导读

随着船舶工业不断发展，船舶电力系统更加趋向于自动化、智能化，同样也对装备使用安全性能和人员管理提出更高要求。

电气绝缘故障一直是船舶长期以来普遍存在的共性问题，出现绝缘故障的原因多种多样，在故障排查过程中，除借鉴理论外，也更加侧重于工作经验积累进行故障判别和排除。

一、船舶电气绝缘材料定义与作用

电阻系数大于10⁷Ω·m的材料在电工技术中称为绝缘材料，它的作用是在电气设备中把电位不同的带电部分隔开，因此，绝缘材料应具有良好的介电性能，即具有较高的绝缘电阻和耐压强度，能避免发生漏电击穿现象[1]。

二、引起船舶电气绝缘故障的主要原因

分析出现电气绝缘故障的主要原因，有利于在绝缘故障排查时快速精准定位和科学精确管理电气装备。

1） 室内设备受高温环境影响 （尤其是机舱部位），室外设备受海水侵蚀影响，会引起电气线路老化。

部分设备线路较长，老化后更换不便，工程量较大，维修成本高，且发现不及时。

比如发电机舱内电缆线槽过于靠近发电机排烟管，容易受发电机排烟管温度影响，通过点温枪检测发电机排烟管温度普遍在300 ℃以上，长期烘烤会引起电缆绝缘皮老化，在电缆线大电流工况下加速老化，必要时应及时采取隔温措施。

2） 电气设备长期使用且有凝水的场所，绝缘措施不当。

比如接线盒与船体直接接触，受船体内外温差影响，产生凝水，造成设备接线盒内部电气元件、线路与船体导通。

3） 装备安装措施不完善，铺设电缆对振动、易弯折部位未采取有效防范措施。

比如日用品升降梯电缆使用一段时间后线路出现断点、绝缘皮磨损现象，分析原因为电缆固定扎带捆扎位置不合理，未充分预留电缆活动空间。

4） 船舶电气设备数量庞大，仅仅依靠兆欧表测量不能第一时间发现故障现象，绝缘故障主要依托于主配电板和应急配电板绝缘表不间断检测，有时出现绝缘故障在未通电条件下也不能及时发现。

