引起船舶电气设备常见故障的因素.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：李杰（1984），汉族，本科，助理工程师，研究方向为电气工程。-134-引起船舶电气设备常见故障的因素 李 杰 王国瑞 刘 骞 毕长杰 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452 摘要：摘要：船舶电气设备是船舶的重要组成，关系到船舶行驶的安全性。由于海上环境较为复杂恶劣，空气湿度相对较大，电化学腐蚀严重，电气设备管理与维护面临严峻的挑战，针对不同的风险因素需要采取不同的应对策略。本文结合船舶电气故障的日常使用，对电气设备常见故障的影响因素展开分析，旨在进一步探讨相关因素在船舶电气设备故障中的作用和关系，为电气设备的故障处理工作提供客观参考。关键词：关键词：船舶电气设备；常见故障；因素 中图分类号：中图分类号：TH137 0 引言 为满足船舶使用人员的日常生活和工作需求，船舶上的电气设备趋于多样化，作为船舶工程中至关重要的一部分，不仅关系到船舶的正常运行和生产效率，也直接影响到船舶和船员的安全。然而，在实际运行中，船舶电气设备常常会出现各种故障，这些故障往往源于多种因素，包括设备自身的设计和制造、船舶运行环境、维护保养等多个方面，如果无法及时采取有效的应对措施，容易引发严重的安全事故，因此，推进船舶电气设备常见故障的分析与应对研究显得尤为重要。1 船舶电气设备的概述与构成 船舶电气设备是指安装在船舶上，以发电、配电、驱动和控制为主要功能的一类设备，不仅能为船舶提供电能，也能实现对船舶各种系统的控制和驱动，使船舶能够在各种环境和工况下保持正常运行。随着船舶工程技术的不断发展，船舶电气设备也经历了从传统机械、液压到电气的演变过程。传统船舶主要依赖机械传动，而现代船舶已经越来越多地采用电力传动和电气控制，以提高船舶的可靠性、灵活性和运行效率。主发电机是船舶电气设备中的核心组成部分，负责产生船舶的主电能。通常由主机（发动机）通过机械传动驱动发电机，以产生交流电或直流电；柴油发电机是船舶上常见的辅助电源设备，主要用于在航行中为电力系统提供备用电源，可独立运行，为船舶提供电力，也可以在主发电机停止运行时作为备用发电机；船舶电动机广泛应用于船舶上的各种系统，包括推进系统、辅助机械系统等。电动机通过电力系统提供的电能驱动，实现船舶的运动和各种功能；可编程逻辑控制器（PLC）广泛应用于船舶电气系统的控制中，PLC 通过检测各种传感器的信号，实现对船舶各个系统的自动控制，包括发电机的调度、电动机的启停、配电系统的调度等；船舶照明系统包括船舱内部和船体外部的照明设备，用于提供舒适的工作和生活环境，确保船舶在夜间和恶劣天气条件下的安全航行。2 船舶电气设备常见故障分析 2.1 主配电板常见故障分析 电气设备在运行过程中主配电板会产生振动，在不同位置也会有所差异，如果振动频率较高，容易导致配电板出现裂缝，因此，需要采取有效的应对措施。结合配电板的运行管理工作来看，过载是配电板的常见故障，在电气设备负载超过设计负荷时，会导致电流超过额定值，引起过载，一般是由于电流突增或负载不均衡；短路是指电路中两个相对电位相差很小的点直接连接在一起，导致电流异常增大，配电板上的短路主要因为电缆损坏、元件故障或设备老化，导致设备过热、起火甚至爆炸；接触不良是指电气设备连接点之间存在松动或腐蚀，导致电流传输不畅，大多是由于设备长时间运行、振动、潮湿等因素引起，接触不良会导致电气设备工作不稳定、发热和设备损坏；漏电是指电流在非预期的路径上流动，由于设备绝缘损坏，所处环境较为潮湿。在配电板中，漏电也易导致设备故障、引发触电风险，影响整个电气系统的稳中国科技期刊数据库 工业 A-135-定运行。2.2 电网系统常见故障 为保障电力系统的稳定运行，往往会借助继电器保障电路的平稳运行，使得电流处于恒定状态。但是结合相关故障的处理工作来看，船舶使用人员往往在很长时间内都没有对继电器和相关设备进行检修，对电路的稳定性产生了负面影响。