西門子1FC6型發(fā)電機(jī)解列時(shí)欠壓脫扣故障分析

張 潔,卜 劍

(青島前進(jìn)船廠，山東 青島 266001)

西門子1FC6型發(fā)電機(jī)解列時(shí)欠壓脫扣故障分析

張 潔,卜 劍

(青島前進(jìn)船廠，山東 青島 266001)

某船在靠泊碼頭后對(duì)并車運(yùn)行發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列，解列時(shí)運(yùn)行發(fā)電機(jī)主開關(guān)脫扣，監(jiān)控系統(tǒng)顯示欠壓脫扣報(bào)警。通過對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)回路進(jìn)行分析和檢查，逐步定位故障點(diǎn)并排除，梳理西門子公司1FC6系列發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、調(diào)壓系統(tǒng)的典型故障的分析思路和數(shù)據(jù)。

發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁；調(diào)壓；數(shù)據(jù)

1 故障現(xiàn)象

某船配備4臺(tái)主發(fā)電機(jī)，原動(dòng)機(jī)為MTU公司16V396型柴油機(jī)，發(fā)電機(jī)為西門子1FC6型三相交流同步無刷電機(jī)。正常使用按照發(fā)電機(jī)序號(hào)定期輪換使用。停靠碼頭、靠幫補(bǔ)給和大風(fēng)浪等工況下2臺(tái)發(fā)電機(jī)并車使用。

該船在停泊碼頭期間2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并車，完成停靠動(dòng)作后對(duì)并車的2臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列操作，解列機(jī)組斷開的同時(shí)繼續(xù)運(yùn)行機(jī)組電壓表大幅度波動(dòng)，發(fā)電機(jī)主開關(guān)脫扣，監(jiān)控系統(tǒng)欠壓報(bào)警燈亮。啟用備用機(jī)組確保正常供電，觀察脫扣機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，空車運(yùn)行時(shí)儀表顯示無明顯異常。

2 西門子公司1FC6系列發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、調(diào)壓原理

交流柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行電壓和頻率需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，交流電的頻率取決于機(jī)組的轉(zhuǎn)速，由柴油機(jī)配套電子調(diào)速器來保持穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速；另一個(gè)參數(shù)電壓受負(fù)載變化的影響，根據(jù)負(fù)載變化即輸出電流的變化來自動(dòng)調(diào)節(jié)保持輸出電壓穩(wěn)定。

電壓的調(diào)節(jié)包括變壓器相復(fù)勵(lì)自激、電壓校正和無功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)3種基本調(diào)節(jié)原理，其中相復(fù)勵(lì)自激調(diào)節(jié)是基本的調(diào)節(jié)，電壓校正和無功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)是在前者基礎(chǔ)上作相應(yīng)的修正從而提高調(diào)節(jié)精度。電壓調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)控制勵(lì)磁機(jī)發(fā)出控制信號(hào)給旋轉(zhuǎn)整流器整流后實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)。

其電路原理見圖1。發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)圖中G1是發(fā)電機(jī)、G2是勵(lì)磁機(jī)、T1～T3是單相電流互感器、T4是調(diào)差電流互感器、T6是整流變壓器、L1是電抗器、C1～C3是電容器、X1～X3是接插件。

3個(gè)單相電流互感器T1～T3初級(jí)繞組串接在主回路中采集電流分量，整流變壓器T6的初級(jí)線圈采集電壓分量；將這2種變壓器的次級(jí)繞組串接后輸出送給調(diào)壓板，經(jīng)過整流后送給勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組G1。

由于在勵(lì)磁信號(hào)中包含了發(fā)電機(jī)自身輸出電壓和電流變化的信息，同時(shí)在T6初級(jí)繞組串接電抗器和電容進(jìn)行相位補(bǔ)償，這種調(diào)壓系統(tǒng)稱為相復(fù)勵(lì)自激系統(tǒng)。

圖1 1FC6系列發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、調(diào)壓原理圖

電壓調(diào)節(jié)部分對(duì)相復(fù)勵(lì)調(diào)壓部分所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行進(jìn)一步完善和精度提高。通過采集發(fā)電機(jī)輸出電壓與額定電壓比較產(chǎn)生的誤差信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)可控硅產(chǎn)生脈沖信號(hào)控制分流可控硅從上述整流模塊的輸入端分流實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁機(jī)電流的控制，同時(shí)通過在該部分輸入端串進(jìn)無功電流信號(hào)使參與調(diào)整的信號(hào)更完善實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出電壓的效果。

3 故障原因分析

故障發(fā)生時(shí)電壓表指示大幅擺動(dòng)，最低可達(dá)320 V左右，發(fā)電機(jī)主開關(guān)脫扣，監(jiān)控系統(tǒng)欠壓脫扣報(bào)警燈亮。脫扣后觀察該機(jī)組運(yùn)行情況，空載運(yùn)行時(shí)報(bào)警消失，無其他異常報(bào)警，通過電壓調(diào)節(jié)器的遙控調(diào)壓旋鈕以及電子調(diào)速器SPEED旋鈕和遙控調(diào)速旋鈕，發(fā)電機(jī)輸出電壓和頻率平滑可控，進(jìn)行大負(fù)荷突加試驗(yàn)時(shí)有較大電壓波動(dòng)。

