【船机帮】船舶电站系泊调试

船机故障心莫慌，遇事不决船机帮

导读

柴油发电机组是船舶动力设备之一，通过配电板向所有电气设备提供电源，以保证船舶的正常运营。

尽管柴油发电机组在出厂时已经做了例行试验，并由相关船检机构颁发了合格证书，但运输过程中存在颠簸、装卸等因素，所以需要检查柴油发电机组总装后的完好程度以及与配套设备的适用性，同时需要为船方提供一套完整的工作记录，所以柴油发电机组装船以后都需要重新做试验。

除了柴油发电机组之外，对新造船舶的电站，也必须按照《钢质海船入级与建造规范》及有关主管机关的要求，在系泊试验时进行检测、试验和调整等调试工作，以保证发电机组及电站各个设备之间参数相互适应。

这是一项保证船舶电站质量、关系到船舶安全航行的重要工作，必须精心做好。

一

船舶电站调试的要求

船舶电站调试的具体要求为：

保证发电机组处于最佳状态，各台发动机组既能做好单机运行，又能进行并联运行；

对发电机组各种保护装置的动作值进行复核整定；

保证主开关及各种开关继电器工作正常；

使配电板仪表及各种信号装置指示正确；

对电站管理系统（PMS 系统）进行测试。

二

调试内容

1.调试前的准备工作

为保证调试工作的顺利进行，船舶电站在调试之前，要做好下述准备工作: 

1）试验文件准备。

主要有设备说明书、试验大纲、试验程序、试验记录表格；

2）根据厂方提供的电气原理图，检查系统设备安装接线完整性、正确性。

主要有：

柴油发电机组接线、柴油发电机组控制板接线、主配电板发电机屏和同步屏接线、岸电—发电机电气联锁恢复、发电机控制直流 （DC 24v）电源正常供电； 

3）清洁检查。

主要对发电机内部、发电机控制板以及报警分站模块等进行清洁检查，以防止一些电气元件特别是电子元件很容易因短路被烧坏。

4）检查发电机、调压器的冷态绝缘电阻。

冷态绝缘电阻应在1MΩ以上（有时可达20MΩ以上），否则要进行必要的处理。

任何电气设备在通电之前，都要进行绝缘电阻的测量，这是人身安全和设备安全的根本保证，也是检验过程中的必检项目。

在进行冷态绝缘电阻测量前，应先断开配电板上所有外部线路的开关，同时须将发电机和配电板上所有电子设备的线路断开，避免 因电压过高而损坏电子设备。

发电机组和配电板绝缘电阻测量的内容包括：

配电板汇流排对地的绝缘电阻、发电机电枢绕组对地的绝缘电阻、发电机励磁绕组对地的绝缘电阻、发电机空间加热器对地的绝缘电阻、调速电动机对地的绝缘电阻等； 

5）准备负载设备。

发电机的负载设备通常用水电阻和空芯电抗器分别作为纯电阻和感性负载，用临时电缆把试验负载与发电机屏上的总线连接起来；

 6）调试期间，为保证配电板上各用电设备继续得到供电，应将发电机屏上的总线与配电板上的总线断开，并把妨碍主开关工作的联锁电路暂时断开。

 2. 电站安全系统的调试（安全保护装置动作值的整定）

电站安装完毕进行调试之前，首先应对安全系统进行调试，以确保调试过程的安全，依据是系泊试验大纲或柴油机说明书所规定的安全装置的报警值。

通常采用模拟方法模拟系统中的压力温度等热工参数，当任何一个参数达到设定的报警值时，如滑油进口压力、预供滑油进口压力、燃油进口压力、淡水进口压力、起动空气进口压力、滑油进口温度、燃油粘度、淡水出口温度、各缸排气温度、发电机增压器排气进出口温度、燃油漏泄管液位高、滑油油池液位低、滑油滤器压差高、发电机绕组温度高等，安全报警装置应立即发出声光报警信号。

