船舶同步发电机自动电压调节器故障分析

闫 伟

(南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010)

船舶同步发电机自动电压调节器故障分析

闫 伟

(南通航运职业技术学院，江苏 南通 226010)

文章介绍了某船发电机因自动电压调节器故障导致无法并电运行，详细分析了调压器差动横向电流补偿的原理并提出管理建议，对船舶电气管理有一定的参考意义。

同步发电机；自动电压调节器；故障；管理

船舶电力系统是指由一个或几个在统一监控运行的船舶电源及与之相连接的船舶电网组成并向负载供电的整体[1]。发电机是整个供电整体的核心部分，将发电柴油机的机械能转换为电能，起到非常重要的作用。此船配有3台主发电机，发电机主要参数为：日本大洋(TAIYO)FEK50F-10 ，额定电压440 V ，额定容量为1 250 kVA， 绝缘等级为10级 ，额定转速为720 r/min。故障发生时已正常运行21 200 h。

1 故障现象

船舶海上航行，正常使用3#发电机向主配电板供电，电压440 V、电流520 A，驾驶台通知备车开航，机舱值班人员准备启动2#发电机，机旁检查发电机转速、调速器、油压、水压等均正常，值班人员将发电机转至遥控，发现手动并电困难。此船主配电板3台发电机未装功率因数表。值班人员发现2#发电机空载电压为460 V，频率为60 Hz。通知电气主管人员下机舱后，手动调节的电压调节器上的电压调节旋钮，电压有变化，可以使电压恢复到接近额定电压440 V，此时调压器旋钮已经调到极限位置。主管人员再次将2#发电机与3#发电机并网运行。此时，2#发电机的电流比3#发电机电流高210～300 A。电气主管人员启动1#发电机，检查1#发电机空载电压为442 V，频率为60.3 Hz，将1#发电机解列与3#发电机并网时运行正常，2台发电机电压、电流、功率偏差均在正常范围内。为了确认故障原因所在，电气主管人员再次将1#发电机与2#发电机并网运行，发现2#发电机的电流依然比1#发电机高出许多。为了船舶航行安全，使用1#发电机与3#发电机并网运行。至此，完全可以确认2#发电机为故障机。

2 故障原因分析

2#发电机故障现象为空载电压偏大，与其它发电机并车困难，即使能够并网运行，电流明显高于其它发电机，可以断定为并网运行时无功功率分配不均。2台并联运行的发电机如果端电压不相等，在频率、相位一致时，会在2台发电机之间产生无功性质的环流，最终的结果将使电压高的发电机输出的无功功率大于电压低的发电机，而并联运行的发电机端电压的稳定是通过控制内部励磁发电机的励磁实现，所设计的励磁发电机的励磁电路都配有自动电压调节器。目前远洋船舶的自动电压调节器主要有3种类型：一种是通过均压线来实现无功功率分配，而根据发电机容量不同又分为直流均压线连接和交流均压线连接2种情况；第二种是利用带有横向电流补偿(又称为电流稳定)环节的电压调节器；第三种为带有差动横向电流补偿(又称为差动电流稳定)环节的电压调节器。该发电机为无刷同步发电机，调压器为带有差动横向电流补偿环节的调压器，其励磁回路如图1所示。

注：CCT为横向电流补偿电流互感器；DCT为差动电流互感器；CCR为横向电流补偿电阻；ACB为发电机主开关副触头；VR为电压调节器；PT为电源变压器；AVR为自动电压调节器。图1 船舶发电机励磁电路

方框内的部件在集控室配电板内部。其励磁机有2个励磁绕组，即主励磁绕组和副励磁绕组。相复励单元供电给主励磁绕组，假如该单元单独起作用时，将使发电机处于过励磁状态；总配电板汇流排经自动电压调节器供电给副励磁绕组，提供与主励磁方向相反的励磁。自动电压调节器通过晶闸管调节励磁机的副励磁绕组的电流，使端电压保持在要求的范围内。2台发电机需要并联运行时，无功功率的自动均衡分配是由差动横向电流补偿环节实现的。主要由横向电流补偿电流互感器、横向电流补偿电阻以及配电板上发电机主开关的常闭触头等组成。发电机单机运行时，本发电机的主开关有电，串连在差动横向电流补偿环节的常闭触电断开，此时自动电压调节器的差动横向电流补偿环节没有起到作用[2]。

当发电机单机运行时，本发电机主开关副触头断开，其它所有未运行发电机的主开关副触头保持闭合，这相当于运行发电机差动电流输入端被其它停止的发电机的主开关短路，此时该发电机的差动横向电流补偿环节不起作用，发电机的调压特性为仅有电压负反馈、无差动横向电流补偿时的调压特性。

