某型拖船侧推装置一起典型电气故障分析

随着港口码头、狭窄航道船舶通航密度逐年攀升，保证船舶航行在上述水域绝对安全成为迫切的现实需要。基于改善船舶机动能力和操纵性能需要，从小型船艇到数万吨大型舰船，较多选择在艏、艉部设计安装侧推装置作为解决策略。伴随在工程领域推广应用和使用频次增加，该装置故障多发,出现问题复杂多样，能否快速修复该装置突发故障将直接影响到船舶的航行安全。

某型救助拖船采用两台艏侧推、一台艉侧推装置辅以车、舵系统，实现离靠码头、进出狭窄水道及动力定位作业时船舶运动状态控制。全船电力系统由两台轴带发电机及三台主柴油发电机组提供支持，两台轴带发电机分别由左、右舷主推进柴油机驱动，联接在主减速齿轮箱PTO辅助输出端。各电站间相互独立，分段工作，分区供电。左联络断路器6CB2、轴发排母联断路器9CB1、柴发排母联断路器9CB2、右联络断路器13CB2均断开，左柴油发电机组为C排设备供电，中柴油发电机组和右柴油发电机组为D排设备供电，左轴带发电机为A排前艏侧推供电，右轴带发电机为B排后艏侧推和艉侧推供电。

首先进入Fluent的计算编辑模块，选择计算单位，然后进行参数设置，再一个就是设置求解器，在求解器设置中需要选择Pressure-Based(基于压力法求解器)，使用压力修正算法，擅长求解不可压缩流动；
在Velocity Formulation中选择Absolute(绝对速度)；
在Time中选择Steady(稳态)。截止阀中的介质在里面流动时，由于阀体内部结构的复杂性，将会使速度在阀体中有较多的变化，形成湍流。因此，本文选用湍流模型对流体场进行分析。而选用标准k-e模型因为其是湍流模型中应用最广的模型，其具有较高的稳定性、经济性和精度[4]。计算结果如图4。

因检修需要该船舶在码头较长时间停泊，后在例行性动态检拭三台侧推装置时，出现艏部前侧推装置在自耦降压启动后，转全压运行瞬时，主配电板上该侧推装置供电框架开关断路器6CB1自动跳闸，如图1所示，并发出启动失败报警故障。

2.1 系统组成

本侧推装置由驱动电机、弹性联轴节、侧推器本体、液压系统和电气控制系统五大部分组成

。具体包括综合舰桥控制面板1、中央控制箱2、甲板设备控制面板3、电机启动柜4、驱动电机5、反馈装置6、联轴器7、侧推装置本体8、重力油箱9、液压油柜组件10、中间油箱11、手摇泵12、油泵启动器13、螺距表14组成，如图2所示。

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根据维修保养记录和使用经验，初步推断为船舶较长时间停泊，桨叶表面海生物持续生长，桨叶重量增加及表面型线发生改变，启动时负荷较原来大，在原自耦降压启动时间内无法达到额定转速。通过清理桨叶表面海生物，恢复先前状态，可以消除故障。但鉴于侧推装置结构特点，桨叶实体部分在水线以下，且筒体外部有防护格栅，需结合坞修方能进行桨叶表面海生物的清理，超出了船员级维修工程范围。

基于故障原因分析和推断，考虑通过增加配电板断路器耐受电流、减小启动负载、增大启动转矩、延长启动时间四种方案对故障进行排查处理。

2.2 工作原理

主配电板上供电框架开关断路器6CB1型号为施耐德Masterpact MT系列抽屉式空气断路器，额定工作电流In为2500A，原设定短延时脱扣电流isd倍率2.5。在征得厂家同意后，将isd倍率增大一倍调定至5，启动该侧推装置，故障依然存在。基于线路安全考量，未对断路器相关参数再做其它调整，考虑采用其它故障修复方案。

