某船发电机组运行电压不稳定故障排查实例

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1.1 ME电控柴油机的型号和意义

1.2.1 ME电控柴油机的发展（柴油机的三次技术革命）

1.2.2 ME 电控柴油机的发展（MC至ME）

7.1.1 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小

7.1.2 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小

7.1.3 解读：6S46ME-B 8.3主机的HPS No.2 pump 运行电流小

（7.1.1-7.1.3的解读的案例是：【电喷案例】上海恒瑞船务有限公司远程指导：主机6S46ME-B8.3，NO.2HPS pump运行时的电流比No.1的电流小很多）

1.3 ME电控柴油机的伺服油

2.1.1 ME电控柴油机的控制系统ECS概况

2.1.9 ME电控柴油机的电噪声

2.1.2 ME电控柴油机的MPC板

船上广泛采用三相无刷励磁交流同步发电机组发电，这是船舶电能的主要来源，其运行工况直接决定了船舶电力系统的稳定性和可靠性。同步发电机的自动电压调节器装置负责将发电机端电压稳定在额定值附近，合理分配并联运行发电机组之间的无功功率和抑制无功环流，满足造船规范对电压的静态特性和动态特性的要求，是维持船舶电网供电质量的重要环节。

1 故障描述

某船配置有3台同容量、同型号的三相无刷励磁交流同步发电机组，额定电压400 V,额定频率50 Hz, 单机额定容量520 kW,发电机型号为1FC6 456-4LA42。某航次靠港过程中，1号发电机组和2号发电机组并联运行时两者电流表读数一致，1号发电机的功率因数表读数在0.85～0.95之间来回波动，2号发电机功率因数表读数在0.7～0.8之间来回波动，波动较慢，当时没有出现发电机组主开关跳闸故障。完成靠港后由1号发电机组单独运行供电，偶尔出现电网电压波动较大的情形，严重时甚至出现自动电站分级卸载，重新启动设备加载运行正常，隔一段时间又会出现电网电压波动而自动电站分级卸载的情况。

虽然此种故障只是偶尔发生，但是对于船舶安全稳定运行影响较大，故整理此次故障排查和处理过程，供同仁参考。

2 故障原因

根据单机运行电压波动这一故障现象，可确认为原动机调速器故障或发电机自动调压器(Automatic Voltage Regulator, AVR)故障。加载和减载试验证明，实际检测柴油原动机离心式调速器油门自动调节正常，输出转速稳定。排除调速器故障，进一步查找发电机自动调压器故障原因，以彻底解决故障隐患。

该轮发电机采用THYRIPART励磁系统，自动电压调节器原理图如图1,该可控硅自动调压器主要由电源单元、实测值滤波回路单元、比较器、调节放大单元、脉冲单元、过压保护单元、外附整定电位器、可控硅、分流电阻和励磁整流器等组成。发电机的额定电压由可调电位器U整定，动态性能由可调电位器K、T、R₄₇整定，调差系数由可调电位器S整定。发电机实测电压通过插件X1/1、X1/3以单相双线形式送至AVR,电压信号经过变压器T1降压后，经开关 S1/1、调差电位器S,再经桥式整流器V1—V4整流，一路通过S1/2后产生的稳定电压为AVR提供所需直流电源1;一路整流后的电压通过S1/3 作用于电位器U上，再经过实测值滤波回路2滤波，这个整流电压为调压器提供所需的实测值波动信号值U_ist、整定电压U_soll和电源电压。

图1 可控硅自动电压调节器原理图 

当发电机并联运行时，电流分流则由励磁系统调差电流互感器经插件X2/5、X2/9连接到负载电阻R₁上，这样实测电压就由变压器T1的次级电压和电阻R₁的电压叠加组成。发电机电压特性的斜率可用整定电位器S设定，也可以通过人为调节外附整定电位器6来调整发电机的输出电压(此时需要将开关S1/3断开，整定电位器U设置在刻度数值的中间位置)。当发电机单机运行时，随着发电机负载的变化，作用于整定电位器U上的电压随之变化，经过滤波回路后的实测值U_ist也随之变化。若负载变小，此时比较器比较后输出一个正向增大的电压信号，电压信号由调节放大器3放大输出直流电压，用来控制脉冲单元4发出的触发脉冲移相，供给可控硅V22(或相对应的可控硅V101)以时间可调的触发脉冲，使分流回路中可控硅V22和可控硅V101导通角增大，分流电阻R₁₀₁分流增大，从整流器V102整流后经插件X4/1、X4/5输出到励磁机的励磁电流减小，从而使发电机的电压趋于设定值。发电机的励磁回路由桥式整流器V102整流供电，电阻R₁₀₁和可控硅V101形成与励磁绕组相并联的旁通分流回路，因此励磁电流的大小是通过控制可控硅V101的导通角来调节的。根据发电机自动调压器原理可知，发电机单机运行电压波动较大的原因可能是自动调压器测量电路或调节电路故障，为下一步故障排查处理与分析提供理论依据。

