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      某救助拖船軸發(fā)無法建立電壓故障處理案例

      2022-09-02 03:45:26紀(jì)程北海救助局
      珠江水運 2022年15期
      關(guān)鍵詞:充磁勵磁機勵磁

      ◎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。

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