宋加民

（大慶鉆探工程公司鉆井四公司，吉林 松原 138000）

目前國內(nèi)油田配備了大量國產(chǎn)西門子1FC5、1FC6系列無刷三相同步發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)是德國西門子公司于八十年代開發(fā)的系列產(chǎn)品，由國內(nèi)廠家引進(jìn)該發(fā)電機(jī)專有技術(shù)及生產(chǎn)許可證，并獲得西門子公司質(zhì)量認(rèn)證、機(jī)械部技術(shù)鑒定和中國船級社形式認(rèn)可，嚴(yán)格按照西門子標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)。

11FC6發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁裝置原理

該系列發(fā)電機(jī)采用具有可控硅自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）的相復(fù)勵(lì)磁系統(tǒng)，圖1為1FC6發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁原理圖。

圖11FC6發(fā)電機(jī)勵(lì)磁原理圖

1FC6型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)是，由主發(fā)電機(jī)G1、勵(lì)磁發(fā)電機(jī)G2、勵(lì)磁裝置組成，G1為旋轉(zhuǎn)磁極式，G2為旋轉(zhuǎn)磁樞式。勵(lì)磁裝置由電抗器、電容器、整流變壓器、電流互感器和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）組成。

1FC6型無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的工作原理是，柴油機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，勵(lì)磁機(jī)依靠內(nèi)部剩磁或外部充磁建立比較低的電壓，該電壓作用于勵(lì)磁部件而產(chǎn)生的勵(lì)磁電流使得發(fā)電機(jī)電壓不斷上升，最后穩(wěn)定于整定值。如果自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）故障或不接入勵(lì)磁系統(tǒng)，則發(fā)電機(jī)從空載到滿載的整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)，其輸出電壓始終高于額定值。當(dāng)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）接入勵(lì)磁系統(tǒng)后，有一部分勵(lì)磁電流流過其中的可控硅和電阻組成的分流電路。分流電流的大小由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證了發(fā)電機(jī)在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)其輸出電壓始終等于額定值。

2 對發(fā)電機(jī)勵(lì)磁置進(jìn)行更新的必要性分析

2.1 電抗器L1，電抗器功能是提供勵(lì)磁電流的電壓分量，出故障時(shí)會造成發(fā)電機(jī)空載電壓升高或降低。

2.2 電流互感器T1-T3，電流互感器作用是提供勵(lì)磁電流的電流分量，出故障時(shí)會造成發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后端電壓下降或壓上升。

2.3 整流變壓器T8，T8是一個(gè)雙繞組的三相變壓器，原邊每相繞組根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)型帶有備用抽頭，副邊繞組均帶有多個(gè)抽頭供調(diào)整使用，一般這些抽頭在出廠時(shí)已作好調(diào)整，在現(xiàn)場檢修時(shí)不能改變抽頭位置，更換時(shí)應(yīng)按原位置進(jìn)行插接。整流變壓器T8原邊接受電抗器L1輸出的電壓分量，在副邊產(chǎn)生相應(yīng)的勵(lì)磁電流。同時(shí)T8副邊繞組也接受電流互感器T1-T3提供的勵(lì)磁電流的電流分量。當(dāng)T8的原邊或副邊出現(xiàn)短路、斷路，都可以使得發(fā)電機(jī)空載電壓及加載后端電壓下降。如果不在實(shí)驗(yàn)臺上進(jìn)行調(diào)試，現(xiàn)場調(diào)整T8的過程很煩瑣。

2.4 靜止整流器，靜止整流器是一個(gè)三相橋式整流器，當(dāng)靜止整流器中六個(gè)二極管有發(fā)生擊穿或開路電阻值辦法）將使得發(fā)電機(jī)輸出端電壓下降。

