某救助拖船軸發(fā)無法建立電壓故障處理案例

◎紀(jì)程 北海救助局

1.軸發(fā)簡介

某救助拖船在原“雙機雙槳”常規(guī)推進的基礎(chǔ)上，采用了混合推進方式，實現(xiàn)了“一機雙槳”推進功能。從而軸帶發(fā)電機也在原有勵磁系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行了較大改進，使得軸帶發(fā)電機也可兼做同步電動機使用。

本船軸帶發(fā)電機（AVK DSU99KML1-4×2臺）為無刷勵磁同步三相交流發(fā)電機，額定輸出功率：2400kW；額定輸出電壓：400V；額定輸出電流：4330A；額定轉(zhuǎn)速：1523r/min?？勺鳛橥诫妱訖C使用并具有異步啟動能力。

2.故障描述

某次航行過程中該救助拖船在某次主機恒速狀態(tài)下，其中一臺軸發(fā)投勵無法建立電壓。通過手動應(yīng)急充磁后，投勵軸發(fā)仍無法建立電壓，從而導(dǎo)致軸發(fā)所帶側(cè)推等大功率負(fù)載無法供電運行。

3.勵磁系統(tǒng)原理

3.1 系統(tǒng)組成（圖1）

圖1 勵磁系統(tǒng)原理圖

G1/M1：主發(fā)電機定轉(zhuǎn)子繞組；

G2:勵磁機；

G3：G1的輔助勵磁繞組；

SR2-80：限流模塊；

Cosimat N：電壓調(diào)節(jié)模塊；

QPF：功率因數(shù)自動調(diào)節(jié)模塊；

V1：三相整流器 V30：晶閘管U30：控制晶閘管導(dǎo)通的控制模塊R30：降壓電阻；

K10/K1：外部控制繼電器觸點；

T6-T16：電流互感器；

R6、R16：可調(diào)電阻R21：電阻。

3.2 建立電壓過程

考慮到該船軸發(fā)可做同步電動機，并采用限流異步啟動方式，在同步電動機的啟動過程中，由定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同樣掠過轉(zhuǎn)子勵磁繞組而產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)轉(zhuǎn)子回路中的整流元件整流后會產(chǎn)生對異步啟動不利的附加轉(zhuǎn)矩作用，同時當(dāng)感應(yīng)電流過大時會導(dǎo)致整流元件或轉(zhuǎn)子繞組燒毀。

因此，在啟動初期需將轉(zhuǎn)子勵磁回路斷開，還需在轉(zhuǎn)子勵磁回路兩端并接相當(dāng)于勵磁繞組直流電阻值5～10倍的降壓電阻器R來降低回路電壓，避免在轉(zhuǎn)子勵磁繞組兩端感應(yīng)出很高的電壓，而導(dǎo)致繞組擊穿燒壞，同時起到降低轉(zhuǎn)子勵磁繞組產(chǎn)生的對異步啟動不利的附加轉(zhuǎn)矩作用。

3.2.1 兩種軸發(fā)轉(zhuǎn)子勵磁回路的不同

由于上述原因，該軸發(fā)轉(zhuǎn)子勵磁回路（圖2中的DSU991-4轉(zhuǎn)子勵磁回路圖）與普通的軸發(fā)（圖2中的DSG86L1-4轉(zhuǎn)子勵磁回路圖）相比有很大的不同，轉(zhuǎn)子勵磁回路除了三相整流器外，還設(shè)置了晶閘管V30及控制晶閘管導(dǎo)通的控制模塊U30，常用的壓敏電阻R11則由降壓電阻R30取代。

圖2 不同軸發(fā)轉(zhuǎn)子勵磁回路

3.2.2 兩種軸發(fā)電壓建立過程

對于普通型發(fā)電機（DSG86L1-4）在啟動運行后，依靠轉(zhuǎn)子磁極剩磁產(chǎn)生的起勵電壓，再經(jīng)勵磁系統(tǒng)輔助勵磁繞組G3，外部投勵開關(guān)-K10接通，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)模塊Cosimat N，最后經(jīng)由勵磁機G2，電壓正反饋放大，能迅速建立正常電壓。

該船軸發(fā)（DSU991-4）轉(zhuǎn)子勵磁回路中模塊U30又稱為“點火模塊”，用以控制電機轉(zhuǎn)子勵磁回路的通斷，它的管腳2及3分別接至整流回路的正負(fù)極側(cè)，在軸發(fā)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，勵磁機轉(zhuǎn)子所對應(yīng)的勵磁繞組G2受外部控制處于斷電狀態(tài)，此時勵磁機轉(zhuǎn)子繞組中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，三相整流回路中沒有電流經(jīng)過，沒有直流電流輸出，模塊U30兩端（管腳2和3之間）電壓為零伏，其輸出腳4沒有信號輸出給晶閘管控制極，加之晶閘管V30陽極沒有正向電壓作用而處于關(guān)斷狀態(tài)，從而轉(zhuǎn)子勵磁回路處于斷開狀態(tài)。

