导读

船舶电气系统的整体结构较为复杂，各类故障问题隐蔽、难以辨别，电气设备故障会直接使船舶后续运维管理面临诸多风险。

电气接地故障是船舶故障中较为常见、处理难度较大的故障类型。

接地故障产生后会直接威胁船舶航行安全，造成不必要的损失。

对此，需及时处理船舶电气接地故障，保护船舶电气设备，使其处于最佳运行状态，保障船舶航行安全。

一、电气接地故障特点

相较于其他领域的电气设备，船舶电气系统中的设备设施较为特殊。

比如，船舶航行环境较为特殊，外部环境中水分较多，环境过于潮湿，电气设备元件在受潮后会加快腐蚀，继而出现老化、受损的情况，且船舶电气系统整体结构较为复杂、故障排查难度大。

因此，船舶电气设备接地故障具有“高频率”、“隐蔽性”、“繁琐性”特点，船舶电力建设时，部分船舶为预防设备受潮还会加强电气设备绝缘保护力度，绝缘保护措施落地后，接地故障点定位难度增加[1]。

二、电气接地故障问题原因

1、环境因素

船舶航行环境相对特殊，海面行驶期间，电气设备设施会长期在盐分较高，且水分较大的环境中，高盐分、潮湿环境会使电气设备内部元件受到侵蚀，弱化设备绝缘性，使其老化速度加快，引起接地故障。

另外，船舶航行期间，海水波动较大，海面、海底气压差较大，船舶运行状态容易受到影响，无法时刻保持平稳状态，电气设备在船舶左右摇晃、上下摆动时会因振动而位移、碰撞，导致电气接地故障率增加。

2、设备因素

从设备因素分析可知，电气设备接地故障的原因多集中在“设备安装”、“设备服役期间老化”、“电路设计”等方面。

1)设备内部零部件、绝缘保护层、外部壳体会在设备运行时间过长后老化，老化后设备绝缘、电气功能减弱，老化速度变快。

2)船舶电气系统结构较为复杂，电气网络结构设计时电缆、其他线缆敷设范围广，部分线路需要明敷，明敷后外部保护力度不足，线缆绝缘层破损后会使线路出现短路故障，引起接地问题[2]。

3)电气设备安装质量不佳，部分结构安装不规范，后期运行时存在结构松脱、失稳的情况。

3、工作因素

船舶电气系统需要为船舶航行提供动能，电气设备、系统线路长期处于高负荷状态，长期高负荷会导致电气设备快速老化，造成断裂、接地故障问题。

另外，船舶电力系统、接地保护设备运行中，航海活动特殊性会导致设备维护保养工作受到影响，外部环境、导电金属、绝缘电阻会增加接地保护设施的腐蚀风险，引起接地干线松动、接触不良的情况，最终影响设备运行状态，弱化电气保护作用，继而造成电气接地故障风险。

三、电气接地故障排查方法

1、锁定故障范围

船舶电气系统分布范围广、结构复杂，为快速排查电气接地故障，通常采用外观检查法、仪表法、逐次断电法。

外观检查法运维人员利用感官功能，检查电气设备外观，查看设备线路有无腐蚀、破损、变形情况，有无异常声响、刺激性气味，大致分析电气接地故障范围。

采用仪表法。

测定电气设备负载线路的电压值、电流值、电阻值，对比电气设备运行期间标准参数后，判断故障位置。

比如，测定电气设备负载电路电阻值时，实际测量值小于0.2MΩ(220V)、0.5 MΩ(380V)，或是电阻测量值为0时，意味着该负载电路为故障点。

逐次断电法。

切断配电箱、分配电板负载开关，防止电气接地故障损失最大化。

随后观察断电后电气机组内设备、线路绝缘电阻值的波动情况。

波动较大时应警惕，一般为故障区域，明确故障范围后利用仪表逐区排查，确定电气接地故障点。

2、查找故障点

故障产生后，需尽快处理故障，以控制电气设备接地故障造成的风险损失。

运维人员需基于以往技术经验、历史运维数据，优先排查高故障区。

对于电气接地故障，其出现率较高的区域集中在电动机组、照明系统、通信设备、绝缘电阻结构上[3]。

首先，分节设置电气设备开关，从总装电板开始逐节排查故障点，排查到电箱后，整理兆欧表测定的线路电路参数，对比额定标准后，自上而下的总结各节段电气线路运行状况，直至明确故障点。

