船舶電氣的接地故障及處理措施探討

船舶電氣系統(tǒng)具有結構復雜、接地故障隱秘的特征，在電氣設備使用期間常出現(xiàn)故障問題，給后續(xù)故障診斷、設備檢修工作的開展帶來困難。對此，需要構建一套內容詳盡、科學合理的電氣接地故障處理與防治體系，為接地故障查找、診斷與設備檢修工作開展提供明確參考，并從根源上預防、減少故障問題出現(xiàn)，這也是船舶電氣領域中的一項重要課題。一、船舶電氣接地故障概述1、故障成因（1）自然因素船舶電氣設備長時間處于高鹽、潮濕環(huán)境，設備受環(huán)境鹽腐蝕與水汽侵蝕，絕緣性能削弱、老化速度加快，電氣接地故障率提升。同時，受到漲潮、落潮、氣壓差、海底地形等因素影響，船舶在海域中航行時很難保持平穩(wěn)狀態(tài)，出現(xiàn)左右搖晃、上下擺動現(xiàn)象，設備因此處于震動狀態(tài)，在船舶擺動幅度過大、堆置物體移位時與電氣設備相碰撞，或是與高腐蝕度海水直接接觸，進一步提高了電氣接地故障的出現(xiàn)概率。（2）電氣設備因素接地故障誘因包括設備老化、線路設計不當、安裝質量不佳。在設備老化方面，設備元器件、外部殼體與絕緣材料隨著時間推移而持續(xù)老化，設備絕緣性能與電氣性能下滑現(xiàn)象，當設備處于環(huán)境時，設備老化速度進一步加快。在線路設計方面，存在線路網絡結構復雜、缺乏防護措施的問題，如采取線路明敷方式，線路裸露在空氣中，在船舶航行期間因外部物質落在線路表面，使線路絕緣層破損、割裂，出現(xiàn)短路故障。在設備質量方面，電氣產品未達到使用要求，或電氣設備存在安裝質量問題，在后續(xù)運行期間出現(xiàn)部件松脫失穩(wěn)、元件失靈、設備癱瘓的問題。（3）電氣設備工作系統(tǒng)因素船舶電氣系統(tǒng)與線路長時間處于高強度、滿負荷運行狀態(tài)時，加快線路老化速度，由此出現(xiàn)導線塑性拉斷、接地故障的問題。同時，工作系統(tǒng)與接地保護裝置的運行工況易受到外部環(huán)境、導電金屬與絕緣電阻等因素影響，因電氣設備與線路的維護保養(yǎng)工作開展不及時，出現(xiàn)接地體嚴重腐蝕、接地干線與接地線連接點松動、連接點表面形成污垢層與氧化層、線路接觸不良等問題，使得設備裝置帶病運行，難以發(fā)揮出應有的保護作用。2、船舶電氣接地故障特點船舶電氣接地故障具備接地電容不一致、電流不一致、電流漏電問題頻發(fā)、線路損壞嚴重的特征。其中，接地電容不一致：各類電氣設備沒有保持一致的運行工況，產生差異性的接地電容，且設備多采取電弧接地方式、電容值普遍較大，不利于故障診斷環(huán)節(jié)開展零序電流整數(shù)值確定工作。電流不一致：由于同時采取金屬以及電弧兩種接地方式，在出現(xiàn)接地故障時，二者都將形成接地電阻，導致相同支路內的接地電流值存在偏差，影響電氣系統(tǒng)與設備運行工況。電流漏電問題頻發(fā)：船舶電氣系統(tǒng)各條供電支路的電容缺乏均勻性，在出現(xiàn)電路故障后，會引發(fā)多條支路電流漏電等一系列連鎖問題，非故障部位支路也有可能出現(xiàn)漏電情況。線路損壞嚴重特征：受外部復雜環(huán)境影響，線路損壞、短路與電氣接地故障往往會同時出現(xiàn)，也可以將線路損壞與短路現(xiàn)象視作為電氣接地故障的前期出現(xiàn)征兆，由此引發(fā)故障形成。3、船舶電氣接地故障影響后果接地故障后果體現(xiàn)在形成人員觸電風險、誘發(fā)電氣火災事故、影響船舶運行安全三方面。