1.2.1 ME電控柴油機的發(fā)展（柴油機的三次技術(shù)革命）1.2.2 ME 電控柴油機的發(fā)展（MC至ME）7.1.1 解讀：6S46ME-B 8.3主機的HPS No.2 pump 運行電流小7.1.2 解讀：6S46ME-B 8.3主機的HPS No.2 pump 運行電流小7.1.3 解讀：6S46ME-B 8.3主機的HPS No.2 pump 運行電流小2.1.1 ME電控柴油機的控制系統(tǒng)ECS概況船上廣泛采用三相無刷勵磁交流同步發(fā)電機組發(fā)電，這是船舶電能的主要來源，其運行工況直接決定了船舶電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同步發(fā)電機的自動電壓調(diào)節(jié)器裝置負責將發(fā)電機端電壓穩(wěn)定在額定值附近，合理分配并聯(lián)運行發(fā)電機組之間的無功功率和抑制無功環(huán)流，滿足造船規(guī)范對電壓的靜態(tài)特性和動態(tài)特性的要求，是維持船舶電網(wǎng)供電質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。1 故障描述某船配置有3臺同容量、同型號的三相無刷勵磁交流同步發(fā)電機組，額定電壓400 V,額定頻率50 Hz, 單機額定容量520 kW,發(fā)電機型號為1FC6 456-4LA42。某航次靠港過程中，1號發(fā)電機組和2號發(fā)電機組并聯(lián)運行時兩者電流表讀數(shù)一致，1號發(fā)電機的功率因數(shù)表讀數(shù)在0.85～0.95之間來回波動，2號發(fā)電機功率因數(shù)表讀數(shù)在0.7～0.8之間來回波動，波動較慢，當時沒有出現(xiàn)發(fā)電機組主開關(guān)跳閘故障。完成靠港后由1號發(fā)電機組單獨運行供電，偶爾出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動較大的情形，嚴重時甚至出現(xiàn)自動電站分級卸載，重新啟動設(shè)備加載運行正常，隔一段時間又會出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動而自動電站分級卸載的情況。雖然此種故障只是偶爾發(fā)生，但是對于船舶安全穩(wěn)定運行影響較大，故整理此次故障排查和處理過程，供同仁參考。2 故障原因根據(jù)單機運行電壓波動這一故障現(xiàn)象，可確認為原動機調(diào)速器故障或發(fā)電機自動調(diào)壓器(Automatic Voltage Regulator, AVR)故障。加載和減載試驗證明，實際檢測柴油原動機離心式調(diào)速器油門自動調(diào)節(jié)正常，輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。排除調(diào)速器故障，進一步查找發(fā)電機自動調(diào)壓器故障原因，以徹底解決故障隱患。該輪發(fā)電機采用THYRIPART勵磁系統(tǒng)，自動電壓調(diào)節(jié)器原理圖如圖1,該可控硅自動調(diào)壓器主要由電源單元、實測值濾波回路單元、比較器、調(diào)節(jié)放大單元、脈沖單元、過壓保護單元、外附整定電位器、可控硅、分流電阻和勵磁整流器等組成。發(fā)電機的額定電壓由可調(diào)電位器U整定，動態(tài)性能由可調(diào)電位器K、T、R47整定，調(diào)差系數(shù)由可調(diào)電位器S整定。發(fā)電機實測電壓通過插件X1/1、X1/3以單相雙線形式送至AVR,電壓信號經(jīng)過變壓器T1降壓后，經(jīng)開關(guān) S1/1、調(diào)差電位器S,再經(jīng)橋式整流器V1—V4整流，一路通過S1/2后產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓為AVR提供所需直流電源1;一路整流后的電壓通過S1/3 作用于電位器U上，再經(jīng)過實測值濾波回路2濾波，這個整流電壓為調(diào)壓器提供所需的實測值波動信號值Uist、整定電壓Usoll和電源電壓。
圖1 可控硅自動電壓調(diào)節(jié)器原理圖 當發(fā)電機并聯(lián)運行時，電流分流則由勵磁系統(tǒng)調(diào)差電流互感器經(jīng)插件X2/5、X2/9連接到負載電阻R1上，這樣實測電壓就由變壓器T1的次級電壓和電阻R1的電壓疊加組成。發(fā)電機電壓特性的斜率可用整定電位器S設(shè)定，也可以通過人為調(diào)節(jié)外附整定電位器6來調(diào)整發(fā)電機的輸出電壓(此時需要將開關(guān)S1/3斷開，整定電位器U設(shè)置在刻度數(shù)值的中間位置)。當發(fā)電機單機運行時，隨著發(fā)電機負載的變化，作用于整定電位器U上的電壓隨之變化，經(jīng)過濾波回路后的實測值Uist也隨之變化。