3 故障排查与处理

笔者首先确认了自动调压器及相关附件故障。启动1号发电机组测得空载电压401 V,实测比较2 号发电机组空载端电压406 V,略低。测试起动大功率负载(主海水泵电机40 kW)对电网及发电机产生冲击电流，相比较1号发电机组单独供电瞬时电压下降幅度较大(电压表动态显示约20 V以上),且随后电压有恢复能力但恢复到额定值时间较长，为2 min左右。将1号发电机AVR与2号发电机AVR电路板对调，分别起动两台发电机组单独供电，长时间运行观察发现更换AVR后2号发电机组单独运行供电也会偶尔出现电压波动导致自动分级卸载故障，故确认了自动调压器故障。另外对调AVR后的1号发电机组单独供电运行出现端电压在428 V和391 V处跳动，此时，判断还存在1号发电机组AVR的相关附件故障。

根据笔者测试，当AVR不工作时，该轮主发电机应急运行空载时端电压430 V,额定负载时端电压390 V。由于1号发电机组在故障之前运行正常，排除外附电位器整定不当、动态性能调整电位器K、T、R₄₇整定不当的原因。在检查AVR实际测量电路时发现内部接线排有一根线虚接，对应为AVR的实测值输入X1/1,即实际测量电路U、V和插件X1之间有断路。修复虚接线路后，再次启动1号发电机使用2号AVR运转，空载电压稳定401 V正常，带载电压稳定392 V正常。

拆检1号发电机组AVR,测量可控硅V22和V101,可控硅V101阻抗参数异常，判断可控硅故障。万用表选电阻R×1 Ω挡，黑表笔连接可控硅控制极引脚G,红表笔连接可控硅阴极引脚K,可控硅另一空脚为阳极A,此时读数为10 Ω。然后将黑表笔接可控硅阳极A,红表笔接可控硅阴极K,万用表指针有小角度偏转，说明此可控硅存在漏电流，但可控硅没有被完全击穿。用短线瞬间短接阳极A和控制极G,此时万用表电阻挡指针向右偏转，阻值读数为10 Ω左右。此时，判断可控硅V101有漏电故障，将可控硅V101换新装复，重新上电测试，再次启动1号发电机组使用1号AVR空载和带载运转电压正常，分别与2号、3号发电机组并联运行功率分配正常。

4 结 论

1号发电机组AVR实测输入值X1/1虚接，在调换1号和2号发电机组AVR电路板时加剧了虚接现象，导致AVR的实测电压值输入时有时无，使得励磁系统AVR间断性地参与电压调节，发电机的电压在正常电压和应急运行电压之间来回跳动。另外，AVR电路板中可控硅V101存在漏电流，导致出现负载波动时励磁调节电流过程中存在较大偏差，励磁调节时间延长，外在现象为负载波动时端电压恢复较慢。笔者分析认为引起故障主要原因是发电柴油机为瓦锡兰四冲程柴油机，运转过程中震动较大，长时间震动导致线路连接虚接和可控硅老化，使1号发电机自动调压装置发生故障，造成该发电机组在负荷波动时的端电压调节异常。

发电机组电压波动是常见的故障，引起故障的原因很复杂，需要管理人员采用科学的方法进行分析和排查故障，在平时的工作中要严格按照保养计划进行仔细检查和维护，做好故障预防。

参考文献：

[1]汪旭明,张均东,薛征宇,邸德辉.某船发电机组运行电压不稳定故障排查实例[J].航海技术,2022,No.256(04):61-62.

作者简介：

汪旭明，讲师，大连海事大学