一起引發電氣設備失效的機械故障原因分析

陳杰

(江蘇遠洋運輸有限公司, 江蘇連云港222005)

0 前言

TZ輪于2005年12月出廠，機艙無人值班設計，副機采用三臺YANMAR 6N18AL-SV615KW 900RPM發電機組用于供電、電力拖動及裝卸貨。副機調速器也是采用 YANMAR CO.LTD公司的調速器，TYPE:NZ61-4E型液壓調速器，全自動化電站，主配電板采用施耐德全套配電裝置，發電機組有三種控制模式：手動控制；半自動控制；全自動控制。在無人機艙情況下，曾多次發生發電機組超速保護停車、自動減速停車、自動調頻失效的現象。經過初步調查發現，以上故障的原因都是發電機組同步模塊故障，在更換發電機同步模塊新配件后故障消除，發電機組的工作恢復正常。

從出廠到現在只有五年多的時間，發電機同步模塊失效的故障已發生多次，公司有兩條姐妹船，每條船均有近七、八塊這樣失效的同步模塊，一方面是同步模塊損壞時影響了船舶的生產、航行；增加了對設備的維護保養工作量；另一方面，購買的同步模塊備件價格較高，增加了運營成本。輪機人員通過不斷的摸索、實踐，采取了有效管理的辦法，終于使同步模塊的設備故障率得到控制。

1 故障分析

船舶的交流電站中由于各種發動機都是按額定轉速發出最大功率和最高效率設計的，當轉速發生變化時，就會使發動機的效率降低，更為嚴重的是幾臺發電機并聯運行時，會引起各機組有功負載分配不均勻，因此船舶電站在正常工作時需要調整電站中發電機發的轉速，以保持電網頻率的穩定，各發電機均勻分配有功負載，現代船舶為了提高供電質量，在電站中大多安裝有自動調頻調載裝置，它通過控制信號（頻差、與功率差）的合成信號放大，判別（增減速判別、是否固定偏差判別）后控制伺服馬達，以調節發動機的油門的開度來調節發電機發動機的轉速。

手動調節或者自動速度調節都是通過同步模塊微繼電器的閉合、打開來控制調速器馬達的運轉或停止。圖1是調速器馬達運行控制電路。

通過對同步模塊的電路分析，聯系發電機同步模塊SCM-1的實物分析了解：調速器馬達控制器回路集成板上有一個插件，它也是一個集成電路板，上面有兩個微繼電器，根據以上故障，我們判斷微繼電器損壞可能性很大。從電路圖分析，它們都是控制器馬達也就是控制調速器到油門的增加（raise）或減少（lower）的按觸器，對其中一只失效的同步模塊的檢查，給集成塊接入12 V直流電，通過對模塊供電后檢查發現，該微型繼電器的一個是損壞的。我們還對其他的同步模塊進行了類似檢查，也發現了有幾只同步模塊的兩只微型繼電器或其中一只失效，那么現在就不能解釋發電機組超速保護停車、自動減速停車、自動調頻失效的原因了。

2 原因探討

發電機同步模塊中微繼電器為使發電機的功率差（頻差）保持在規定的要求內，不斷閉合打開的動作，增加了微繼電器的工作頻率和工作量，應該說這是微繼電器損壞的主要原因。

當發電機的功率差（頻率）沒有及時回復到預定值時，其功率差（頻差）指示就一直存在,導致功率差（頻差）指示一直指示微繼電器不斷動作，以不斷使調速馬達正轉或反轉，使調速的調速彈簧預緊力不斷增加和減小，使之通過液壓調速器內部的液壓系統功率放大機構、感應機構等，使發動機的油門增加或減小。

下面展示的是發電機頻率調節的路線圖：

調速電機→調速彈簧→給定轉速→油門大小→實際轉速→電網頻率→功率差（頻差）識別→微型繼電器（上升raise或下降lower）→調速電機（正轉或反轉即油門增加減少）。

我們通過檢查發現在下列幾種情況下可能會導致微型繼電器動作頻繁。

1) 油門滯阻現象比較嚴重。在功差（頻差）識別裝置識別到兩臺發電機之間的功率差后對發電機同步模塊上微型繼電器發出指令，因為油門滯阻，油門增加的速度較慢，調速電機調速彈簧預緊力已經升至最大，一旦油門增加（raise）到合符調速彈簧預緊力的要求，發動機轉速會升至很高，超過設定轉速，電網頻率升高，使發動機速度下降很慢導致發動機轉速升高，造成超速、飛車，發出報警后停車。如果功差（頻差）指示要求降低電網頻率，則微型繼電器動作（lower），調速電機降低調速彈簧預緊力，同樣因為油門減小過程滯阻，調速彈簧預緊力會下降至最小，一旦油門回復到與彈簧預緊力相匹配的油門，則造成發電機自動減速停車。油門增或加減小的速度滯后于調速電機對調速彈簧預緊力的控制，從而造成功率差（頻差）識別裝置不斷對微繼電器發出動作指令。