检查自耦变压器内部设置有三个抽头，分别为48%、52%和55%，当前主电路连接为48%抽头，如图3所示。通过现场勘验，在确认电缆足够长度及安全情况下，将48%抽头调整至52%，使启动电压适当增大，从而保证在自耦降压程序设定时间20s内电机转速能够升至额定转速。调整后，正常启动该侧推装置，该装置运行正常，故障排除。

（4）他自吃人在他眼前那等花丽胡哨，乔龙画虎的，两面刀哄他，就是千好万好了。（明·兰陵笑笑生《金瓶梅词话》第20回）

侧推装置起动时，须向主配电板进行重载问询，主配电板允许起动后，PLC根据端口输入信号，监测各起动联锁点：①油泵是否运行；
②主电机电源是否有电；
③控制电源是否有电；
④桨叶是否处于零螺距位；
⑤是否无故障报警及保护报警；
⑥两台艏侧推起动柜相互间是否无连锁；
⑦电机防冷凝加热器是否停止工作等。判断符合起动条件后，向起动柜输出“主电机起动准备完毕”信号，面板“主电机起动准备完毕”指示灯亮起。按下“主电机起动”按钮，PLC收到起动信号后，即刻输出起动信号至控制电路，断路器QF3闭合，之后断路器QF2闭合，起动器按照设定程序进行自耦降压起动

。设定自耦降压启动时间20 s完成后，PLC输出控制信号，分别断开QF2、QF3断路器，闭合QF1断路器，侧推装置转全压运行，“主电机运行”指示灯亮起，“自耦降压起动”指示灯熄灭，“重载问询”指示灯熄灭，“允许起动”指示灯随后熄灭，起动过程完成。

本型拖船三台侧推装置均采用自耦降压方式起动，艏部侧推装置主电机功率均为1200kW。艏部前侧推装置初次启动失败后，检查机旁控制屏上各报警指示灯，除主电源失电报警外，无其它报警点输出；
检查该侧推装置油泵电机及桨叶零螺距位均在正常状态

。为测试起动器控制电路功能，排除控制系统是否存在故障，将该侧推装置工作模式转至“试验”模式，在不带负载的情况下，模拟控制侧推装置主电机的起动。按下“主电机起动”按钮检查控制系统自耦降压启动过程，QF1、QF2、QF3断路器动作逻辑正常，分合闸过程无异常，断路器6CB1跳闸现象消失。将工作模式转回“正常”模式后再次按程序启动该侧推装置，主配电板供电断路器6CB1再次跳闸。排查电气控制系统无其它异常后，结合近期控制系统未有维修工作改变技术状态及长时间靠泊的实际，推断为降压启动转全压运行时，侧推装置电机转速未达到额定值，转换瞬间冲击电流过大，导致跳闸故障，或与装置水下部分海生物生长有关。

侧推装置停止时，按下“主电机停止”按钮，PLC发出分闸指令，断路器QF1断开，“主电机运行”指示灯熄灭，主电机停止。

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在此案例中，教师破除自身的权威性，鼓励学生自主思考，表达自己的观点，发表自己的意见。这种平等民主的对话方式，不但让学生获得了解决问题的多样性答案，而且有利于和谐共生的师生关系的创建，他们都体验了积极的情感，知识在对话中潜移默化地生成，犹如“随风潜入夜,润物细无声”。

4.1 增加耐受电流

本侧推装置电气控制系统是基于西门子S7-200系列PLC的船用推进装置电子遥控系统，目的是对可调螺距螺旋桨的螺距进行遥控控制。驱动电机在额定转速的恒转速模式下，通过电控系统调节液压装置电磁阀来改变侧向推进器的螺距，同时接收螺距反馈器的反馈信号，二者经过PLC的调整来完成螺距的调节，从而实现船舶推力大小和方向的改变。

