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摘要：船舶电气系统是船舶航行的关键设备。本文对船舶电气系统的组成进行了阐述，对电气系统中故障形成原因和处理方法进行了分析研究，以期在维修中快速找出故障点，排除隐患，保证船舶的安全航行。
关键词：船舶电气系统 故障检测判断
中图分类号：F407文献标识码： A
一、船舶电力系统简介
1、船舶电力系统的组成及特点
船舶电力系统主要由电源、配电装置、电网和电力负载四部分组成。其中电源将其他形式能源转变为电能，主要包括主发电机、应急发电机、蓄电池组、岸电等;配电装置用于对电源和用电设备进行保护、监测、控制，包括主配电板、应急配电板、区域配电板、分配电板、充放电板和岸电箱几种;电网是全船电缆电线的总称，用于将电源和各种负载联系起来，包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网;负载也就是用电设备，主要包括各种电力拖动设备、电气照明设备、通信导航设备及电加热器、电风扇等其他设备。
2、船舶电力系统典型线路图如图1所示。
图1船舶电力系统典型线路图
图中G1、2为船舶主发电机，ABC1、2为船舶发电机主开关，NSB为船舶主配电盘，MCB1-8为船舶负荷开关，M1-4为电动机，DSB为船舶分配电盘，ISW为隔离开关，ISB为照明配电盘，IDSB为照明分配电盘，Tr为照明变压器。
船舶电力系统是一个独立的电力系统，受到海上环境条件及船舶自身运行情况的影响，与陆地大电力系统相比，船舶电力系统有以下特点:
1)容量较小。船舶电站容量远小于陆地电力系统，船舶上大的用电负载的功率可以与发电机容量相比拟，在故障情况下暂态过程较严重;
2)电网线路较短。船舶电站中电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，短路电流很大;
3)负载变化频繁。船舶工况变化较多，不同工况对应的船舶电力系统用电量不同，因而负载的变化相当频繁;
4)工作环境恶劣。船舶电力系统的环境温度变化大，高温情况下，加速了电气设备绝缘的老化。受盐雾、油雾和霉菌的影响，金属部件易被腐蚀。船舶航行时的摇摆、倾斜、振动，容易造成电气设备部件的松动。
上述特征不仅要求对船舶电力系统有专门的研究，而且要求全面地分析这种研究方法。分析表明，船舶电力系统暂态过程的研究与计算只要针对如圖1中有相应的三级配电电网的一个船舶电站即可。
二、船舶电力系统各元件故障分析
1、同步发电机故障分析
同步发电机可能发生的电气故障主要包括励磁部分的故障、原动机部分的故障、发电机内部和外部不同类型的短路故障、负载不平衡以及接地故障等，同步发电机常见的电气故障分析见表1。从表1中可以看出，同步发电机常见的故障类型主要有:发电机起动失败、发电机欠压、发电机过流、发电机三相电压不平衡、发电机三相电流不平衡以及定子绕组接地等。
1)发电机起动失败
引起发电机起动失败的原因主要是励磁电源消失或励磁系统故障。励磁电源消失时，励磁电流接近零，发电机无法建压;励磁系统故障导致发电机建压过高，容易引起过压保护动作，导致起动失败。
当发电机起动失败时，检测励磁电流和励磁电压，若励磁电流接近零，则故障原因是励磁电源消失;若励磁电压过高，或者引起了过压保护动作，则故障原因是励磁系统故障。
表1同步发电机故障
2}发电机欠压
