一起 CAT3512B發(fā)電機(jī)無(wú)法建壓故障分析

梁海

摘 要：70D電動(dòng)鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)一般有4臺(tái)CAT3512B發(fā)電機(jī)組，大負(fù)載運(yùn)行生產(chǎn)3臺(tái)機(jī)組并聯(lián)使用1臺(tái)備用，現(xiàn)場(chǎng)遇到一起發(fā)電機(jī)無(wú)法建壓的故障，針對(duì)該故障現(xiàn)象分析發(fā)電機(jī)整個(gè)建壓過(guò)程的控制原理，判斷分析該故障可能的原因，并對(duì)機(jī)組建壓故障原因加以總結(jié)。

關(guān)鍵詞：CAT3512B發(fā)電機(jī)組 勵(lì)磁板PC11板 旋轉(zhuǎn)整流子 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 發(fā)電機(jī)定子 勵(lì)磁電流

中圖分類號(hào)：TE92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（b）-0102-02

1 故障現(xiàn)象概述

現(xiàn)場(chǎng)CAT3512B發(fā)電機(jī)組采用ROSSHILL AC模塊控制發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和電壓，額定轉(zhuǎn)速1500rpm，額定電壓600V AC，額定功率1200KW，滿載勵(lì)磁電壓31V，滿載勵(lì)磁電流7.1 A。

機(jī)組正常怠速值960 rpm，故障機(jī)組怠速值1360 rpm，柴油機(jī)工作狀態(tài)未見(jiàn)異常，無(wú)任何故障代碼，測(cè)量怠速1360 rpm時(shí)發(fā)電機(jī)母排電壓只有6 V AC，正常值是330 V AC。柴油機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，正常額定值是1500 rpm，故障機(jī)組速度很快上升到1620 rpm，測(cè)量母排電壓依然是6 VAC，正常建壓過(guò)程在很短時(shí)間3～4 s后上升到600 VAC，可見(jiàn)發(fā)電機(jī)在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中建壓失效，機(jī)組速度控制失控。

2 機(jī)組整個(gè)建壓過(guò)程分析

機(jī)組所產(chǎn)生的電壓是由一個(gè)閉環(huán)控制回路產(chǎn)生的，這個(gè)閉環(huán)控制回路由勵(lì)磁機(jī)定子，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)整流橋組件、主勵(lì)磁轉(zhuǎn)子及主定子組成，如圖1所示。

整個(gè)建壓過(guò)程開始于主勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的剩磁作用會(huì)在主定子產(chǎn)生一個(gè)很小的剩磁電壓，該剩磁電壓經(jīng)變壓器T08的變換供給勵(lì)磁板PC11板，PC11板經(jīng)過(guò)DB1/DB2組件，勵(lì)磁電流經(jīng)過(guò)端子PC—01、PC—10送往勵(lì)磁機(jī)定子，勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子輸出勵(lì)磁電壓經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)整流橋組件送往主勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的電壓會(huì)高于剩磁電壓，從而發(fā)電機(jī)輸出電壓比之前有所提高通過(guò)正反饋過(guò)程的反復(fù)調(diào)節(jié)，最終機(jī)組怠速輸出電壓330V，此時(shí)依靠剩磁建立電壓的過(guò)程結(jié)束，原理如圖2所示。

當(dāng)機(jī)組高速運(yùn)行時(shí)，此時(shí)AC模塊控制單元投入工作，發(fā)電機(jī)輸出電壓由電壓調(diào)節(jié)器控制，此時(shí)PC11板繼電器K1接通，DB1斷開，由可控硅SCR1和SCR2及DB2組成半控橋電路給勵(lì)磁機(jī)提供勵(lì)磁電流，電壓調(diào)節(jié)器控制勵(lì)磁電流，完成發(fā)電機(jī)輸出電壓600V穩(wěn)定不變。

從該起故障現(xiàn)象可以初步判斷機(jī)組勵(lì)磁回路存在開路的現(xiàn)象或者主勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的剩磁不足現(xiàn)象。

3 故障排除過(guò)程

3.1 檢查勵(lì)磁控制回路

（1）檢查勵(lì)磁定子繞組阻值。

拆下PC—01、PC—10端子，測(cè)量勵(lì)磁定子繞組阻值3.8Ω，對(duì)地絕緣正常，說(shuō)明勵(lì)磁定子繞組正常。進(jìn)而檢查連接線緊固中間連接端子TB11-11和TB11-12，檢查勵(lì)磁線路從SCR房經(jīng)過(guò)SCR1#柜端子連接到接線窗口，該處接線端子是否正常松動(dòng)，檢查過(guò)程加以緊固未見(jiàn)異常。