2台发电机并联运行时的无功功率平均分配是由差动横向电流补偿环节保证的，每台发电机的差动横向电流补偿环节是经过差动电流互感器的副边耦合(图1中为k2/L2)，每台发电机差动电流互感器的耦合端并联了发电机主开关的常闭副触头。当2台发电机并联运行时，参与并联运行的发电机差动横向电流补偿环节经过未运行发电机的主开关常闭触头构成回路，起到差动横向电流补偿作用，经自动电压调压器调整作用实现无功功率的自动均衡分配，自动电压调节器的工作原理图如图2。

图2 自动电压调节器工作原理方框图

相位控制电路主要由2只开关管组成，PID电路的输出控制主晶闸管电路开、关的动作，向晶闸管发送脉冲信号使得晶闸管导通。PID通过相位控制电路来调节晶闸管的导通角，从而达到反向励磁调整电压的目的。根据以上对带有差动横向电流补偿功能的调压器原理的分析，因为2#发电机的故障现象是发电机空载电压过高和无功功率分配不均，故首先检查副励磁系统。将2#发电机停止运行，检查横向电流补偿电流互感器，差动电流互感器，电源变压器的源端和副端正常，无短路、断路和接地现象。万用表测量横向电流补偿电阻的阻值与3#发电机的横向电流补偿电阻阻值相同。电气主管人员拆掉盖板将其印刷电路板露出，再次启动2#发电机对自动电压调节器进行在线检测并记录检测数据，同时启动3#发电机空载运行，对自动电压调节器进行在线检测并记录同样的检测数据，2台发电机自动电压调节器的检测数据对比，如表1所示。

表1 2台发电机自动电压调节器的检测数据对比 V

3 故障排除

分别停止2#和3#发电机，将2台发电机的自动电压调节器印刷电路板互换，再启动运行，3#发电机出现了前面的故障，2#发电机正常。停止2台发电机，将2只自动电压调节器印刷电路板换回，并用备用电路板更换2#发电机自动电压调节器印刷电路板。启动2#、3#发电机，调整2#发电机电压，再一次对上面的测量点进行测量，与3#发电机的数据对比基本吻合。对2#发电机进行空载和重载调试、并车调试，各项参数恢复正常。检查换下的电路板，无明显损坏迹象。对照测量的参数分析，认为是电路板上的元器件老化所致。

4 发电机日常管理中的注意事项

1)为保证发电机正常工作，在它附近不应有水、油堆积，不能有腐蚀性气体，以免损伤发电机绝缘，冲洗机舱时不能将水溅入发电机中；要注意发电机的正常通风冷却，经常清洗滤网，温度也不可太低，防止导电器件上凝结有水珠。

2)监视发电机电压、频率、功率因数数值，电压容许变化范围不超过±2.5%，频率的变换范围不超过0.5%，功率因数正常在0.8。并联运行时，功率因数要接近，如果偏差大电网稳定性将下降[3]。

3)停用时间较长或修理过的发电机应检查对地绝缘电阻，采用500 V兆欧表测量，冷态绝缘电阻应大于2×106Ω，测量绝缘时应拆除相关电子元件，避免对电子元件的损害。

4)正常运行时发电机电压要控制在额定值附近，三相之间相差不得超过1%，三相电流任何两相电流相差不得超过15%。

5)停机时，经常检查励磁回路变压器等处的接线、匝间绝缘等。

5 结束语

带有差动横向电流补偿(又称为差动电流稳定)环节的电压调节器在国外厂家生产的交流发电机上比较多，国内也有生产厂家采用这种技术。我国《钢质海船入级与建造规范》规定，静态电压变化率应在±2.5%以内，突加60%负载，瞬时电压值不低于额定电压的85%[3]。差动横向电流补偿线路比较简单，可以使并联运行的发电机组保持较好的恒压特性，无功功率分配也可以达到相关要求。熟悉带差动横向电流补偿的调压器工作原理、做好日常维护管理工作才能降低船舶交流发电机的故障率，保证船舶安全营运。

[1]张春来.船舶电气[M]. 大连：大连海事大学出版社，2008.

[2]厉启宏.船舶交流发电机调压器差动横向电流补偿工作原理分析[J].上海造船，2004(1)：61-65.

[3]左春宽.船舶动力装置[M].大连：大连海事大学出版社，2012.

In this paper,the faults are introduced on automatic voltage regulator of the synchronous generator.The principle of automatic voltage regulator is analyzed with its differential cross-compensation in detail，suggestion is given for management,which provides reference for marine electrical management.

synchronous generator;automatic voltage regulator;fault;management

闫伟(1976-)，男，江苏南通人，讲师，大学本科，研究方向为船舶动力装置管理与维修。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.011

2016-07-19