3、诊断故障类型

明确故障点后，依据故障特征、电阻值测量结果、其他故障信息，深入分析电气接地故障原因。

比如，确定船舶电动机存在接地故障后，发现电动机内设备元件温度较高，轴承内铁芯过热，且机组转子扫膛壳体、绝缘提受损，绝缘电阻值小于标准值。

这些现象均可为查找、诊断故障点提供依据。

运维人员应以此为依据，分析故障原因，制定接地故障维修方法。

四、电气接地故障维修思路

1、设备老化接地故障

对于设备自然老化造成的电气接地故障，运维人员可结合船舶电气系统结构设计方案、当前故障信息，监测整理电气设备运行状态，逐一的将老化接地设备、零件更换。

随后加强电气设备日常保养、管理，建立电气设备管理台账，根据具体的档案资料，规范管理各个电气设备运行情况，预防电气设备接地故障风险。

2、设备安装接地故障

维修处理设备安装质量造成的电气接地故障时，还应从电气设备设计环节入手，加强电气设备安装管理，使其严格遵守电气设备安全、接地保护技术规范，完成安装任务。

安装电缆接地、特殊接地、设备接地保护设备时，还需参照各类接地保护设备电阻规划设计要求，规范安装流程，使接地电阻值符合船舶电气设备安装要求[4]。

以“船用三相异步电动机”绕组接地故障为例。

绕组是船用电动机的组成结构，安装不规范、老化、受潮、温度过高都会导致绕组故障，引起接地风险。

该故障主要表现为绕组短路、温度异常升高、控制线路失控、机组外壳带电等。

造成该故障的原因较多，安装环节绕组顶端和机座位置过近时，绕组端部会碰撞绕组机座，长时间碰撞后会损坏端部绝缘体，引起接地故障。

针对该故障，还需在电气设备接地区域重新进行绝缘处理，调整绕组端部、机座间距，绝缘保护后再次涂刷绝缘漆、烘干，随后更换部分绕组元件，重新调整绕组接地点，经兆欧表测量后排查是否符合接地保护要求，完成维修任务。

