船舶同步發(fā)電機并車常見故障分析

王健

摘 要：介紹船舶同步發(fā)電機并車的工作原理和常見故障，分析其原因，提出維護和處理建議。

關(guān)鍵詞：無刷同步交流發(fā)電機;發(fā)電機并車;自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）;自動并車模塊

中圖分類號：U665.11? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）09-0084-02

船舶電站是船舶的重要組成部分，是船舶電力系統(tǒng)的核心，船舶電站的可靠運行對保證船舶安全具有重要意義。船舶電站由發(fā)電裝置和配電裝置組成，船舶通常設(shè)有2-3臺同容量、同型號的發(fā)電機組，日常由一臺發(fā)電機向電網(wǎng)供電。隨著船舶的大型化和自動化程度的不斷提高，越來越多的船舶設(shè)備需要用電能來驅(qū)動和控制，電能成為船舶運行和生產(chǎn)的主要能源和動力。特別在船舶進出航道或需要啟動較大用電設(shè)備時，就需要2臺甚至3臺發(fā)電機并列運行?；蛘呤前l(fā)電機日常保養(yǎng)中為了能夠不間斷地供電，都需要進行并車，解列。本文通過一例發(fā)電機并車故障來分析其產(chǎn)生原因和注意事項。

1 故障現(xiàn)象

某輪有2臺無刷同步交流發(fā)電機。型號MX-H-350-4，額定功率350KW/437、5KVA。我上船以后發(fā)現(xiàn)2臺發(fā)電機無法相互自動準(zhǔn)同步并車，平常并車都是采用手動準(zhǔn)同步并車。曾經(jīng)因為手動并車后負(fù)載轉(zhuǎn)移不及時，引起主開關(guān)跳閘，造成全船失電。

2 故障分析

2.1發(fā)電機的工作原理

無刷交流發(fā)電機的工作原理是：①發(fā)電機采用旋轉(zhuǎn)磁場式，其勵磁繞組裝在轉(zhuǎn)子上，而交流勵磁機采用旋轉(zhuǎn)電樞式，其勵磁繞組裝在定子上，發(fā)電機的勵磁繞組和勵磁機的電樞繞組固定在同一轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上還有一個旋轉(zhuǎn)整流器，這樣轉(zhuǎn)子部分自成閉合電路。②勵磁機的勵磁電流則通過調(diào)節(jié)進入勵磁機磁場的電流來控制交流無刷發(fā)電機的輸出電壓。所以無刷發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)發(fā)電機定子繞組向勵磁機定子繞組供應(yīng)的電流，主要由相復(fù)勵勵磁裝置和自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）兩部分組成。③可控相復(fù)勵勵磁裝置根據(jù)同步發(fā)電機的實際電壓，調(diào)節(jié)勵磁機的勵磁電流，控制流過同步發(fā)電機勵磁繞組的電流，實現(xiàn)穩(wěn)定同步發(fā)電機輸出電壓和自動分配無功功率的目的。④自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）采用分流校正同步發(fā)電機的電壓，使系統(tǒng)具有滿意的靜態(tài)性能。

由于2臺發(fā)電機單獨運行時都能正常起壓，在負(fù)載變化時也能完成功率的正常分配，并且能保持輸出電壓的穩(wěn)定。即排除了發(fā)電機本身的問題，問題應(yīng)該出在了并車環(huán)節(jié)。

2.2 發(fā)電機的并聯(lián)運行

2.2.1交流同步發(fā)電機并聯(lián)運行條件

（1）相序一致：待并發(fā)電機必須與運行機（電網(wǎng)）相序一致。出廠時各臺發(fā)電機的相序都已檢查，校對一致了，因此實際并車操作時不必再檢查相序。

（2）頻率相等：待并發(fā)電機的頻率應(yīng)與運行機（電網(wǎng)）頻率相等。實際操作時，允許誤差在0.5Hz以內(nèi)。

（3）相位相等：待并發(fā)電機電壓相位（或初相位）應(yīng)與運行機（電網(wǎng)）電壓相位相等。實際并車操作時，允許相差10-15度以內(nèi)。

（4）電壓相等：待并發(fā)電機電壓應(yīng)與運行機（電網(wǎng)）電壓的有效值相等。實際操作時電壓之差允許在10%以內(nèi)。

2.2.2 交流同步發(fā)電機并聯(lián)運行操作方法

目前船上采用的并聯(lián)運行操作方法主要可分為三類：a.準(zhǔn)同步法。b.自同步法。C.粗同步法（電抗同步法）。現(xiàn)在船舶上通常采用的手動并車，半自動并車及自動并車均屬于準(zhǔn)同步并車法。準(zhǔn)同步法是將待并發(fā)電機組及運行發(fā)電機的電壓、頻率和相位都調(diào)整到十分接近，再合上待并發(fā)電機組的主開關(guān)。此法在并車時產(chǎn)生的沖擊電流、沖擊轉(zhuǎn)矩和母線電壓的下降都很小，對系統(tǒng)的影響較小。

