35000DWT散貨船1FC5系列船用發電機調試

摘要：本文主要介紹“萬壽山”輪3臺發電機更新勵磁系統后，在試驗過程中出現故障的解決方法。

關鍵詞：船舶；發電機；試驗；解決方法

Commissioning for 1FC5 Series Generator of 35000DWT Bulk Carrier

CAO Yatang，YANG Shineng，ZHANG Taikang

( CIC Boluomiao Shipyard， GuangZhou 510730 )

Abstract: This article introduces the troubleshooting in test process for generator’s new excitation system of the bulk carrier “Wan Shou Shan”.

Keywords: Ship;Generator;Test;Solutions

1概況

“萬壽山”輪是一艘35 000 DWT噸散貨船，在我廠進行常規和海損兩大項目修理。該輪因海水從尾軸滲入致使機艙被淹沒，3臺發電機受海水和機艙的污水浸泡長達10天，我們采用水煮沸的方法對發電機進行除鹽，然后再清洗、烘干、浸絕緣漆處理。其中1#發電機經烘潮一周，絕緣仍然低于1 MΩ，定子和轉子繞組外送電機廠重繞，3臺發電機頂部的勵磁裝置換新。發電機為1FC5465-8TA42型三相無刷同步發電機，頻率：50 Hz、額定電壓：400 V、功率：388 kW，由無錫電機廠制造。

2發電機試驗

由于3臺發電機的勵磁系統全部換新，在發電機試驗之前，車間相關的管理人員對新勵磁系統內部接線進行了檢查核實，然后進行發電機試驗。

2.1空載試驗

在1#發電機組完成空轉磨合之后，進行電氣試驗，柴油機加速到額定轉速時，頻率表讀數為50 Hz，電壓表讀數為370 V，發電機能正常起壓。然后旋動外接電壓整定電位器，觀察空載電壓調節范圍，但電壓表顯示只能在340～400 V之間可調節，不符合產品說明書電壓可調范圍（額定電壓值的±5%）的要求。在調整空載電壓時，應分兩步走。

1）發電機在額定轉速時，先將“AVR”1號線（或5號線）拔掉，測量發電機輸出端電壓，觀察這時空載電壓是否在440～450 V之間。在發電機建立電壓后，電抗器鐵芯會產生很強的磁性吸力，需要用很大力才能改變氣隙，為了省力和安全，應將發電機停止以后，擰松緊固電抗器L1銜鐵的螺栓，用已經做好的層壓絕緣板，把L1的氣隙墊高。然后將緊固螺栓擰緊，再次起動發電機建立電壓，觀察電壓顯示是多少，若電壓過高，可減小氣隙，若電壓還是達不到440 V，可繼續增加層壓板，一直調整到滿足要求為止。

2）如果發電機一開始空載電壓就偏高，這時可以將電抗器上用來緊固銜鐵的四支螺栓擰緊（或抽掉氣隙中的墊片），發電機的電壓將會下降，這是因為電抗器在出廠之前，四支緊固螺栓沒有完全擰緊，在氣隙中放有幾塊層壓環氧板，有意預留給用戶調整發電機的空載電壓。當勵磁裝置的空載電壓值調整好之后，將AVR 1號線（或5號線）插回原處，調節電壓整定電位器，觀察電壓表的讀數，如果空載電壓能在380～420 V之間連續可調，那么空載電壓的調整就完成，否則要按上述的調整步驟重新調整，滿足調壓范圍為額定電壓值的±5%為止。