4.2 减小启动负载

其中，电气控制系统分为控制部分和报警部分，主要功能为在机旁或遥控控制模式下，实现对三台侧推装置的起动、停止操作及运行状态监控、运行参数监测。控制部分包括电机起动柜、油泵电机起动器、中央控制箱、综合舰桥控制台面板、甲板设备控制台面板、螺距反馈装置等。报警部分包括重力油箱油位低、油温高、主电机绕组高温、停车、主电源失电、控制电源失电、油泵油压低、过滤器堵塞、主电机过载、主电机冷却水泄露、主电机断相、主电机起动失败、主电机脱扣、重载问询失败、自耦变压器绕组高温、起动次数过多、主电机满负载等。

4.3 增大启动转矩

鉴于启动负载较以前变大，电机未能达到额定转速，转全压运行时主断路器跳闸，考虑适当增加启动电压以增加启动转矩，使电机在转全压运行时转速能够尽可能升至额定转速。由于自耦变压器与同容量的一般变压器相比较，具有结构简单、用料省、体积小等优点，本侧推装置降压起动采用自耦变压器来完成。

主电机采用自耦降压启动，在忽略漏抗、压降、励磁电流情况下，变压器初、次级电压比U1/U2等于匝数比K，电流比I1/I2等于匝数比倒数1/K。本自耦变压器K>1，故一次侧电压为二次侧K倍，而一次侧电流则降为二次侧的1/K，从而降低了对一次侧发电机容量要求和一次侧的电网冲击。

4.4 延长启动时间

西门子公司生产的PLC在我国应用相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用，产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、S7-1500等。本侧推装置控制系统采用的西门子S7-200系列PLC具有体积小、速度快、标准化，网络通信能力较强，编程简单，操作方便，维修容易，可靠性高等优点。PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、执行用户程序和输出刷新三个阶段，完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段

。

在本侧推装置控制系统中，PLC设定自耦降压启动时间为20s，由于启动负载变大，自耦降压启动连接在48%抽头条件下，因推断该20 s设定时间内主电机不能达到额定转速，故考虑通过修改PLC自耦降压启动程序段设定参数，将自耦降压启动过程时间适当延长方案。将PLC与计算机进行连接并组态，上传启动程序至计算机。

在现今世界经济不景气的大背景下，不良贷款率的高低不仅与银行自身的经济状况息息相关，还与宏观经济对企业的影响程度有着重要的联系。如若我国的经济能尽快恢复较好较快增长的状态，当局也能够在适当、有效的范围内进行宏观政策的调控，那么势必会改善商业银行的不良贷现状。如若在此基础上，银行本身还能够加强自身贷款的要求，提高借贷门槛，根据影响因子调节各因素指标，那么不良贷款率的降低也就指日可待了。下文则对不良贷改善的具体措施进行谈论。

在STEP7软件运行环境下，将PLC网络95程序段定时器T38起动定时参数PT由200调整为220，定时时基100ms不变，即将预设自耦降压启动时间延长至22s，后将程序进行编译和下载，重启PLC,如图4所示。在侧推装置48%抽头不做调整情况下，启动侧推装置，运行正常，亦能将故障排除。

此种方案要求故障排查人员对PLC编程有一定的专业基础，同时需要计算机、PLC通信电缆等硬件及西门子S7-200系列PLC编程软件支持。

侧推装置在工程实际使用中，电气控制系统故障发生频率较高，不同电气故障导致的故障现象千差万别，故障产生原因及机理需要具体问题具体分析，排除方法不尽相同

。基于故障现象的分析解决方法，需要结合设备维修履历及实际使用情况，多角度进行分析判断，逐步缩小范围，准确定位故障点，并对提出的解决方案多维度进行分析、比对，从而快速决策出便捷、高效的修复方案，有效解决突发故障。一方面缩短了故障修复时间，另一方面，延长进坞周期，节约维修经费，大大提高了生产率

。

[1]姚林，宫国玺. 船用侧推装置改装方案的应用[J]. 造船技术， 2015，01: 54-57.

[2]龙飞，王孟莲，杨俊飞. 艏侧推装置及其应用研究[J]. 船电技术，2005，02: 6-9.

[3]任德华.“海洋石油286”轮艏侧推原理及常见故障分析[J].天津航海，2014，03：25-27.

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