一起引发电气设备失效的机械故障原因分析

2013-09-21陈杰

船电技术 2013年11期

陈杰

(江苏远洋运输有限公司, 江苏连云港222005)

0 前言

TZ轮于2005年12月出厂，机舱无人值班设计，副机采用三台YANMAR 6N18AL-SV615KW 900RPM发电机组用于供电、电力拖动及装卸货。副机调速器也是采用 YANMAR CO.LTD公司的调速器，TYPE:NZ61-4E型液压调速器，全自动化电站，主配电板采用施耐德全套配电装置，发电机组有三种控制模式：手动控制；半自动控制；全自动控制。在无人机舱情况下，曾多次发生发电机组超速保护停车、自动减速停车、自动调频失效的现象。经过初步调查发现，以上故障的原因都是发电机组同步模块故障，在更换发电机同步模块新配件后故障消除，发电机组的工作恢复正常。

从出厂到现在只有五年多的时间，发电机同步模块失效的故障已发生多次，公司有两条姐妹船，每条船均有近七、八块这样失效的同步模块，一方面是同步模块损坏时影响了船舶的生产、航行；增加了对设备的维护保养工作量；另一方面，购买的同步模块备件价格较高，增加了运营成本。轮机人员通过不断的摸索、实践，采取了有效管理的办法，终于使同步模块的设备故障率得到控制。

1 故障分析

船舶的交流电站中由于各种发动机都是按额定转速发出最大功率和最高效率设计的，当转速发生变化时，就会使发动机的效率降低，更为严重的是几台发电机并联运行时，会引起各机组有功负载分配不均匀，因此船舶电站在正常工作时需要调整电站中发电机发的转速，以保持电网频率的稳定，各发电机均匀分配有功负载，现代船舶为了提高供电质量，在电站中大多安装有自动调频调载装置，它通过控制信号（频差、与功率差）的合成信号放大，判别（增减速判别、是否固定偏差判别）后控制伺服马达，以调节发动机的油门的开度来调节发电机发动机的转速。

手动调节或者自动速度调节都是通过同步模块微继电器的闭合、打开来控制调速器马达的运转或停止。图1是调速器马达运行控制电路。

通过对同步模块的电路分析，联系发电机同步模块SCM-1的实物分析了解：调速器马达控制器回路集成板上有一个插件，它也是一个集成电路板，上面有两个微继电器，根据以上故障，我们判断微继电器损坏可能性很大。从电路图分析，它们都是控制器马达也就是控制调速器到油门的增加（raise）或减少（lower）的按触器，对其中一只失效的同步模块的检查，给集成块接入12 V直流电，通过对模块供电后检查发现，该微型继电器的一个是损坏的。我们还对其他的同步模块进行了类似检查，也发现了有几只同步模块的两只微型继电器或其中一只失效，那么现在就不能解释发电机组超速保护停车、自动减速停车、自动调频失效的原因了。

2 原因探讨

发电机同步模块中微继电器为使发电机的功率差（频差）保持在规定的要求内，不断闭合打开的动作，增加了微继电器的工作频率和工作量，应该说这是微继电器损坏的主要原因。

当发电机的功率差（频率）没有及时回复到预定值时，其功率差（频差）指示就一直存在,导致功率差（频差）指示一直指示微继电器不断动作，以不断使调速马达正转或反转，使调速的调速弹簧预紧力不断增加和减小，使之通过液压调速器内部的液压系统功率放大机构、感应机构等，使发动机的油门增加或减小。

下面展示的是发电机频率调节的路线图：

调速电机→调速弹簧→给定转速→油门大小→实际转速→电网频率→功率差（频差）识别→微型继电器（上升raise或下降lower）→调速电机（正转或反转即油门增加减少）。