电网系统中的常见故障之一是电压不稳定，主要是由于电源波动、电气设备故障或负载变化，电压不稳定会导致设备无法正常工作，甚至损坏敏感的电子元件；电网系统中的频率偏移是指电源的频率偏离了正常运行范围，引发设备运行速度异常、时钟不准确等问题。频率偏移的成因则包括电力系统故障、负载变化等；电压谐波是指电压中存在频率是基波频率的整数倍的谐波成分，电网系统中的谐波大多是由于非线性负载、电力电子设备等因素引起的，引发设备损坏、电源失真、线损增加等问题；电力中断是指电网系统中突然断开电源，主要是因为设备故障、外部故障或过载，电力中断会造成设备停机、数据丢失等问题，对一些对电源要求极高的设备影响更为严重。2.3 电动机故障 电动机过热是电气设备中的又一常见问题，过热是由于电动机过载、通风不良、绝缘老化引起的，过热会导致电动机绝缘降低，缩短设备寿命，甚至引发火灾；电动机启动问题主要包括启动困难、启动时间过长等情况，可能是由于电源问题、电动机内部故障或连接问题引起的，若出现启动问题会导致设备无法正常投入运行；电动机轴承故障常常表现为轴承噪音、振动异常等。轴承故障通常是由于润滑不良、颗粒污染、轴承损伤等问题造成的，轴承故障如果得不到及时修复，可能会导致设备损坏；电动机中的相间短路是指电机内部两相之间发生短路，相间短路是绕组故障、绝缘老化等原因造成的，相间短路会造成电动机运行不稳定、过热等问题。2.4 船舶接触器和继电器故障 船舶接触器和继电器是由电磁系统、触头系统、灭弧装置以及辅助部件组成，接触器经常会出现触头接触不良的情况。接触器和继电器中的触点焊死是指由于长时间使用或负载过大，触点粘连在一起而无法分开，触点焊死容易导致设备无法正常断开电路，影响电气设备的正常运行；接触器和继电器的线圈断路是指线圈中的导线发生断裂，使得线圈无法正常工作。线圈断路可能是由于线圈老化或者遭遇外部损伤，会导致接触器和继电器失去控制功能；接触器和继电器的接触不良主要指触点之间的连接不良，导致电流传输不畅，大多由于腐蚀、污染、振动等因素引起，接触不良会影响设备的正常开关和控制功能；继电器失灵是指继电器无法按照设计要求进行开关动作，一般是因为线圈故障、触点损坏引起，继电器失灵会对控制系统造成负面影响，进而影响整个电气系统的运行。3 常见船舶电气设备故障解决方法 3.1 硬件替换法 当船舶电气设备中的某个元件出现故障时，一种常见的解决方法是通过硬件替换，包括更换损坏的电阻、电容、继电器等元件。在进行替换时，工程师需要确保新元件的规格和型号与原件一致，以保证设备的正常运行；对于无法修复的大型设备故障，硬件替换法也包括更换整个设备的做法。例如，如果一台电动机发生严重故障，可能需要将整个电动机更换为新，在进行设备替换时，需要确保新设备满足船舶的技术要求和性能需求。值得注意的是，硬件替换法的效率相对较低，主要应用于一些非紧急故障的处理。3.2 电路检验法 在面对电气设备故障时，工程师可以使用多用表进行电路测量，通过测量电压、电流、电阻等参数，快速定位故障点。例如，通过测量电路中的电压判断是否存在电压不稳定的情况，从而指导后续的故障排除；电气设备中常见的故障之一是连线和连接器的松动或断裂，通过检查电路的连线和连接器，工程师可以快速查找导致故障的具体原因。在检查过程中，可以使用电路图帮助理清设备的电气连接关系；示波器是一种用于显示电压波形的仪器，可以帮助工程师分析电路中的波形变化。通过观察波形的形状和特征，工程师可以判断是否存在电路中的故障，例如电源波形不稳定、脉冲幅值异常等情况。3.3 直观法 直观法是通过目视检查设备外观和周围环境，寻找异常现象和可疑部位。例如，检查电气设备是否存在烧焦、热变形、异味等情况。目视检查可以帮助工中国科技期刊数据库 工业 A-136-程师快速发现一些明显的故障迹象；通过听觉检查，工程师可以依靠听觉感知设备是否存在异常声音。例如，电动机运行时是否有异常噪音、继电器开关时是否有异响等，能够发现一些与机械运行状态相关的故障。此外，通过触摸相关设备的外壳，可结合设备和元件的温度对故障进行判断。3.4 经验指引法 在解决船舶电气设备故障时，船舶工程师通常会借助自己的经验知识。