引起发电机欠压的原因主要有:调压器故障、调速器故障和发电机短路。船舶同步发电机一般装有自动调压装置，能够根据负载电流和功率因数的变化，调节励磁电流大小，从而实现自动调压的过程，维持端电压恒定。在励磁电流不变时，负载电流增加，将导致端电压下降;负载电流不变时，端电压随着励磁电流的减小而减小。调压器故障时，励磁电流偏小，导致发电机欠压;调速器故障时，转速下降，低于额定转速，使得发电机欠压;发电机短路时，产生很大的负载电流，导致端电压下降，发电机温度升高。
当发电机欠压时，若负载电流正常，励磁电流偏小，则可能是调压器故障导致的发电机欠压;若发电机转速下降，持续低于额定转速，则可能是由于调速器故障导致的发电机欠压;若发电机温度升高，负载电流超过额定值的1.5倍以上，则可能是发电机短路造成的欠压。
3)发电机过流
发电机的过流主要由短路和过载引起。发电机短路时，电流值一般为发电机额定电流的1.5倍以上，短路分为匝间短路和相间短路，匝间短路一般使发电机温度升高，电流增加，而相间短路会产生环流，使短路保护动作:发电机过载时，发电机电流超过了额定值1.1倍以上，或者发电机电流超过额定值1.25倍或以上时，延时15s~30s左右断路器分断，启动自动分级卸载。
当发电机过流时，若电流在1.5倍以下，或自动分级卸载启动，则可能是过载引起的发电机过流;若电流达到1.5倍以上，且发电机温度升高，但短路保护没有动作，则可能是定子匝间短路导致的过流;若电流值持续增大，导致短路保护动作，断路器跳闸，则可能是定子相间短路导致的发电机过流。
4)发电机三相电压不平衡
引起发电机三相电压不平衡的原因主要是发电机内部发生了不对称性故障，包括匝间短路、相间短路和接地故障。接地故障可以导致匝间短路，进而引起相间短路。定子绕组接地时，故障相电压降低，并产生接地电流;匝间短路会出现负序分量，产生谐波;相间短路产生的短路环流随着时间的增加而逐渐衰减。匝间短路和相间短路都会使发电机发热。
当发电机三相电压不平衡时，若有一相电压明显降低，则可以判定是系统接地导致的三相电压不平衡，此时若断开发电机主开关，接地故障消失，则对该发电机的定子进行绝缘测量，绝缘阻值低，则故障原因为该发电机定子绕组接地;匝间短路和相间短路的判断方法同。
2、电网故障分析
电网上可能发生的故障主要分为对称性故障和不对称性故障，其中对称性故障一般指三相短路，不对称性故障包括两相短路、单相接地短路、两相接地短路、一相或两相断线等。船舶电网常见故障的分析见表2。从表2中可以看出，电网上常见的故障主要有短路、断路和单相接地。
表2船舶电网故障
1)电网短路
引起电网短路的原因主要是绝缘层的老化或损坏，由于船舶电力系统中发电机和用电设备的短路保护装置，都尽量设在靠近电源侧的出线端，因此对电网的短路保护，不需要装设专门的保护装置。从发电机端部到发电机主开关这段线路较短，发生故障的可能性不大，若发生故障，发电机的过流保护会使断路器跳闸;从主配电板直接接到用电设备的线路，与用电设备共用一套短路保护装置;从主配电板到分配电板的线路，短路保护装置使用万能式开关或断路器;从分配电板直接到用电设备的线路，与用电设备共用一套短路保护装置。
2)电网单相接地
船舶交流三相电力系统，通常采用中性点绝缘的三相三线制，船舶电网如果发生单相接地，虽然不影响用电设备的正常工作，但增加了人体触电的危险性，如果另外一相再发生接地，将造成线间短路。该故障为潜伏性故障，必须及时发现并消除，另外，为了保障电网的正常运行，船舶电网绝缘阻值不得低于2MΩ.