對于此型發(fā)電機而言，當(dāng)外部勵磁控制回路處于斷開狀態(tài)時（開關(guān)K10斷開），轉(zhuǎn)子內(nèi)部勵磁回路受模塊U30、晶閘管V30控制也必然處于斷開狀態(tài)，此時由轉(zhuǎn)子磁極剩磁產(chǎn)生起勵電壓不能得到正反饋放大，因而不能自行起勵建立額定端電壓，即便是外部勵磁回路開關(guān)K10處于接通狀態(tài)，剩磁產(chǎn)生的起勵電壓也難以激活轉(zhuǎn)子內(nèi)部的控制元件，使勵磁回路仍然處于斷開狀態(tài)，發(fā)電機仍然無法建立正常電壓。

因此，當(dāng)該軸發(fā)用做發(fā)電機對外供電前，外部控制系統(tǒng)必須在投磁（K10接通）的同時進行充磁（K1接通）操作。

4.故障分析解決

由該軸發(fā)電壓建立原理，可將故障大致定位在以下三個方面：外部投勵（K10）故障；啟動初期外部充磁（K1）無效；勵磁回路故障。

4.1 外部投勵檢查

外部投勵（K10）由配電板控制（見圖3），若外部投勵（K10）斷開，軸發(fā)線排X2接線端24與UH1之間以及14與WH1之間將斷開，從而輔助繞組G3與勵磁系統(tǒng)斷開，導(dǎo)致電壓無法建立。

圖3 配電板投勵電路

主機停機狀態(tài)下，配電板“投勵”開關(guān)閉合，檢查配電板繼電器K106.8線圈得電正常，打開軸發(fā)接線盒，用萬用表測得軸發(fā)線排X2接線端24與UH1之間以及14與WH1之間連通，說明外部投勵開關(guān)-K10閉合正常，可判斷輔助繞組G3與勵磁系統(tǒng)連接有效。

4.2 啟動初期充磁檢查

該軸發(fā)剩磁產(chǎn)生的起勵電壓也難以激活轉(zhuǎn)子內(nèi)部的控制元件，所以必須在啟動初期對勵磁機進行充磁，充磁分為自動充磁及手動應(yīng)急充磁兩種。

如圖4所示，在軸發(fā)啟動過程中，對軸發(fā)進行自動充磁必須同時滿足以下幾個條件：主機運行軸發(fā)轉(zhuǎn)速達到95%-100%額定轉(zhuǎn)速；軸發(fā)離合器合排；軸發(fā)電壓小于300VAC。當(dāng)這幾個條件同時滿足時，繼電器K1得電1-2秒，其常開觸點接通，對軸發(fā)進行自動充磁。

圖4 軸發(fā)自動充磁電路

如圖5所示，除自動充磁外，還可通過配電板點動充磁按鈕與自動充磁觸點并聯(lián)，對軸發(fā)進行應(yīng)急充磁。

圖5 軸發(fā)應(yīng)急充磁電路

如圖6所示，通過配電板自動、應(yīng)急充磁的電源正負(fù)極分別接入軸發(fā)線排J1、K1端，為勵磁機G2勵磁繞組供電，此外為確保外部電源電壓和電流限制在一定范圍內(nèi)，在電源正極串入電阻R21及二極管。

圖6 軸發(fā)充磁電路

圖7 萬用表測量二極管

在軸發(fā)啟動過程中，配電板“投勵”開關(guān)閉合，檢查外部控制箱內(nèi)繼電器K1得電1-2秒正常，同時用萬用表測量軸發(fā)接線排X2接線端勵磁機G2直流繞組無DC24V瞬間接入。對軸發(fā)進行應(yīng)急充磁，測量勵磁機G2直流繞組也無DC24V瞬間接入，但是測量軸發(fā)接線排X2電源輸入端J1、K1，有DC24V瞬間接入，所以可初步判斷電阻R21或二極管損壞。

4.3 故障解決

配電板勵磁方式選擇“滅磁”，停主機，用萬用表電阻檔測量二極管正反向電阻，發(fā)現(xiàn)二極管斷路。更換二極管，啟動主機，配電板勵磁方式選擇“投勵”，軸發(fā)充磁電路恢復(fù)正常，轉(zhuǎn)子勵磁回路也正常，軸發(fā)電壓AC400V建立正常，故障解決。

5.結(jié)束語

同步發(fā)電機建立電壓故障較為常見，尤其是本船發(fā)電機可兼做同步電動機，在原理設(shè)計上有所改進，為故障查找增加了難度。需要相關(guān)人員熟悉同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)起壓、調(diào)壓原理，當(dāng)故障發(fā)生時能較快地定位故障所在。在日常維護保養(yǎng)過程中，要加強發(fā)電機勵磁部分的清潔、接線緊固、檢查等工作，確保發(fā)電機長期穩(wěn)定運行。