一起 CAT3512B發電機無法建壓故障分析

梁海

摘 要：70D電動鉆機現場一般有4臺CAT3512B發電機組，大負載運行生產3臺機組并聯使用1臺備用，現場遇到一起發電機無法建壓的故障，針對該故障現象分析發電機整個建壓過程的控制原理，判斷分析該故障可能的原因，并對機組建壓故障原因加以總結。

關鍵詞：CAT3512B發電機組 勵磁板PC11板 旋轉整流子 發電機轉子 發電機定子 勵磁電流

中圖分類號：TE92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（b）-0102-02

1 故障現象概述

現場CAT3512B發電機組采用ROSSHILL AC模塊控制發電機組的轉速和電壓，額定轉速1500rpm，額定電壓600V AC，額定功率1200KW，滿載勵磁電壓31V，滿載勵磁電流7.1 A。

機組正常怠速值960 rpm，故障機組怠速值1360 rpm，柴油機工作狀態未見異常，無任何故障代碼，測量怠速1360 rpm時發電機母排電壓只有6 V AC，正常值是330 V AC。柴油機高速運轉后，正常額定值是1500 rpm，故障機組速度很快上升到1620 rpm，測量母排電壓依然是6 VAC，正常建壓過程在很短時間3～4 s后上升到600 VAC，可見發電機在整個運轉過程中建壓失效，機組速度控制失控。

2 機組整個建壓過程分析

機組所產生的電壓是由一個閉環控制回路產生的，這個閉環控制回路由勵磁機定子，勵磁機轉子、旋轉整流橋組件、主勵磁轉子及主定子組成，如圖1所示。

整個建壓過程開始于主勵磁轉子的剩磁作用會在主定子產生一個很小的剩磁電壓，該剩磁電壓經變壓器T08的變換供給勵磁板PC11板，PC11板經過DB1/DB2組件，勵磁電流經過端子PC—01、PC—10送往勵磁機定子，勵磁機轉子輸出勵磁電壓經過旋轉整流橋組件送往主勵磁轉子的電壓會高于剩磁電壓，從而發電機輸出電壓比之前有所提高通過正反饋過程的反復調節，最終機組怠速輸出電壓330V，此時依靠剩磁建立電壓的過程結束，原理如圖2所示。

當機組高速運行時，此時AC模塊控制單元投入工作，發電機輸出電壓由電壓調節器控制，此時PC11板繼電器K1接通，DB1斷開，由可控硅SCR1和SCR2及DB2組成半控橋電路給勵磁機提供勵磁電流，電壓調節器控制勵磁電流，完成發電機輸出電壓600V穩定不變。

從該起故障現象可以初步判斷機組勵磁回路存在開路的現象或者主勵磁轉子的剩磁不足現象。

3 故障排除過程

3.1 檢查勵磁控制回路

（1）檢查勵磁定子繞組阻值。

拆下PC—01、PC—10端子，測量勵磁定子繞組阻值3.8Ω，對地絕緣正常，說明勵磁定子繞組正常。進而檢查連接線緊固中間連接端子TB11-11和TB11-12，檢查勵磁線路從SCR房經過SCR1#柜端子連接到接線窗口，該處接線端子是否正常松動，檢查過程加以緊固未見異常。

（2）更換勵磁板PC11板。

檢查勵磁板的電源TO8變壓器保險F39/F40通路，TO8變壓器初/次級繞組值正常。由于機組怠速過程中機組輸出電壓330V，是依靠剩磁電壓建立的過程，AC模塊控制只是在高速時才參與機組電壓的控制，怠速沒有參與，AC模塊可以不在故障考慮范圍內。更換備用勵磁板PC11板，故障依舊，故障點也不在勵磁板上，此時基本可以確定SCR房電路都正常，故障方向重點在發電機自身內部。

3.2 檢查發電機機組主勵磁轉子的剩磁不足

檢查發電機組側蓋接線端測量端子F1和F4之間阻值4.2Ω，F1和F2之間阻值3.4Ω，數值判斷勵磁機定子繞組阻值正常。SCR房PC11板勵磁控制電壓接在端子F1（+）和F4（-），斷開該處來自SCR房PC11板勵磁電壓信號，由于測量正常機組怠速PC11勵磁板勵磁電壓輸出6VDC左右，可以選擇萬用表的9V電池對其勵磁機充磁，此時正常機組可以正常啟動。依次連接9 V電池正極接F1（+）負極接F4（-），此時啟動發電機組，對機組進行怠速動態充磁，連接注意正負對應一致，充磁時間6～10 s后松開9 V電池的負極，來回反復幾次。測量機組輸出電壓依然是母排電壓只有6 VAC，轉速1360 rpm，充磁過程中機組電壓未見上升，轉速失控，說明機組故障原因不是主勵磁轉子的剩磁電壓不足導致無法建壓。

