一起引發(fā)電氣設(shè)備失效的機(jī)械故障原因分析

陳杰

(江蘇遠(yuǎn)洋運(yùn)輸有限公司, 江蘇連云港222005)

0 前言

TZ輪于2005年12月出廠，機(jī)艙無(wú)人值班設(shè)計(jì)，副機(jī)采用三臺(tái)YANMAR 6N18AL-SV615KW 900RPM發(fā)電機(jī)組用于供電、電力拖動(dòng)及裝卸貨。副機(jī)調(diào)速器也是采用 YANMAR CO.LTD公司的調(diào)速器，TYPE:NZ61-4E型液壓調(diào)速器，全自動(dòng)化電站，主配電板采用施耐德全套配電裝置，發(fā)電機(jī)組有三種控制模式：手動(dòng)控制；半自動(dòng)控制；全自動(dòng)控制。在無(wú)人機(jī)艙情況下，曾多次發(fā)生發(fā)電機(jī)組超速保護(hù)停車、自動(dòng)減速停車、自動(dòng)調(diào)頻失效的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以上故障的原因都是發(fā)電機(jī)組同步模塊故障，在更換發(fā)電機(jī)同步模塊新配件后故障消除，發(fā)電機(jī)組的工作恢復(fù)正常。

從出廠到現(xiàn)在只有五年多的時(shí)間，發(fā)電機(jī)同步模塊失效的故障已發(fā)生多次，公司有兩條姐妹船，每條船均有近七、八塊這樣失效的同步模塊，一方面是同步模塊損壞時(shí)影響了船舶的生產(chǎn)、航行；增加了對(duì)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作量；另一方面，購(gòu)買的同步模塊備件價(jià)格較高，增加了運(yùn)營(yíng)成本。輪機(jī)人員通過(guò)不斷的摸索、實(shí)踐，采取了有效管理的辦法，終于使同步模塊的設(shè)備故障率得到控制。

1 故障分析

船舶的交流電站中由于各種發(fā)動(dòng)機(jī)都是按額定轉(zhuǎn)速發(fā)出最大功率和最高效率設(shè)計(jì)的，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的效率降低，更為嚴(yán)重的是幾臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，會(huì)引起各機(jī)組有功負(fù)載分配不均勻，因此船舶電站在正常工作時(shí)需要調(diào)整電站中發(fā)電機(jī)發(fā)的轉(zhuǎn)速，以保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，各發(fā)電機(jī)均勻分配有功負(fù)載，現(xiàn)代船舶為了提高供電質(zhì)量，在電站中大多安裝有自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載裝置，它通過(guò)控制信號(hào)（頻差、與功率差）的合成信號(hào)放大，判別（增減速判別、是否固定偏差判別）后控制伺服馬達(dá)，以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

手動(dòng)調(diào)節(jié)或者自動(dòng)速度調(diào)節(jié)都是通過(guò)同步模塊微繼電器的閉合、打開(kāi)來(lái)控制調(diào)速器馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)或停止。圖1是調(diào)速器馬達(dá)運(yùn)行控制電路。

通過(guò)對(duì)同步模塊的電路分析，聯(lián)系發(fā)電機(jī)同步模塊SCM-1的實(shí)物分析了解：調(diào)速器馬達(dá)控制器回路集成板上有一個(gè)插件，它也是一個(gè)集成電路板，上面有兩個(gè)微繼電器，根據(jù)以上故障，我們判斷微繼電器損壞可能性很大。從電路圖分析，它們都是控制器馬達(dá)也就是控制調(diào)速器到油門(mén)的增加（raise）或減少（lower）的按觸器，對(duì)其中一只失效的同步模塊的檢查，給集成塊接入12 V直流電，通過(guò)對(duì)模塊供電后檢查發(fā)現(xiàn)，該微型繼電器的一個(gè)是損壞的。我們還對(duì)其他的同步模塊進(jìn)行了類似檢查，也發(fā)現(xiàn)了有幾只同步模塊的兩只微型繼電器或其中一只失效，那么現(xiàn)在就不能解釋發(fā)電機(jī)組超速保護(hù)停車、自動(dòng)減速停車、自動(dòng)調(diào)頻失效的原因了。

2 原因探討

發(fā)電機(jī)同步模塊中微繼電器為使發(fā)電機(jī)的功率差（頻差）保持在規(guī)定的要求內(nèi)，不斷閉合打開(kāi)的動(dòng)作，增加了微繼電器的工作頻率和工作量，應(yīng)該說(shuō)這是微繼電器損壞的主要原因。