（2）更換勵(lì)磁板PC11板。

檢查勵(lì)磁板的電源TO8變壓器保險(xiǎn)F39/F40通路，TO8變壓器初/次級(jí)繞組值正常。由于機(jī)組怠速過(guò)程中機(jī)組輸出電壓330V，是依靠剩磁電壓建立的過(guò)程，AC模塊控制只是在高速時(shí)才參與機(jī)組電壓的控制，怠速?zèng)]有參與，AC模塊可以不在故障考慮范圍內(nèi)。更換備用勵(lì)磁板PC11板，故障依舊，故障點(diǎn)也不在勵(lì)磁板上，此時(shí)基本可以確定SCR房電路都正常，故障方向重點(diǎn)在發(fā)電機(jī)自身內(nèi)部。

3.2 檢查發(fā)電機(jī)機(jī)組主勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的剩磁不足

檢查發(fā)電機(jī)組側(cè)蓋接線端測(cè)量端子F1和F4之間阻值4.2Ω，F(xiàn)1和F2之間阻值3.4Ω，數(shù)值判斷勵(lì)磁機(jī)定子繞組阻值正常。SCR房PC11板勵(lì)磁控制電壓接在端子F1（+）和F4（-），斷開該處來(lái)自SCR房PC11板勵(lì)磁電壓信號(hào)，由于測(cè)量正常機(jī)組怠速PC11勵(lì)磁板勵(lì)磁電壓輸出6VDC左右，可以選擇萬(wàn)用表的9V電池對(duì)其勵(lì)磁機(jī)充磁，此時(shí)正常機(jī)組可以正常啟動(dòng)。依次連接9 V電池正極接F1（+）負(fù)極接F4（-），此時(shí)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組，對(duì)機(jī)組進(jìn)行怠速動(dòng)態(tài)充磁，連接注意正負(fù)對(duì)應(yīng)一致，充磁時(shí)間6～10 s后松開9 V電池的負(fù)極，來(lái)回反復(fù)幾次。測(cè)量機(jī)組輸出電壓依然是母排電壓只有6 VAC，轉(zhuǎn)速1360 rpm，充磁過(guò)程中機(jī)組電壓未見(jiàn)上升，轉(zhuǎn)速失控，說(shuō)明機(jī)組故障原因不是主勵(lì)磁轉(zhuǎn)子的剩磁電壓不足導(dǎo)致無(wú)法建壓。

3.3 測(cè)量旋轉(zhuǎn)整流橋組件

對(duì)于旋轉(zhuǎn)整流橋組件斷開輸出+正極端，輸出-負(fù)極端，斷開輸入三相交流端子，測(cè)量所有二極管組件都正常。測(cè)量勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子阻值都很小正常。測(cè)量此時(shí)斷開的+正極端，-負(fù)極端接線之間阻值，此處測(cè)量的是主勵(lì)磁線圈阻值，發(fā)現(xiàn)該處阻值在測(cè)量時(shí)數(shù)值來(lái)回變動(dòng)，波動(dòng)范圍在1.6 Ω～1 KΩ變化，同時(shí)測(cè)量該兩端子對(duì)地絕緣也在 0.5 MΩ—2 MΩ變化。測(cè)量正常發(fā)電機(jī)組，該處主勵(lì)磁線圈阻值2.8 Ω，對(duì)地絕緣正常。目前可以判斷此處勵(lì)磁接線與主勵(lì)磁線圈連接處存在接觸不良或者主勵(lì)磁線圈存在局部開路故障。

3.4 與正常機(jī)組對(duì)比試驗(yàn)

選擇正常機(jī)組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，斷開正常機(jī)組F30/31/32電源輸入保險(xiǎn)，速度怠速值直接上升至1360 r/min。此時(shí)由于輸入剩磁電壓斷開被保險(xiǎn)斷開，T08變壓器無(wú)輸入電壓，PC11勵(lì)磁板控制中斷，機(jī)組輸出剩磁電壓測(cè)量母排輸出電壓有44 V AC，該值高于故障機(jī)組6 V AC，其他現(xiàn)象和故障機(jī)組一致，機(jī)組怠速值1360 rpm，高速運(yùn)行值1620rpm。實(shí)驗(yàn)此時(shí)合上GEN1#機(jī)組F30/31/32進(jìn)線保險(xiǎn)，PC11勵(lì)磁板恢復(fù)勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)，此時(shí)機(jī)組很快上升至330 V，機(jī)組怠速轉(zhuǎn)速由運(yùn)行中的1360 r/min很快下降至960 r/min。