5） 人为因素，主要体现在管理不善。

比如在履行检修职责时，测量绝缘阻值不及时，保养措施不完善；

带电体设备接地线接触不良，电气元件到达寿命不及时更换；

在船舶室外设备大风浪航行状态下，电箱长时间不采取保护措施，致使室外各类控制按钮盒、锚机主令控制器、系缆绞盘电控箱等部位容易受海浪侵蚀。

6） 不规范使用电器，引起过电流。

电气线路设计不合理情况较少，船舶出厂时线路载流量均会通过精确计算。

船员私接电缆线，不经过充分理论论证就在某一回路违规加装大功率电器，导致电缆长期处于过电流状态，造成电气线路长期发热，绝缘皮老化。

针对这一情况，电气管理人员要定期进行全船巡查，及时消除隐患。

三、绝缘故障对船舶航行安全和人身安全的危害

1） 对船舶航行安全的危害。

船舶机舱设备长时间处于高温高湿振动强烈的环境，绝缘故障会导致装备无法正常运行，使装备效率降低，甚至停机。

比如主推进系统电气系统控制回路因 DC24 V电气线路绝缘外皮破损，导致电路板电压电流供电不稳定，影响喷油器正常工作，引发主机喘振等现象，严重影响航行安全。

绝缘材料老化和线头裸露还会使电缆的绝缘性能降低，电场会加强或电压局部过高，形成局部电晕放电，加速绝缘材料老化，严重时产生短路故障、引发火灾事故。

2） 对人身安全的危害。

电气绝缘破坏最终会造成漏电流流经设备外部，没有妥善接地措施，导致人体直接或间接触电，造成电击、电伤或者电休克。

其中电击损伤对人体内部伤害极大，肌肉组织受到刺激，不由自主产生痉挛性收缩现象，会严重影响人的心脏、呼吸系统和神经系统的正常工作，甚至危及生命。

电伤属于人体局部性伤害，主要分为电流灼伤和电弧灼伤，会在人体表面造成明显伤痕。

电休克状态会延续数十分钟至数天不等，伤者会出现血压急剧下降、呼吸衰竭、神志昏迷、脉搏减弱现象。

以上3种情况都会严重危害操作者生命安全。

通过查找文献，大量试验表明，电击时间大于5 s、电流达到30 mA时，会发生心脏纤颤危险，人体出现麻木和抽搐现象 [2]。

船用电气额定电流普遍在几安培至百安培不等，在作业过程中做好绝缘防护措施非常重要。

四、绝缘故障排查思路方法及案例分析

1、绝缘故障排查思路

1） 理清思路，掌握好方式方法，对于缩短绝缘故障检修时间尤为关键。

例如：在查看配电板绝缘表，判断出绝缘故障设备时，如果是采用“断路法”排查绝缘设备，在一次电网中 AC380 V设备容易精确定位。

但是在二次电网中的“日用电器分电箱”、“正常照明分电箱”等负载支路较多的分电箱，在确定故障回路后，可采用“分段法”进行检测，可有效缩短排查时间。

2） 要重点考虑船舶外围设备 （如船舶水密开关、灯具、带接线盒电力拖动机械装置等电气设备）的水密性，尤其是经常受海水和海洋潮湿空气侵蚀的部位，其电缆线路受到日常使用磕碰和长期暴晒老化等影响。

近年来因船舶电气的绝缘低而造成的船舶火灾、爆炸和伤人事件时有发生[3]。

3） 由于工作船长期处于海上航行状态，处理绝缘故障百余次，综合分析后发现，电气绝缘故障在室外出现的比例占75%，室内电气绝缘故障比例占25%。

2、典型案例分析

1） 以一次电网中室外设备为例，绝缘故障多发生于外部照明、搜索灯、锚机、系缆绞盘和吊放装置等部位，其中，绝缘故障的主要因素是受海上温差影响所产生的凝水导致。

典型案例一：

在一次海上起抛锚过程中，锚机能够正常启动，但扳动主令控制器时，主锚机中高速档位失效，操纵失灵。操纵人员应急切换至边锚使用，电气故障排查采用“先主后次”的原则，首先检查主控制箱，排除主回路无过载、过电压、断相、短路等不正常现象，再测量电机绕组电阻值，均未发现异常情况。

（1） 已排查主控制线路无误后，判断出属于控制回路故障。

利用万用表通断档和电阻档排查出控制回路出现断点，此时应重点排查易受环境和活动部位影响的外部设施。

对甲板面主令控制器外壳拆解后，发现主令控制器内部万转开关和外置接线端子排锈蚀严重，且内部保护壳体表面有凝水现象，保护壳体密封胶圈老化破损。

主令控制器锈蚀如图1所示。

▲图1 主令控制器锈蚀

（2） 根据故障现象进行精确分析。

上述故障现象明显是保护壳体密封不良或昼夜温差较大使海上盐雾湿气渗入，导致主令控制器内部元件长期受绝缘因素影响而形成的。

根据电流的3大效应，设备在使用过程中，随着电流通过时间的不断延长，受电流的化学效应影响，加速了金属与盐雾湿气反应，最终引起控制线路触点断路或接触不良。

（3） 故障排除和预防。

根据锈蚀程度更换主令控制器万转开关，在海上无配件更换情况下应急使用。

建议可用除湿防锈润滑剂 （WD-40） 或擦铜膏进行除锈保养，主触点部位要用800目以上细砂纸轻打磨，保养完毕后确认开关动作无异常，各项参数均无异常，进行回装通电检试。