通常用地气灯监视单相接地，用专用配电盘式兆欧表监视电网的绝缘电阻。若某相接地，该相灯将熄灭，其他两相灯变亮。此时要分析故障点可能发生在何处，考虑最近是否有新安装的电气设备，因接线碰壳形成接地，或某些薄弱环节易于形成接地，船舶电网的接地故障大多发生在照明电网。
《钢质海船入级规范》中规定，用于电力、电热和照明的配电系统，无论一次系统还是二次系统，均应设有连续监测绝缘电阻，且能在绝缘电阻异常第时发出报警，因此可以通过该报警，找出绝缘损坏的位置。
3)电网断路
某一相断路时，该相电流为零，断路一般由保险丝烧断或触头接触不良引起，可以通过配电板上的电流表找到断路相，并检查该相的断路器和保险丝。
3、断路器故障
所诊断的断路器主要包括控制发电机并网的断路器和两个配电级之间的断路器。其可能发生的故障主要包括脱扣器部分故障、合闸或分闸线圈部分故障以及其它的机械故障。断路器常见故障的分析见表3。从表3中可以看出，断路器可能发生的故障主要有无法合闸、跳闸和误动作。
1)断路器合不上闸
断路器合不上闸时，如果失压脱扣线圈失电且合闸线圈有电，则可能导致合不上闸的原因有失压脱扣器不动作、过流脱扣器失调或者热脱扣器没有复位;如果合闻线圈无电压或电压过低，则导致该故障的原因可能是合闸控制回路故障;如果合闸线圈的绝缘电阻低，则可能是合闸线圈老化，造成匝间短路或断线，导致断路器合不上闸。
2)断路器跳闸
断路器跳闸主要由过载保护、过流保护、欠压保护、短路保护和逆功率保护的动作引起。通过检测这些保护是否正常动作，可以判断导致断路器跳闸的具体原因。
3)误动作
断路器误动作主要由失压脱扣线圈失电跳闸和其他的机械故障引起。通过观察重合闸后系统是否正常工作，可以判定断路器发生误动作的原因。
结语：
由于船舶电气系统是一个相对较复杂而且科技含量相对较高的系统，其故障诊断和处理方式也比较多，本文主要从几个简单的方面对船舶电气系统故障诊断策略和方法等进行了论述，只是在理论上对已有的工作经验进行了总结，在具体工作中的处理方式还是需要有针对性的选择的，不能够千篇一律，从而提高故障诊断质量和故障处理效果。
参考文献：
[1]周左晗，施伟锋.船舶电力系统故障工况仿真.船电技术，2008, 4:193-196.
[2]姜莹，任光，贾宝柱.船舶故障诊断的新发展.航海技术，2004, 1: 40-42.
[3]吴志良.船舶电站及其自动化系统.大连:大连海事大学出版社，2010.
关键词：船舶电气系统 故障检测判断
中图分类号：F407文献标识码： A
一、船舶电力系统简介
1、船舶电力系统的组成及特点
船舶电力系统主要由电源、配电装置、电网和电力负载四部分组成。其中电源将其他形式能源转变为电能，主要包括主发电机、应急发电机、蓄电池组、岸电等;配电装置用于对电源和用电设备进行保护、监测、控制，包括主配电板、应急配电板、区域配电板、分配电板、充放电板和岸电箱几种;电网是全船电缆电线的总称，用于将电源和各种负载联系起来，包括动力电网、照明电网、应急电网、低压电网和弱电电网;负载也就是用电设备，主要包括各种电力拖动设备、电气照明设备、通信导航设备及电加热器、电风扇等其他设备。
2、船舶电力系统典型线路图如图1所示。
图1船舶电力系统典型线路图
图中G1、2为船舶主发电机，ABC1、2为船舶发电机主开关，NSB为船舶主配电盘，MCB1-8为船舶负荷开关，M1-4为电动机，DSB为船舶分配电盘，ISW为隔离开关，ISB为照明配电盘，IDSB为照明分配电盘，Tr为照明变压器。
船舶电力系统是一个独立的电力系统，受到海上环境条件及船舶自身运行情况的影响，与陆地大电力系统相比，船舶电力系统有以下特点:
1)容量较小。船舶电站容量远小于陆地电力系统，船舶上大的用电负载的功率可以与发电机容量相比拟，在故障情况下暂态过程较严重;
