西门子1FC6型发电机解列时欠压脱扣故障分析

张 洁,卜 剑

(青岛前进船厂，山东 青岛 266001)

西门子1FC6型发电机解列时欠压脱扣故障分析

张 洁,卜 剑

(青岛前进船厂，山东 青岛 266001)

某船在靠泊码头后对并车运行发电机进行解列，解列时运行发电机主开关脱扣，监控系统显示欠压脱扣报警。通过对发电机励磁系统和电压调节回路进行分析和检查，逐步定位故障点并排除，梳理西门子公司1FC6系列发电机励磁、调压系统的典型故障的分析思路和数据。

发电机；励磁；调压；数据

1 故障现象

某船配备4台主发电机，原动机为MTU公司16V396型柴油机，发电机为西门子1FC6型三相交流同步无刷电机。正常使用按照发电机序号定期轮换使用。停靠码头、靠帮补给和大风浪等工况下2台发电机并车使用。

该船在停泊码头期间2台柴油发电机并车，完成停靠动作后对并车的2台发电机进行解列操作，解列机组断开的同时继续运行机组电压表大幅度波动，发电机主开关脱扣，监控系统欠压报警灯亮。启用备用机组确保正常供电，观察脱扣机组运行状态，空车运行时仪表显示无明显异常。

2 西门子公司1FC6系列发电机励磁、调压原理

交流柴油发电机组运行电压和频率需要自动调节，交流电的频率取决于机组的转速，由柴油机配套电子调速器来保持稳定在额定转速；另一个参数电压受负载变化的影响，根据负载变化即输出电流的变化来自动调节保持输出电压稳定。

电压的调节包括变压器相复励自激、电压校正和无功功率自动调节3种基本调节原理，其中相复励自激调节是基本的调节，电压校正和无功功率自动调节是在前者基础上作相应的修正从而提高调节精度。电压调节器输出信号控制励磁机发出控制信号给旋转整流器整流后实现输出电压调节。

其电路原理见图1。发电机调压系统图中G1是发电机、G2是励磁机、T1～T3是单相电流互感器、T4是调差电流互感器、T6是整流变压器、L1是电抗器、C1～C3是电容器、X1～X3是接插件。

3个单相电流互感器T1～T3初级绕组串接在主回路中采集电流分量，整流变压器T6的初级线圈采集电压分量；将这2种变压器的次级绕组串接后输出送给调压板，经过整流后送给励磁机励磁绕组G1。

由于在励磁信号中包含了发电机自身输出电压和电流变化的信息，同时在T6初级绕组串接电抗器和电容进行相位补偿，这种调压系统称为相复励自激系统。

图1 1FC6系列发电机励磁、调压原理图

电压调节部分对相复励调压部分所实现的功能进行进一步完善和精度提高。通过采集发电机输出电压与额定电压比较产生的误差信号通过驱动可控硅产生脉冲信号控制分流可控硅从上述整流模块的输入端分流实现对励磁机电流的控制，同时通过在该部分输入端串进无功电流信号使参与调整的信号更完善实现精确调整发电机输出电压的效果。

3 故障原因分析

故障发生时电压表指示大幅摆动，最低可达320 V左右，发电机主开关脱扣，监控系统欠压脱扣报警灯亮。脱扣后观察该机组运行情况，空载运行时报警消失，无其他异常报警，通过电压调节器的遥控调压旋钮以及电子调速器SPEED旋钮和遥控调速旋钮，发电机输出电压和频率平滑可控，进行大负荷突加试验时有较大电压波动。

发电机输出电压受电压调节器和励磁系统联合控制。结合现象分析可能是励磁系统大功率器件故障导致的大电流下的性能不稳导致波动，负荷突变过大时导致电压波动超限引起报警脱扣。

正常情况下当并车发电机转移负荷并解列时，运行发电机由于负荷突然增大，电流增大，此时调压板采集到的发电机输出信号和基准信号差值减小，驱动静态整流器控制可控硅对励磁电源的分流减小，送给旋转整流器的电流增大，励磁机电压增大，发电机电压增高以保持由于负荷增大引起的压降。但如果静态整流器或者旋转整流器整流期间在大电流下性能发生变化，则可导致电压波动。结合上述原理和之前对该系统的保障经验可初步判断为调压板本身基本性能正常，静态整流器和旋转整流器(励磁系统)器件故障。

4 故障排除

停机后对调压板上的静态整流器整流管特性进行测量，测量参数如表1所示，静态整流器测量参数值无异常，对静态整流器进行整流试验确认可以正常实现整流功能。

表1 静态整流器整流模块参数测量

对旋转整流器上的6个整流模块进行测量，数据如表2所示。其中V6管测量后发现其参数异常。对其进一步从热态到冷态以5 min为间隔进行连续测量3次，分别为1.30 V/2.30 V、0.76 V/2.10 V、0.42 V/0.79 V。

表2 旋转整流器整流模块更换备件前参数测量

分析上述整流模块异常参数，当负荷增大时，输出电流增大，对静态整流器抽取电流减小，整流器输出电流增大。旋转整流器输入电流增大，此时

励磁电流应增大，发电机输出电压因为负荷增大的压降得以抵消，但是由于电流的突变引起V6管性能突变，V6管压降突增，使励磁机需要补偿的电流达不到预期值，造成励磁电流突变，发电机电压向下突然大幅摆动，在由于调压板的闭环调整功能则会在短时间内出现大幅连续摆动，摆动幅度超过极限值后导致监控系统欠压报警，断路器脱扣造成失电。额定功率1 000 kW的2台并车发电机进行解列，当单机负荷因为转移降低到150 kW左右时对该发电机进行脱扣，此时相当于运行发电机突加150 kW负荷，会导致发电机输出电压突降，电流突增。

结合分析选取参数一致的整流管进行更换，更换后进行测量，数据如表3所示。

表3 旋转整流器整流模块更换备件前后参数测量

进行单机负荷试验及并车、解列试验，工作正常，故障排除。

Alarm for dropping underpressure of major switch was displayed at dynamic splitting of the generator parallel operation when the ship berthed on dock.By checking and analysis to the exciting system and voltage regulation loop,the fault was positioned and removed with the analyzing thoughts and data combed on the typical faults of exciting system and pressure-regulating system of the SIEMENS 1FC6 generator.

generator;exciting;pressure-regulating;data

张洁(1979-)，男，陕西渭南人，工程师，大学本科，主要从事电气控制及弱电监控工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.03.006

2014-12-03