王曉東，張路靖(青島前進(jìn)船廠，山東 青島 266001)

船舶發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)若干故障分析

王曉東，張路靖
(青島前進(jìn)船廠，山東 青島 266001)

結(jié)合十年來(lái)船舶電氣維修工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)遇到的發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)典型故障進(jìn)行分析研究，從而歸納出不同故障類型的應(yīng)對(duì)方法，文章源于工作實(shí)踐，對(duì)船舶發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維修、設(shè)計(jì)工作具有一定的參考意義。

船舶發(fā)電機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)；故障分析

隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，船舶電力系統(tǒng)的智能化程度也日新月異，船用發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也在不斷的變化?？偨Y(jié)十年來(lái)接觸到的船舶發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其工作原理大致可歸納為采集轉(zhuǎn)速及其它傳感器信號(hào)，由系統(tǒng)檢測(cè)處理并輸出到調(diào)速器，再由調(diào)速器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作狀態(tài)，從而改變高壓油泵的輸出油量，以此來(lái)控制發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，如圖1所示。

筆者在工作中經(jīng)常遇到各種各樣的故障，工作之初，由于知識(shí)面以及經(jīng)驗(yàn)的不足，難免在排除故障時(shí)不知所措。幾年來(lái)，在經(jīng)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(jīng)驗(yàn)和心得體會(huì)。根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，把這些故障分為啟動(dòng)故障、轉(zhuǎn)速波動(dòng)故障和停機(jī)故障，本文根據(jù)工作中遇到的這些故障問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性分析。

圖1 電子調(diào)速器工作原理圖

1 啟動(dòng)故障問(wèn)題

在發(fā)電機(jī)故障排除的過(guò)程中，首先排除發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)故障問(wèn)題，然后才能進(jìn)行后續(xù)的工作。發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)故障問(wèn)題有無(wú)法啟動(dòng)和啟動(dòng)后飛車2種。下面以實(shí)際工作過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析。

1.1無(wú)法啟動(dòng)

無(wú)法啟動(dòng)即發(fā)電機(jī)啟動(dòng)不起來(lái)，其原因首先是自啟動(dòng)轉(zhuǎn)速不夠，無(wú)法達(dá)到點(diǎn)火的速度，故障原因是吹車氣壓不足(若是電動(dòng)馬達(dá)，是電壓不夠或馬達(dá)故障)。本文只分析監(jiān)控系統(tǒng)造成的故障，機(jī)械故障不予贅述。

其次是供油不足，甚至是沒(méi)有供油造成的啟動(dòng)失敗。能夠產(chǎn)生供油不足的有3個(gè)地方：信號(hào)檢測(cè)及調(diào)速器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、高壓油泵。筆者在船舶發(fā)電機(jī)故障維修過(guò)程遇到的啟動(dòng)失敗故障分類如下。

1)控制系統(tǒng)故障造成調(diào)速器無(wú)信號(hào)輸出，及執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒(méi)有得到供油指令。一是發(fā)電機(jī)啟動(dòng)條件不足，控制系統(tǒng)內(nèi)部邏輯未執(zhí)行完畢，應(yīng)該送到調(diào)速器的動(dòng)作信號(hào)無(wú)法送出，調(diào)速器不執(zhí)行啟動(dòng)動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)；二是控制系統(tǒng)本身故障，應(yīng)該發(fā)送的信號(hào)未發(fā)送或信號(hào)錯(cuò)誤；三是調(diào)速器故障，接收到正確信號(hào)沒(méi)有正確動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)亦無(wú)動(dòng)作。

2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到調(diào)速器的供油信號(hào)后沒(méi)有動(dòng)作。

3)機(jī)械故障造成控制部分無(wú)法動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作被機(jī)械故障阻擋無(wú)法運(yùn)行。

1.2啟動(dòng)后超速飛車

發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后超速飛車，主要原因是供油量過(guò)大,導(dǎo)致供油量過(guò)大的部件有調(diào)速器、轉(zhuǎn)速信號(hào)和高壓油泵，具體原因分析如下。

1)調(diào)速器的PID調(diào)節(jié)過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致反饋時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速已經(jīng)高于額定轉(zhuǎn)速后，供油量降低的信號(hào)還未發(fā)出，從而使得發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速未下降超速飛車。

2)轉(zhuǎn)速傳感器故障，轉(zhuǎn)速信號(hào)丟失。在啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速信號(hào)突然丟失，會(huì)使調(diào)速器判斷轉(zhuǎn)速為零而繼續(xù)加大供油量信號(hào)，從而使發(fā)電機(jī)超速飛車。

