張 潔,卜 劍

(青島前進船廠，山東 青島 266001)

西門子1FC6型發(fā)電機解列時欠壓脫扣故障分析

張 潔,卜 劍

(青島前進船廠，山東 青島 266001)

某船在靠泊碼頭后對并車運行發(fā)電機進行解列，解列時運行發(fā)電機主開關脫扣，監(jiān)控系統(tǒng)顯示欠壓脫扣報警。通過對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和電壓調節(jié)回路進行分析和檢查，逐步定位故障點并排除，梳理西門子公司1FC6系列發(fā)電機勵磁、調壓系統(tǒng)的典型故障的分析思路和數據。

發(fā)電機；勵磁；調壓；數據

1 故障現(xiàn)象

某船配備4臺主發(fā)電機，原動機為MTU公司16V396型柴油機，發(fā)電機為西門子1FC6型三相交流同步無刷電機。正常使用按照發(fā)電機序號定期輪換使用。?？看a頭、靠幫補給和大風浪等工況下2臺發(fā)電機并車使用。

該船在停泊碼頭期間2臺柴油發(fā)電機并車，完成?？縿幼骱髮Σ④嚨?臺發(fā)電機進行解列操作，解列機組斷開的同時繼續(xù)運行機組電壓表大幅度波動，發(fā)電機主開關脫扣，監(jiān)控系統(tǒng)欠壓報警燈亮。啟用備用機組確保正常供電，觀察脫扣機組運行狀態(tài)，空車運行時儀表顯示無明顯異常。

2 西門子公司1FC6系列發(fā)電機勵磁、調壓原理

交流柴油發(fā)電機組運行電壓和頻率需要自動調節(jié)，交流電的頻率取決于機組的轉速，由柴油機配套電子調速器來保持穩(wěn)定在額定轉速；另一個參數電壓受負載變化的影響，根據負載變化即輸出電流的變化來自動調節(jié)保持輸出電壓穩(wěn)定。

電壓的調節(jié)包括變壓器相復勵自激、電壓校正和無功功率自動調節(jié)3種基本調節(jié)原理，其中相復勵自激調節(jié)是基本的調節(jié)，電壓校正和無功功率自動調節(jié)是在前者基礎上作相應的修正從而提高調節(jié)精度。電壓調節(jié)器輸出信號控制勵磁機發(fā)出控制信號給旋轉整流器整流后實現(xiàn)輸出電壓調節(jié)。

其電路原理見圖1。發(fā)電機調壓系統(tǒng)圖中G1是發(fā)電機、G2是勵磁機、T1～T3是單相電流互感器、T4是調差電流互感器、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個單相電流互感器T1～T3初級繞組串接在主回路中采集電流分量，整流變壓器T6的初級線圈采集電壓分量；將這2種變壓器的次級繞組串接后輸出送給調壓板，經過整流后送給勵磁機勵磁繞組G1。

由于在勵磁信號中包含了發(fā)電機自身輸出電壓和電流變化的信息，同時在T6初級繞組串接電抗器和電容進行相位補償，這種調壓系統(tǒng)稱為相復勵自激系統(tǒng)。

圖1 1FC6系列發(fā)電機勵磁、調壓原理圖

電壓調節(jié)部分對相復勵調壓部分所實現(xiàn)的功能進行進一步完善和精度提高。通過采集發(fā)電機輸出電壓與額定電壓比較產生的誤差信號通過驅動可控硅產生脈沖信號控制分流可控硅從上述整流模塊的輸入端分流實現(xiàn)對勵磁機電流的控制，同時通過在該部分輸入端串進無功電流信號使參與調整的信號更完善實現(xiàn)精確調整發(fā)電機輸出電壓的效果。

3 故障原因分析

故障發(fā)生時電壓表指示大幅擺動，最低可達320 V左右，發(fā)電機主開關脫扣，監(jiān)控系統(tǒng)欠壓脫扣報警燈亮。脫扣后觀察該機組運行情況，空載運行時報警消失，無其他異常報警，通過電壓調節(jié)器的遙控調壓旋鈕以及電子調速器SPEED旋鈕和遙控調速旋鈕，發(fā)電機輸出電壓和頻率平滑可控，進行大負荷突加試驗時有較大電壓波動。

發(fā)電機輸出電壓受電壓調節(jié)器和勵磁系統(tǒng)聯(lián)合控制。結合現(xiàn)象分析可能是勵磁系統(tǒng)大功率器件故障導致的大電流下的性能不穩(wěn)導致波動，負荷突變過大時導致電壓波動超限引起報警脫扣。

正常情況下當并車發(fā)電機轉移負荷并解列時，運行發(fā)電機由于負荷突然增大，電流增大，此時調壓板采集到的發(fā)電機輸出信號和基準信號差值減小，驅動靜態(tài)整流器控制可控硅對勵磁電源的分流減小，送給旋轉整流器的電流增大，勵磁機電壓增大，發(fā)電機電壓增高以保持由于負荷增大引起的壓降。但如果靜態(tài)整流器或者旋轉整流器整流期間在大電流下性能發(fā)生變化，則可導致電壓波動。結合上述原理和之前對該系統(tǒng)的保障經驗可初步判斷為調壓板本身基本性能正常，靜態(tài)整流器和旋轉整流器(勵磁系統(tǒng))器件故障。

4 故障排除

停機后對調壓板上的靜態(tài)整流器整流管特性進行測量，測量參數如表1所示，靜態(tài)整流器測量參數值無異常，對靜態(tài)整流器進行整流試驗確認可以正常實現(xiàn)整流功能。

表1 靜態(tài)整流器整流模塊參數測量

對旋轉整流器上的6個整流模塊進行測量，數據如表2所示。其中V6管測量后發(fā)現(xiàn)其參數異常。對其進一步從熱態(tài)到冷態(tài)以5 min為間隔進行連續(xù)測量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 旋轉整流器整流模塊更換備件前參數測量

分析上述整流模塊異常參數，當負荷增大時，輸出電流增大，對靜態(tài)整流器抽取電流減小，整流器輸出電流增大。旋轉整流器輸入電流增大，此時

勵磁電流應增大，發(fā)電機輸出電壓因為負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，使勵磁機需要補償的電流達不到預期值，造成勵磁電流突變，發(fā)電機電壓向下突然大幅擺動，在由于調壓板的閉環(huán)調整功能則會在短時間內出現(xiàn)大幅連續(xù)擺動，擺動幅度超過極限值后導致監(jiān)控系統(tǒng)欠壓報警，斷路器脫扣造成失電。額定功率1 000 kW的2臺并車發(fā)電機進行解列，當單機負荷因為轉移降低到150 kW左右時對該發(fā)電機進行脫扣，此時相當于運行發(fā)電機突加150 kW負荷，會導致發(fā)電機輸出電壓突降，電流突增。

結合分析選取參數一致的整流管進行更換，更換后進行測量，數據如表3所示。

表3 旋轉整流器整流模塊更換備件前后參數測量

進行單機負荷試驗及并車、解列試驗，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