船舶同步發電機與調壓系統故障分析方法

秦 琪

(江蘇熔盛重工有限公司,江蘇南通 226532)

0 引言

目前船舶電站所使用的同步發電機和調壓系統種類、型號很多,一旦發生故障就給船舶電氣維修人員帶來很大的困難。為此,作者根據多年的實船工作經驗,介紹船舶同步發電機與調壓系統的故障分析方法。

1 船舶同步發電機與調壓系統故障

由于同步發電機與調壓系統的故障,最終都是以發電機端電壓的大小或有無表現出來。為此,把故障使同步發電機電壓偏離額定值大的分為動態故障,把故障使同步發電機電壓偏離額定值比較小的分為靜態故障。常見的故障分類見表 1,UN為額定電壓。

表1 同步發電機常見故障表

2 同步發電機故障分析方法

目前船上所使用的同步發電機有 2種類型:有刷同步發電機和無刷同步發電機。對于有刷發電機而言,常見的電氣部分故障有定子繞組相間、匝間短路,繞組斷路;轉子勵磁線圈匝間短路、斷路以及電刷部分故障。對于短路故障,一般將設備拆開后用肉眼就可看出;對于匝間短路,常伴有機殼局部發熱嚴重,三相電壓不對稱的現象,一般也不難判別。轉子勵磁線圈匝間短路,會使勵磁電流增加,所以,只需檢測勵磁電流,超出正常值,就可認為匝間有短路一般將設備拆開用肉眼也能發現。無刷同步發電機,自帶一個轉樞式勵磁機和旋轉整流子,它無電刷部分故障,而伴有旋轉整流子和勵磁機的故障,這部分故障有旋轉整流子擊穿或斷路;轉樞繞組和勵磁線圈也存在短路、斷路故障。無刷機比有刷機多了這一層關系,分析無刷機的故障原因就比較困難一些。不論是動態故障還是靜態故障,已證明原因不在于調壓系統(比如說更換 1套調壓器)時,此時要區分故障原因屬于主發電機還是勵磁機。首先檢查旋轉整流子是否存在擊穿或斷路故障。如果旋轉整流子不存在擊穿或斷路故障,應采用頻譜儀測量主發電機端電壓的諧波分量。如果諧波分量比正常機大,說明是勵磁機故障,這時,檢測各旋轉整流子的PN結特性,是否一致,不一致應更換。定轉子線圈短路或斷路,用萬用表和短路偵察器就可檢查出,如果諧波分量沒有變化,說明是主發電機故障。

3 調壓系統故障分析方法

不論是動態故障還是靜態故障,其原因是在發電機部分還是調壓系統,分水嶺在于勵磁電流的大小及波形。如果勵磁電流在額定值,而發電機電壓不在額定值,說明故障在于發電機;如果勵磁電流不正常,故障原因在于調壓系統;如果勵磁電流波形發生畸變或諧波分量明顯,故障原因在于勵磁系統部分。這種判別只需在勵磁系統輸出串入 1只直流電流表檢測電流的大小,用示波器觀察其波形,就可把故障原因位置找到。一旦證實是屬于調壓系統故障,就得按調壓系統的類型來分析故障原因。目前,常用的調壓系統有晶閘管調壓器和可控相復勵調壓器2大類。

3.1 晶閘管調壓器故障分析

一般晶閘管調壓器由測量比較電路、移相觸發電路、晶閘管主電路、起壓控制電路以及滅磁電路等組成。若發生的是動態故障,首先檢查晶閘管主電路是否正常,其次檢查觸發電路是否正常。檢修這種電子線路,最有效方法是檢測各點波形來判別故障原因所在。對于“不能建立電壓”故障,先充磁,若充磁時能建立電壓,而不充磁時不能建立電壓,故障在于起壓控制電路或滅磁電路。若充磁時,不能建立電壓故障在于發電機勵磁回路。而發生靜態故障,故障在于測量比較電路或移相控制電路中。

總之,晶閘管調壓器發生故障可采用逆推尋跡法。

3.2 可控相復勵調壓器故障分析

可控相復勵調壓器由 2大部分組成,一部分為相復勵,另一部分為電壓校正器。由于相復勵部分是負責調壓器的動態特性,而電壓校正器是負責調壓器靜態特性,所以,發生動態故障主要檢查相復勵部分。例如:突加負載電壓降落嚴重,可能是電流復勵分量補償不足,也可能三相整流電路斷臂等。若電壓的調節精度達不到要求,這時應檢查電壓校正器。由于電壓校正器的電路與晶閘管調壓器的電路具有相似的環節,它一般由測量比較電路、移相觸發電路和晶閘管輸出電路組成。不同的是它們的作用過程,對于校正器:當ΔU=U-UN＞0時,晶閘管輸出電路電流增加,使發電機的勵磁電流減小,使發電機U減小,最終校正ΔU=0。而晶閘管調壓器,當 ΔU＞0時,調壓器減小晶閘管輸出電路電流,即減小發電機勵磁電流,最終調節到使發電機端電壓為額定值(ΔU=0),所以,分析這兩種電路故障要抓住這個特點。ΔU為電壓變化率,U為檢測電壓, UN額定電壓。

可見,對于可控相復勵調壓器系統,也可根據故障類型找到對應的故障環節。

4 結論

綜上所述,發電機和調壓器系統的故障分析,首先根據故障現象來判別是動態故障,還是靜態故障,然后依據故障的類型和勵磁電流的大小就能快速判別故障所在,這對海上航行的船舶來講尤其重要。縮短維修時間,提高修復率,就可大大提高船舶供電系統有效性。

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