某船柴油发电机组控制系统典型故障分析

杜旭灿，彭荣华

(1.4808工厂 威海修船厂，山东 威海 264200；2.北部战区海军保障部直属保障队，山东 青岛 266071)

某船有4台柴油发电机组，其中3#机组为停泊发电机，采用机械调速控制系统，其余3台均采用全电子控制系统，其原理是利用电感应作用接收信号，并通过电子系统将电信号转换为机械作用来调节喷油泵供油量大小，以控制柴油机在设定转速下稳定运行。

1 工作原理

系统由机旁控制箱、启动马达、电子调速器(见图1)、负荷分配器(见图2)、UPS电源、柴油机附带传感器、配电板发电机侧的电压互感器、电流互感器、大开关等组成。通过柴油机机旁控制箱实现柴油机启、停控制，并对柴油机的重要参数如柴油机转速、滑油压力、排温等进行监控。当柴油机正常运行，需要并联工作时，通过配电板的负荷分配器“单机—并联”转换开关，实现任意2台柴油发电机组并联工作，并随系统负载的变化，实现2台柴油发电机组有功功率的自动分配。

图1 调速器接线示意图

柴油机转速由电子调速器进行控制，其原理是：来自转速传感器的交变脉冲电压信号，经电子调速器内频率/电压转换器转换成与柴油机转速成正比的直流电压信号，此信号值与转速调整电位器给定的电压信号进行比较，差值经比例、积分、微分控制及衰减与快速响应修正，放大后进入执行器驱动电路，执行器驱动电路根据信号量的变化，不断调整执行器齿条位移，从而控制柴油机稳定运行。

柴油机并联自动工作时，负载分配通过负荷分配器进行控制，发电机母线电压信号、母线电流信号经过负荷分配器内部电路滤波放大后(见图3)，经MC1594四象限模拟乘法器及CA3240运算放大器等进行运算(见图4)。运算结果与另外1台柴油机发电机组信号进行比较，比较后的信号送至各自电子调速器，电子调速器通过判断信号的大小，控制执行器调节柴油机供油量，实现2台柴油发电机组有功功率动态平衡。

图2 负荷分配器接线图

图3 母线电压、电流信号输入处理电路

图4 四象限运算处理电路

2 典型故障及修理措施

该船为我厂首次承修，电子调速器、负荷分配器均为某外国厂家设计制作，无任何技术资料，故障分析难度大。现对典型故障及修理措施进行简要介绍。

1)2#柴油机启动时，柴油机瞬间转速非常高，易产生飞车故障。由于柴油机控制箱、滑油预供泵、电源箱、柴油机的部分组件均进行了出舱修理，在设备组装完毕后，对电子调速器、马达电位器均按规定进行了调整，然后进行柴油机启动试验，第一次、第二次均出现启动瞬间转速达到900 r/min的情况,并且有继续上升的趋势，然后紧急停车，对系统进行检查，具体步骤如下。

(1)对电子调速器转速传感器、连接部件进行检查，未发现有松动或安装不到位现象。

(2)检查执行器，动作灵活，无卡滞现象。

(3)系统供电，测量电子调速器内反馈电压(内部测试点为：0 V、TP 6)，齿条在零位时，电压为1.5 V(规定值为1.5 V±0.1 V)；齿条在最大位置时，电压为5.06 V(规定值为5.0 V±0.1 V)，反馈信号正常。

(4)测量电子调速器的供电电源为DC26 V，波形平稳、无杂波。

(5)检查启动马达未发现异常。

(6)切除启动电路，模拟柴油机启动过程，在启动、运行滑油预供泵时，发现电子调速内电源指示灯有闪烁现象。经测量，当预油泵正常运行时，电子调速器工作电源(DC26 V)下降至DC13 V左右，波动较大，若在此时启动柴油机，会导致电子调速器工作紊乱，执行器动作异常，从而引起柴油机启动时容易飞车。经检查，该预供油泵工作电源为DC24 V，电源正负接反，虽然预供油泵能正常供油，但会导致蓄电池电压异常，由于该蓄电池组为电子调速器供电，因此电子调速器工作电源不稳定，从而导致柴油机启动时，转速异常，纠正系统线路后，2#柴油机启动正常。

2)1#、2#、4#柴油机无法实现自动分配负荷故障。进厂系泊试验时，任意2台柴油机在并联时，无法实现负载自动分配，并且1#、4#负荷分配器附近有烧焦气味。由于该负荷分配系统为我厂首次修理，因此对该控制系统采取分步解决措施。

