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上海海事大学船用电喷柴油机培训课题组
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0 引言
船舶电站是现代船舶极其重要的基础性设备，电网系统的绝缘值是船舶电,网电能品质好坏的重要参数。船舶电站本身就有震动、受潮，水密不好，环境温差大等不利因素会引起船舶电网绝缘值下降!，船舶电网和电气设备绝缘性能降低或损坏会造成漏电，是触电、火灾及电气设备损坏等事故的重要原因!2]，尤其是科考船装备了除船舶正常运维的设备之外，还有大量的科考电气设备，且部分设备对电能质量要求高，所以对电网绝缘需要更严格的监测。笔者以某全电力科考船日用配电系统的绝缘监测出现的故障为研究对象，从船舶电力系统的监测工作原理入手进行分析。
1 船舶电力系统绝缘监测装置组成及原理
某科考船采用2台7.5 MW破冰型中压电力吊舱推进器，船舶电站由中压推进配电系统和日用配电系统等组成，其中日用配电系统由联络开关连接的左、右配电板组成，左、右配电板分别装有电力绝缘监测装置，日用配电板系统图如图1所示。日用左配电板(简称左配)电源可由岸电和T2变压器供给，日用右配电板(简称右配)电源可由停泊发电机和T1变压器供给。
图1 日用配电板系统图
本船电力系统绝缘监测系统由在线绝缘监测表和三相绝缘监测指示灯组成，是2套独立月互锁的监测系统。即日常工作时由绝缘表对系统进行连续监测，一旦某相绝缘低于报警值时会自动发出声光报警。当按下面板上绝缘灯测试按钮时，通过按钮的常闭和常开触头联动，断开绝缘表监测电路并连接监测指示灯电路，来显示各相绝缘变化情况。
1.1 船舶航行在线绝缘监测
绝缘监测电路图如图2所示，当联络开关(QF-BT)断开时(K1、K2、K3均在闭合状态)，左配由T2中压变压器供电(6600 V/400V)，左配绝缘表监测左配绝缘，右配由T1中压变压器(6600 V/400 V)或停泊发电机供电，右配绝缘表监测右配绝缘;当联络开关(QF-BT)合闸时(K1、K2在闭合状态，K3在断开状态)，左配、右配由T1或T2或停泊发电机供电，此时左配绝缘表监测日用配电系统绝缘。如需对连续监测绝缘表进行测试时，将配电板绝缘表旋钮转到test位置，绝缘表将执行自检测试，绝缘表指针基本归“0”，同时配电板绝缘监测报警灯亮并发出声光报警，自检完毕后必须将仪表恢复到正常。
绝缘表原理图如图3所示，通用绝缘表一般由2部分组成:一部分是主要的原理组成部分，主要是表头、电容，电感以及可调电阻组成的测量机构，另一部分是变送器部分，主要是整流电源和其他附加装置。表头是磁电仪，主要原理是电磁感应，通直流的线圈会磁场(磁场方向可用右手螺旋定则判断)，产生的磁场和永久磁铁原有的恒定磁场，在气隙中相互作用，形成合成磁场，带动连杆机构，使仪表连杆指针部分产生相对应的偏转。合成磁场作用力与机械连杆游丝产生的反作用力，二力平衡时，指针稳定，即显示出此时系统的绝缘值。
绝缘表测量原理:
图3 绝缘表原理图
式中:R为测量机构串接电阻;R。为表头内阻;Rx为三相分别对地绝缘电阻的并联电阻值。根据公式可知，流过原理部分机构内表头的电流值的大小，与系统中电源电压U成正比，与被测的绝缘电阻R有反比例关系。根据测量的电路原理图可知，R~的大小应是U、V、W三相的对地绝缘阻值的和(通过发电机绕组形成闭合回路)，即三相并联的电阻值。兆欧表的附加装置提供直流电源，电源一端接表头，另一端经开关接入电网，再经电网的绝缘电阳到地与表头构成直流回路[3]当船舶电网出现绝缘下降的情况时，即绝缘电阻值数值变小，此时电网的漏电电流值增大，漏电流流经的电路过程为，从整流单元的电源正端流出，经过接线柱和开关到达电网，再经过绝缘电阻接到接地系统，后进入测量机构的正端，最后回流到整流电源的负端。漏电电流的大小和测量机构表头指针偏转偏转的角度有对应关系，漏电流越大，指针幅度越大，对应的绝缘电阻值就越小。通过调节机械结构，对表上刻度值对应的绝缘电阳值进行标注，从而实现绝缘电阳值可由表头读数直接读数。其中特别说明，电压U是从附加装置中的直流稳压电源产生[4]
1.2 三相绝缘监测指示灯