當(dāng)發(fā)電機(jī)的功率差（頻率）沒(méi)有及時(shí)回復(fù)到預(yù)定值時(shí)，其功率差（頻差）指示就一直存在,導(dǎo)致功率差（頻差）指示一直指示微繼電器不斷動(dòng)作，以不斷使調(diào)速馬達(dá)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，使調(diào)速的調(diào)速?gòu)椈深A(yù)緊力不斷增加和減小，使之通過(guò)液壓調(diào)速器內(nèi)部的液壓系統(tǒng)功率放大機(jī)構(gòu)、感應(yīng)機(jī)構(gòu)等，使發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)增加或減小。

下面展示的是發(fā)電機(jī)頻率調(diào)節(jié)的路線圖：

調(diào)速電機(jī)→調(diào)速?gòu)椈伞o定轉(zhuǎn)速→油門(mén)大小→實(shí)際轉(zhuǎn)速→電網(wǎng)頻率→功率差（頻差）識(shí)別→微型繼電器（上升raise或下降lower）→調(diào)速電機(jī)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)即油門(mén)增加減少）。

我們通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)在下列幾種情況下可能會(huì)導(dǎo)致微型繼電器動(dòng)作頻繁。

1) 油門(mén)滯阻現(xiàn)象比較嚴(yán)重。在功差（頻差）識(shí)別裝置識(shí)別到兩臺(tái)發(fā)電機(jī)之間的功率差后對(duì)發(fā)電機(jī)同步模塊上微型繼電器發(fā)出指令，因?yàn)橛烷T(mén)滯阻，油門(mén)增加的速度較慢，調(diào)速電機(jī)調(diào)速?gòu)椈深A(yù)緊力已經(jīng)升至最大，一旦油門(mén)增加（raise）到合符調(diào)速?gòu)椈深A(yù)緊力的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)升至很高，超過(guò)設(shè)定轉(zhuǎn)速，電網(wǎng)頻率升高，使發(fā)動(dòng)機(jī)速度下降很慢導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，造成超速、飛車，發(fā)出報(bào)警后停車。如果功差（頻差）指示要求降低電網(wǎng)頻率，則微型繼電器動(dòng)作（lower），調(diào)速電機(jī)降低調(diào)速?gòu)椈深A(yù)緊力，同樣因?yàn)橛烷T(mén)減小過(guò)程滯阻，調(diào)速?gòu)椈深A(yù)緊力會(huì)下降至最小，一旦油門(mén)回復(fù)到與彈簧預(yù)緊力相匹配的油門(mén)，則造成發(fā)電機(jī)自動(dòng)減速停車。油門(mén)增或加減小的速度滯后于調(diào)速電機(jī)對(duì)調(diào)速?gòu)椈深A(yù)緊力的控制，從而造成功率差（頻差）識(shí)別裝置不斷對(duì)微繼電器發(fā)出動(dòng)作指令。

2) 并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)速器性并聯(lián)特性差別比較大。導(dǎo)致負(fù)荷在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間轉(zhuǎn)移頻繁，使功率差（頻差）識(shí)別裝置不斷對(duì)微繼電器發(fā)出動(dòng)作指令。

3) 燃油品質(zhì)差，高壓油泵磨損加劇，各缸高壓油泵泄漏不一，導(dǎo)致各缸供油量不均勻，或者噴油器工況不佳，噴油定時(shí)不正確，各缸爆壓差別較大，爆壓增高變低都有可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)各缸負(fù)荷不均勻，而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，導(dǎo)致調(diào)速動(dòng)作頻繁，微繼電器動(dòng)作頻率極高所以容易損壞。

4) 發(fā)電機(jī)同步模塊自身參數(shù)設(shè)定存在問(wèn)題；或者微繼電器的制造質(zhì)量比較差。

3 解決方案

我們對(duì)以上原因進(jìn)行分析并提出以下解決方法。

3.1 油門(mén)卡阻的原因

1）機(jī)艙小，主、副機(jī)功率大，避震裝置的避震功能不強(qiáng)，造成油門(mén)桿等連接件振動(dòng)、磨損加劇，但各部磨損不一，會(huì)造成連接部件失中，被卡住或傳動(dòng)不靈活，阻尼大，解決這些問(wèn)題，可以通過(guò)經(jīng)常加注潤(rùn)滑，調(diào)節(jié)傳動(dòng)部件的對(duì)中以減少阻尼而獲得改善。