2.2.2.1手動準(zhǔn)同步并車通常采用燈光法和整步表法來檢測并車條件。

燈光法分為燈光明暗法和燈光旋轉(zhuǎn)法。同步表是一種用來檢測待并發(fā)電機與電網(wǎng)電壓、頻率及相位差大小和方向的儀表。手動并車時我們借助同步燈或同步表旋轉(zhuǎn)方向來判斷待并機的頻率是高于還是低于電網(wǎng)頻率，從而決定待并機是加速或減速，通過調(diào)節(jié)頻差到滿足并車要求時，抓取相位差為零的時刻按下合閘按鈕。我們船上的管理人員一般都是在整步表指針轉(zhuǎn)至55分時進行并車合閘操作，這種不管合閘時差頻大小而盲目采取固定提前量的做法是不恰當(dāng)?shù)?，因為從主開關(guān)接到合閘指令到其主觸點閉合需要的時間和不同操作人員操作需要的時間（操作人員反應(yīng)時間、手按按鈕到按鈕觸點閉合時間）是不同的。如果相位差較大，容易在并車瞬間產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，會對發(fā)電機造成損傷，甚至?xí)鹬鏖_關(guān)跳閘，造成全船失電，影響船舶安全。所以船上一般都安裝有自動準(zhǔn)同步并車裝置。

2.2.2.2自動準(zhǔn)同步并車裝置的功能和組成

（1）組成：由自動準(zhǔn)同步裝置和自動調(diào)頻調(diào)載裝置配合完成。

（2）功能：①檢測待并發(fā)電機電壓與電網(wǎng)電壓之間的頻率和頻差符號，并根據(jù)頻差的大小和符號，向待并發(fā)電機發(fā)出相應(yīng)的自動整步的加速或減速信號。②檢測頻差、相位差和電壓差，當(dāng)滿足允許合閘條件時，適時地發(fā)出合閘指令。

（3）如圖1所示合閘控制電路把電壓差允許鑒別的條件、頻差允許鑒別條件與恒定提前時間（主開關(guān)合閘時間）捕獲脈沖通過一個合閘與門送出合閘控制信號，使主開關(guān)合閘操作。

2.2.3交流同步發(fā)電機并車失敗的原因

交流同步發(fā)電機并車失敗的原因通常有以下幾方面：①電網(wǎng)參數(shù)波動太大：由于有較大負(fù)載波動，引起電網(wǎng)功率、頻率、電壓大幅度波動，當(dāng)并車合閘時產(chǎn)生較大的沖擊電流而使主開關(guān)跳閘，所以并車時應(yīng)斷開劇烈波動的負(fù)載，待并車完成后再接通負(fù)載。②由于自動調(diào)頻調(diào)載裝置故障而無法合理分配負(fù)載或者手動并車時負(fù)載轉(zhuǎn)移不及時使逆功率繼電器動作引起主開關(guān)跳閘。③操作不當(dāng)，沒有滿足并聯(lián)運行的條件就隨意并車而引起大的沖擊電流使主開關(guān)跳閘。④自動并車裝置故障，無法給主開關(guān)發(fā)出合閘指令。⑤均壓線故障或均壓線接線端鈕松脫。

3故障查找

3.1排除懷疑項

通過試驗，就是在電網(wǎng)參數(shù)平穩(wěn)，波動不大的情況下，兩臺發(fā)電機也不能互相自動準(zhǔn)同步并車，那就排除了電網(wǎng)不穩(wěn)的原因。手動準(zhǔn)同步并車以后，隨著負(fù)載的變化發(fā)電機能夠完成功率的自動分配，說明自動調(diào)頻調(diào)載裝置也是正常的，也排除了它的原因。能夠手動準(zhǔn)同步并車合閘，說明能夠滿足并聯(lián)運行的條件，主開關(guān)也沒有問題。檢查均壓線與接線端鈕也是正常的。通過上述分析，基本可以確定造成這種故障現(xiàn)象的原因是自動并車裝置出現(xiàn)了問題，無法發(fā)出合閘指令。

3.2確定懷疑項

（1）自動并車裝置不能發(fā)出合閘指令一般有以下幾個原因：①裝置本身出現(xiàn)故障。②機組運行不穩(wěn)定，無法尋覓同步投入條件。③合閘電路有故障，不能合閘。

（2）如圖2所示，并聯(lián)運行模塊EP200的輸入電源是通過接在發(fā)電機單相電路中的電流互感器提供的。圖中并聯(lián)單機開關(guān)打開時為并聯(lián)運行，閉合時為單機運行。

（3）在1#發(fā)電機運行時把2#發(fā)電機啟動起來，調(diào)試到準(zhǔn)同步狀態(tài)，按下并車按鈕，測量并聯(lián)運行模塊EP200的并聯(lián)單機開關(guān)兩端，發(fā)現(xiàn)2臺發(fā)電機的并聯(lián)單機開關(guān)均為閉合狀態(tài)。而并聯(lián)單機開關(guān)的打開是通過并車按鈕控制一個接觸器來實現(xiàn)的。按下并車按鈕，檢查發(fā)現(xiàn)接觸器不動作，檢查從按鈕到接觸器接線正常，線圈控制電壓正常，確定是接觸器故障。換新接觸器，恢復(fù)接線，并車試驗，并車恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，船舶的自動化程度越來越高，信息技術(shù)和其它高新技術(shù)也都是建立在電能應(yīng)用基礎(chǔ)之上的。這就要求我們的船舶管理人員除了要不斷地提高自己的專業(yè)技能，同時也要對船上的主要機電設(shè)備加強維護管理，既要會操作，也要充分了解它們性能特點，工作原理，才能做到科學(xué)管理、精心維護、精確保養(yǎng)，才能精確地了解設(shè)備的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題時能夠下手，敢于下手。確保機電設(shè)備始終處于良好的技術(shù)狀態(tài)，確保船舶安全營運。

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