2)电网线路较短。船舶电站中电源与用电设备之间的距离很短，线路阻抗很小，短路电流很大;
3)负载变化频繁。船舶工况变化较多，不同工况对应的船舶电力系统用电量不同，因而负载的变化相当频繁;
4)工作环境恶劣。船舶电力系统的环境温度变化大，高温情况下，加速了电气设备绝缘的老化。受盐雾、油雾和霉菌的影响，金属部件易被腐蚀。船舶航行时的摇摆、倾斜、振动，容易造成电气设备部件的松动。
上述特征不仅要求对船舶电力系统有专门的研究，而且要求全面地分析这种研究方法。分析表明，船舶电力系统暂态过程的研究与计算只要针对如圖1中有相应的三级配电电网的一个船舶电站即可。
二、船舶电力系统各元件故障分析
1、同步发电机故障分析
同步发电机可能发生的电气故障主要包括励磁部分的故障、原动机部分的故障、发电机内部和外部不同类型的短路故障、负载不平衡以及接地故障等，同步发电机常见的电气故障分析见表1。从表1中可以看出，同步发电机常见的故障类型主要有:发电机起动失败、发电机欠压、发电机过流、发电机三相电压不平衡、发电机三相电流不平衡以及定子绕组接地等。
1)发电机起动失败
引起发电机起动失败的原因主要是励磁电源消失或励磁系统故障。励磁电源消失时，励磁电流接近零，发电机无法建压;励磁系统故障导致发电机建压过高，容易引起过压保护动作，导致起动失败。
当发电机起动失败时，检测励磁电流和励磁电压，若励磁电流接近零，则故障原因是励磁电源消失;若励磁电压过高，或者引起了过压保护动作，则故障原因是励磁系统故障。
表1同步发电机故障
2}发电机欠压
引起发电机欠压的原因主要有:调压器故障、调速器故障和发电机短路。船舶同步发电机一般装有自动调压装置，能够根据负载电流和功率因数的变化，调节励磁电流大小，从而实现自动调压的过程，维持端电压恒定。在励磁电流不变时，负载电流增加，将导致端电压下降;负载电流不变时，端电压随着励磁电流的减小而减小。调压器故障时，励磁电流偏小，导致发电机欠压;调速器故障时，转速下降，低于额定转速，使得发电机欠压;发电机短路时，产生很大的负载电流，导致端电压下降，发电机温度升高。
当发电机欠压时，若负载电流正常，励磁电流偏小，则可能是调压器故障导致的发电机欠压;若发电机转速下降，持续低于额定转速，则可能是由于调速器故障导致的发电机欠压;若发电机温度升高，负载电流超过额定值的1.5倍以上，则可能是发电机短路造成的欠压。
3)发电机过流
发电机的过流主要由短路和过载引起。发电机短路时，电流值一般为发电机额定电流的1.5倍以上，短路分为匝间短路和相间短路，匝间短路一般使发电机温度升高，电流增加，而相间短路会产生环流，使短路保护动作:发电机过载时，发电机电流超过了额定值1.1倍以上，或者发电机电流超过额定值1.25倍或以上时，延时15s~30s左右断路器分断，启动自动分级卸载。
当发电机过流时，若电流在1.5倍以下，或自动分级卸载启动，则可能是过载引起的发电机过流;若电流达到1.5倍以上，且发电机温度升高，但短路保护没有动作，则可能是定子匝间短路导致的过流;若电流值持续增大，导致短路保护动作，断路器跳闸，则可能是定子相间短路导致的发电机过流。
4)发电机三相电压不平衡
引起发电机三相电压不平衡的原因主要是发电机内部发生了不对称性故障，包括匝间短路、相间短路和接地故障。接地故障可以导致匝间短路，进而引起相间短路。定子绕组接地时，故障相电压降低，并产生接地电流;匝间短路会出现负序分量，产生谐波;相间短路产生的短路环流随着时间的增加而逐渐衰减。匝间短路和相间短路都会使发电机发热。
当发电机三相电压不平衡时，若有一相电压明显降低，则可以判定是系统接地导致的三相电压不平衡，此时若断开发电机主开关，接地故障消失，则对该发电机的定子进行绝缘测量，绝缘阻值低，则故障原因为该发电机定子绕组接地;匝间短路和相间短路的判断方法同。