如系统中的参数再次偏离，达到设定的停车值时，有关的保护装置应启动，切断原动机的油路或气路，使柴油机应能立即自动停止运转。

一般包括超速飞车保护停车、滑油低压停车、冷却水出口温度大于等于95℃时停车、盘车装置联锁、主配电板上或其它处所的紧急停车装置动作等。

当安全有了保证之后，可着手进行电气调试。 

3.空载调试

空载调试时，对电制为440V-60Hz的电力系统，首先起动发电机，让其转速上升至额定转速的90%-95%，相当于发电机电压频率为54-57Hz。

由于电压建立需要一个过程，须等一段时间，观察电压是否上升。

若电压无上升，则原因可能是：

发电机无剩磁，这时需要充磁，通常按一下充磁按钮即可，也可能是调压器内部有问题，如调压器接线是否错误或相关信号采集线是否松脱断线等。

应根据实际情况排除故障，当故障排除后，空载电压建立。 

4.负载试验和调试步骤 

1）负载调试前的准备。

空载电压建立之后，即可进行负载调试，但在负载调试之前，必须做好的检查和核对工作。

要再次测量并记录配电板及发电机绝缘电阻；

用相序表或相序指示灯检查各台发电机相序是否一致；

用总配电板上的公用电压表通过转换开关，来测量被试发电机电压，或用万用表来核对各台被试发电机电压表是否指示正确；

检查、核对频率表及油门伺服电动机的转向是否一致；

检查主开关动作的可靠性，操作主开关，让其反复接通断开，其通断应准确无误。 

2）负载试验和调试。

a）纯电阻负载试验。

起动发动机组并网，接通准备好的水电阻，在增加负载的过程中按步骤进行试验和调整。

第一，核对电流表、电压表。

用读数准确的交流钳形电流表测量发电机的三相电流，并与配电板上的交流电流表比较，若不正常，则需对电流表进行校正。

用读数准确的电压表测量发电机的线电压，并与配电板上的电压表比较，若不正常，则需对电压表进行校正。

第二，检查三相电流的平衡情况。

试验时，调整三相负载，尽量使其平衡。

发电机是根据三相电流对称的情况下长期运行而设计的。

当三相电流对称时，由它们合成产生的定子旋转磁场是和转子同方向同速旋转的，因此定子旋转磁场和转子旋转磁场相对静止，它的磁力线不会切割转子而产生不良影响。

当三相电流不对称时，将会产生一负序电流，负序电流所产生的磁场，使转子表面产生出两倍于工频即120周/秒的电流，在转子铁心中感应涡流，引起附加铁损，同时在励磁绕组与阻尼绕组中也感应出120周/秒的附加电流，产生额外的铜耗，从而引起电机整体或局部升温并会在定子中出现磁路不平衡形成一系列的高次谐波，影响发电机的输出功率。

在不对称负载时，由于负序气隙磁场与正序气隙旋转磁场相互作用而产生120Hz的交变电磁转矩，这种转矩同时作用在转子和定子铁心上，而使它们产生120Hz 的振动；同时还会引起以负序分量为启动元件的多种保护发生误动作，直接威胁电网运行。

引起的不平衡电压亦使硅整流设备出现非特征性谐波。

此外，当三相负荷不平衡时，如控制最大相电流为额定值，则其余两相就不能满载，因而设备利用率下降，反之如要维持额定容量，将会造成负荷较大的一相过负荷等。

由三相电流平衡的重要性联想起笔者曾经遇到一例船舶发电机组由于三相输出电流的严重不平衡而导致发电机组严重振荡的案例。

平时在机舱巡回检查时发现发电机组有强烈的振动，并有局部过热的现象。

当电网的负载波动较大时，常会出现次要负载从电网中自动卸载，严重时使发电机组稳定运行的条件遭到破坏，导致全船失电的严重事故。

遂查找引起该故障的原因，在排除了机械原因后，最后发现三相电流有严重的不平衡问题，如有比较大的单相厨房用电炉及生活用电加热器和动力用加热器等用电器过于集中于S相，造成各相负荷分布不均，其中S相的电流差不多是R相电流的两倍，T相电流也偏差很大。 