预防主令控制器内绝缘故障问题的建议：

①内部加装一块小型加热器，定期进行空间加热。

内部采用扎带固定方式，放置 2 袋干燥剂，达到双重除湿效果。

②及时更换老化密封圈，建议采用耐高温材质密封圈，密封时壳体缝隙涂高温密封胶，达到双重防水效果。

③对易受海上温差因素影响的设备，建议阴雨天气和航行时，及时检查罩套覆盖情况，对老化的罩套及时更换。

2） 船舶室内电气绝缘故障。

除船舶主、副机舱和各类泵舱等底部舱室是绝缘故障的多发地以外，厨房设备绝缘故障出现的频率也很高。

其原因为：

①设备长期处于高温且烟气较重的环境。

比如厨房电磁灶、蒸烤箱、蒸饭箱等设备受环境影响较大，且多次出现绝缘故障。

②清洁卫生时水渍难免喷溅至设备外部，部分水汽导致电气线路故障。

③厨房环境潮湿，容易滋生爬虫，在接线盒 （箱） 密封不良的情况下，极易引发电气绝缘故障，导致设备短路损坏电路板。

定期测量厨房AC380 V隔离变压器绝缘电阻值是直观了解厨房设备绝缘性能的重要手段，做到早发现、早预防、早排除。

典型案例二：

以厨房电磁灶为例，在一次使用过程中，显示器突然失电，灶台内部并发出“叭叭”的声响，由于该电磁灶是 30 kW 大功率用电设备，引起了使用人员警觉，及时将灶台磁力控制开关关闭，准备CO₂灭火器材，防止发生电起火，同时通知集控室值班人员切断电磁灶总电源开关，并悬挂检修安全警示牌。

由专业电工检测后，在确认无电情况下拆解灶台，发现主电路板烧毁严重，输出端并伴有电击穿现象，灶台主电路板受损如图2所示。

▲图2 灶台主电路板受损

电路板烧毁击穿属于较为严重的故障现象，基本无修复价值，只能按同型号主电路板进行整体更换。

通过原因分析进行后续预防是解决故障根源的关键所在，拆解电路板发现：

①散热风扇入口直通控制箱体内部。

周围受油烟水汽影响较为严重。

②主电路板下方发现有爬虫存在。

③主控制箱箱体直接与灶台不锈钢板连接，减震措施不到位。

上述情况极易引发绝缘故障，导致主电路板故障发生。

建议采取预防措施：

①散热风扇风口加装防尘棉，主要起到吸附油烟作用，也可防止异物吸入，可将防尘棉用扎带或绝缘胶带固定在散热风扇边框部位，便于定期更换。

②因主电路板处于主控制箱内部，不进行拆解不便于发现下方是否有爬虫等异物存在，建议控制箱周围定期放置“蟑螂屋”或投掷灭虫胶饵进行消杀。

③减震措施不到位，容易造成线路和电气元件松动，触碰保护外壳造成绝缘故障。

建议主控制箱固定螺母部位加装橡胶减震垫片，减震垫片厚度约10 mm，形成一定离地间隙，便于散热和减震。

④将灶台列入重点检查部位，加大开箱检查频率，发现问题及时处置。

3） 船舶绝缘故障具有“持续性”和“间歇性”2 大特点。

“持续性”绝缘故障点的确定，利用同案例一、二中的流程排查相对简单，而“间歇性”绝缘故障需要细致分析各用电部位工作状态和环境因素的影响。

典型案例三：

在一次航行过程中，主配电板“间歇性”绝缘低故障报警，持续时间 10~15 s后，绝缘报警自行消除，绝缘阻值恢复正常。

上述现象反复多次出现，由于故障持续时间较短，且在航行过程考虑安全因素，无法及时采用“断路法”确定故障具体点位。

理清排查思路，选择性地利用现有线索按大概率方法进行排查，发现：

①确认故障点是主配电板AC380 V用电设备；

②用电设备不是持续运行；

③设备可能长期处于振动或者出现凝水的环境中。

排查此类故障难度较大，在不影响主动力情况下，从正在运行的风机、空调设备、泵进行排查，发现绝缘故障依然出现。

在巡查舱室过程中，发现冻库压缩机在“启动运行”过程中有“电弧”现象，通过***集控室，并将压缩机手动停止工作后，绝缘阻值恢复正常，基本确定绝缘故障由此引起。

拆解接线盒后发现内部有凝水情况，且上方端盖对应端子排有水滴状凝水呈滴落趋势，U相线路接线端子与固定螺栓部位有烧蚀痕迹，主接线端子基座有老化裂缝现象。

制冷压缩机接线盒温差影响产生凝水如图3所示。

▲图3 制冷压缩机接线盒温差影响产生凝水

根据上述现象，分析主要原因是压缩机启动停止随冻库温控模块控制，当温度超过冻库设定温度时压缩机启动，而低于设定温度时压缩机停止。

由于压缩机接线盒 （塑料材质） 与压缩机机体直接接触，压缩机受制冷剂循环的影响，机体与接线盒存在一定温差，又因为接线端子基座老化裂缝，密封性变差，产生凝水，在压缩机启动瞬间或者运行一定时间后，振动原因导致凝水滴落到接线端子处，会突然造成绝缘值降低，甚至出现巡舱过程中发现的电弧现象。