2.2并聯運行試驗

我們在完成3#發電機組單機負荷試驗后，1#發電機組準備帶負荷試驗，為了不影響電網供電的連續性，采用2臺發電機組并聯的方法，將3#機組的負荷轉移到1#機組上，順便檢查2臺發電機組并聯的情況。3#發電機為運行機組，帶有100 kW、200 A的負荷，1#發電機為待并機組，在1#發電機組并入電網時，1#機組電流為200 A呈感性負荷，3#機組電流為30 A呈容性負荷。為了使兩臺機組的無功電流不要相差太大，稍為旋動3#發電機的電壓整定電位器，就出現了1#機組電流為100 A呈容性負荷，3#機組電流為400 A呈感性負荷，無功負荷無法轉移，我們認為是無功補償電路接線有誤，而導致出現上述不正常的現象，應該停機檢查無功補償電路接線是否正確，即中間互感器T4、T5和電阻R2組成的調差電路接線。于是我們在車間找出三套舊的勵磁系統，檢查調差裝置的接線如圖1（a）所示，它們是按逆時針方向旋轉的方式接線。而新裝在3臺發電機頂部上的勵磁系統中的調差裝置是按順時針方向旋轉方式接線，如圖2（a）所示。比較兩圖可知，它們的接線方式不同在于互感器T4、T5的副邊同名端接的位置不一樣，產生的效果剛好相反。

無功分配的原理是：當無功電流IQ增大時，則測量回路輸入電壓（UAu、UCu、UCA）增大，通過AVR的調節作用，使勵磁電流減少，發電機端電壓下降。同樣是3#機組為運行發電機組，在1#發電機組并入電網后，流過1#發電機的無功電流比3#發電機的無功電流小，則輸入1#勵磁系統的AVR測量回路的電壓比3#勵磁系統的要小，因此，通過AVR的自動調節作用，增大1#發電機的勵磁電流，使發電機的端電壓升高，分擔3#發電機部分無功負荷；而3#發電機通過AVR調節作用，減少了勵磁電流，使發電機的端電壓下降，將部分無功負荷轉移到1#發電機上，這樣就能逐漸將3#發電機的無功負荷轉移到1#發電機上來，直到兩臺發電機的無功負荷平均分擔為止。

2.3實效試驗

在3臺發電機水電阻負荷試驗和并聯試驗合格后，發電機便向船上的電網正常供電，為船上其它設備的試驗提供電源，并且進一步檢驗發電機實際運行的工況。在試驗功率較大的電動機時，出現了如下情況：如在起動主機滑油泵37 kW、主機冷卻海水泵45 kW和壓載泵45 kW時，發電機端電壓瞬時下降到290 V、恢復時間約2 s。經過調整“AVR”上的動態恢復時間電位器TN、電壓放大倍數電位器VR，動態電壓恢復時間縮短了，但瞬時電壓下降最低值沒有改變。于是我們利用改變整流變壓器T6副邊的抽頭位置，增強輸出信號。在改變整流變壓器抽頭之前，再次檢查舊的勵磁裝置，參照對比原來整流變壓器副邊引出線的抽頭位置，舊裝置電流信號引入線與輸出信號線都是放在抽頭5的位置上。而3臺新的整流變壓器的電流信號線放在抽頭6的位置上，輸出信號線放在抽頭4的位置上。也就是新裝置整流變壓器副邊輸出信號比舊裝置要弱。于是將3臺新的整流變壓器副邊的兩根信號線都放在抽頭5的位置上，再重新調整空載電壓。

在1#發電機組空載時，拔掉AVR上的1號線（或5號線），測量發電機輸出端的電壓為480 V，空載電壓高于額定電壓的114%，將原先放在電抗器氣隙中的3片0.5 mm厚的非磁性絕緣薄片抽掉，這時電壓表讀數為446 V，在額定電壓的108%～114%范圍之內。用同樣的方法調整2#、3#發電機空載電壓，調整后的空載電壓值：2#發電機為443 V、3#發電機為446 V。然后分別起動主機滑油泵、主機冷卻海水泵和壓載泵試驗，試驗結果瞬時電壓降：1#發電機機為400—360 V—400 V、2#發電機為400 V—340 V—400 V、3#發電機為400 V—350 V—400 V，電壓恢復時間均不超過0.5 s，這些電動機都能正常起動。