該對(duì)比實(shí)驗(yàn)說(shuō)明故障機(jī)組輸出剩磁電壓6 V AC過(guò)低，可能是上述3測(cè)量旋轉(zhuǎn)整流橋組件測(cè)量值勵(lì)磁接線與主勵(lì)磁線圈接觸阻值過(guò)大，造成剩磁電壓過(guò)低造成的，該剩磁電壓過(guò)低會(huì)導(dǎo)致機(jī)組建壓困難。endprint

3.5 重點(diǎn)檢查勵(lì)磁線纜與主勵(lì)磁線圈接觸阻值

在檢查發(fā)現(xiàn)該處連接銅片一端用螺栓緊固勵(lì)磁線纜，一端與主勵(lì)磁繞組線圈壓緊，有絕緣件隔離防護(hù)，由于發(fā)電機(jī)機(jī)組功率輸出端風(fēng)扇吸風(fēng)冷卻導(dǎo)致該處連接處長(zhǎng)時(shí)間沉積污垢較多，如下圖3所示，檢查連接銅片與主勵(lì)磁繞組連接發(fā)現(xiàn)有輕微位移擺動(dòng)。

測(cè)量勵(lì)磁線纜正負(fù)端，輕微晃動(dòng)銅片，有時(shí)數(shù)值從1.6 Ω～幾百KΩ對(duì)應(yīng)變化，有時(shí)可以穩(wěn)定數(shù)值2.2 Ω。重點(diǎn)檢查該連接處，使用電子清潔劑清潔連接銅片，檢查緊固主勵(lì)磁繞組線圈連接，測(cè)量出勵(lì)磁繞組線圈阻值2.2 Ω，對(duì)地絕緣1.8 MΩ，數(shù)值穩(wěn)定和正常機(jī)組基本一致。

再次啟動(dòng)故障發(fā)電機(jī)組怠速運(yùn)行時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速可以正?；謴?fù)到960 rpm，輸出電壓很快上升到330 V AC，怠速PC11勵(lì)磁板勵(lì)磁電壓6.8 VDC，電流值0.7 ADC，高速運(yùn)行輸出電壓600 V AC，測(cè)得勵(lì)磁電壓 8.6 V DC，電流值3.3 A DC。目前可以判斷故障點(diǎn)在于此處勵(lì)磁接線與主勵(lì)磁線圈連接處存在接觸不良，可以排除主勵(lì)磁線圈存在局部開路的故障。

4 結(jié)語(yǔ)

該起故障屬于典型的接觸不良導(dǎo)致，對(duì)此現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)要定期對(duì)發(fā)電機(jī)各繞組接線處積累的雜質(zhì)污垢進(jìn)行清潔，有松動(dòng)和絕緣破壞時(shí)及時(shí)修理。發(fā)電機(jī)組無(wú)法建壓故障排除過(guò)程中，故障點(diǎn)集中在整個(gè)控制回路的檢查，對(duì)其可能的故障原因總結(jié)如下：

（1）勵(lì)磁機(jī)繞組阻值數(shù)值一般2 Ω— 4 Ω，發(fā)電機(jī)主勵(lì)磁和主定子阻值都很小，對(duì)地絕緣良好，阻值過(guò)大說(shuō)明繞組線圈故障，注意發(fā)電機(jī)側(cè)蓋F1（+）負(fù)極接F4（-）端子接線的緊固性。

（2）機(jī)組只有剩磁作用下母排輸出電壓有44 V AC，只要機(jī)組剩磁電壓足夠，機(jī)組無(wú)法正常建壓就可以排除發(fā)電機(jī)自身原因，重點(diǎn)檢查外部發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制。如果剩磁電壓過(guò)低機(jī)組需要充磁可以選用萬(wàn)用表9V電池。

（3）機(jī)組怠速運(yùn)行建壓330 V是剩磁作用的結(jié)果，怠速失壓首先檢查GEN柜F30/F31/F32/F39/F40是否開路，T08變壓器是否正常，檢查勵(lì)磁板PC11工作正常，PC11板怠速輸出6.8 V DC，高速輸出8.6 V DC。檢查勵(lì)磁回路端子連接良好，否則故障原因是發(fā)電機(jī)自身故障。

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