209K散貨船壓載泵軟啟動失敗故障分析及對策

劉恒全

摘 要：船舶電氣系統(tǒng)是船舶的核心，壓載系統(tǒng)是船舶電氣系統(tǒng)的重要組成部分，壓載系統(tǒng)主要由壓載水泵、壓載水管路、壓載艙及相關閥件組成，通過對壓載水艙加、排水來調(diào)整船態(tài)。隨著船舶電氣化、自動化、信息化程度的不斷提高，對船舶壓載系統(tǒng)也提出了更高的要求。該文主要介紹20.9K散貨船壓載系統(tǒng)調(diào)試工作中的一點經(jīng)驗。

關鍵詞：壓載水泵；軟啟動器；船舶電氣系統(tǒng)

中圖分類號：U674 文獻標志碼：A

1 故障現(xiàn)象

20.9K散貨船在主機動車系泊試驗中，因船態(tài)達不到動車試驗要求，需通過壓載艙駁壓載水來調(diào)整船態(tài)，使之符合動車試驗要求；因此需對壓載水泵進行通電；由于壓載水泵的功率非常大（400 kW），無法直接用岸電進行供電。所以對外提交完發(fā)電機后，立馬進行配電板恢復匯流排正常供電，并連夜對壓載水泵進行通電調(diào)試；首先對壓載水泵進行調(diào)試前的檢查，檢查電機及配電箱接線是否正確，壓載水泵部件有無松動，電機絕緣是否達到要求，泵內(nèi)及吸入管內(nèi)的空氣是否排盡，管路及相關閥件開關是否正確等；檢查結束按下啟動按鈕后，壓載水泵遲遲不能正常啟動，只聽到“吱吱”的聲音，壓載水泵能緩慢地運轉，10 s后，只聽到軟啟動器“嘣”的一聲，啟動失敗，壓載水泵停止運轉。

2 故障分析

軟啟動器（softstarter）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，可以實現(xiàn)在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機，而且可以根據(jù)電機負載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的各種參數(shù)，國外稱為SoftStarter。

其工作原理：軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機定子之間；使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。

軟起動一般有4種起動方式：1）定時電壓斜坡軟起動；2）恒電流軟起動；3）轉矩控制軟啟動；4）自適應軟啟動。

根據(jù)壓載水泵的控制原理圖，可知，壓載水泵的軟啟動屬于內(nèi)部旁路型（如圖1所示）。

這類軟啟動器失敗的原因有1）泵的原因（電機自身故障、泵浦堵轉、進出閥比例有誤）；2）軟啟動器控制電源電壓不正常；3）軟啟動器的設置參數(shù)不合理（象電機類型、電機額定電流、啟動方式、啟動斜坡時間、起始電流、電流極限等）。

3 故障排除

為了及時排除故障，解決問題，準備好常用儀器儀表（兆歐表、萬用表等）后，立即按步驟進行故障排查：1）用手盤動壓載水泵，壓載水泵能夠正常轉動，說明壓載水泵浦沒問題；2）用兆歐表對電機進行絕緣測量，電機絕緣在正常范圍內(nèi)；3）使用高精度萬用表對電機各相繞組進行阻值測量，電機各相繞組的阻值也都正常，說明電機沒問題；4）用電壓表檢查壓載水泵軟啟動器的控制電源，供電電壓正常；5）將其正常通電，查看顯示板，在快速設置菜單里查看相關設置參數(shù)及數(shù)據(jù)，參數(shù)不做任何改變并記錄下來，離心泵：電機額定電流為777 A；啟動方式為自適應控制；自適應啟動曲線為恒定加速；起動斜坡時間為15 s；停機方式為自適應控制；自適應停止曲線為恒定減速；停止時間為0。標準菜單中：①電機數(shù)據(jù)為1 A和777 A。②起動/停止方式：2A起動方式為自適應控制；2B起動斜坡時間為15 s；2C起始電流為350%FLC 2719A；2D電流極限為350%FLC 2719A；2H停止方式為自適應控制；2L停止時間為0。將顯示板的界面調(diào)至顯示[電流]界面，調(diào)節(jié)好進出口閥，再次對壓載水泵進行啟動，仔細觀察電機電流的變化情況；壓載水泵在啟動失敗的一瞬間，電流達到了3 200 A。

看到這一現(xiàn)象，立馬翻閱廠家資料及軟啟動相關書籍。自適應控制的軟啟動方式，能自動使電動機的加速轉矩和負載轉矩相適應，使電動機得到一個合理的加速轉矩，電動機起動平穩(wěn)、快捷；它的受控參數(shù)是：加速；但受影響的性能參數(shù)是：啟動電流、啟動轉矩；一般情況下，控制電機/負載加速的，采用自適應控制的軟啟動方式；控制電機啟動電流的，采用恒電流的軟啟動方式。

自適應控制軟啟動方式下，軟啟動器會調(diào)節(jié)電流，使電機在指定的時間（啟動斜坡時間）內(nèi)利用所選的加速曲線（早加速、恒定加速、后加速）起動；自適應控制起動電機的速度不可能比直接起動方式快；如果起動斜坡時間比電機直接起動時間快，起動電流可能會達到直接起動電流水平；將起動斜坡時間改到最大值（20 s）時，電機還是不能正常起動。

恒電流是傳統(tǒng)的軟啟動形式，啟動時將一電抗型變壓器高壓側與被啟動電動機串聯(lián)后接入電源，使電抗型變壓器承擔電源的大部分電壓，電動機初始電壓很低，利用現(xiàn)代電力電子器件逐步調(diào)低電抗型變壓器低壓側的電壓，同時被啟動電動機的端電壓逐步上升，達到電動機軟啟動的目的；所以把電流從零增大到指定電流，然后保持不變，直到電機加速為止；適用于必須把起動電流控制在特定水平下的啟動。

通過檢測軟啟動器啟動失敗時的最大瞬時電流，發(fā)現(xiàn)啟動失敗的原因在于參數(shù)設置，于是重新對參數(shù)進行設置，在快速設置菜單中，離心泵：電機額定電流為777 A；啟動方式改為恒電流；自適應啟動為曲線恒定加速；起動斜坡時間改為20 s；停機方式為自適應控制；自適應停止曲線為恒定減速；停止時間為0。標準菜單中：①電機數(shù)據(jù)仍為1 A和777 A；②起動/停止方式：2A起動方式為恒電流；2B起動斜坡時間為20 s；2C起始電流為400 %FLC 3108A；2D電流極限為400 %FLC 3108A；2H停止方式為自適應控制；2L停止時間為0。經(jīng)過重新設置，壓載水泵能正常啟動并正常運行。

4 結語

電氣系統(tǒng)的調(diào)試、故障分析不同于機械修理；電氣故障看不見、摸不著，全憑測量、分析、判斷和經(jīng)驗來解決問題。船舶電氣系統(tǒng)發(fā)生故障從表面上看都比較復雜的，甚至會使電氣工程師無從下手，這就要求電氣調(diào)試人員首先要熟悉電氣系統(tǒng)的特點和性能，同時也要掌握一定的輪機方面的知識，能從機、電方面綜合考慮并擴展分析問題的思路，拿出最優(yōu)化的解決方案。其次電氣工程師還要有穩(wěn)定的心理素質(zhì)；通過現(xiàn)象冷靜分析，重點檢查。

參考文獻

[1]方大千.軟啟動器、變頻器及PLC控制線路[M].北京：化學工業(yè)出版社，2018.