2）使用重油 380 CST油質(zhì)差造成加熱溫度高，有時(shí)超過(guò) 135℃，高壓油泵各部件的密封圈一直工作在高溫環(huán)境中，對(duì)這種情況要及時(shí)更換高壓油泵各部件的密封件，解體高壓油泵時(shí)要清理掉高壓油泵齒圈及齒條的泄漏的燃油、結(jié)碳等，確保部件潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)滯阻。

3）調(diào)速馬達(dá)部件的失效，如調(diào)速馬達(dá)的軸承內(nèi)部潤(rùn)滑油失效、泄漏或固化，也會(huì)使調(diào)速馬達(dá)動(dòng)作困難。這種現(xiàn)象則需要更換軸承部件。

3.2 調(diào)速器本身的原因

1) 調(diào)速器內(nèi)部的原因。如調(diào)速?gòu)椈商匦攒洠D(zhuǎn)速上不去或負(fù)載加不上，就要調(diào)整調(diào)速?gòu)椈傻挠捕取?/p>

2) 有時(shí)將調(diào)速器的調(diào)速特性故意調(diào)得差一點(diǎn)，使兩臺(tái)或多臺(tái)調(diào)速器的并聯(lián)特性接近，負(fù)載分配盡可能相近，因?yàn)檎{(diào)速器本身原因的調(diào)節(jié)工作要求技術(shù)好和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)比較豐富，可以在船舶進(jìn)廠時(shí)交廠解決。

3) 對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，導(dǎo)致調(diào)速動(dòng)作頻繁這種情況，船員如在日常的工作中注意經(jīng)常檢查柴油機(jī)各缸爆壓，及時(shí)檢查、校正噴油器、高壓油泵工況，就能消除這種現(xiàn)象。

4) 發(fā)電機(jī)的功率差（頻差）的改變是通過(guò)將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（頻率）從一個(gè)值整定到另一個(gè)值，需要一定的響應(yīng)時(shí)間，手動(dòng)調(diào)節(jié)是采用斷續(xù)調(diào)節(jié)的方式，操作者按“點(diǎn)動(dòng)”方式扳動(dòng)調(diào)速開(kāi)關(guān)，等待轉(zhuǎn)速（頻率）變化，然后再扳動(dòng)；自動(dòng)速度匹配調(diào)節(jié)也是以脈沖斷續(xù)調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行。斷續(xù)調(diào)節(jié)是輸出調(diào)速觸點(diǎn)閉合一段時(shí)間即調(diào)脈沖寬度，間隔一段時(shí)間再重復(fù)操作。脈沖寬度和間隔時(shí)間構(gòu)成調(diào)節(jié)周期。調(diào)節(jié)周期（脈沖寬度或間隔時(shí)間）應(yīng)隨頻差Δf（ΔT）的變化而相應(yīng)變化，這樣可以縮短匹配調(diào)節(jié)時(shí)間，又不會(huì)引起震蕩。脈沖寬度要適宜，如果較短，則閉合時(shí)間短，調(diào)速馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間短，油門(mén)變化小，調(diào)速周期一定，間隔時(shí)間不變，調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)；如間隔時(shí)間不變，則調(diào)速周期變短，則輸出調(diào)速觸點(diǎn)閉合、打開(kāi)的頻率及次數(shù)增加，不利于調(diào)節(jié)。調(diào)速動(dòng)作短促而頻繁，微型繼電器頻繁動(dòng)作。由于制造廠家、研發(fā)單位對(duì)產(chǎn)品的具體線路、設(shè)計(jì)思路技術(shù)保密，印刷電路板元件封裝，自動(dòng)速度匹配調(diào)節(jié)的脈沖斷續(xù)調(diào)節(jié)的方式的參數(shù)都已經(jīng)設(shè)定且無(wú)法改變，這給維修人員造成很大困難，最有效快速的解決辦法是更換備用板，將失效的電路板送專業(yè)廠家檢修。

4 結(jié)論

我們通過(guò)對(duì)引發(fā)該電氣設(shè)備失效的可能的機(jī)械故障原因分析，提出了解決該故障的具體方案,實(shí)際工作中采取多管齊下的管理辦法，保證了船舶的安全運(yùn)營(yíng)。

[1]劉宗德，陳定先編著. 船舶電站及自動(dòng)化裝置. 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1992.

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