3)高壓油泵卡滯。這種情況很少見(jiàn)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到供油設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)供油量是最大值，而此時(shí)高壓油泵被卡住，使得供油量一直處于最大值，從而導(dǎo)致超速飛車。筆者在一次試驗(yàn)過(guò)程中以上2個(gè)故障同時(shí)發(fā)生，轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置過(guò)于靠近被測(cè)齒輪，啟動(dòng)過(guò)程中傳感器被打碎，轉(zhuǎn)速信號(hào)丟失，調(diào)速器自動(dòng)將供油量加到最大，高壓油泵開(kāi)度達(dá)到最大，機(jī)器超速飛車；因高壓油泵校驗(yàn)不到位，發(fā)生卡滯現(xiàn)象，油路無(wú)法斷開(kāi)，導(dǎo)致機(jī)器無(wú)法停機(jī)，險(xiǎn)些釀成重大事故。

2 轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題

轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題是經(jīng)常遇到的故障，故障現(xiàn)象不定，發(fā)生的頻率很高，排除故障也比較困難。根據(jù)故障狀態(tài)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題有2種。一種是有規(guī)律的波動(dòng)，轉(zhuǎn)速始終處于一種變化的過(guò)程，也稱作游車。另一種是沒(méi)有規(guī)律的，偶爾會(huì)有短暫的波動(dòng)，而且波動(dòng)時(shí)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(jiàn)，調(diào)速器參數(shù)問(wèn)題、執(zhí)行機(jī)構(gòu)問(wèn)題和機(jī)械連接問(wèn)題。具體原因分析如下。

1)調(diào)速器參數(shù)不匹配。當(dāng)調(diào)速器的參數(shù)沒(méi)有調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)得到的信號(hào)則不停的變化，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。不同型號(hào)的調(diào)速器PID調(diào)節(jié)依據(jù)說(shuō)明書(shū)調(diào)整，具體方法根據(jù)型號(hào)而定。

2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡滯。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象時(shí)，發(fā)電機(jī)的供油趨勢(shì)也會(huì)出現(xiàn)不均勻變化，供油量也會(huì)產(chǎn)生不均勻供應(yīng)現(xiàn)象，勢(shì)必產(chǎn)生游車現(xiàn)象。

3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與高壓油泵連接不緊密。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與高壓油泵連接過(guò)松時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出的供油量動(dòng)作在高壓油泵上將有延遲現(xiàn)象，甚至?xí)a(chǎn)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)在微調(diào)，而高壓油泵不穩(wěn)定工作的情況，這時(shí)必將出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

2.2轉(zhuǎn)速無(wú)規(guī)律突然波動(dòng)

轉(zhuǎn)速無(wú)規(guī)律突然波動(dòng)故障，通常稱作軟故障，也是非常難解決的故障，仔細(xì)分析原因，無(wú)非是調(diào)速器問(wèn)題、轉(zhuǎn)速控制回路問(wèn)題以及轉(zhuǎn)速信號(hào)問(wèn)題，總結(jié)說(shuō)明如下。

1)調(diào)速器故障，當(dāng)調(diào)速器在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)故發(fā)出信號(hào)波動(dòng)情況，勢(shì)必造成轉(zhuǎn)速無(wú)規(guī)律變化。這種故障源自調(diào)速器，鑒于調(diào)速器的精密程度，一般情況下建議換新處理。

2)轉(zhuǎn)速設(shè)定內(nèi)部電位器虛短虛斷。在工作遇到這樣一次故障，發(fā)電機(jī)在冷態(tài)啟動(dòng)運(yùn)行2 h后會(huì)突然抖動(dòng)一下轉(zhuǎn)速，在熱態(tài)啟動(dòng)后幾十分鐘內(nèi)便會(huì)抖動(dòng)一下，而后每隔十幾分鐘會(huì)波動(dòng)一下。這次故障更換很多組件，依舊沒(méi)有排除故障，最后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器一端松動(dòng)，在冷態(tài)時(shí)處于接觸狀態(tài)，在溫度達(dá)到一定程度后會(huì)突然斷開(kāi)一下。在轉(zhuǎn)速設(shè)定電路中，電位器斷開(kāi)的瞬間，供油量立即增加，從而使得轉(zhuǎn)速波動(dòng)一次。

3)轉(zhuǎn)速信號(hào)不穩(wěn)。轉(zhuǎn)速信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)有以下2種原因。

(1)轉(zhuǎn)速傳感器安裝距離過(guò)大。轉(zhuǎn)速傳感器與被測(cè)齒輪間的安裝距離有標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器與齒輪之間的間距超過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，傳感器送出的信號(hào)強(qiáng)度會(huì)減弱或者不準(zhǔn)確，從而使調(diào)速器接收的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)不準(zhǔn)確，在此信號(hào)下調(diào)速器會(huì)不斷修正發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到設(shè)定值，從而發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

(2)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)通道有干擾。轉(zhuǎn)速傳感器采集到的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)電纜等介質(zhì)送入調(diào)速器，當(dāng)傳感器信號(hào)通道出現(xiàn)干擾時(shí)，譬如絕緣問(wèn)題、強(qiáng)電信號(hào)感應(yīng)問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)，從而改變調(diào)速器信號(hào)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

