某船柴油發電機組控制系統典型故障分析

杜旭燦，彭榮華

(1.4808工廠 威海修船廠，山東 威海 264200；2.北部戰區海軍保障部直屬保障隊，山東 青島 266071)

某船有4臺柴油發電機組，其中3#機組為停泊發電機，采用機械調速控制系統，其余3臺均采用全電子控制系統，其原理是利用電感應作用接收信號，并通過電子系統將電信號轉換為機械作用來調節噴油泵供油量大小，以控制柴油機在設定轉速下穩定運行。

1 工作原理

系統由機旁控制箱、啟動馬達、電子調速器(見圖1)、負荷分配器(見圖2)、UPS電源、柴油機附帶傳感器、配電板發電機側的電壓互感器、電流互感器、大開關等組成。通過柴油機機旁控制箱實現柴油機啟、停控制，并對柴油機的重要參數如柴油機轉速、滑油壓力、排溫等進行監控。當柴油機正常運行，需要并聯工作時，通過配電板的負荷分配器“單機—并聯”轉換開關，實現任意2臺柴油發電機組并聯工作，并隨系統負載的變化，實現2臺柴油發電機組有功功率的自動分配。

圖1 調速器接線示意圖

柴油機轉速由電子調速器進行控制，其原理是：來自轉速傳感器的交變脈沖電壓信號，經電子調速器內頻率/電壓轉換器轉換成與柴油機轉速成正比的直流電壓信號，此信號值與轉速調整電位器給定的電壓信號進行比較，差值經比例、積分、微分控制及衰減與快速響應修正，放大后進入執行器驅動電路，執行器驅動電路根據信號量的變化，不斷調整執行器齒條位移，從而控制柴油機穩定運行。

柴油機并聯自動工作時，負載分配通過負荷分配器進行控制，發電機母線電壓信號、母線電流信號經過負荷分配器內部電路濾波放大后(見圖3)，經MC1594四象限模擬乘法器及CA3240運算放大器等進行運算(見圖4)。運算結果與另外1臺柴油機發電機組信號進行比較，比較后的信號送至各自電子調速器，電子調速器通過判斷信號的大小，控制執行器調節柴油機供油量，實現2臺柴油發電機組有功功率動態平衡。

圖2 負荷分配器接線圖

圖3 母線電壓、電流信號輸入處理電路

圖4 四象限運算處理電路

2 典型故障及修理措施

該船為我廠首次承修，電子調速器、負荷分配器均為某外國廠家設計制作，無任何技術資料，故障分析難度大。現對典型故障及修理措施進行簡要介紹。

1)2#柴油機啟動時，柴油機瞬間轉速非常高，易產生飛車故障。由于柴油機控制箱、滑油預供泵、電源箱、柴油機的部分組件均進行了出艙修理，在設備組裝完畢后，對電子調速器、馬達電位器均按規定進行了調整，然后進行柴油機啟動試驗，第一次、第二次均出現啟動瞬間轉速達到900 r/min的情況,并且有繼續上升的趨勢，然后緊急停車，對系統進行檢查，具體步驟如下。

(1)對電子調速器轉速傳感器、連接部件進行檢查，未發現有松動或安裝不到位現象。

(2)檢查執行器，動作靈活，無卡滯現象。

(3)系統供電，測量電子調速器內反饋電壓(內部測試點為：0 V、TP 6)，齒條在零位時，電壓為1.5 V(規定值為1.5 V±0.1 V)；齒條在最大位置時，電壓為5.06 V(規定值為5.0 V±0.1 V)，反饋信號正常。

(4)測量電子調速器的供電電源為DC26 V，波形平穩、無雜波。

(5)檢查啟動馬達未發現異常。

(6)切除啟動電路，模擬柴油機啟動過程，在啟動、運行滑油預供泵時，發現電子調速內電源指示燈有閃爍現象。經測量，當預油泵正常運行時，電子調速器工作電源(DC26 V)下降至DC13 V左右，波動較大，若在此時啟動柴油機，會導致電子調速器工作紊亂，執行器動作異常，從而引起柴油機啟動時容易飛車。經檢查，該預供油泵工作電源為DC24 V，電源正負接反，雖然預供油泵能正常供油，但會導致蓄電池電壓異常，由于該蓄電池組為電子調速器供電，因此電子調速器工作電源不穩定，從而導致柴油機啟動時，轉速異常，糾正系統線路后，2#柴油機啟動正常。

2)1#、2#、4#柴油機無法實現自動分配負荷故障。進廠系泊試驗時，任意2臺柴油機在并聯時，無法實現負載自動分配，并且1#、4#負荷分配器附近有燒焦氣味。由于該負荷分配系統為我廠首次修理，因此對該控制系統采取分步解決措施。

