郜世杰，陳 穎

（1.海軍駐廣州427廠軍事代表室，廣州510715；2.海軍駐上海711所軍事代表室，上海200041）

1 引言

目前船舶上所配置的主配電板、發(fā)電機(jī)組、各類監(jiān)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備，在試驗(yàn)、使用過程中難免會出現(xiàn)一些偶發(fā)故障，此類故障具有以下明顯特征：一是發(fā)生時(shí)機(jī)偶然；二是發(fā)生過程短促，過程記錄不明確；三是故障導(dǎo)致的結(jié)果多樣、定位不清晰。

基于上述特征，對該類問題的處理并沒有具體的方法，往往通過對可能出現(xiàn)故障點(diǎn)的電氣元件進(jìn)行大面積重新接插，或更換元器件等手段進(jìn)行排除。如果成功消除了故障現(xiàn)象，此類故障便會簡單的歸結(jié)為元器件松動、接觸不良或設(shè)備保養(yǎng)不到位等原因。然而這種處理方法雖然能短時(shí)間改善或規(guī)避故障的發(fā)生，但由于故障機(jī)理的不確定性，并沒有從根本上解決故障問題，因此對設(shè)備的后續(xù)使用者來說造成了一定的隱患和不確定性。本文通過對某型艦船上偶然發(fā)生的發(fā)電機(jī)組失壓故障進(jìn)行分析，通過實(shí)船試驗(yàn)明確了所謂接觸不良現(xiàn)象的電氣特性，成功人為復(fù)現(xiàn)故障現(xiàn)象，從根本上解決了故障問題。

某型艦船上所配置的相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，在碼頭試驗(yàn)期間發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行過程中，偶然發(fā)生了發(fā)電機(jī)組欠壓報(bào)警，隨后發(fā)電機(jī)組電壓迅速跌落，主開關(guān)跳閘?，F(xiàn)場服務(wù)人員停機(jī)檢查后并未發(fā)現(xiàn)原動機(jī)組、發(fā)電機(jī)、主開關(guān)等部件存在故障，再次起機(jī)后發(fā)電機(jī)組能穩(wěn)定建壓并連續(xù)運(yùn)行。

相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和較好的復(fù)勵(lì)性能，是目前我國船用交流發(fā)電機(jī)的主要勵(lì)磁方式[1]-[3]，它可以很好的保證規(guī)范要求的靜態(tài)和動態(tài)性能?；谙鄰?fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組通常會配備輔助的電壓調(diào)節(jié)裝置，用來滿足發(fā)電機(jī)的電壓特性和負(fù)載特性[4]-[5]。在發(fā)電機(jī)組的調(diào)試及使用過程中，經(jīng)常會遇到發(fā)電機(jī)組建壓失敗的問題，如不能及時(shí)解決將會影響發(fā)電機(jī)組的正常使用，導(dǎo)致船舶失去動力而無法運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)組建壓失敗分為兩種情況：一種是發(fā)電機(jī)輸出電壓為0，屬于發(fā)電機(jī)失磁的情況，此時(shí)若發(fā)電機(jī)組的元器件無損壞，只需對發(fā)電機(jī)進(jìn)行充磁即可；另一種是發(fā)電機(jī)輸出電壓為剩磁電壓。本文以第二種建壓失敗故障為基礎(chǔ)，對這種基于相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)輸出剩磁電壓的原因進(jìn)行分析。

2 相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理

圖1 相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理框圖

相復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的原理框圖，如圖1所示。發(fā)電機(jī)在起機(jī)時(shí)，利用發(fā)電機(jī)中的剩磁建立剩磁電壓，剩磁電壓通過相復(fù)勵(lì)裝置后，經(jīng)過整流橋D進(jìn)行整流后，輸出直流電壓u作為勵(lì)磁繞組L的勵(lì)磁電壓，從而產(chǎn)生勵(lì)磁電流。由于勵(lì)磁繞組流過勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)開始迅速建壓，從而形成正反饋通路，使得發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速起勵(lì)，完成發(fā)電機(jī)組的建壓過程。圖1中的電抗器X1和諧振電容C1用來在發(fā)電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)候發(fā)生諧振（諧振頻率），從而在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁電流，使得發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)快速起勵(lì)。勵(lì)磁繞組兩端接有充磁電路，如圖中所示。

3 發(fā)電機(jī)建壓失敗的可能原因

當(dāng)發(fā)電機(jī)組輸出的電壓為發(fā)電機(jī)的剩磁電壓，表明發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁回路出現(xiàn)故障，其故障有以下幾種：

（1）勵(lì)磁回路斷路或短路

當(dāng)勵(lì)磁回路斷路或短路時(shí)，勵(lì)磁繞組無法得到勵(lì)磁電流，整個(gè)相復(fù)勵(lì)系統(tǒng)也無法形成正反饋，因此導(dǎo)致發(fā)電機(jī)端輸出電壓只有剩磁電壓；

（2）分流用的開關(guān)管短路

當(dāng)開關(guān)管出現(xiàn)短路故障時(shí)，整流橋輸出勵(lì)磁電流全部消耗在分流電阻上，勵(lì)磁繞組得不到勵(lì)磁電流，因此發(fā)電機(jī)輸出電壓只有剩磁電壓；