(1)用万用表测量负荷分配器内部部件，发现1#、4#负荷分配器电源变压器原边损坏，该变压器为固体封装，且控制系统对副边的同名端均有要求，市面上无法采购到。因此，我们对变压器进行分解，获取了需要的数据，1、3端子为输入AC110 V，1、6端子为输入AC220 V，8、9端子为输出AC18 V，9、11端子为输出AC18 V，9端子为输出绕组的公共端子，且8、9为同名端，功率约为10 W，购置类似变压器，并进行实验室安装、调试，控制电路板电源电路输出电压正确、没有谐波，满足使用要求。

(2)对1#、2#、4#柴油机负荷分配系统控制原理进行测绘，发现4#柴油机负荷分配器外围连接线路不正确，母线电压检测信号错误的接到控制电路板接线端子2 A、3 A、4 A端，因此对4#柴油机负荷分配器接线进行了纠正，将原来接到负荷分配器接线端子2 A、3 A、4 A导线更改至标号为2、3、4的接线端子上，保证母线电压检测正确。

(3)对电子调速器执行器反馈电压进行测量，零位及最大燃油位反馈电压不准确。开机前，对电子调速器执行器反馈电压按技术规范进行整定：用万用表测量内部测试点(0 V、TP6)，不开机，调整“停止”电位器，使万用表读数为1.5 V±0.1 V；再将执行器输出轴摇臂推到最大供油位置，同时调节“最大油量”电位器至5.0 V±0.1 V。重复上述动作，直到调整误差小于等于±0.1 V。

(4)马达电位器设定不准确。柴油机启动后，对负荷分配系统的马达电位器设定不准确进行了重新整定。首先将马达电位器调至中间位置(测量端子电阻约为2.5 kΩ),启动柴油机，逆时针旋转马达电位器4圈，调整电子调速器内最小转速传感器至要求的最低转速650 r/min，然后顺时针调整马达电位器8圈，调整电子调速器内最大转速电位器，使柴油机转速达到最高空载转速1 050 r/min，反复校对马达电位器在8圈内的速度调整范围。

(5)调整负荷分配器内部参数。并车自动负荷分配试验，先进行1#并2#、2#并1#自动负荷分配试验，顺时针整定负荷分配器增益电位器，使得单机功率90～300kW时，功率分配差额小于5 kW。然后进行4#并1#、1#并4#、4#并2#、2#并4#试验，4#负荷分配器控制电路板LED1、LED2、LED3、LED4指示灯异常点亮，用示波器测量IC2∶10、IC3∶10、IC4∶10管脚的波形输出异常(正常波形见图5)，更换MC1594四象限模拟乘法器及CA3240运算放大器后，工作正常，然后，调整控制电路板内增益、最大限制等控制电位器，使得单机功率90～300 kW时，功率分配差额小于5 kW。

(6)完成上述工作后，对负荷分配系统进行系泊、航行试验，均能实现负荷的自动分配，功率分配差额为0～5 kW，符合每台发电机实际承担的有功功率与平均值之差，应不超过发电机额定有功功率的±10%(60 kW)的试验要求。并车试验时，负荷分配器接线端子测量数据见表1。

图5 IC2∶10、IC3∶10、IC4∶10管脚的波形

表1 并车试验时，负荷分配器接线端子测量数据

3)1#柴油发电机组高速时，转速显示不准确故障。柴油机在800 r/min以下时，机旁控制箱液晶显示屏主机转速显示非常准确，但在额定转速1 000 r/min时，显示的数值比实际转速小近5 r/min，故障排除过程如下。

(1)柴油机齿盘齿数为188齿，通过公式f=nz/60(f为频率，n为转速，z为齿数)进行计算，当柴油机转速为1 000 r/min时，频率为3.133 kHz,然后用信号发生器模拟3.133 kHz正弦波信号，显示屏转速显示1 000 r/min，说明线路及信号处理电路工作正常。

(2)检查转速传感器安装间隙为1.5 mm，符合要求(安装间隙≤3 mm)。

(3)检查柴油机飞轮齿盘，发现部分齿盘由于启动马达原因，有损坏现象，因此对齿盘进行了焊补修复，但经后期试验时，故障依旧。

(4)更换转速传感器，但故障现象与原来一致。由于齿盘经修复后，非常完好，并且转速传感器安装间隙也符合要求，最后，怀疑转速传感器安装角度存在问题，通过仔细观察，转速传感器感应探头与齿盘齿顶没有垂直，通过调整安装支架使转速传感器与齿顶垂直，故障排除。

3 结束语

通过对该船柴油发电机组电子调速器、负荷分配器内部控制电路板原理的测绘、分析、调试，已掌握电子调速器、负荷分配器核心工作原理，并排除典型故障，为工厂承修类似负荷分配器、电子调速器打下坚实基础。