某救助拖船轴发无法建立电压故障处理案例

2022-09-02纪程北海救助局

珠江水运 2022年15期

关键词：充磁励磁机励磁

◎纪程北海救助局

1.轴发简介

某救助拖船在原“双机双桨”常规推进的基础上，采用了混合推进方式，实现了“一机双桨”推进功能。从而轴带发电机也在原有励磁系统基础上进行了较大改进，使得轴带发电机也可兼做同步电动机使用。

本船轴带发电机（AVK DSU99KML1-4×2台）为无刷励磁同步三相交流发电机，额定输出功率：2400kW；额定输出电压：400V；额定输出电流：4330A；额定转速：1523r/min。可作为同步电动机使用并具有异步启动能力。

2.故障描述

某次航行过程中该救助拖船在某次主机恒速状态下，其中一台轴发投励无法建立电压。通过手动应急充磁后，投励轴发仍无法建立电压，从而导致轴发所带侧推等大功率负载无法供电运行。

3.励磁系统原理

3.1 系统组成（图1）

图1 励磁系统原理图

G1/M1：主发电机定转子绕组；

G2:励磁机；

G3：G1的辅助励磁绕组；

SR2-80：限流模块；

Cosimat N：电压调节模块；

QPF：功率因数自动调节模块；

V1：三相整流器 V30：晶闸管U30：控制晶闸管导通的控制模块R30：降压电阻；

K10/K1：外部控制继电器触点；

T6-T16：电流互感器；

R6、R16：可调电阻R21：电阻。

3.2 建立电压过程

考虑到该船轴发可做同步电动机，并采用限流异步启动方式，在同步电动机的启动过程中，由定子绕组产生的旋转磁场同样掠过转子励磁绕组而产生感应电流，经转子回路中的整流元件整流后会产生对异步启动不利的附加转矩作用，同时当感应电流过大时会导致整流元件或转子绕组烧毁。

因此，在启动初期需将转子励磁回路断开，还需在转子励磁回路两端并接相当于励磁绕组直流电阻值5～10倍的降压电阻器R来降低回路电压，避免在转子励磁绕组两端感应出很高的电压，而导致绕组击穿烧坏，同时起到降低转子励磁绕组产生的对异步启动不利的附加转矩作用。

3.2.1 两种轴发转子励磁回路的不同

由于上述原因，该轴发转子励磁回路（图2中的DSU991-4转子励磁回路图）与普通的轴发（图2中的DSG86L1-4转子励磁回路图）相比有很大的不同，转子励磁回路除了三相整流器外，还设置了晶闸管V30及控制晶闸管导通的控制模块U30，常用的压敏电阻R11则由降压电阻R30取代。

图2 不同轴发转子励磁回路

3.2.2 两种轴发电压建立过程

对于普通型发电机（DSG86L1-4）在启动运行后，依靠转子磁极剩磁产生的起励电压，再经励磁系统辅助励磁绕组G3，外部投励开关-K10接通，经过电压调节模块Cosimat N，最后经由励磁机G2，电压正反馈放大，能迅速建立正常电压。

该船轴发（DSU991-4）转子励磁回路中模块U30又称为“点火模块”，用以控制电机转子励磁回路的通断，它的管脚2及3分别接至整流回路的正负极侧，在轴发处于静止状态时，励磁机转子所对应的励磁绕组G2受外部控制处于断电状态，此时励磁机转子绕组中没有感应电流产生，三相整流回路中没有电流经过，没有直流电流输出，模块U30两端（管脚2和3之间）电压为零伏，其输出脚4没有信号输出给晶闸管控制极，加之晶闸管V30阳极没有正向电压作用而处于关断状态，从而转子励磁回路处于断开状态。

对于此型发电机而言，当外部励磁控制回路处于断开状态时（开关K10断开），转子内部励磁回路受模块U30、晶闸管V30控制也必然处于断开状态，此时由转子磁极剩磁产生起励电压不能得到正反馈放大，因而不能自行起励建立额定端电压，即便是外部励磁回路开关K10处于接通状态，剩磁产生的起励电压也难以激活转子内部的控制元件，使励磁回路仍然处于断开状态，发电机仍然无法建立正常电压。

因此，当该轴发用做发电机对外供电前，外部控制系统必须在投磁（K10接通）的同时进行充磁（K1接通）操作。

4.故障分析解决

由该轴发电压建立原理，可将故障大致定位在以下三个方面：外部投励（K10）故障；启动初期外部充磁（K1）无效；励磁回路故障。

4.1 外部投励检查

外部投励（K10）由配电板控制（见图3），若外部投励（K10）断开，轴发线排X2接线端24与UH1之间以及14与WH1之间将断开，从而辅助绕组G3与励磁系统断开，导致电压无法建立。

图3 配电板投励电路

主机停机状态下，配电板“投励”开关闭合，检查配电板继电器K106.8线圈得电正常，打开轴发接线盒，用万用表测得轴发线排X2接线端24与UH1之间以及14与WH1之间连通，说明外部投励开关-K10闭合正常，可判断辅助绕组G3与励磁系统连接有效。

4.2 启动初期充磁检查

该轴发剩磁产生的起励电压也难以激活转子内部的控制元件，所以必须在启动初期对励磁机进行充磁，充磁分为自动充磁及手动应急充磁两种。

如图4所示，在轴发启动过程中，对轴发进行自动充磁必须同时满足以下几个条件：主机运行轴发转速达到95%-100%额定转速；轴发离合器合排；轴发电压小于300VAC。当这几个条件同时满足时，继电器K1得电1-2秒，其常开触点接通，对轴发进行自动充磁。

图4 轴发自动充磁电路

如图5所示，除自动充磁外，还可通过配电板点动充磁按钮与自动充磁触点并联，对轴发进行应急充磁。

图5 轴发应急充磁电路

如图6所示，通过配电板自动、应急充磁的电源正负极分别接入轴发线排J1、K1端，为励磁机G2励磁绕组供电，此外为确保外部电源电压和电流限制在一定范围内，在电源正极串入电阻R21及二极管。

图6 轴发充磁电路

图7 万用表测量二极管

在轴发启动过程中，配电板“投励”开关闭合，检查外部控制箱内继电器K1得电1-2秒正常，同时用万用表测量轴发接线排X2接线端励磁机G2直流绕组无DC24V瞬间接入。对轴发进行应急充磁，测量励磁机G2直流绕组也无DC24V瞬间接入，但是测量轴发接线排X2电源输入端J1、K1，有DC24V瞬间接入，所以可初步判断电阻R21或二极管损坏。