通过对类似故障的处理经验，工程师可以迅速判断故障的可能原因，并采取相应的解决方法，对于一些常见和典型的故障具有较高的实用性；制造商提供的设备文档中通常包含了设备的详细说明、维护手册和故障排除方法。船舶工程师可以根据制造商文档中的指引，查找故障原因并采取相应的维修措施，参考制造商文档能够帮助工程师了解设备的设计特点和维护要点，避免出现类似的问题。4 船舶电气设备常见故障的处理策略 4.1 推进设备维护保养 科学的设备维护与保养不仅能够规避常见的设备故障，也能有效延长船舶电气设备的使用寿命，定期巡检与保养是推进设备维护的基础，船舶工程师应定期对推进设备进行全面巡检，包括检查电动机、传动系统、螺旋桨等关键部件。通过定期的保养可以发现并处理潜在问题，防止设备在运行过程中出现故障；保持推进设备的清洁和良好润滑是维护的重要环节。清洁可有效防止腐蚀、污染等问题，润滑则有助于减少摩擦，延长设备寿命。船舶工程师应根据设备使用手册制定清洁和润滑的计划，并选用适当的润滑油和清洁剂；设备在运行中产生的振动和温度异常往往是故障的前兆，需建立振动和温度监测系统，通过实时监测设备振动和温度变化，可以及时发现设备的异常状态，采取相应的维修和保养措施。4.2 培养设备维修人才 为船舶电气设备维修人员提供专业培训是培养设备维修人才的关键，关系到后期故障分析和处理工作的推进，培训内容应包括设备结构、工作原理、维修技术、安全操作等方面的知识。定期组织培训课程，确保维修人员掌握最新的技术和知识；实战演练与模拟是培养设备维修人才的有效手段。通过模拟船舶电气设备故障场景，让维修人员进行实际操作和应急处理，提高其应对故障的实际操作能力。这可以在真实情况下培养维修人员的紧急应对能力；建立专业的维修团队，包括不同层次的技术人员，形成合理的人才结构。维修团队应具备团结协作、高效沟通的团队精神，能够在紧急情况下迅速响应，保障设备故障的快速解决。4.3 更新船舶电气设备 随着科技的不断发展，船舶电气设备也在不断更新换代，船舶管理者应密切关注最新的电气设备技术，及时更新船舶上的老旧设备，采用更为先进、可靠的设备，有助于提高设备性能，降低故障率；智能化技术在电气设备领域的应用日益广泛。引入智能传感器、远程监控系统等技术，实现对船舶电气设备的实时监测和远程控制，智能化技术有助于提前发现潜在问题，降低设备故障的概率；制定设备更新计划是保持船舶电气设备现代化的重要手段。根据设备的使用寿命、技术状况和维修成本等因素，合理安排设备的更新周期。设备更新计划应与船舶的整体运营计划相协调，确保设备的更新不会影响船舶的正常运行。4.4 优化设备操作规范 合理的操作能够减少误操作，对于规避电气设备故障也有着重要意义，建立标准的设备操作流程显得尤为重要。相关技术人员需要基于以往的故障处理经验，制定详细的设备操作手册，明确设备的启停顺序、操作步骤、注意事项等重点内容，确保船员在操作设备时能够按照规范进行；合理分配设备负载是优化设备操作规范的一部分，避免某一设备负载过大，导致的过度磨损和过早损坏问题。设备负载合理分配可以延长设备使用寿命，降低维修频率；建立设备故障记录是优化设备操作规范的重要环节，关键在于记录设备的故障情况、维修过程和维修结果，分析设备故障的原因和规律，构建专业化的设备故障数据库，为今后的设备管理提供经验指导。5 结语 优化船舶电气设备的故障维修工作 不仅能够为船舶的运行提供稳定的电力供应，同时也能进一步促进我国船舶行业的发展，因此，相关技术人员需要发挥自身的能动性，紧跟行业和时代的发展脚步，加大对船舶定期设备故障处理工作的重视，通过推进设备中国科技期刊数据库 工业 A-137-维护保养、培养设备维修人才、更新船舶电气设备、优化设备操作规范等多项处理策略，全面提升船舶电气设备的管理水平和故障应对能力，促进相关策略相互配合，进一步降低设备故障率、延长设备寿命，确保船舶电气设备在复杂的海上环境中安全稳定运行。参考文献 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