2) 并聯運行的兩臺發電機的調速器性并聯特性差別比較大。導致負荷在并聯運行的發電機之間轉移頻繁，使功率差（頻差）識別裝置不斷對微繼電器發出動作指令。

3) 燃油品質差，高壓油泵磨損加劇，各缸高壓油泵泄漏不一，導致各缸供油量不均勻，或者噴油器工況不佳，噴油定時不正確，各缸爆壓差別較大，爆壓增高變低都有可能導致發動機各缸負荷不均勻，而使發電機轉速不穩定，導致調速動作頻繁，微繼電器動作頻率極高所以容易損壞。

4) 發電機同步模塊自身參數設定存在問題；或者微繼電器的制造質量比較差。

3 解決方案

我們對以上原因進行分析并提出以下解決方法。

3.1 油門卡阻的原因

1）機艙小，主、副機功率大，避震裝置的避震功能不強，造成油門桿等連接件振動、磨損加劇，但各部磨損不一，會造成連接部件失中，被卡住或傳動不靈活，阻尼大，解決這些問題，可以通過經常加注潤滑，調節傳動部件的對中以減少阻尼而獲得改善。

2）使用重油 380 CST油質差造成加熱溫度高，有時超過 135℃，高壓油泵各部件的密封圈一直工作在高溫環境中，對這種情況要及時更換高壓油泵各部件的密封件，解體高壓油泵時要清理掉高壓油泵齒圈及齒條的泄漏的燃油、結碳等，確保部件潤滑，轉動無滯阻。

3）調速馬達部件的失效，如調速馬達的軸承內部潤滑油失效、泄漏或固化，也會使調速馬達動作困難。這種現象則需要更換軸承部件。

3.2 調速器本身的原因

1) 調速器內部的原因。如調速彈簧特性軟，轉速上不去或負載加不上，就要調整調速彈簧的硬度。

2) 有時將調速器的調速特性故意調得差一點，使兩臺或多臺調速器的并聯特性接近，負載分配盡可能相近，因為調速器本身原因的調節工作要求技術好和實踐經驗比較豐富，可以在船舶進廠時交廠解決。

3) 對發電機轉速不穩定，導致調速動作頻繁這種情況，船員如在日常的工作中注意經常檢查柴油機各缸爆壓，及時檢查、校正噴油器、高壓油泵工況，就能消除這種現象。

4) 發電機的功率差（頻差）的改變是通過將發動機的轉速（頻率）從一個值整定到另一個值，需要一定的響應時間，手動調節是采用斷續調節的方式，操作者按“點動”方式扳動調速開關，等待轉速（頻率）變化，然后再扳動；自動速度匹配調節也是以脈沖斷續調節的方式進行。斷續調節是輸出調速觸點閉合一段時間即調脈沖寬度，間隔一段時間再重復操作。脈沖寬度和間隔時間構成調節周期。調節周期（脈沖寬度或間隔時間）應隨頻差Δf（ΔT）的變化而相應變化，這樣可以縮短匹配調節時間，又不會引起震蕩。脈沖寬度要適宜，如果較短，則閉合時間短，調速馬達轉動時間短，油門變化小，調速周期一定，間隔時間不變，調節時間延長；如間隔時間不變，則調速周期變短，則輸出調速觸點閉合、打開的頻率及次數增加，不利于調節。調速動作短促而頻繁，微型繼電器頻繁動作。由于制造廠家、研發單位對產品的具體線路、設計思路技術保密，印刷電路板元件封裝，自動速度匹配調節的脈沖斷續調節的方式的參數都已經設定且無法改變，這給維修人員造成很大困難，最有效快速的解決辦法是更換備用板，將失效的電路板送專業廠家檢修。

4 結論

我們通過對引發該電氣設備失效的可能的機械故障原因分析，提出了解決該故障的具體方案,實際工作中采取多管齊下的管理辦法，保證了船舶的安全運營。

[1]劉宗德，陳定先編著. 船舶電站及自動化裝置. 科學技術文獻出版社，1992.

[2]大連海事大學內燃機教研組. 船舶柴油機[M]. 人民交通出版社，1981.

[3]葛鴻翔主編. 船舶柴油機[M]. 科學出版社，1996.

[4]李杰仁主編. 輪機自動化 [M]. 科學技術出版社，1996.

[5]中國海事服務中心組織. 海船船員適任證書知識,2012.