在人員觸電風險方面，因電氣故障問題，部分原本不帶電的導體臨時處于帶電狀態(tài)，在工作人員未按規(guī)定穿戴防護設備、執(zhí)行不規(guī)范操作行為時，易出現(xiàn)人員觸電事故。在誘發(fā)電氣火災事故方面，所產生接地故障電流小于一定標準值時，保護器難以有效識別，出現(xiàn)拒動情況，線路與電氣設備處于過載運行狀況，因工作溫度過高而出現(xiàn)火災安全事故，同時，在線路坡度、釋放電弧時，會提高局部環(huán)境溫度，引燃周圍分布的可燃物與易燃物。在影響船舶運行安全方面，在電氣接地故障的影響下，致使船舶弱電系統(tǒng)與終端設備出現(xiàn)異常運行情況，如傳感器測量數(shù)據失真，無法幫助操作人員做出正確的船舶航行判斷，嚴重時由此引發(fā)船舶觸角、碰撞等安全事故出現(xiàn)。二、船舶電氣接地故障的處理措施1、確定船舶電氣接地故障范圍考慮到船舶電氣系統(tǒng)有著分布范圍廣、結構復雜的特征，為快速解決問題，避免因時間推移而造成嚴重后果，工作人員應組合采取目視檢查法、儀表法、逐次排查與斷電法等方法手段，快速鎖定電氣接地故障范圍。首先，運用目視檢查法，工作人員通過肉眼、嗅覺等感官功能，檢查船舶電氣系統(tǒng)各部位是否存在設備線路破損變形、老化腐蝕嚴重、散發(fā)刺激性氣味、發(fā)出異常聲響等情況，憑借自身工作經驗來判斷電氣接地故障的大體范圍。隨后，運用儀表法，使用萬用表等設備，在初步劃定的電氣接地故障范圍內檢測各條負載線路的絕緣紙、電流值、電壓值、電阻值等參數(shù)，對比檢測數(shù)值與額定指標。如果二者偏差值超過允許范圍時，即可將其確定為一處故障點，如測量電路電阻值，如果測量值未達到0.2MΩ（220V）、0.5MΩ（380V）標準，或是電阻測量值為0時，將其確定為故障點。同時，可以組合運用逐次排查法與儀表法，使用萬用表等工具依次測量各條線路與電氣設備的運行參數(shù)，持續(xù)縮小故障范圍，直至查找到具體的故障點。最后，采取斷電法，切斷配電箱與分配電板負載開關，既可以控制電氣接地故障受損程度，避免故障范圍因時間推移而持續(xù)擴展，同時，還可以觀察斷電情況下的各處電氣設備與線路絕緣電阻值波動情況，波動幅度相對較大區(qū)域為故障區(qū)域，將其與儀表檢測、逐項排查、目視檢查方法獲取的故障范圍劃定結果進行對比，從而判斷故障范圍是否準確。2、查找接地故障點與故障類型診斷首先，在出現(xiàn)電氣設備接地故障時，為提高故障診斷處理效率，工作人員需要根據自身經驗與分析歷史故障報告，優(yōu)先對接地故障出現(xiàn)率較高的電氣設備進行排查、診斷，如絕緣電阻、電動機、照明設備與通訊設備。例如，目視檢查電動機與殼體接線點出的連接情況，使用兆歐表進行測量，如果發(fā)現(xiàn)電動機內部進水、殼體開裂、絕緣體漏電情況時，表明電動機出現(xiàn)接地故障。而對于照明設備與通訊設備，考慮到此類設備普遍不具備防水性能，設備進水造成短路是接地故障的主要成因，需要提前切斷電源，逐項檢查各處設備是否存在殼體破裂、內部進水與短路情況，確定故障點位置，對進水部位進行吹風烘干處理。其次，在出現(xiàn)線路接地故障時，為提高故障點查找精度。工作人員應采取分段檢查方法，將電氣設備開關裝置設定為節(jié)點，以總裝電板為起始點、電箱為終點，使用兆歐表裝置來測量線路電阻值等參數(shù)，對比測量值與額定值，按照從上到下順序逐項檢測各節(jié)段線路的運行狀況與參數(shù)值，直至確定線路接地故障點為止，要求將故障點鎖定到具體線芯。