船舶同步發電機并車常見故障分析

王健

摘 要：介紹船舶同步發電機并車的工作原理和常見故障，分析其原因，提出維護和處理建議。

關鍵詞：無刷同步交流發電機;發電機并車;自動電壓調節器（AVR）;自動并車模塊

中圖分類號：U665.11? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）09-0084-02

船舶電站是船舶的重要組成部分，是船舶電力系統的核心，船舶電站的可靠運行對保證船舶安全具有重要意義。船舶電站由發電裝置和配電裝置組成，船舶通常設有2-3臺同容量、同型號的發電機組，日常由一臺發電機向電網供電。隨著船舶的大型化和自動化程度的不斷提高，越來越多的船舶設備需要用電能來驅動和控制，電能成為船舶運行和生產的主要能源和動力。特別在船舶進出航道或需要啟動較大用電設備時，就需要2臺甚至3臺發電機并列運行。或者是發電機日常保養中為了能夠不間斷地供電，都需要進行并車，解列。本文通過一例發電機并車故障來分析其產生原因和注意事項。

1 故障現象

某輪有2臺無刷同步交流發電機。型號MX-H-350-4，額定功率350KW/437、5KVA。我上船以后發現2臺發電機無法相互自動準同步并車，平常并車都是采用手動準同步并車。曾經因為手動并車后負載轉移不及時，引起主開關跳閘，造成全船失電。

2 故障分析

2.1發電機的工作原理

無刷交流發電機的工作原理是：①發電機采用旋轉磁場式，其勵磁繞組裝在轉子上，而交流勵磁機采用旋轉電樞式，其勵磁繞組裝在定子上，發電機的勵磁繞組和勵磁機的電樞繞組固定在同一轉軸上，轉軸上還有一個旋轉整流器，這樣轉子部分自成閉合電路。②勵磁機的勵磁電流則通過調節進入勵磁機磁場的電流來控制交流無刷發電機的輸出電壓。所以無刷發電機的電壓調節就是調節發電機定子繞組向勵磁機定子繞組供應的電流，主要由相復勵勵磁裝置和自動電壓調節器（AVR）兩部分組成。③可控相復勵勵磁裝置根據同步發電機的實際電壓，調節勵磁機的勵磁電流，控制流過同步發電機勵磁繞組的電流，實現穩定同步發電機輸出電壓和自動分配無功功率的目的。④自動電壓調節器（AVR）采用分流校正同步發電機的電壓，使系統具有滿意的靜態性能。

由于2臺發電機單獨運行時都能正常起壓，在負載變化時也能完成功率的正常分配，并且能保持輸出電壓的穩定。即排除了發電機本身的問題，問題應該出在了并車環節。

2.2 發電機的并聯運行

2.2.1交流同步發電機并聯運行條件

（1）相序一致：待并發電機必須與運行機（電網）相序一致。出廠時各臺發電機的相序都已檢查，校對一致了，因此實際并車操作時不必再檢查相序。

（2）頻率相等：待并發電機的頻率應與運行機（電網）頻率相等。實際操作時，允許誤差在0.5Hz以內。

（3）相位相等：待并發電機電壓相位（或初相位）應與運行機（電網）電壓相位相等。實際并車操作時，允許相差10-15度以內。

（4）電壓相等：待并發電機電壓應與運行機（電網）電壓的有效值相等。實際操作時電壓之差允許在10%以內。

2.2.2 交流同步發電機并聯運行操作方法

目前船上采用的并聯運行操作方法主要可分為三類：a.準同步法。b.自同步法。C.粗同步法（電抗同步法）。現在船舶上通常采用的手動并車，半自動并車及自動并車均屬于準同步并車法。準同步法是將待并發電機組及運行發電機的電壓、頻率和相位都調整到十分接近，再合上待并發電機組的主開關。此法在并車時產生的沖擊電流、沖擊轉矩和母線電壓的下降都很小，對系統的影響較小。