2、电网故障分析
电网上可能发生的故障主要分为对称性故障和不对称性故障，其中对称性故障一般指三相短路，不对称性故障包括两相短路、单相接地短路、两相接地短路、一相或两相断线等。船舶电网常见故障的分析见表2。从表2中可以看出，电网上常见的故障主要有短路、断路和单相接地。
表2船舶电网故障
1)电网短路
引起电网短路的原因主要是绝缘层的老化或损坏，由于船舶电力系统中发电机和用电设备的短路保护装置，都尽量设在靠近电源侧的出线端，因此对电网的短路保护，不需要装设专门的保护装置。从发电机端部到发电机主开关这段线路较短，发生故障的可能性不大，若发生故障，发电机的过流保护会使断路器跳闸;从主配电板直接接到用电设备的线路，与用电设备共用一套短路保护装置;从主配电板到分配电板的线路，短路保护装置使用万能式开关或断路器;从分配电板直接到用电设备的线路，与用电设备共用一套短路保护装置。
2)电网单相接地
船舶交流三相电力系统，通常采用中性点绝缘的三相三线制，船舶电网如果发生单相接地，虽然不影响用电设备的正常工作，但增加了人体触电的危险性，如果另外一相再发生接地，将造成线间短路。该故障为潜伏性故障，必须及时发现并消除，另外，为了保障电网的正常运行，船舶电网绝缘阻值不得低于2MΩ.
通常用地气灯监视单相接地，用专用配电盘式兆欧表监视电网的绝缘电阻。若某相接地，该相灯将熄灭，其他两相灯变亮。此时要分析故障点可能发生在何处，考虑最近是否有新安装的电气设备，因接线碰壳形成接地，或某些薄弱环节易于形成接地，船舶电网的接地故障大多发生在照明电网。
《钢质海船入级规范》中规定，用于电力、电热和照明的配电系统，无论一次系统还是二次系统，均应设有连续监测绝缘电阻，且能在绝缘电阻异常第时发出报警，因此可以通过该报警，找出绝缘损坏的位置。
3)电网断路
某一相断路时，该相电流为零，断路一般由保险丝烧断或触头接触不良引起，可以通过配电板上的电流表找到断路相，并检查该相的断路器和保险丝。
3、断路器故障
所诊断的断路器主要包括控制发电机并网的断路器和两个配电级之间的断路器。其可能发生的故障主要包括脱扣器部分故障、合闸或分闸线圈部分故障以及其它的机械故障。断路器常见故障的分析见表3。从表3中可以看出，断路器可能发生的故障主要有无法合闸、跳闸和误动作。
1)断路器合不上闸
断路器合不上闸时，如果失压脱扣线圈失电且合闸线圈有电，则可能导致合不上闸的原因有失压脱扣器不动作、过流脱扣器失调或者热脱扣器没有复位;如果合闻线圈无电压或电压过低，则导致该故障的原因可能是合闸控制回路故障;如果合闸线圈的绝缘电阻低，则可能是合闸线圈老化，造成匝间短路或断线，导致断路器合不上闸。
2)断路器跳闸
断路器跳闸主要由过载保护、过流保护、欠压保护、短路保护和逆功率保护的动作引起。通过检测这些保护是否正常动作，可以判断导致断路器跳闸的具体原因。
3)误动作
断路器误动作主要由失压脱扣线圈失电跳闸和其他的机械故障引起。通过观察重合闸后系统是否正常工作，可以判定断路器发生误动作的原因。
结语：
由于船舶电气系统是一个相对较复杂而且科技含量相对较高的系统，其故障诊断和处理方式也比较多，本文主要从几个简单的方面对船舶电气系统故障诊断策略和方法等进行了论述，只是在理论上对已有的工作经验进行了总结，在具体工作中的处理方式还是需要有针对性的选择的，不能够千篇一律，从而提高故障诊断质量和故障处理效果。
参考文献：
[1]周左晗，施伟锋.船舶电力系统故障工况仿真.船电技术，2008, 4:193-196.
[2]姜莹，任光，贾宝柱.船舶故障诊断的新发展.航海技术，2004, 1: 40-42.
[3]吴志良.船舶电站及其自动化系统.大连:大连海事大学出版社，2010.