三相绝缘指示灯直接连接在配电板汇流排上，是由绝缘测试按钮(常开触头)来控制，用于检测接地状态，具体工作原理如下:船舶正常运行时，电网汇流排三相通电，UN/三灯通过星形接法，连接成为对称的三相负载，设置0点为中性点。这个过程中，每一个等所承受对应相的相电压，相电压相等时，UN/W三灯的亮度应相同。假如出现U相线路上的某点U,与船体直接接触，此时，U相所对应的地气灯实际上与接地线形成了短接状态，原正常运行时的中性点0点电压发生变化，即0点电位与U相电位一致，因而U相绝缘灯亮度发生变化，根据实际接地电阻的大小，亮度会暗下来或者熄灭。此时V和W两相电压由相电压变化至线电压，两相绝缘指示灯承载电压值变高，地气灯随之将变的更亮。或若U相线路发生其他漏电情况，即使U相地气灯依旧亮，但三盏灯亮度可肉眼识别出亮度不一致，以此来变现出线路绝缘情况。考虑是否有新接入电网的设备绝缘情况较差，或考虑本船运行中其他容易发生接地的地方，根据实际情况，因地制宜，必要时有选择性地分区断电排查，分级排除，直到找出故障点，并根据实际情况予及时解决。
在按下配电板上绝缘测试按钮时，首先是在线绝缘监测表的常闭触头被断开，绝缘表指针跳动后回归“∞”
2 故障实例及分析解决
在某次任务离港前，船舶电网由停泊发电机转为主发电机供电，400 V配电板发出绝缘低的声光报警，绝缘值为0.8 MQ，经确在换电过程中400 V配电板所带负载无任何变化。对换电过程进行复盘，船舶400 V配电板原为停泊发电机供电，联络开关合闸，认，此时左配电板兆欧表在运行状态，转换主发电机供电后，400 V配电板由右配电板绝缘表监测绝缘，在负载无任何变化的情况下，变换的仅有绝缘表，针对此种情况，考虑2个方面:一是绝缘确实下降，需要采用分区断电查找故障点;二是左配电板绝缘表可能有故障，需确认诊断。考虑先确认第二个情况，即左配电板绝缘表的状态，将右配电板绝缘表更换至左配电板，供电换回停泊发电机供电，绝缘表依旧表现为无穷大绝缘，此时利用绝缘监测指示灯，其中1只灯的亮度比另外2只灯都暗，说明此相绝缘确实出现问题。在绝缘表正常，绝缘低的情况下，绝缘表依旧指示无穷大，根据在线绝缘监测表原理，若绝缘表原理图中的回路出现断路现象此时绝缘表就会出现指示无穷大。所以，首先检查K1触点，SB1按钮接线，均正常。检查到电网的取样线，发现异常，取样线有明显磨损导致的断线，将配电板联络开关断开，确定取样线断电后，恢复断线，恢复供电，在线监测绝缘表恢复工作，400 V配电板绝缘显示为0.8 MΩ。
考虑船舶电网绝缘纸较低，但不是完全为零，怀疑有配电线缆有破损接地情况。船舶配电系统在实际运行过程中，因靠离港，特殊海区时船舶用电设备不同，会对用电设备进行切换，在切换过程中，船舶电网可能会产生的巨大浪涌，这个过程会对船舶电网动力电缆的绝缘层造成非常大的冲击。根据实际情况，采用分区断电，分级检查，逐步缩小故障范围点，经过全面的排查，发现电站淡水冷却泵启停前后，绝缘指示有异常，断电后配电板在线绝缘检测表数值达到5 M9，用手持兆欧表测量淡水泵线缆，检查锁定了线缆破皮点，处理后，恢复供电，船舶绝缘恢复。
3 结语
科考船船舶电站本身电网容量较大，所带负载较多，负载形式多样，因而比普通船所受电磁干扰更严重，甚至出现谐振产生大量谐波，再加上船舶运营航行模式多样，电气设备切换频繁，工作环境极其恶劣等特点，尤其是科考设备对电能品质要求较高，综合以上因素，船舶电气绝缘是非常重要的参数，电气工作人员要按体系文件定期检査绝缘，做到早发现、早解决。
本文阐述的在线绝缘检测和三相绝缘指示灯，对于普通船舶的电站进行绝缘状态检测可提供帮助，对科考船及其他电站更为复杂的船舶电站，不能提供更加智能化、数字化的详细有效信息，也不能迅速准确确定到绝缘故障的位置。随着船舶建造的发展，船舶电网电容量越来越智能和容量越来越大，船舶电站需要运用更可靠的现代科学技术，设计一种依据船舶交流电力系统的实际运行特点。能够可靠精准监测电网绝缘的设备。
参考文献：
[1]唐兴文,邹俊杰.电站绝缘监测系统工作原理及故障案例分析[J].船舶物资与市场,2024,32(08):107-109
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