同時，考慮到船舶電氣系統(tǒng)中分布著并聯(lián)狀態(tài)的特殊照明電路，需要對此類線路采取分割排查方法。最后，在鎖定具體故障點后，根據儀表測量結果與故障外在表現(xiàn)征兆來判斷故障類型，分析問題成因。例如，在檢查電動機設備時發(fā)現(xiàn)設備內部處于高溫異常運行狀態(tài)、軸承因鐵芯過熱與轉子掃膛而出現(xiàn)明顯損壞情況、絕緣體嚴重損壞、設備絕緣電阻值低于額定值等情況時，表明故障類型為電氣故障，故障點為電動機設備，并分析故障成因，如在絕緣體損壞嚴重時判斷故障成因為轉子掃膛、鐵芯過熱，在絕緣電阻降低時判斷故障成因為電動機潮濕受損。3、故障檢修處理在確定船舶電氣接地故障類型與成因后，編制相應的檢修處理方案，即刻開展故障檢修工作，以恢復船舶電氣系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)。首先，針對線路、設備自然老化而出現(xiàn)的接地故障，要求工作人員對老化程度進行判定，對于老化程度輕微的設備線路，采取定期檢查運行工況、清理設備殼體與絕緣層表面化學物質浮塵與灰塵雜質的措施，延緩設備老化速度，對于老化程度嚴重、不堪使用的線路設備，則在斷電條件下拆除原有設備、更換使用耐老化材質制成的全新設備線路，不得使用潮氣敏感材料制成的設備線路。其次，針對因電氣設計不當、安裝質量不佳而出現(xiàn)的接地故障，根據接地現(xiàn)象將其分為特殊接地、電纜接地以及設備接地三類故障，采取差異性的檢修處理措施。對工作電壓在24V以上的電氣設備，將其在鋁制圍板、木質板上落地安裝，使用銅皮進行接地處理，或是將其嵌入船舶結構中，焊接船體結構與設備底座。對于工作電壓在24V以上的電纜，將電源單芯電纜進行一端接地處理，將電纜鎧裝層與金屬外套處進行兩端接地處理。而針對甲板電纜管與電纜過渡箱連接的特殊接地問題，則使用銅皮對電纜管法蘭連接部位進行接地處理，要求接地橫截面超過16mm。最后，對于電氣設備運行接地故障問題，根據故障器件類型與外在征兆來掌握故障成因、采取處理措施，如在因導線絕緣性能削弱與收縮而出現(xiàn)斷路器斷路或是熔斷器熔絲故障時，及時修補破損導線、更換絕緣性能不達標的導線、更換全新熔絲。而在因設備長時間處于潮濕環(huán)境出現(xiàn)接觸不良、接地體嚴重腐蝕情況時，清理接地體表面殘留銹跡或更換接地體，在設備外側安裝密封罩體，或是調整電氣設備安裝位置。三、船舶電氣接地故障的防治處理措施1、采取多元化電氣接地保護技術早期船舶電氣系統(tǒng)中采取的接地措施較少，受到水汽侵蝕、高鹽海水腐蝕、船體晃動等多種因素影響，在復雜工況環(huán)境下起到的實際保護效果有限，導致接地問題頻繁發(fā)生。因此，為預防和減少電氣接地故障的出現(xiàn)，必須在船舶電氣系統(tǒng)中組合采取防雷保護地、信號接地與電磁防干擾等多種接地保護技術。其中，防雷保護地技術為，安裝接閃器、主接地線與分支接地線、防雷接地板與引下線等防雷裝置，并在使用不同金屬材料進行連接時采取電化防腐蝕措施。要求接閃器安裝高度超過船舶桅桿150mm、在船舶輕載水線下方龍骨兩側部位安裝接地板、使用同材質貫穿螺栓在艙壁與玻璃鋼甲板結構中穿過引下線、在船殼板內壁部位預埋接地導線，強化船舶電氣系統(tǒng)雷電流抵御能力的作用。