2.5 旋轉(zhuǎn)整流器V2，旋轉(zhuǎn)整流器U2由三塊結(jié)構(gòu)相同的整流模塊組成，每個(gè)整流模塊內(nèi)有兩個(gè)二極管。旋轉(zhuǎn)整流器安裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的旋轉(zhuǎn)軸套上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)整流器中的二極管發(fā)生擊穿或開路，造成勵(lì)磁電流減少使得發(fā)電機(jī)端電壓下降。

2.6 旋轉(zhuǎn)壓敏電阻U，U是旋轉(zhuǎn)整流器V2的過電壓保護(hù)元件，與旋轉(zhuǎn)整流器安裝在主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的旋轉(zhuǎn)軸套上，它們之間的區(qū)別是旋轉(zhuǎn)壓敏電阻R4只有兩個(gè)接線端子。常見故障是被破壞性擊穿，擊穿后相當(dāng)于對輸入到主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流進(jìn)行分流，造成發(fā)電機(jī)端電壓下降。

2.7 電壓調(diào)節(jié)器AVR，1、電壓調(diào)節(jié)器AVR的功能是通過控制勵(lì)磁分流電流的大小，從而改變勵(lì)磁電流，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的目的。該組件出現(xiàn)故障時(shí)會造成發(fā)電機(jī)電壓過高或過低。

從以上可以得出，相復(fù)勵(lì)磁方式由于分立器件過多，還有國產(chǎn)后器件質(zhì)量下降，尤其是1FC6發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置沒有安裝減震裝置，機(jī)械震動(dòng)造成器件損壞，插接件松動(dòng)引起的故障很多，該系列機(jī)組在油田現(xiàn)場使用時(shí)勵(lì)磁裝置故障率比較高，從方便維修和減少配件儲備方面來看，對勵(lì)磁置進(jìn)行更新已經(jīng)十分必要。

3 更換通用型可控硅勵(lì)磁板及注意事項(xiàng)

圖2 通用可控硅勵(lì)磁板接線圖

圖2為通用可控硅勵(lì)磁板接線圖，勵(lì)磁板的基波電源端連接發(fā)電機(jī)L-W端，電壓檢測連接到U-V端，如果發(fā)電機(jī)需要與其他電源并聯(lián)還應(yīng)該連接調(diào)差互感器，F(xiàn)1與F2連接發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，從圖2可以看出，可控硅勵(lì)磁方式接線簡潔，配件數(shù)量少，現(xiàn)場維修簡便，這正是我們鉆井生產(chǎn)所要求的。我公司目前使用的發(fā)電機(jī)型號為1FC6456-4AL92，該機(jī)最大勵(lì)磁電壓為100V，額定勵(lì)磁電流為8A，根據(jù)勵(lì)磁電流和電壓參數(shù)，我們選擇通用型可控硅勵(lì)磁板進(jìn)行更換，首先將原發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置拆除，然后將新勵(lì)磁板裝入發(fā)電機(jī)內(nèi)，按圖2連接好即可。在現(xiàn)場使用中取得良好效果，發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能夠適應(yīng)鉆井生產(chǎn)的需要。

在替換時(shí)也應(yīng)注意，應(yīng)選擇基波可控硅勵(lì)磁板，還應(yīng)注意柴油發(fā)電機(jī)頻率應(yīng)不小于47Hz，在安裝時(shí)候應(yīng)將勵(lì)磁板安裝在帶有減震裝置的安裝板上，防止由于震動(dòng)造成控制板損壞。

結(jié)語

在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，可控硅勵(lì)磁裝置已經(jīng)被證明是非常可靠的，在陸上石油鉆機(jī)使用的西門子發(fā)電機(jī)，在可控硅勵(lì)磁滿足負(fù)載要求的情況下，沒有必要堅(jiān)持使用原來落后笨重的相復(fù)勵(lì)磁裝置，此次改造成功是最好的證明。

[1]徐亮.同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置傳輸數(shù)據(jù)信號不穩(wěn)定的解決方法[J].黑龍江科技信息，2011（18）.

[2]喬現(xiàn)平.同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置故障解析[J].改革與開放，2011.