若負載變小，此時比較器比較后輸出一個正向增大的電壓信號，電壓信號由調(diào)節(jié)放大器3放大輸出直流電壓，用來控制脈沖單元4發(fā)出的觸發(fā)脈沖移相，供給可控硅V22(或相對應的可控硅V101)以時間可調(diào)的觸發(fā)脈沖，使分流回路中可控硅V22和可控硅V101導通角增大，分流電阻R101分流增大，從整流器V102整流后經(jīng)插件X4/1、X4/5輸出到勵磁機的勵磁電流減小，從而使發(fā)電機的電壓趨于設(shè)定值。發(fā)電機的勵磁回路由橋式整流器V102整流供電，電阻R101和可控硅V101形成與勵磁繞組相并聯(lián)的旁通分流回路，因此勵磁電流的大小是通過控制可控硅V101的導通角來調(diào)節(jié)的。根據(jù)發(fā)電機自動調(diào)壓器原理可知，發(fā)電機單機運行電壓波動較大的原因可能是自動調(diào)壓器測量電路或調(diào)節(jié)電路故障，為下一步故障排查處理與分析提供理論依據(jù)。3 故障排查與處理筆者首先確認了自動調(diào)壓器及相關(guān)附件故障。啟動1號發(fā)電機組測得空載電壓401 V,實測比較2 號發(fā)電機組空載端電壓406 V,略低。測試起動大功率負載(主海水泵電機40 kW)對電網(wǎng)及發(fā)電機產(chǎn)生沖擊電流，相比較1號發(fā)電機組單獨供電瞬時電壓下降幅度較大(電壓表動態(tài)顯示約20 V以上),且隨后電壓有恢復能力但恢復到額定值時間較長，為2 min左右。將1號發(fā)電機AVR與2號發(fā)電機AVR電路板對調(diào)，分別起動兩臺發(fā)電機組單獨供電，長時間運行觀察發(fā)現(xiàn)更換AVR后2號發(fā)電機組單獨運行供電也會偶爾出現(xiàn)電壓波動導致自動分級卸載故障，故確認了自動調(diào)壓器故障。另外對調(diào)AVR后的1號發(fā)電機組單獨供電運行出現(xiàn)端電壓在428 V和391 V處跳動，此時，判斷還存在1號發(fā)電機組AVR的相關(guān)附件故障。根據(jù)筆者測試，當AVR不工作時，該輪主發(fā)電機應急運行空載時端電壓430 V,額定負載時端電壓390 V。由于1號發(fā)電機組在故障之前運行正常，排除外附電位器整定不當、動態(tài)性能調(diào)整電位器K、T、R47整定不當?shù)脑?。在檢查AVR實際測量電路時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部接線排有一根線虛接，對應為AVR的實測值輸入X1/1,即實際測量電路U、V和插件X1之間有斷路。修復虛接線路后，再次啟動1號發(fā)電機使用2號AVR運轉(zhuǎn)，空載電壓穩(wěn)定401 V正常，帶載電壓穩(wěn)定392 V正常。拆檢1號發(fā)電機組AVR,測量可控硅V22和V101,可控硅V101阻抗參數(shù)異常，判斷可控硅故障。萬用表選電阻R×1 Ω擋，黑表筆連接可控硅控制極引腳G,紅表筆連接可控硅陰極引腳K,可控硅另一空腳為陽極A,此時讀數(shù)為10 Ω。然后將黑表筆接可控硅陽極A,紅表筆接可控硅陰極K,萬用表指針有小角度偏轉(zhuǎn)，說明此可控硅存在漏電流，但可控硅沒有被完全擊穿。用短線瞬間短接陽極A和控制極G,此時萬用表電阻擋指針向右偏轉(zhuǎn)，阻值讀數(shù)為10 Ω左右。此時，判斷可控硅V101有漏電故障，將可控硅V101換新裝復，重新上電測試，再次啟動1號發(fā)電機組使用1號AVR空載和帶載運轉(zhuǎn)電壓正常，分別與2號、3號發(fā)電機組并聯(lián)運行功率分配正常。4 結(jié) 論1號發(fā)電機組AVR實測輸入值X1/1虛接，在調(diào)換1號和2號發(fā)電機組AVR電路板時加劇了虛接現(xiàn)象，導致AVR的實測電壓值輸入時有時無，使得勵磁系統(tǒng)AVR間斷性地參與電壓調(diào)節(jié)，發(fā)電機的電壓在正常電壓和應急運行電壓之間來回跳動。另外，AVR電路板中可控硅V101存在漏電流，導致出現(xiàn)負載波動時勵磁調(diào)節(jié)電流過程中存在較大偏差，勵磁調(diào)節(jié)時間延長，外在現(xiàn)象為負載波動時端電壓恢復較慢。筆者分析認為引起故障主要原因是發(fā)電柴油機為瓦錫蘭四沖程柴油機，運轉(zhuǎn)過程中震動較大，長時間震動導致線路連接虛接和可控硅老化，使1號發(fā)電機自動調(diào)壓裝置發(fā)生故障，造成該發(fā)電機組在負荷波動時的端電壓調(diào)節(jié)異常。發(fā)電機組電壓波動是常見的故障，引起故障的原因很復雜，需要管理人員采用科學的方法進行分析和排查故障，在平時的工作中要嚴格按照保養(yǎng)計劃進行仔細檢查和維護，做好故障預防。參考文獻： [1]汪旭明,張均東,薛征宇,邸德輝.某船發(fā)電機組運行電壓不穩(wěn)定故障排查實例[J].航海技術(shù),2022,No.256(04):61-62.
|