信號接地技術為，在船舶電氣系統(tǒng)中設置信號地，保持信號地與工作地以及模擬地間的隔離狀態(tài)，依托信號地使得系統(tǒng)信號線具備統(tǒng)一基準與強化電路系統(tǒng)魯棒性能，從而起到減輕外部環(huán)境對線路信號干擾程度、消除信號線與電源線干擾的作用，同時，采取數(shù)字形式在介質中傳播信號，使用數(shù)字信號來取代原有的原始信號，從而解決原始信號、干擾信號因波形相似度過高而造成嚴重干擾的問題。而電磁防干擾技術為，在船舶電氣系統(tǒng)接收機前端部位額外設置衰減器，做好混頻器選型設計工作，優(yōu)先使用具有良好平方律特性的器件，以此來起到降低外界信號對主頻道干擾系數(shù)、強化接收機抗干擾性能的作用，解決信號地、電源地干擾問題。2、做好電氣管理工作近年來，我國船舶行業(yè)得到蓬勃發(fā)展，制造工藝日益完善，大幅提升了船舶整體性能。與此同時，船舶電氣系統(tǒng)呈現(xiàn)出結構復雜化的趨勢，對船舶電氣管理水平與維護保養(yǎng)工作質量提出更高要求。傳統(tǒng)的電氣管理體系缺乏適用性，這也是電氣接地故障出現(xiàn)的一項重要原因。因此，為預防接地故障出現(xiàn)，必須做好電氣管理工作。首先，根據實際工作情況與新型船舶電氣系統(tǒng)結構，對電氣管理體系進行完善改進，在管理制度中明確標注電氣設備與線路維護保養(yǎng)工作的開展頻率、流程順序、各類型接地故障處理方法、故障診斷方法選用標準等，以此來約束、指導設備線路日常維護、故障診斷與檢修工作的開展。其次，推行點檢定修模式，建立起制度化的船舶電氣設備管理方法，將電氣管理責任落實到個人。設立多名點檢員，由點檢員專職開展設備狀態(tài)信息記錄、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、檢修、協(xié)調返廠維修等工作。將其作為電氣設備管理的責任主體，避免在設備維護保養(yǎng)與故障檢修工作中出現(xiàn)缺乏專人處理、推諉責任的問題。再次，為提高故障應急處理能力，運用信息傳感、人工智能、物聯(lián)網等信息技術，建立船舶電氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，在設備與線路周邊布置若干傳感器，由傳感器采集與上傳現(xiàn)場監(jiān)測信號，在系統(tǒng)界面中以圖表、數(shù)據形式呈現(xiàn)，幫助管理人員掌握電氣系統(tǒng)實時運行工況，在監(jiān)測到異常狀況時自動發(fā)送報警信號。同時，這還有助于故障診斷工作的開展，根據現(xiàn)場監(jiān)測信號來快速鎖定故障范圍、調取故障出現(xiàn)前后的運行參數(shù)，從而判斷故障類型、分析故障成因。最后，根據接地故障的歷史診斷與檢修報告，將電氣接地故障換分為若干類型，制定多套應急處置方案，在方案中標注對應類型接地故障的外在征兆、判定標準、診斷方法、主要成因與正確處理方法，在開展電氣設備維護保養(yǎng)、定期檢修與應急維修工作時，如果出現(xiàn)接地故障，工作人員可以在確定故障類型后直接實施對應的處置預案。3、電氣設備二次隔離船舶電氣設備的工作環(huán)境較為復雜，長時間處于潮濕環(huán)境中，受到水汽侵蝕與高鹽海水腐蝕，使設備老化速度加快，在長時間使用過程中易出現(xiàn)腐蝕嚴重、內部進水等問題。在這一環(huán)境條件下，如果僅采取通過一次回路斷電來分離帶電與不帶電部位的一次隔離方法，實際隔離效果有限。因此，需要在船舶電氣系統(tǒng)中采取電氣二次隔離技術，以分隔強電回路和弱電操作回路為目的，在