（3）充磁回路短路

當(dāng)充磁回路短路故障時(shí)，會將勵(lì)磁繞組短路，導(dǎo)致勵(lì)磁電流為0，因此發(fā)電機(jī)輸出電壓只有剩磁電壓；

（4）濾波電容C擊穿短路

當(dāng)濾波電容C被擊穿短路時(shí)，會將勵(lì)磁繞組短路，導(dǎo)致勵(lì)磁電流為0，因此發(fā)電機(jī)輸出電壓只有剩磁電壓。

4 某船故障原因分析

某船的發(fā)電機(jī)組在調(diào)試過程出現(xiàn)偶爾輸出電壓為剩磁電壓的建壓失敗故障。由于該故障是偶爾出現(xiàn)，因此根據(jù)上述3節(jié)中的分析可排除第（2）、（3）、（4）三種可能性，因?yàn)槿糸_關(guān)管或?yàn)V波電容出現(xiàn)短路故障，則為硬件出現(xiàn)故障，這種故障會在每次發(fā)電機(jī)組起機(jī)時(shí)必然出現(xiàn)，因此對第（1）種可能性進(jìn)行重點(diǎn)排查。

經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)勵(lì)磁回路中F1短接片的緊固螺絲有所松動，此處的勵(lì)磁回路的連接線如圖2所示，實(shí)際連接圖片如圖3所示。圖2中兩個(gè)F1和F2分別代表控制回路的勵(lì)磁線和電機(jī)回路的勵(lì)磁線。從圖3中可以看出，若短接片的緊固螺絲有所松動，可能會造成三種后果：

圖2 勵(lì)磁回路連接線

圖3 實(shí)際連接圖

（1）勵(lì)磁回路斷路

若短接片松動較多，則可能造成控制回路與電機(jī)回路的勵(lì)磁線發(fā)生斷路，使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組無法得到勵(lì)磁電流，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出只有剩磁電壓，故人為的將該點(diǎn)斷開，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行起機(jī)試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)輸出電壓只有剩磁電壓26 V，故障得到復(fù)現(xiàn)，說明這種可能性較大。

（2）勵(lì)磁回路接觸電阻較大

當(dāng)短接片松動但沒有完全斷開的狀態(tài)時(shí)，連接點(diǎn)相當(dāng)于接入一個(gè)較大的接觸電阻，即勵(lì)磁回路接入一個(gè)較大的限流電阻，當(dāng)電阻達(dá)到一定的值時(shí)，勵(lì)磁電流幾乎為0，使得發(fā)電機(jī)輸出電壓只有剩磁電壓。為了驗(yàn)證接觸電阻的大小對勵(lì)磁電流的影響，進(jìn)行了這種勵(lì)磁回路接觸不良的模擬試驗(yàn)，其試驗(yàn)原理如圖4所示：分別在勵(lì)磁回路的F1線路中串入600 Ω、1 800 Ω、2 700 Ω和3 600 Ω的電阻，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行空載起動建壓的試驗(yàn)，分別測量串入各種電阻情況下的勵(lì)磁電流和發(fā)電機(jī)輸出端電壓，從而判斷出當(dāng)勵(lì)磁回路串入多大電阻時(shí)會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)建壓失敗。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，當(dāng)勵(lì)磁回路串接的電阻達(dá)到2.7kΩ以上時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出端電壓只有30 V左右，與該船發(fā)電機(jī)組建壓失敗的情況相同，此時(shí)的勵(lì)磁電流只有mA級；當(dāng)發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁回路的接觸電阻達(dá)到3 kΩ以上時(shí)，可以導(dǎo)致發(fā)電機(jī)建壓失敗，因此短接片接觸不良造成此次發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)偶爾建壓失敗的可能性較大。

圖4 勵(lì)磁回路接觸不良模擬試驗(yàn)電路圖

（3）勵(lì)磁回路短路

從圖3中可以看出，F(xiàn)1與F2的短接片之間的電氣間隙較小， 在短接片松動的情況下由于外力作用可能會造成兩塊短接片短接，引起勵(lì)磁回路短路，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出只有剩磁電壓的故障。因此人為的將兩塊短接片短接，將發(fā)電機(jī)進(jìn)行起動建壓試驗(yàn)，輸出電壓為26 V，與此次故障現(xiàn)象相同，因此此次發(fā)電機(jī)偶爾輸出電壓只有剩磁電壓的故障也不排除這種可能性。

5 結(jié)束語

經(jīng)過上述的排查過程，基本可以判斷此次故障的原因在于勵(lì)磁回路F1的短接片松動造成勵(lì)磁回路接觸不良或短路所致。將此短接片進(jìn)行緊固后，多次對發(fā)電機(jī)組進(jìn)行起停機(jī)試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)組均建壓正常，且之后的長期運(yùn)行中發(fā)電機(jī)組均運(yùn)行正常，表明此次故障得到有效解決。

經(jīng)過此次排查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)電機(jī)偶爾出現(xiàn)建壓失敗時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)排查勵(lì)磁回路的線路，而非元器件的更換與排查，因?yàn)槿羰窃骷霈F(xiàn)問題，則故障現(xiàn)象不是偶然而是必然出現(xiàn)的。

本文對此次發(fā)電機(jī)組建壓失敗的排查過程、分析與結(jié)論，是成功解決電氣設(shè)備偶發(fā)故障的典型案例，可為同類設(shè)備出現(xiàn)類似問題時(shí)提供一定的參考。

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