其远远超过规范规定的负序电流不得大于8％的要求，所以当大的用电负载如锚机绞缆机等投入运行时，常会出现S相因电流过大而超过额定电流致使发电机主开关跳闸。

所以，在设计和布置用电设备的时候，要多注意其平衡性。

第三，核对功率因数。

电阻性负载功率因数应接近1，否则要检查功率因数表接线是否正确。

第四， 检查功率表。

功率表测得的读数应与下式计算结果相符：

P= UI，式中P为三相有功功率（W），U为线电压（V）；I-线电流（A），否则要弄清原因。

可能的原因主要有互感器接线不对或表头上的接线不对或表本身的质量问题等。

第五，静态电压调整率（cosФ=1）试验从空载到满载逐步加载，记录若干点对应的电压、电流、功率、频率等数值，然后画出发电机外特性曲线U=F （I），进行分析。

一般电阻性的负载电压调整率不会超过5-10%额定电压，根据规范，则要求各点的电压变化率应不超过±2.5%额定电压，如果大于此数值，应适当减小空载分量输出，提高负载分量，如发电机加载后负载电压急剧下降，经过调整后仍然下降，则可能是调压器有故障，或者是其它原因，需检查和排除。

此时应冷静思考，结合理论分析，找出故障原因，予以解决。

如 “熔盛重工”的编号为H1033油轮的单台发电机组在做负荷试验时，发现NO.1发电机组空载电压正常，但当带负载时，发现随着负载增大发电机输出电压下降，且负载增加越大时，电压下降越厉害，由450V跌至410V乃至更低。

检查自动电压调节器各接线均正常，并与其它正常发电机组的自动电压调节器进行调换，发现该故障依然存在，根据此现象进行分析，初步判断这是一例典型的复励分量不足或缺失故障。

根据同步发电机的电枢反应原理可知，负载时的去磁作用，会使发电机端输出电压下降，为了保持发电机端输出电压维持恒定，相应的要根据发电机的负载的大小即根据电枢反应时去磁作用的强弱，相应增加发电机励磁绕组的电流使主磁通维持不变。

由U≈E=4.44f1W1Φm可知，发电机转速恒定即频率恒定，只有使主磁通维持不变，才能使发电机输出电压恒定。

一般情况采取的是根据输出电压的偏差和负载电流的大小来调节励磁绕组的电流，使发电机的主磁通维持恒定。

像本案例中提及的故障现象，就是采集电流信号的电流互感器不起作用所致，经过仔细的检查，发现电流互感器的原边有一根接线松脱，重新接线后，恢复正常。 

最后，调整原动机调速器。

发电机从空载到满载，原动机转速的变化不应使其频率变化大于2.5Hz。

如果频率变化较大，则要配合轮机管理人员调整调速器的调速特性。

为了使发电机能稳定运行，在并联运行中功率能均匀分配，各发动机组的调速特性要求要一致，而且是下降的特性，一般要求从空载到满载下降1.5-2Hz为好。 

b）电阻-电感负载试验。

首先，检查电流绕组极性。

先接上纯电感负载，同样要检查采集负载电流信号的电流互感器绕组的极性是否正确。

如果带上负载，端电压下降很大，说明电流绕组接反，减小的激磁电流和电枢反应的去磁作用将会使端电压显著下降。

其次，核对功率因数。

发电机带纯电阻负载，功率因数表应为1；

若带纯电感负载，功率因数应为0。

若指示不符，则应校验。

让发电机输出cosФ=0.8的感性负载，从空载到满载，观察功率表的读数是否符合P=UIcosФ。

若不符合，则应检查原因。

再次，调试发电机静态电压调整率。

调试时，保持功率因数cosФ=0.8不变，发电机负载从空载调至满载，原动机转速保持额定值，然后再从满载降到空载，记录发电机功率P、电压U、电流I及频率f等参数，计算静态电压调整率，应在2.5%以内。