3、设备运行接地故障

对于船舶电气正常运行故障，运维人员需加强接地设备维修与保护，详细分析各个接地设备运行状况，发现故障隐患后立即处理。

通常情况下，导线收缩、绝缘性能下降、元件位置不准确是船舶运行期间发生电气接地故障的主要原因。

故障产生后会造成电气设备电路电压、电流、电阻值异常，甚至引发电击事故，接地故障加剧后船舶电气设备中的熔断器、熔丝、断路器会存在断路情况。

对此，检修人员需关注电气设备导线绝缘情况，发现电气设备绝缘性能受损时对其进行修复；

检查电气元器件位置的合理性，及时调整电气设备内部结构，处理元器件位移问题;启动备用照明设备、发电机、通讯设备，逐一排查设备接地状况，发现异常后立刻处理；

对于长期处于潮湿环境的电气设备需实施二次隔离、绝缘保护，以改善电气设备的绝缘性能[5]。

4、电气接地故障检修案例分析

某船舶运行过程中虽然能够正常航行，但停靠后启动发电机组时，发现380V电网绝缘检测系统弹出接地绝缘报警信息，绝缘值几乎为0MΩ。

该船舶电气系统中配有电网绝缘监测仪，该设备由半导体电子电路组成，具有监测电阻值、预警分析的作用，可持续监控船舶接地绝缘情况。

发现异常后，需排查船舶接地故障，对接地线路进行检修。

逐个关闭主配电路板电闸，观察绝缘监测设备指示信息，记录设备断电信息，确定接地故障线路、设备元件后启动1号发电机，并电后未发现380 V绝缘低警报。

由此可知，故障点在2号发电机上，经排查后确定故障点位置。

用兆欧表检查船舶自动断路器、连接附件线路的绝缘情况，以及2号发电机端子和主开关输入电缆的绝缘电阻值。

排查2号发电机组结构中电气设备绝缘皮破损、受潮、元件接地保护设备受损的位置。

该船舶发电机自带励磁机、整流器，经排查发现励磁系统是接地故障点，应用直流电流表检测电流后，维修励磁系统，返厂更换励磁线圈，经处理后2号发电机组恢复正常运行状态。

5、预防电气接地故障的策略

1)重视电气设备管理

为预防电气接地故障，船舶运行期间应加强电气设备设施维护与管理，明确各主体责任，使其严格按照制度要求进行设备保养、定期检修工作。

按时检查电气设备绝缘电阻值，发现电气装置、电线绝缘电阻出现异常后排查接地故障。

密封处理电气设备设施，预防外部环境中的风险隐患使电气设备受损，有助于延长电气设备绝缘保护层使用寿命。

依据船舶电气设备运维管理技术规范，定期观测设备、设备绝缘保护装置、设备电阻装置的运行参数。

船舶电气设备工作环境较为复杂，设备线路所处环境较为特殊，管理人员应注意预防线路受潮、浸水后造成的绝缘电阻值异常波动风险。

发现绝缘电阻实时测值小于标准值时，需尽快拆除隐蔽区域的接地缺陷，进行试验和分析后重新进行接地保护[6]。

定期更换、维修船舶电气系统中的部分元件，使船舶电气系统处于最佳运行状态。

航行过程中，应尽可能避免船舶电气设备持续超负荷运行,加强明敷电缆保护工作。

加强电力系统运维管理。

比如，船舶发电机组应每月检查、清洁1次，保养时应用干燥无油的压缩空气清理灰尘，去除内部杂物。

每月测定发电机组定子、励磁系统、转子的绝缘电阻值，紧固发电机各个元件，尤其是接线端子。

每半年检查船舶发电机组各区域润滑情况，定期涂抹润滑油脂。

对于应用封闭式滚珠轴承的电气设备，还用定期更换润滑油脂，以避免轴承磨损。

船舶电气系统运行过程中注意发电机温度,观察发电机组轴承、绕组区域有无异常高温、异常振动情况。

检查电气线路时，还应注意电气线路上有无破损。

检查励磁系统时，不仅需要检查可见的接线端子和整流器，还需检查隐蔽线路。

2)改善电气设备绝缘性能

①实施二次绝缘保护措施，或应用隔离变压器提升船舶电气设备的绝缘性能，改善船舶电气系统的绝缘保护效果。

②管理电气设备接地故障时，还应优化电气接地故障处理方法，灵活运用各类故障处理技术，从根源上预防、解决电气设备接地故障。

③结合船舶运行环境，加强电气设备保护、保养，定期监测电气设备绝缘电阻参数。

3)合理控制电气设备运行负荷

首先，及时处理旧电气设备，更换已经磨损的电气设备。

结合电气设备出厂文件、档案信息、故障记录、服务场景，确定各个设备设施最佳运行参数。

持续监控电气设备运行状态，发现超负荷现象后及时调整设备运行参数，避免电气设备长期处于高负荷状态。

持续升级、更换电气设备管理系统，提升船舶电气设备管理效率，全方位预防电气设备接地故障风险。

及时更换过时设备，创新船舶电气系统结构体系，应用多功能、安全高效的电气系统防止电气设备扩容或接地。

五、结语

现代化船舶电气系统中，电气接地故障的辨别、处理难度较大。

相关人员应总结船舶电气接地故障特点、原因，加强船舶电气设备运维管理，制定完善故障处理方案。

常规故障诊断、治理效果不明显时还需更新观念，创新电气接地故障维修、检查技术,确保故障管理效率。

船舶运营管理中加强船舶电气接地故障的预防和控制，全方位监控船舶电气设备设施，为船舶安全运营创造有利条件。

参考文献：

[1]何刚.船舶电气智能设计系统相关技术探析[].船舶物资与市场,2023,31(8):19-21.

[2]洪祥,房淑华，王学永.基于机器学习算法的船舶电气故障分类与诊断方法[J].舰船科学技术,2023,45(15):143-146.

[3]赵海.船舶电气设备故障的处理与防治方法[J].中国水运(下半月),2022,22(11):40-41+67.

[4]黄金华.海工船舶电气自动化系统可靠性研究[J].中国新通信,2022,24(11):24-26.

[5]李磊峰,张炯，余士有.船舶电气自动化系统的故障检测与恢复研究[].内燃机与配件,2021(23):146-147.

[6]刘晓利.船舶发动机振动故障监测系统研究[J].中国设备工程，2023(15):169-171.

原创作者系：

日照市海洋与渔业监督监察支队    ***华

免责申明：本文来自船机帮；仅代表作者观点，不代表中国海员之家立场。其真实性及原创性未能得到中国海员之家证实，在此感谢原作者的辛苦创作，如转载涉及版权等问题，请作者与我们联系，我们将在第一时间处理，谢谢！联系邮箱：cnisu@54seaman.com