处理措施：

①更换接线端子基座，在安装过程中要注意在橡胶垫片表面涂抹一层薄密封胶增加密封效果；

②导线接线端子与基座上下间隙太小，凝水滴落时容易瞬间与压缩机机壳接触并形成短路，建议加装铜螺母适当垫高端子接头。

条件允许时，可对端子接头下方接线柱部位使用带胶热缩套管；

③对接线盒端盖接缝处用绝缘胶带进行缠绕密封；

④加强舱室环境通风，在冻库使用期间，室内循环风机保持开启状态，减少接线盒内部与室内温差。

采取上述措施后，冻库压缩机运行平稳，至今未出现类似故障。

4） 加强管理人员责任心，严格按照施工规范进行作业，是防止该部位绝缘故障再次产生的关键所在。

比如室外设备和室内潮湿环境需要用带胶热缩套管的场合，若管理人员检修完毕后为了方便，直接用绝缘胶带进行缠绕，绝缘胶带经过海上高温环境，会导致其黏性下降和渗入水汽，绝缘性能迅速下降。

上述类似情况要加以避免。

五 、船舶电气绝缘故障管理与改善方法

针对船舶绝缘故障应采取“预防为主、修理为辅、防消结合”的理念。

1） 强化电气管理人员的工作责任心，测量电气设备绝缘前制定合理方案，避免出现漏检漏查情况，长期运行的电气设备要应检尽检。

选用合适兆欧表，根据 CCS 《钢质海船入级规范》 规定[4]，电气设备绝缘电阻值不低于1 MΩ，AC380 V和AC220 V的电气设备和网络用500 V兆欧表测量；

DC24 V的电气设备和网络用250 V兆欧表测量。

使用兆欧表测量精密仪器设备时要科学慎重，尤其是主动力系统，防止在检修过程中损坏电路板，扩大故障范围。

2） 手持式电气设备使用前，务必佩戴绝缘手套，并对手套进行绝缘阻值测量，绝缘阻值要达到规定值以上。

在通电检试后，再次确认有无异常声响、发热、异味 （焦糊味）、振动以及闪弧现象。

如果出现上述情况，必须查明原因，排除故障后方可使用。

判断使用环境，尽量远离凝水潮湿的场所，防止设备绝缘阻值降低造成漏电。

3） 对出现过的绝缘故障采取合理措施，建立规范的文书台账。

对故障出现的时间、频率、处理措施和检修方法要重点记录，分类管理，精准预判，出现过的绝缘故障每周定期巡检。

条件允许情况下，同型号船舶出现的绝缘故障点要加强交流学习，确保处理措施到位。

六、结束语

综上所述，本文从装备自身、环境因素和人员管理3个方面，以真实案例对绝缘故障排除进行综合分析。

其中人员管理方面原因占较大比重，对电气隐蔽部位要重点排查，工作中更要注重日常经验积累，提升故障排查的能力，理清排查思路，缩短排查时间，及时找到故障原因，并采用科学合理的处理措施，准确高效地排除故障。

参考文献

[1] 马昭胜. 船舶电气设备维护与修理[M]. 北京：机械工业出版社，2021.

[2] 英克强 . 电流对人体构成伤害的几个因素[J]. 科技咨询导报，2007，21（21）：21.

[3] 车秀焕，欧日旺 . 船舶外围设备绝缘提升的研究[J].中国修船，2023，36（2）：19-22.

[4] 中国船级社 . 钢质海船入级规范[M]. 北京：人民交通出版社，2022.

原创作者系：

中国海警局直属第五局    李腾腾

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