若对于应急发电机，则应限制在3.5%以内。

若不符合，则应进行调整。

最后，进行动态特性试验。

试验时，根据规范使发电机突加、突减cosФ[ ]0.4的60%额定负载，观察记录最大瞬时电压变化值和稳定值。

电压跌落，瞬时电压值不低于85%Ue；电压上升时，瞬时电压不应超过120%Ue，以及电压波动在最后稳定值的±3%以内的时间，不应大于1.5S，然后作cosФ=0.8的100%电流负载的突加突减试验，考核原动机及调压器的性能，使它满足规范要求。

在调压器调整后，最后还要复核一次静态电压调整率，如超过规定值，重新调整，直至符合要求。

 c）单机提交。

完成上述调试后，最后要进行温升试验，考核发电机连续运行的性能。

首先，在发电机进出风口及机舱内各放一只温度计，以便进行测量温升。 

然后再测量发电机的冷态绝缘。

进而起动发电机，空载运行一段时间后加1/2单机功率，负载运行0.5小时，然后加100%单机功率负载运行4小时，每隔0.5小时记录一次3处温度值，若运行正常，即可进行110%单机功率过负载试验，运行1小时。

待停机后，测量发电机热态绝缘电阻，同时记录定子、转子等温度，整个测试完毕后，要提交下列资料，并参照规范要求，检查发电机冷、热态绝缘电阻值。

静态电压调整率（cosФ=0.8），验证各点电压变化率应不超过±2.5%；

动态特性，当突卸100%→0和0→30%→60%→100%额定负荷时，测出各档发电机的稳态电压和频率，瞬时电压和频率；

测量柴油机的瞬时转速，稳定转速和稳定时。

要求瞬态频率变化超过±10%（±6Hz），稳态频率变化不超过±5%（±3Hz），稳定时间不大于5秒（稳定时间为当转速恢复到转速波动率为±1%范围的时间）。

温升曲线（进出口处风温）。 

5.保护装置的调整

保护装置一般由互感器控制电路、运算电路和延时继电器组成。

当不正常的信号出现时，通过互感器产生一个电压或电流信号，经过运算电路分析送到不同的延时继电器，控制保护装置的动作。

主要保护装置参数如下：

1）过载保护动作值的整定。

将保护装置整定在发电机额定电流的125-135%，延时继电器调整在15-30秒，当电流超过整定值时，保护装置开始动作。

2）失压保护动作值的整定。

可利用空气断路器的低压脱扣线圈。

当发电机不发电时，断路器若在合闸状态，则瞬时动作；当电压降至额定电压的70%-35%时，应经系统选择性保护要求延时后，方能动作，一般整定在80%-70%之内。 

3）逆功率保护动作值的整定。

发电机是否出现逆功率由逆功率继电器检测。

整定值一般按发电机额定功率的8%-15%整定，延时时间在3-10秒，当逆功率超过整定值并持续时间较长时，保护装置开始动作。 

4）短路保护动作值的整定。

利用过电流脱扣特性的顺时动作实现对发电机的短路保护。

始动值为发电机额定电流的200-250%。

由于时间太短，通常采用模拟的方法，时间一般为0.12-0.43秒。 

5）优先自动卸载。

为确保发电机组能连续可靠的运行，在负荷连续上升过程中或接近发电机额定功率的供电负荷之前或在规定延时后，将对船舶航行安全并非十分重要的设备电源切断，以减轻负荷，使该发电机组继续运行，提高电力系统的安全性和经济性。

具体利用空气断路器的长延时继电器的动作特性来完成。

整定值为发电机额定功率的100-110%时，延时时间一般整定在10秒，当发电机过载时，线圈开始动作，利用自动卸载或分级卸载来保护发电机的正常工作。 

6.并联运行调试

船舶在正常营运期间，有时候使用的辅助动力设备比较多，单机不能承担或发电机轮流工作转换时，为保证不间断供电，不可能停下来转换，这时通过并联运行，进行负载转移。

所以，当船上装有两台以上的发电机时就需要做并联运行试验。

根据并联要求，并联运行要做好如下工作：

核对同步指示装置、并车试验、负载转移试验、并联运行稳定性与负载均匀分配试验、并联运行的负载分配分为无功功率分配和有功功率分配两个部分。

希望无功功率按比例分配，是为了充分利用并联各台发电机所能供给的电流；

希望有功功率按比例分配是为了充分利用并联发电机原动机的功率，这都有助于增强并联运行的稳定性和经济性。

在调试中，笔者曾经遇到电站并联负荷分配不均的问题。

一艘隶属于山东荣城某海运公司的船舶，其发电机组采用的是电子调速器，单机运行时各参数均正常，但在并联时，发现负载来回迁移，功率因数和电流也剧烈振荡，并联不到10秒钟即跳闸。

