基于故障樹的可控相復勵調壓裝置故障診斷知識庫建立

孫艷秋

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基于故障樹的可控相復勵調壓裝置故障診斷知識庫建立

孫艷秋

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島 125000）

本文以故障樹為工具，對實際應用中可控相復勵調壓裝置的故障類型、可能故障原因進行分析總結，建立了基于故障樹的可控相復勵調壓裝置故障診斷知識庫，為進一步創建船舶同步發電機智能故障診斷系統奠定基礎。

相復勵調壓裝置 故障樹 知識庫

0 引言

可控相復勵調壓裝置是船舶無刷同步發電機常用的調壓裝置，其作用是自動控制發電機輸出電壓的恒定和并聯運行時無功功率的合理分配。調壓裝置一旦發生故障，會影響到整個船舶電力系統電力供應的穩定性和安全性，甚至會危及船舶作業和航行安全。因此，對可控相復勵調壓裝置故障的及時診斷和分析是非常重要的。

1 可控相復勵調壓裝置簡介

可控相復勵調壓裝置主要由相復勵勵磁裝置和電壓校正器（AVR）兩部分組成。按照電壓校正器與相復勵部分組合形式的不同，可分為：可控移相電抗器、可控電流互感器、可控飽和電抗器分流和可控硅分流4種形式。

圖1為可控硅分流型相復勵調壓裝置結構圖。裝置由移相電抗器（L）、相復勵變壓器（T）、測量電路（CL）、移相觸發電路（CF）、晶閘管整流模塊（UR）和比較電路（BJ）組成。

由電壓校正器AVR測量發電機電壓的變化，再由電壓校正器AVR輸出的電流控制可控硅的導通角，從而改變勵磁電路的分流大小，以達到電壓偏差的可控調節。電壓調節過程如下：單機運行時，在發電機負載電流增加的情況下，發電機電壓趨于下降(由于電樞反應電抗壓降的原因)。而在電壓校正器AVR的測量部分，發電機電壓整流后的直流電壓克服穩壓管的基準電壓后，其電壓差下降，使電壓差控制的可控硅觸發角減小，導通角增加，輸出勵磁電流增大，發電機電壓下降得到補償。

圖1 可控相復勵調壓裝置結構圖

2 調壓裝置故障診斷知識庫建立

故障樹模型作為一個基于研究對象結構、功能特征的行為模型，結合形象、直觀的圖形演繹法，圍繞某些特定的故障狀態進行層層深入的分析，表達系統內在聯系，并指出元部件故障與系統故障之間的邏輯關系，找出系統的薄弱環節；故障診斷知識庫是綜合利用多個專家的經驗和知識建立起來的故障診斷知識表示，其知識之間具有故障樹所特有的層次關系，即知識庫中的一個結論性知識可能是另一個結論知識的前提條件，根據知識庫中的知識，通過某種推理邏輯，可確定故障類型和故障原因。[1,3]基于故障樹建立可控相復勵調壓裝置故障診斷知識庫能夠體現故障診斷知識的經驗性和因果性，知識庫的原型內容如下。

2.1 發電機不能起壓

首先我們建立發電機不能起壓故障樹，如圖2所示。從故障特征可得以下規則：

1) 如果發電機無剩磁電壓，那么發電機應充磁；

2) 如果發電機不能起壓，且有剩磁電壓；那么勵磁回路故障；

3) 如果剩磁電壓極性正確：且電刷、轉子未開路；那么，相復勵裝置故障；

4) 如果相復勵裝置故障：那么整流器故障，可信度為X1;移相電抗器開路，可信度為X2；復勵變壓器故障，可信度為X3。

這里一個故障有多種原因，每個原因的可能性不一樣，則要根據元件的失效率或專家們的經驗給出可信度X1、X2和X3[4]。

2.2 發電機空載電壓低于額定電壓

建立發電機空載電壓低于額定電壓時的故障樹，如圖3所示。從故障特征可得以下規則：

圖2 發電機不能起壓故障樹

圖3 Uf0>Ufe故障樹

2.3 發電機空載電壓高于額定電壓

根據演繹法，同樣可建造出發電機空載電壓高于額定電壓故障樹，如圖4所示。由故障樹可得如下幾條規則：

圖4 Uf0>Ufe故障樹

2) 如果校正器無調節作用；那么VT開路，可信度為X1；分流電阻開路，可信度為X2；VT無觸發脈沖，可信度為X3；

3) 如果VT無觸發脈沖：那么CF觸發電路故障，可信度為X4；比較橋故障，可信度為X5；測量回路故障，可信度為X6；

2.5 發電機運行中突然不發電

建立發電機運行中突然不發電故障樹如圖5所示。由故障特征可得如下規則：

1) 如果發電機突然不發電，那么可能整流器擊穿、勵磁回路開路、電抗器或相復勵變壓器線圈短路；

2) 如果移相電抗器鐵心松動，以致氣隙減小，自勵分量減小，使端電壓下降，失電壓保護而跳閘[5]。

圖5 運行中突然不發電故障樹

2.6 當負載增加時，發電機電壓大幅度下降

建立負載增加時發電機電壓大幅度下降故障樹如圖6所示。由故障樹可得如下幾條規則：

1) 如果負載增加時，發電機電壓大幅度下降，說明勵磁電流無法補償電樞反應，造成端電壓下降，則整流橋開路或一相無觸發脈沖；

2) 如果勵磁電流無調節作用，那么VT開路，可信度為X1；一相無觸發脈沖，可信度為X2；

3) 如果VT無觸發脈沖：那么CF觸發電路故障，可信度為X3；比較橋故障，可信度為X4；測量回路故障，可信度為X5；

4) 如果移相電抗器、整流器、相復勵變壓器無開路，那么調換相復勵變壓器電流繞組和電壓繞組極性一致，檢修調速器，將鐵心調回原位，固定好。

圖6 當負載增加時，發電機電壓大幅度下降

3 結束語

隨著船舶大型化和自動化的不斷提高，船舶電力系統的容量和控制系統更加復雜，對于船上電氣工作人員來說，船舶同步發電機及其調壓裝置故障診斷與維修已不再是一件（下轉第73頁）容易的事。以故障樹為工具，建立可控相復勵調壓裝置故障診斷知識庫，有助于解決調壓裝置故障診斷的盲目性問題，及早識別故障、診斷故障和排除故障，具有參考和推廣應用價值。

[1] 楊家濤. 基于CLIPS的船舶機艙設備故障診斷專家系統研究[D]. 武漢理工大學碩士論文,2012. 06

[2] 阮礽忠. 船舶電氣設備維修技術[M]. 北京: 機械工業出版社, 2013.01.

[3] 王文義. 船舶電站[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學出版社, 2006.07

[4] 控制系統故障診斷與容錯控制的分析和設計[M]. 北京: 國防工業出版社, 2008.02.

[5] 中國海事服務中心組織編寫. 船舶電氣與自動化[M]. 大連: 大連海事大學出版社, 2012.06.

Designing of Fault Diagnosis Knowledge Database for Controllable Phase-compounding Excitation System Based on Fault Trees

Sun Yanqiu

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao, Liaoning 125000)

U665

A

1003-4862（2014）02-0062-03

2013-11-12

孫艷秋(1970-)，女，碩士/副教授。研究方向：船舶電氣及自動化技術。