2.2.2.1手動準同步并車通常采用燈光法和整步表法來檢測并車條件。

燈光法分為燈光明暗法和燈光旋轉法。同步表是一種用來檢測待并發電機與電網電壓、頻率及相位差大小和方向的儀表。手動并車時我們借助同步燈或同步表旋轉方向來判斷待并機的頻率是高于還是低于電網頻率，從而決定待并機是加速或減速，通過調節頻差到滿足并車要求時，抓取相位差為零的時刻按下合閘按鈕。我們船上的管理人員一般都是在整步表指針轉至55分時進行并車合閘操作，這種不管合閘時差頻大小而盲目采取固定提前量的做法是不恰當的，因為從主開關接到合閘指令到其主觸點閉合需要的時間和不同操作人員操作需要的時間（操作人員反應時間、手按按鈕到按鈕觸點閉合時間）是不同的。如果相位差較大，容易在并車瞬間產生相當大的沖擊電流和沖擊轉矩，會對發電機造成損傷，甚至會引起主開關跳閘，造成全船失電，影響船舶安全。所以船上一般都安裝有自動準同步并車裝置。

2.2.2.2自動準同步并車裝置的功能和組成

（1）組成：由自動準同步裝置和自動調頻調載裝置配合完成。

（2）功能：①檢測待并發電機電壓與電網電壓之間的頻率和頻差符號，并根據頻差的大小和符號，向待并發電機發出相應的自動整步的加速或減速信號。②檢測頻差、相位差和電壓差，當滿足允許合閘條件時，適時地發出合閘指令。

（3）如圖1所示合閘控制電路把電壓差允許鑒別的條件、頻差允許鑒別條件與恒定提前時間（主開關合閘時間）捕獲脈沖通過一個合閘與門送出合閘控制信號，使主開關合閘操作。

2.2.3交流同步發電機并車失敗的原因

交流同步發電機并車失敗的原因通常有以下幾方面：①電網參數波動太大：由于有較大負載波動，引起電網功率、頻率、電壓大幅度波動，當并車合閘時產生較大的沖擊電流而使主開關跳閘，所以并車時應斷開劇烈波動的負載，待并車完成后再接通負載。②由于自動調頻調載裝置故障而無法合理分配負載或者手動并車時負載轉移不及時使逆功率繼電器動作引起主開關跳閘。③操作不當，沒有滿足并聯運行的條件就隨意并車而引起大的沖擊電流使主開關跳閘。④自動并車裝置故障，無法給主開關發出合閘指令。⑤均壓線故障或均壓線接線端鈕松脫。

3故障查找

3.1排除懷疑項

通過試驗，就是在電網參數平穩，波動不大的情況下，兩臺發電機也不能互相自動準同步并車，那就排除了電網不穩的原因。手動準同步并車以后，隨著負載的變化發電機能夠完成功率的自動分配，說明自動調頻調載裝置也是正常的，也排除了它的原因。能夠手動準同步并車合閘，說明能夠滿足并聯運行的條件，主開關也沒有問題。檢查均壓線與接線端鈕也是正常的。通過上述分析，基本可以確定造成這種故障現象的原因是自動并車裝置出現了問題，無法發出合閘指令。

3.2確定懷疑項

（1）自動并車裝置不能發出合閘指令一般有以下幾個原因：①裝置本身出現故障。②機組運行不穩定，無法尋覓同步投入條件。③合閘電路有故障，不能合閘。

（2）如圖2所示，并聯運行模塊EP200的輸入電源是通過接在發電機單相電路中的電流互感器提供的。圖中并聯單機開關打開時為并聯運行，閉合時為單機運行。

（3）在1#發電機運行時把2#發電機啟動起來，調試到準同步狀態，按下并車按鈕，測量并聯運行模塊EP200的并聯單機開關兩端，發現2臺發電機的并聯單機開關均為閉合狀態。而并聯單機開關的打開是通過并車按鈕控制一個接觸器來實現的。按下并車按鈕，檢查發現接觸器不動作，檢查從按鈕到接觸器接線正常，線圈控制電壓正常，確定是接觸器故障。換新接觸器，恢復接線，并車試驗，并車恢復正常。

4 結束語

隨著科技的發展，船舶的自動化程度越來越高，信息技術和其它高新技術也都是建立在電能應用基礎之上的。這就要求我們的船舶管理人員除了要不斷地提高自己的專業技能，同時也要對船上的主要機電設備加強維護管理，既要會操作，也要充分了解它們性能特點，工作原理，才能做到科學管理、精心維護、精確保養，才能精確地了解設備的工作狀態，發現問題時能夠下手，敢于下手。確保機電設備始終處于良好的技術狀態，確保船舶安全營運。

參考文獻：

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