3.3 測量旋轉整流橋組件

對于旋轉整流橋組件斷開輸出+正極端，輸出-負極端，斷開輸入三相交流端子，測量所有二極管組件都正常。測量勵磁機轉子阻值都很小正常。測量此時斷開的+正極端，-負極端接線之間阻值，此處測量的是主勵磁線圈阻值，發現該處阻值在測量時數值來回變動，波動范圍在1.6 Ω～1 KΩ變化，同時測量該兩端子對地絕緣也在 0.5 MΩ—2 MΩ變化。測量正常發電機組，該處主勵磁線圈阻值2.8 Ω，對地絕緣正常。目前可以判斷此處勵磁接線與主勵磁線圈連接處存在接觸不良或者主勵磁線圈存在局部開路故障。

3.4 與正常機組對比試驗

選擇正常機組對比實驗，斷開正常機組F30/31/32電源輸入保險，速度怠速值直接上升至1360 r/min。此時由于輸入剩磁電壓斷開被保險斷開，T08變壓器無輸入電壓，PC11勵磁板控制中斷，機組輸出剩磁電壓測量母排輸出電壓有44 V AC，該值高于故障機組6 V AC，其他現象和故障機組一致，機組怠速值1360 rpm，高速運行值1620rpm。實驗此時合上GEN1#機組F30/31/32進線保險，PC11勵磁板恢復勵磁電壓調節，此時機組很快上升至330 V，機組怠速轉速由運行中的1360 r/min很快下降至960 r/min。

該對比實驗說明故障機組輸出剩磁電壓6 V AC過低，可能是上述3測量旋轉整流橋組件測量值勵磁接線與主勵磁線圈接觸阻值過大，造成剩磁電壓過低造成的，該剩磁電壓過低會導致機組建壓困難。endprint

3.5 重點檢查勵磁線纜與主勵磁線圈接觸阻值

在檢查發現該處連接銅片一端用螺栓緊固勵磁線纜，一端與主勵磁繞組線圈壓緊，有絕緣件隔離防護，由于發電機機組功率輸出端風扇吸風冷卻導致該處連接處長時間沉積污垢較多，如下圖3所示，檢查連接銅片與主勵磁繞組連接發現有輕微位移擺動。

測量勵磁線纜正負端，輕微晃動銅片，有時數值從1.6 Ω～幾百KΩ對應變化，有時可以穩定數值2.2 Ω。重點檢查該連接處，使用電子清潔劑清潔連接銅片，檢查緊固主勵磁繞組線圈連接，測量出勵磁繞組線圈阻值2.2 Ω，對地絕緣1.8 MΩ，數值穩定和正常機組基本一致。

再次啟動故障發電機組怠速運行時，機組轉速可以正常恢復到960 rpm，輸出電壓很快上升到330 V AC，怠速PC11勵磁板勵磁電壓6.8 VDC，電流值0.7 ADC，高速運行輸出電壓600 V AC，測得勵磁電壓 8.6 V DC，電流值3.3 A DC。目前可以判斷故障點在于此處勵磁接線與主勵磁線圈連接處存在接觸不良，可以排除主勵磁線圈存在局部開路的故障。

4 結語

該起故障屬于典型的接觸不良導致，對此現場維護要定期對發電機各繞組接線處積累的雜質污垢進行清潔，有松動和絕緣破壞時及時修理。發電機組無法建壓故障排除過程中，故障點集中在整個控制回路的檢查，對其可能的故障原因總結如下：

（1）勵磁機繞組阻值數值一般2 Ω— 4 Ω，發電機主勵磁和主定子阻值都很小，對地絕緣良好，阻值過大說明繞組線圈故障，注意發電機側蓋F1（+）負極接F4（-）端子接線的緊固性。

（2）機組只有剩磁作用下母排輸出電壓有44 V AC，只要機組剩磁電壓足夠，機組無法正常建壓就可以排除發電機自身原因，重點檢查外部發電機勵磁調節控制。如果剩磁電壓過低機組需要充磁可以選用萬用表9V電池。

（3）機組怠速運行建壓330 V是剩磁作用的結果，怠速失壓首先檢查GEN柜F30/F31/F32/F39/F40是否開路，T08變壓器是否正常，檢查勵磁板PC11工作正常，PC11板怠速輸出6.8 V DC，高速輸出8.6 V DC。檢查勵磁回路端子連接良好，否則故障原因是發電機自身故障。

參考文獻

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