换接启动时间的设定应合理。如果启动时间设定太长不仅延长了泵的建压时间，容易导致马达过热，而且