發(fā)電機(jī)輸出電壓受電壓調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁系統(tǒng)聯(lián)合控制。結(jié)合現(xiàn)象分析可能是勵(lì)磁系統(tǒng)大功率器件故障導(dǎo)致的大電流下的性能不穩(wěn)導(dǎo)致波動(dòng)，負(fù)荷突變過大時(shí)導(dǎo)致電壓波動(dòng)超限引起報(bào)警脫扣。

正常情況下當(dāng)并車發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)移負(fù)荷并解列時(shí)，運(yùn)行發(fā)電機(jī)由于負(fù)荷突然增大，電流增大，此時(shí)調(diào)壓板采集到的發(fā)電機(jī)輸出信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)差值減小，驅(qū)動(dòng)靜態(tài)整流器控制可控硅對(duì)勵(lì)磁電源的分流減小，送給旋轉(zhuǎn)整流器的電流增大，勵(lì)磁機(jī)電壓增大，發(fā)電機(jī)電壓增高以保持由于負(fù)荷增大引起的壓降。但如果靜態(tài)整流器或者旋轉(zhuǎn)整流器整流期間在大電流下性能發(fā)生變化，則可導(dǎo)致電壓波動(dòng)。結(jié)合上述原理和之前對(duì)該系統(tǒng)的保障經(jīng)驗(yàn)可初步判斷為調(diào)壓板本身基本性能正常，靜態(tài)整流器和旋轉(zhuǎn)整流器(勵(lì)磁系統(tǒng))器件故障。

4 故障排除

停機(jī)后對(duì)調(diào)壓板上的靜態(tài)整流器整流管特性進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量參數(shù)如表1所示，靜態(tài)整流器測(cè)量參數(shù)值無異常，對(duì)靜態(tài)整流器進(jìn)行整流試驗(yàn)確認(rèn)可以正常實(shí)現(xiàn)整流功能。

表1 靜態(tài)整流器整流模塊參數(shù)測(cè)量

對(duì)旋轉(zhuǎn)整流器上的6個(gè)整流模塊進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)如表2所示。其中V6管測(cè)量后發(fā)現(xiàn)其參數(shù)異常。對(duì)其進(jìn)一步從熱態(tài)到冷態(tài)以5 min為間隔進(jìn)行連續(xù)測(cè)量3次，分別為1.30 V/2.30 V、0.76 V/2.10 V、0.42 V/0.79 V。

表2 旋轉(zhuǎn)整流器整流模塊更換備件前參數(shù)測(cè)量

分析上述整流模塊異常參數(shù)，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，輸出電流增大，對(duì)靜態(tài)整流器抽取電流減小，整流器輸出電流增大。旋轉(zhuǎn)整流器輸入電流增大，此時(shí)

勵(lì)磁電流應(yīng)增大，發(fā)電機(jī)輸出電壓因?yàn)樨?fù)荷增大的壓降得以抵消，但是由于電流的突變引起V6管性能突變，V6管壓降突增，使勵(lì)磁機(jī)需要補(bǔ)償?shù)碾娏鬟_(dá)不到預(yù)期值，造成勵(lì)磁電流突變，發(fā)電機(jī)電壓向下突然大幅擺動(dòng)，在由于調(diào)壓板的閉環(huán)調(diào)整功能則會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大幅連續(xù)擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度超過極限值后導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)欠壓報(bào)警，斷路器脫扣造成失電。額定功率1 000 kW的2臺(tái)并車發(fā)電機(jī)進(jìn)行解列，當(dāng)單機(jī)負(fù)荷因?yàn)檗D(zhuǎn)移降低到150 kW左右時(shí)對(duì)該發(fā)電機(jī)進(jìn)行脫扣，此時(shí)相當(dāng)于運(yùn)行發(fā)電機(jī)突加150 kW負(fù)荷，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓突降，電流突增。

結(jié)合分析選取參數(shù)一致的整流管進(jìn)行更換，更換后進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 旋轉(zhuǎn)整流器整流模塊更換備件前后參數(shù)測(cè)量

進(jìn)行單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)及并車、解列試驗(yàn)，工作正常，故障排除。

Alarm for dropping underpressure of major switch was displayed at dynamic splitting of the generator parallel operation when the ship berthed on dock.By checking and analysis to the exciting system and voltage regulation loop,the fault was positioned and removed with the analyzing thoughts and data combed on the typical faults of exciting system and pressure-regulating system of the SIEMENS 1FC6 generator.

generator;exciting;pressure-regulating;data

張潔(1979-)，男，陜西渭南人，工程師，大學(xué)本科，主要從事電氣控制及弱電監(jiān)控工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.03.006

2014-12-03