3 停機(jī)問(wèn)題

發(fā)電機(jī)停機(jī)問(wèn)題是比較嚴(yán)重的問(wèn)題，比如正在航行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)突然停機(jī)導(dǎo)致全船失電，勢(shì)必影響艦艇的航行，因此在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，通常運(yùn)行2臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)，來(lái)預(yù)防某臺(tái)發(fā)電機(jī)突然停機(jī)造成全船失電的問(wèn)題。停機(jī)問(wèn)題有正常停機(jī)和緊急停機(jī)兩種情況。

3.1偶發(fā)性停機(jī)

1)緊急停機(jī)信號(hào)誤動(dòng)作。在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置有使發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)動(dòng)作的按鍵，按鍵終端連接電磁閥，這些電磁閥本體和相應(yīng)電路在發(fā)電機(jī)使用過(guò)程中可能會(huì)誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)。

2)超速信號(hào)誤動(dòng)作。發(fā)電機(jī)具有超速保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定值會(huì)觸發(fā)超速保護(hù)動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)停機(jī)，防止損傷發(fā)電機(jī)機(jī)體；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的傳送是否準(zhǔn)確是超速保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)的關(guān)鍵因素，若轉(zhuǎn)速信號(hào)傳送時(shí)產(chǎn)生波動(dòng)或者傳輸不穩(wěn)定，可能會(huì)導(dǎo)致超速保護(hù)發(fā)生，又或者超速保護(hù)裝置發(fā)生故障導(dǎo)致自動(dòng)停車。

3)系統(tǒng)突發(fā)故障造成的緊急停車。系統(tǒng)突發(fā)故障是很難預(yù)料的，筆者在一次工作中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)直接超速而不停車，最終導(dǎo)致發(fā)電機(jī)增壓器燒毀的故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)飛輪附近有細(xì)小線頭，在運(yùn)行過(guò)程中，這些線頭被飛輪卷起而打碎轉(zhuǎn)速傳感器，使轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的信號(hào)瞬間為零，調(diào)速器隨即輸出最大信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)便達(dá)到最大，而此時(shí)的高壓油泵出現(xiàn)卡滯，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能拉回，恰巧緊急斷油電磁閥出現(xiàn)故障無(wú)法斷油，這一連串的故障最終導(dǎo)致了增壓器的燒損。

3.2規(guī)律性故障停機(jī)

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)規(guī)律性故障停機(jī)也時(shí)有發(fā)生。這種故障比較容易判定，只需查找能夠引起停機(jī)的通道即可，根據(jù)停機(jī)時(shí)的狀態(tài)可分為正常停機(jī)通道故障和緊急停機(jī)通道故障2種。

1)停機(jī)信號(hào)通道器件損壞造成的停機(jī)。這類故障出現(xiàn)時(shí)，可以從報(bào)警菜單上判斷出來(lái)。例如，滑油壓力低報(bào)警和淡水溫度高報(bào)警等，這些報(bào)警和停機(jī)信號(hào)有聯(lián)鎖，若停機(jī)后發(fā)現(xiàn)有這類報(bào)警，而真是數(shù)據(jù)并非如此，則可判斷為通道損壞，如斷線、接地等故障。誤報(bào)警造成的滑油壓力低等信號(hào)，由于聯(lián)鎖造成發(fā)電機(jī)的正常停機(jī)。

2)緊急停車信號(hào)通道故障造成的緊急停機(jī)。緊急停機(jī)的出現(xiàn)除了同時(shí)發(fā)送正常停機(jī)命令外，還有緊急停機(jī)聯(lián)鎖，如切斷燃油閥、切斷進(jìn)氣閥等。緊急停機(jī)信號(hào)有程序控制的聯(lián)鎖信號(hào)，也有獨(dú)立于監(jiān)控之外的緊急停機(jī)按鈕，筆者曾遇到緊急停機(jī)按鈕接觸不良造成的數(shù)次緊急停車故障出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)近些年來(lái)參與的發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)維修和改進(jìn)工作所得，發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本原理相似，有些監(jiān)測(cè)和控制分開(kāi)運(yùn)行，有些把監(jiān)測(cè)納入到安?？刂苾?nèi)，這些升級(jí)換代的產(chǎn)品基本原理沒(méi)有什么變化。在新型船舶上，發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制對(duì)通信方式進(jìn)行了一定的修改，使數(shù)據(jù)傳輸速度更快，數(shù)據(jù)傳輸量更大。本文根據(jù)日常維修保障工作經(jīng)驗(yàn)分析總結(jié)而得，希望對(duì)船舶發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)維修和設(shè)計(jì)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(xué)本科，主要從事船舶電氣維修工作。

2014-12-24