下面分析其原因所在：從圖3可見，整流變壓器原邊繞組n1與電抗器串聯后， 接在發電機的輸出端，引入電壓分量Igrave;u構成自勵回路，在繞組n1上有電流Igrave;u流過，它的大小與發電機端電壓成正比，于是在整流變壓器鐵芯中有交變的磁通φu產生，因此，在副邊繞組n2中有感應電流Igrave;L產生，電流Igrave;L經整流裝置V1轉變成直電流，供給勵磁機G2勵磁電流。此時Igrave;L與發電機負載電流Igrave;G無關，它只起空載自勵起壓和建立發電機額定電壓的作用。當發電機帶上負荷運行時，從電流互感器（T1、T2、T3）的副邊引入一個電流分量Igrave;i，經互感器T4、T5的原邊流入整流變器T6的副邊繞組n3，電流Igrave;i的大小與發電機的負載電流成正比，它也在鐵芯中產生磁通φi與電壓分量產生的磁通φu進行電磁迭加，迭加的結果在鐵芯中產生主磁通繞φL。

根據變壓器原理可知，當電源電壓為常數時，在鐵芯中的主磁通保持不變，但整流變壓器中的主磁通φL在工作過程中是可變的，這是由于原邊繞組n1串入了電抗器，即在原邊繞組外接入一個具有內阻抗的外電源，這樣加在原邊繞組的電壓不是電源電壓，而是經電抗器分壓后的電壓，使得加在原邊繞組n1上的電源外特性變軟，只要流過繞組n1上的電流稍微有變化，就立即引起加在繞組n1兩端上的電壓發生變化。這時在整流變壓器鐵芯中的主磁通再也不是恒定不變的，而是根據不同的工作狀況有所變化，主要是隨著副邊繞組n3中的電流分量Igrave;i而變化。因此，發電機在帶載運行時，在整流變壓器中的合成磁通φL，是由原邊繞組n1電壓分量產生的磁動勢Igrave;un1和副邊繞組n3電流分量產生的磁動勢Igrave;ini迭加而成的磁動勢Igrave;Ln2產生的，故得：

Igrave;un1+Igrave;in3=Igrave;Ln2 （1）

或Igrave;L=（Igrave;un1+Igrave;in3）／n2 （2）

于是磁通φL在副邊繞組n2中有一個感應電動勢Igrave;L產生，感應電勢Igrave;L加在整流裝置V1上，在整流裝置交流則有勵磁電流Igrave;L產生。從公式（2）可知，勵磁電流Igrave;L與電壓分量和電流分量的矢量和成正比，而與副邊繞組n2中的匝數成反比。因磁動勢Igrave;un1建立起空載額定電壓后基本上是不變的，所以交流側勵磁電流Igrave;L主要是與電流分量Igrave;i、繞組n3中的匝數和繞組n2中的匝數有關。若在負載電流不變的情況下，增加繞組n3中的匝數（改變繞組的抽頭）或減少繞組n2中的匝數，勵磁電流Igrave;L增加，反之勵磁電流Igrave;L減小。當整流變壓器副邊繞組的抽頭位置調整后保持不變，這時的勵磁電流Igrave;L隨著負載電流的大小和功率因數而變化。由于相復勵恒壓裝置是以負載電流Igrave;G調節為主，所以它的動態特性很好。當在電網上突然增加負載時，也引起電流分量Igrave;i突然增大，因而勵磁電流Igrave;L隨著增大。雖然在突加負載時、也會引起發電機端電壓下降，使到電壓分量Igrave;u減小，但此時的電流復勵信號強度遠大于電壓信號，致使合成磁通φL迅速增加，使到勵磁電流Igrave;L快速增大，從而制止了電壓的下降，減小發電機端電壓下降的最低值。

3結束語

在調整更新后的1FC5系列發電機勵磁系統時，新勵磁系統內的互感器、變壓器的插頭位置、同軸電阻R2，應該按舊的勵磁系統的插頭位置來插接或整定。新勵磁系統的調試最好是在發電機運行一段時間后進行，在不帶AVR的情況下，發電機的空載電壓應在額定電壓的108%～114%范圍之內，若不在其電壓值范圍之內，則利用調整電抗器L1的氣隙來達到其整定值，但電抗器的氣隙不應大于5 mm，空載電壓調整合格后，接入AVR，調整AVR內的Usol1電位器或外接電位器，觀察空載電壓是否能在額定電壓的95%～105%范圍內連續可調，若能可調便完成空載電壓的調整。發電機帶負載運行后電壓降的調整，是利用改變整流變壓器T6的副邊抽頭位置來改變復勵分量的大小，從而使到發電機端電壓基本不變。

參考文獻

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