船舶發電機監控系統若干故障分析

王曉東，張路靖(青島前進船廠，山東 青島 266001)

船舶發電機監控系統若干故障分析

王曉東，張路靖
(青島前進船廠，山東 青島 266001)

結合十年來船舶電氣維修工作經驗，對遇到的發電機監控系統典型故障進行分析研究，從而歸納出不同故障類型的應對方法，文章源于工作實踐，對船舶發電機監控系統的維修、設計工作具有一定的參考意義。

船舶發電機；監控系統；故障分析

隨著電子技術的不斷進步，船舶電力系統的智能化程度也日新月異，船用發電機監控系統的自動化水平也在不斷的變化。總結十年來接觸到的船舶發電機監控系統，其工作原理大致可歸納為采集轉速及其它傳感器信號，由系統檢測處理并輸出到調速器，再由調速器控制執行機構的動作狀態，從而改變高壓油泵的輸出油量，以此來控制發電機的運行轉速，如圖1所示。

筆者在工作中經常遇到各種各樣的故障，工作之初，由于知識面以及經驗的不足，難免在排除故障時不知所措。幾年來，在經歷了一次又一次的大型維修工作后，逐漸積累了一些維修經驗和心得體會。根據工作經驗，把這些故障分為啟動故障、轉速波動故障和停機故障，本文根據工作中遇到的這些故障問題進行針對性分析。

圖1 電子調速器工作原理圖

1 啟動故障問題

在發電機故障排除的過程中，首先排除發電機的啟動故障問題，然后才能進行后續的工作。發電機的啟動故障問題有無法啟動和啟動后飛車2種。下面以實際工作過程中遇到的問題進行分析。

1.1無法啟動

無法啟動即發電機啟動不起來，其原因首先是自啟動轉速不夠，無法達到點火的速度，故障原因是吹車氣壓不足(若是電動馬達，是電壓不夠或馬達故障)。本文只分析監控系統造成的故障，機械故障不予贅述。

其次是供油不足，甚至是沒有供油造成的啟動失敗。能夠產生供油不足的有3個地方：信號檢測及調速器、執行機構、高壓油泵。筆者在船舶發電機故障維修過程遇到的啟動失敗故障分類如下。

1)控制系統故障造成調速器無信號輸出，及執行機構沒有得到供油指令。一是發電機啟動條件不足，控制系統內部邏輯未執行完畢，應該送到調速器的動作信號無法送出，調速器不執行啟動動作，執行機構不動作導致發電機無法啟動；二是控制系統本身故障，應該發送的信號未發送或信號錯誤；三是調速器故障，接收到正確信號沒有正確動作，執行機構亦無動作。

2)執行機構故障，執行機構收到調速器的供油信號后沒有動作。

3)機械故障造成控制部分無法動作，執行機構的動作被機械故障阻擋無法運行。

1.2啟動后超速飛車

發電機啟動后超速飛車，主要原因是供油量過大,導致供油量過大的部件有調速器、轉速信號和高壓油泵，具體原因分析如下。

1)調速器的PID調節過低，會導致反饋時間過長，當轉速已經高于額定轉速后，供油量降低的信號還未發出，從而使得發電機啟動后轉速未下降超速飛車。

2)轉速傳感器故障，轉速信號丟失。在啟動后轉速信號突然丟失，會使調速器判斷轉速為零而繼續加大供油量信號，從而使發電機超速飛車。

3)高壓油泵卡滯。這種情況很少見，在發電機轉速達到供油設定值時，啟動供油量是最大值，而此時高壓油泵被卡住，使得供油量一直處于最大值，從而導致超速飛車。筆者在一次試驗過程中以上2個故障同時發生，轉速傳感器安裝位置過于靠近被測齒輪，啟動過程中傳感器被打碎，轉速信號丟失，調速器自動將供油量加到最大，高壓油泵開度達到最大，機器超速飛車；因高壓油泵校驗不到位，發生卡滯現象，油路無法斷開，導致機器無法停機，險些釀成重大事故。

2 轉速波動問題

轉速波動問題是經常遇到的故障，故障現象不定，發生的頻率很高，排除故障也比較困難。根據故障狀態，轉速波動問題有2種。一種是有規律的波動，轉速始終處于一種變化的過程，也稱作游車。另一種是沒有規律的，偶爾會有短暫的波動，而且波動時間不定。

2.1游車

游車的原因有多種，其中3類原因比較常見，調速器參數問題、執行機構問題和機械連接問題。具體原因分析如下。

1)調速器參數不匹配。當調速器的參數沒有調整到穩定狀態，執行機構得到的信號則不停的變化，從而導致發電機的轉速不穩。不同型號的調速器PID調節依據說明書調整，具體方法根據型號而定。

2)執行機構卡滯。當執行機構的動作出現卡滯現象時，發電機的供油趨勢也會出現不均勻變化，供油量也會產生不均勻供應現象，勢必產生游車現象。

3)執行機構與高壓油泵連接不緊密。當執行機構與高壓油泵連接過松時，執行機構發出的供油量動作在高壓油泵上將有延遲現象，甚至會產生執行機構在微調，而高壓油泵不穩定工作的情況，這時必將出現轉速波動。