根据该现象进行分析，怀疑发电机的有功功率特性曲线不一致，即Kc相差过大，致使并联时的有功功率不能按比例或平均分配，从而使并联失败。

于是在调试时，先单机空载运行，将频率调到51Hz，

再逐渐按0%→25%→50%→75%→100%增加负荷，得到在各个负荷下的频率，绘出f-p特性曲线，计算出Kc,调节“span”电位器，使各台发电机的Kc参数趋于一致；

接着再让发电机组并联运行，进一步修正Kc，直至满意为止。

最后，发电机组并联运行时，不仅自动状态非常稳定，负载分配均匀，即使在手动状态调节时，另一台发电机组浮接在电网上也非常稳定。 

总之，在调试时遇到故障要根据具体的情况进行分析，找出原因并解决，使并联运行稳定和负荷均分（针对相同容量机组）或按比例分配（针对不同容量机组）。 

7.自动电站试验

在下列情况下，各台发电机自动起动。 

1）在一台发电机单独运行情况下，一台发电机作第一备用，另一台作第二备用（第一备用发电机起动失败，第二备用发电机起动）。

a）汇流排电压高，当电压高于477V（即106%）时，延时5秒报警，备用发电机立即起动，当电压、频率建立起来以后，检查汇流排是否正常。若不正常，主开关脱扣，备用发电机合闸。

b） 汇流排电压低，当电压低于405V（即90%）时，延时5秒报警，备用发电机立即起动，当电压、频率建立起来以后，检查汇流排是否正常。若不正常，主开关脱扣， 备用发电机合闸。

c）频率低，当频率低于58.5Hz（即 97.5%）时，延时5秒报警，备用发电机立即起动，当电压、频率建立起来以后，检查汇流排是否正常。若不正常，主开关脱扣，备用发电机合闸。

d）频率高，当频率低于61.5Hz（即102.5%）时，延时5秒报警，备用发电机立即起动，当电压、频率建立起来以后，检查汇流排是否正常。若不正常，主开关脱扣，备用发电机合闸。

e） 汇流排失电（全船失电），失电后备用发电机起动并合闸。

f）高功率，比如功率≥90%额定功率，延时10秒， 备用发电机起动及自动并车。 

2）三台发电机自动模式时，二台发电机并联运行，另一台作备用发电机。当任何一台运行中的发电机故障时，备用发电机自动起动、并车、故障发电机脱扣。 

3）自动并联运行和自动切换运行试验。

本试验须参照配电板厂家提供的“流程图”所要求的控制程序进行，并验证系统以下的程序控制功能：

发电机自动起动、自动同步、并联运行期间的自动负荷分配、发电机转换期间的自动负荷转移。 

8.其它环节的试验 

船舶电站的调试还包括其它一些环节的试验，如：

联锁检查，包括主配电板与应急配电板、岸电、小应急充放电板的联锁及发电机主开关与空间加热器的联锁；岸电相序保护；配电板上各开关容量及接线正确性检查；配电板上信号指示灯；部分开关（如风油开关等） 的应急切断检查；重载问询试验；顺序起动试验等项目。

三

结束语

在船舶电站调试时做的大量工作将力争使每项指标都能合乎要求，不过在航行试验前及航行期间，还需起动船上最大容量的电动机，观察实际电网的运行以及对其它设备的影响，并记录最大起动电流、电网电压下降、频率变化等情况，确保整个电站系统的可靠运行。

本文原创作者系：

江苏熔盛重工有限公司 

机电工程事业部   陈玉华

END

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