(1)用萬用表測量負荷分配器內部部件，發現1#、4#負荷分配器電源變壓器原邊損壞，該變壓器為固體封裝，且控制系統對副邊的同名端均有要求，市面上無法采購到。因此，我們對變壓器進行分解，獲取了需要的數據，1、3端子為輸入AC110 V，1、6端子為輸入AC220 V，8、9端子為輸出AC18 V，9、11端子為輸出AC18 V，9端子為輸出繞組的公共端子，且8、9為同名端，功率約為10 W，購置類似變壓器，并進行實驗室安裝、調試，控制電路板電源電路輸出電壓正確、沒有諧波，滿足使用要求。

(2)對1#、2#、4#柴油機負荷分配系統控制原理進行測繪，發現4#柴油機負荷分配器外圍連接線路不正確，母線電壓檢測信號錯誤的接到控制電路板接線端子2 A、3 A、4 A端，因此對4#柴油機負荷分配器接線進行了糾正，將原來接到負荷分配器接線端子2 A、3 A、4 A導線更改至標號為2、3、4的接線端子上，保證母線電壓檢測正確。

(3)對電子調速器執行器反饋電壓進行測量，零位及最大燃油位反饋電壓不準確。開機前，對電子調速器執行器反饋電壓按技術規范進行整定：用萬用表測量內部測試點(0 V、TP6)，不開機，調整“停止”電位器，使萬用表讀數為1.5 V±0.1 V；再將執行器輸出軸搖臂推到最大供油位置，同時調節“最大油量”電位器至5.0 V±0.1 V。重復上述動作，直到調整誤差小于等于±0.1 V。

(4)馬達電位器設定不準確。柴油機啟動后，對負荷分配系統的馬達電位器設定不準確進行了重新整定。首先將馬達電位器調至中間位置(測量端子電阻約為2.5 kΩ),啟動柴油機，逆時針旋轉馬達電位器4圈，調整電子調速器內最小轉速傳感器至要求的最低轉速650 r/min，然后順時針調整馬達電位器8圈，調整電子調速器內最大轉速電位器，使柴油機轉速達到最高空載轉速1 050 r/min，反復校對馬達電位器在8圈內的速度調整范圍。

(5)調整負荷分配器內部參數。并車自動負荷分配試驗，先進行1#并2#、2#并1#自動負荷分配試驗，順時針整定負荷分配器增益電位器，使得單機功率90～300kW時，功率分配差額小于5 kW。然后進行4#并1#、1#并4#、4#并2#、2#并4#試驗，4#負荷分配器控制電路板LED1、LED2、LED3、LED4指示燈異常點亮，用示波器測量IC2∶10、IC3∶10、IC4∶10管腳的波形輸出異常(正常波形見圖5)，更換MC1594四象限模擬乘法器及CA3240運算放大器后，工作正常，然后，調整控制電路板內增益、最大限制等控制電位器，使得單機功率90～300 kW時，功率分配差額小于5 kW。

(6)完成上述工作后，對負荷分配系統進行系泊、航行試驗，均能實現負荷的自動分配，功率分配差額為0～5 kW，符合每臺發電機實際承擔的有功功率與平均值之差，應不超過發電機額定有功功率的±10%(60 kW)的試驗要求。并車試驗時，負荷分配器接線端子測量數據見表1。

圖5 IC2∶10、IC3∶10、IC4∶10管腳的波形

表1 并車試驗時，負荷分配器接線端子測量數據

3)1#柴油發電機組高速時，轉速顯示不準確故障。柴油機在800 r/min以下時，機旁控制箱液晶顯示屏主機轉速顯示非常準確，但在額定轉速1 000 r/min時，顯示的數值比實際轉速小近5 r/min，故障排除過程如下。

(1)柴油機齒盤齒數為188齒，通過公式f=nz/60(f為頻率，n為轉速，z為齒數)進行計算，當柴油機轉速為1 000 r/min時，頻率為3.133 kHz,然后用信號發生器模擬3.133 kHz正弦波信號，顯示屏轉速顯示1 000 r/min，說明線路及信號處理電路工作正常。

(2)檢查轉速傳感器安裝間隙為1.5 mm，符合要求(安裝間隙≤3 mm)。

(3)檢查柴油機飛輪齒盤，發現部分齒盤由于啟動馬達原因，有損壞現象，因此對齒盤進行了焊補修復，但經后期試驗時，故障依舊。

(4)更換轉速傳感器，但故障現象與原來一致。由于齒盤經修復后，非常完好，并且轉速傳感器安裝間隙也符合要求，最后，懷疑轉速傳感器安裝角度存在問題，通過仔細觀察，轉速傳感器感應探頭與齒盤齒頂沒有垂直，通過調整安裝支架使轉速傳感器與齒頂垂直，故障排除。

3 結束語

通過對該船柴油發電機組電子調速器、負荷分配器內部控制電路板原理的測繪、分析、調試，已掌握電子調速器、負荷分配器核心工作原理，并排除典型故障，為工廠承修類似負荷分配器、電子調速器打下堅實基礎。