孫艷秋

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基于故障樹的可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置故障診斷知識庫建立

孫艷秋

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125000）

本文以故障樹為工具，對實(shí)際應(yīng)用中可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置的故障類型、可能故障原因進(jìn)行分析總結(jié)，建立了基于故障樹的可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置故障診斷知識庫，為進(jìn)一步創(chuàng)建船舶同步發(fā)電機(jī)智能故障診斷系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置 故障樹 知識庫

0 引言

可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置是船舶無刷同步發(fā)電機(jī)常用的調(diào)壓裝置，其作用是自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的恒定和并聯(lián)運(yùn)行時(shí)無功功率的合理分配。調(diào)壓裝置一旦發(fā)生故障，會(huì)影響到整個(gè)船舶電力系統(tǒng)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性，甚至?xí)＜按白鳂I(yè)和航行安全。因此，對可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置故障的及時(shí)診斷和分析是非常重要的。

1 可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置簡介

可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置主要由相復(fù)勵(lì)勵(lì)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(fù)勵(lì)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(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置結(jié)構(gòu)圖。裝置由移相電抗器（L）、相復(fù)勵(lì)變壓器（T）、測量電路（CL）、移相觸發(fā)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(fā)電機(jī)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(dǎo)通角，從而改變勵(lì)磁電路的分流大小，以達(dá)到電壓偏差的可控調(diào)節(jié)。電壓調(diào)節(jié)過程如下：單機(jī)運(yùn)行時(shí)，在發(fā)電機(jī)負(fù)載電流增加的情況下，發(fā)電機(jī)電壓趨于下降(由于電樞反應(yīng)電抗壓降的原因)。而在電壓校正器AVR的測量部分，發(fā)電機(jī)電壓整流后的直流電壓克服穩(wěn)壓管的基準(zhǔn)電壓后，其電壓差下降，使電壓差控制的可控硅觸發(fā)角減小，導(dǎo)通角增加，輸出勵(lì)磁電流增大，發(fā)電機(jī)電壓下降得到補(bǔ)償。

圖1 可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置結(jié)構(gòu)圖

2 調(diào)壓裝置故障診斷知識庫建立

故障樹模型作為一個(gè)基于研究對象結(jié)構(gòu)、功能特征的行為模型，結(jié)合形象、直觀的圖形演繹法，圍繞某些特定的故障狀態(tài)進(jìn)行層層深入的分析，表達(dá)系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系，并指出元部件故障與系統(tǒng)故障之間的邏輯關(guān)系，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)；故障診斷知識庫是綜合利用多個(gè)專家的經(jīng)驗(yàn)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(guān)系，即知識庫中的一個(gè)結(jié)論性知識可能是另一個(gè)結(jié)論知識的前提條件，根據(jù)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(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置故障診斷知識庫能夠體現(xiàn)故障診斷知識的經(jīng)驗(yàn)性和因果性，知識庫的原型內(nèi)容如下。

2.1 發(fā)電機(jī)不能起壓

首先我們建立發(fā)電機(jī)不能起壓故障樹，如圖2所示。從故障特征可得以下規(guī)則：

1) 如果發(fā)電機(jī)無剩磁電壓，那么發(fā)電機(jī)應(yīng)充磁；

2) 如果發(fā)電機(jī)不能起壓，且有剩磁電壓；那么勵(lì)磁回路故障；

3) 如果剩磁電壓極性正確：且電刷、轉(zhuǎn)子未開路；那么，相復(fù)勵(lì)裝置故障；

4) 如果相復(fù)勵(lì)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(fù)勵(lì)變壓器故障，可信度為X3。

這里一個(gè)故障有多種原因，每個(gè)原因的可能性不一樣，則要根據(jù)元件的失效率或?qū)＜覀兊慕?jīng)驗(yàn)給出可信度X1、X2和X3[4]。

2.2 發(fā)電機(jī)空載電壓低于額定電壓

建立發(fā)電機(jī)空載電壓低于額定電壓時(shí)的故障樹，如圖3所示。從故障特征可得以下規(guī)則：

圖2 發(fā)電機(jī)不能起壓故障樹

圖3 Uf0>Ufe故障樹

2.3 發(fā)電機(jī)空載電壓高于額定電壓

根據(jù)演繹法，同樣可建造出發(fā)電機(jī)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(guī)則：

圖4 Uf0>Ufe故障樹

2) 如果校正器無調(diào)節(jié)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(fā)脈沖，可信度為X3；

3) 如果VT無觸發(fā)脈沖：那么CF觸發(fā)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(fā)電機(jī)運(yùn)行中突然不發(fā)電

建立發(fā)電機(jī)運(yùn)行中突然不發(fā)電故障樹如圖5所示。由故障特征可得如下規(guī)則：

1) 如果發(fā)電機(jī)突然不發(fā)電，那么可能整流器擊穿、勵(lì)磁回路開路、電抗器或相復(fù)勵(lì)變壓器線圈短路；

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

圖5 運(yùn)行中突然不發(fā)電故障樹

2.6 當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓大幅度下降

建立負(fù)載增加時(shí)發(fā)電機(jī)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(guī)則：

1) 如果負(fù)載增加時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓大幅度下降，說明勵(lì)磁電流無法補(bǔ)償電樞反應(yīng)，造成端電壓下降，則整流橋開路或一相無觸發(fā)脈沖；

2) 如果勵(lì)磁電流無調(diào)節(jié)作用，那么VT開路，可信度為X1；一相無觸發(fā)脈沖，可信度為X2；

3) 如果VT無觸發(fā)脈沖：那么CF觸發(fā)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(fù)勵(lì)變壓器無開路，那么調(diào)換相復(fù)勵(lì)變壓器電流繞組和電壓繞組極性一致，檢修調(diào)速器，將鐵心調(diào)回原位，固定好。

圖6 當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓大幅度下降

3 結(jié)束語

隨著船舶大型化和自動(dòng)化的不斷提高，船舶電力系統(tǒng)的容量和控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，對于船上電氣工作人員來說，船舶同步發(fā)電機(jī)及其調(diào)壓裝置故障診斷與維修已不再是一件（下轉(zhuǎn)第73頁）容易的事。以故障樹為工具，建立可控相復(fù)勵(lì)調(diào)壓裝置故障診斷知識庫，有助于解決調(diào)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(yīng)用價(jià)值。

[1] 楊家濤. 基于CLIPS的船舶機(jī)艙設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)研究[D]. 武漢理工大學(xué)碩士論文,2012. 06

[2] 阮礽忠. 船舶電氣設(shè)備維修技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.01.

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

[4] 控制系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制的分析和設(shè)計(jì)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2008.02.

[5] 中國海事服務(wù)中心組織編寫. 船舶電氣與自動(dòng)化[M]. 大連: 大連海事大學(xué)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(dòng)化技術(shù)。