2.2轉速無規律突然波動

轉速無規律突然波動故障，通常稱作軟故障，也是非常難解決的故障，仔細分析原因，無非是調速器問題、轉速控制回路問題以及轉速信號問題，總結說明如下。

1)調速器故障，當調速器在發電機運行過程中無故發出信號波動情況，勢必造成轉速無規律變化。這種故障源自調速器，鑒于調速器的精密程度，一般情況下建議換新處理。

2)轉速設定內部電位器虛短虛斷。在工作遇到這樣一次故障，發電機在冷態啟動運行2 h后會突然抖動一下轉速，在熱態啟動后幾十分鐘內便會抖動一下，而后每隔十幾分鐘會波動一下。這次故障更換很多組件，依舊沒有排除故障，最后發現轉速設定電位器一端松動，在冷態時處于接觸狀態，在溫度達到一定程度后會突然斷開一下。在轉速設定電路中，電位器斷開的瞬間，供油量立即增加，從而使得轉速波動一次。

3)轉速信號不穩。轉速信號產生波動有以下2種原因。

(1)轉速傳感器安裝距離過大。轉速傳感器與被測齒輪間的安裝距離有標準，當轉速傳感器與齒輪之間的間距超過這個標準時，傳感器送出的信號強度會減弱或者不準確，從而使調速器接收的轉速反饋信號不準確，在此信號下調速器會不斷修正發電機轉速，以達到設定值，從而發生發電機轉速波動。

(2)轉速傳感器信號通道有干擾。轉速傳感器采集到的轉速信號通過電纜等介質送入調速器，當傳感器信號通道出現干擾時，譬如絕緣問題、強電信號感應問題，會導致轉速信號出現波動，從而改變調速器信號，導致發電機轉速波動。

3 停機問題

發電機停機問題是比較嚴重的問題，比如正在航行過程中，發電機突然停機導致全船失電，勢必影響艦艇的航行，因此在執行任務時，通常運行2臺或多臺發電機，來預防某臺發電機突然停機造成全船失電的問題。停機問題有正常停機和緊急停機兩種情況。

3.1偶發性停機

1)緊急停機信號誤動作。在監控系統中設置有使發電機緊急停機動作的按鍵，按鍵終端連接電磁閥，這些電磁閥本體和相應電路在發電機使用過程中可能會誤動作，從而導致發電機緊急停機。

2)超速信號誤動作。發電機具有超速保護功能，當發電機轉速超過設定值會觸發超速保護動作，使發電機停機，防止損傷發電機機體；發電機轉速信號的傳送是否準確是超速保護動作觸發的關鍵因素，若轉速信號傳送時產生波動或者傳輸不穩定，可能會導致超速保護發生，又或者超速保護裝置發生故障導致自動停車。

3)系統突發故障造成的緊急停車。系統突發故障是很難預料的，筆者在一次工作中發現發電機直接超速而不停車，最終導致發電機增壓器燒毀的故障。經檢查發現，發電機飛輪附近有細小線頭，在運行過程中，這些線頭被飛輪卷起而打碎轉速傳感器，使轉速傳感器發出的信號瞬間為零，調速器隨即輸出最大信號，執行機構便達到最大，而此時的高壓油泵出現卡滯，導致執行機構不能拉回，恰巧緊急斷油電磁閥出現故障無法斷油，這一連串的故障最終導致了增壓器的燒損。

3.2規律性故障停機

發電機在運行過程中出現規律性故障停機也時有發生。這種故障比較容易判定，只需查找能夠引起停機的通道即可，根據停機時的狀態可分為正常停機通道故障和緊急停機通道故障2種。

1)停機信號通道器件損壞造成的停機。這類故障出現時，可以從報警菜單上判斷出來。例如，滑油壓力低報警和淡水溫度高報警等，這些報警和停機信號有聯鎖，若停機后發現有這類報警，而真是數據并非如此，則可判斷為通道損壞，如斷線、接地等故障。誤報警造成的滑油壓力低等信號，由于聯鎖造成發電機的正常停機。

2)緊急停車信號通道故障造成的緊急停機。緊急停機的出現除了同時發送正常停機命令外，還有緊急停機聯鎖，如切斷燃油閥、切斷進氣閥等。緊急停機信號有程序控制的聯鎖信號，也有獨立于監控之外的緊急停機按鈕，筆者曾遇到緊急停機按鈕接觸不良造成的數次緊急停車故障出現。

4 結束語

根據近些年來參與的發電機監控系統維修和改進工作所得，發電機監控系統基本原理相似，有些監測和控制分開運行，有些把監測納入到安保控制內，這些升級換代的產品基本原理沒有什么變化。在新型船舶上，發電機運行狀態的監測和控制對通信方式進行了一定的修改，使數據傳輸速度更快，數據傳輸量更大。本文根據日常維修保障工作經驗分析總結而得，希望對船舶發電機監控系統維修和設計的工作者有一定參考。

Analysis is given to the typical failure on monitoring system of marine generator.With ten-year of experience,different types of faults and relevant countermeasures are presented,which becomes reference for design and maintenance of such monitoring system.

marine generator;monitoring system;fault analysis

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.02.008

王曉東(1980-)，男，河南許昌人，工程師，大學本科，主要從事船舶電氣維修工作。

2014-12-24