我们通过检查发现在下列几种情况下可能会导致微型继电器动作频繁。

1) 油门滞阻现象比较严重。在功差（频差）识别装置识别到两台发电机之间的功率差后对发电机同步模块上微型继电器发出指令，因为油门滞阻，油门增加的速度较慢，调速电机调速弹簧预紧力已经升至最大，一旦油门增加（raise）到合符调速弹簧预紧力的要求，发动机转速会升至很高，超过设定转速，电网频率升高，使发动机速度下降很慢导致发动机转速升高，造成超速、飞车，发出报警后停车。如果功差（频差）指示要求降低电网频率，则微型继电器动作（lower），调速电机降低调速弹簧预紧力，同样因为油门减小过程滞阻，调速弹簧预紧力会下降至最小，一旦油门回复到与弹簧预紧力相匹配的油门，则造成发电机自动减速停车。油门增或加减小的速度滞后于调速电机对调速弹簧预紧力的控制，从而造成功率差（频差）识别装置不断对微继电器发出动作指令。

2) 并联运行的两台发电机的调速器性并联特性差别比较大。导致负荷在并联运行的发电机之间转移频繁，使功率差（频差）识别装置不断对微继电器发出动作指令。

3) 燃油品质差，高压油泵磨损加剧，各缸高压油泵泄漏不一，导致各缸供油量不均匀，或者喷油器工况不佳，喷油定时不正确，各缸爆压差别较大，爆压增高变低都有可能导致发动机各缸负荷不均匀，而使发电机转速不稳定，导致调速动作频繁，微继电器动作频率极高所以容易损坏。

4) 发电机同步模块自身参数设定存在问题；或者微继电器的制造质量比较差。

3 解决方案

我们对以上原因进行分析并提出以下解决方法。

3.1 油门卡阻的原因

1）机舱小，主、副机功率大，避震装置的避震功能不强，造成油门杆等连接件振动、磨损加剧，但各部磨损不一，会造成连接部件失中，被卡住或传动不灵活，阻尼大，解决这些问题，可以通过经常加注润滑，调节传动部件的对中以减少阻尼而获得改善。

2）使用重油 380 CST油质差造成加热温度高，有时超过 135℃，高压油泵各部件的密封圈一直工作在高温环境中，对这种情况要及时更换高压油泵各部件的密封件，解体高压油泵时要清理掉高压油泵齿圈及齿条的泄漏的燃油、结碳等，确保部件润滑，转动无滞阻。

3）调速马达部件的失效，如调速马达的轴承内部润滑油失效、泄漏或固化，也会使调速马达动作困难。这种现象则需要更换轴承部件。

3.2 调速器本身的原因

1) 调速器内部的原因。如调速弹簧特性软，转速上不去或负载加不上，就要调整调速弹簧的硬度。

2) 有时将调速器的调速特性故意调得差一点，使两台或多台调速器的并联特性接近，负载分配尽可能相近，因为调速器本身原因的调节工作要求技术好和实践经验比较丰富，可以在船舶进厂时交厂解决。

3) 对发电机转速不稳定，导致调速动作频繁这种情况，船员如在日常的工作中注意经常检查柴油机各缸爆压，及时检查、校正喷油器、高压油泵工况，就能消除这种现象。

4) 发电机的功率差（频差）的改变是通过将发动机的转速（频率）从一个值整定到另一个值，需要一定的响应时间，手动调节是采用断续调节的方式，操作者按“点动”方式扳动调速开关，等待转速（频率）变化，然后再扳动；自动速度匹配调节也是以脉冲断续调节的方式进行。断续调节是输出调速触点闭合一段时间即调脉冲宽度，间隔一段时间再重复操作。脉冲宽度和间隔时间构成调节周期。调节周期（脉冲宽度或间隔时间）应随频差Δf（ΔT）的变化而相应变化，这样可以缩短匹配调节时间，又不会引起震荡。脉冲宽度要适宜，如果较短，则闭合时间短，调速马达转动时间短，油门变化小，调速周期一定，间隔时间不变，调节时间延长；如间隔时间不变，则调速周期变短，则输出调速触点闭合、打开的频率及次数增加，不利于调节。调速动作短促而频繁，微型继电器频繁动作。由于制造厂家、研发单位对产品的具体线路、设计思路技术保密，印刷电路板元件封装，自动速度匹配调节的脉冲断续调节的方式的参数都已经设定且无法改变，这给维修人员造成很大困难，最有效快速的解决办法是更换备用板，将失效的电路板送专业厂家检修。