譚健 江金芬

摘? ? 要：船舶電站的安全穩(wěn)定運行對船舶運行至關重要，船舶電站運行不穩(wěn)定對船舶航行的危害很大，研究分析引起并列運行發(fā)電機逆功率的主要原因及其故障排除方法非常必要。船舶電站逆功率故障的原因，主要從調(diào)速器、逆功率保護繼電器、功率分配及并車模塊、調(diào)速特性等方面分析，針對不同的故障原因采用靈活有效的處理方法，才能準確快速的排除故障。

關鍵詞：船舶電站;逆功率;調(diào)速器

中圖分類號：U665.1? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Ship power station is the heart of the ship， its safe and stable operation is very important to the reliability of ship operation. The unstable operation of ship power stations is harmful to the navigation of ships. Therefore， it is necessary to analyze the main causes of the reverse power of parallel generators and its troubleshooting methods. The causes of reverse power fault of the ship power station are mainly analyzed from the aspects of governor， reverse power protection relay， power distribution and parallel module， speed regulation characteristics， etc. In order to eliminate the fault accurately and quickly， effective treatment methods should be flexibly adopted for different fault reasons.

Key words： Ship power station; Reverse power; Governor

1? ? 前言

船舶電站是船舶電氣設備的核心，其作用是源源不斷地給船舶用電設備提供電能。船舶電站的安全穩(wěn)定運行對船舶安全航行起到至關重要的作用。因此必須做到供電安全可靠、穩(wěn)定，一旦發(fā)生故障能夠迅速排除。本文主要對電站逆功率現(xiàn)象進行具體分析。

2? ?發(fā)電機逆功率運行的危害

發(fā)電機逆功率保護是發(fā)電機非常重要的一種主保護，又稱為功率方向保護。發(fā)電機正常運行時是將原動機的機械能通過旋轉(zhuǎn)的磁場轉(zhuǎn)化為電能，其功率的方向是由發(fā)電機流向配電板的供電母線;但當發(fā)電機發(fā)生故障引起功率反向流動時，功率由母線流向發(fā)電機，即發(fā)電機不但不發(fā)電反而吸收功率，也就是說發(fā)電機變成了電動機運行。

短時間逆功率運行對發(fā)電機來說并沒有什么危害，但是長時間逆功率運行則可能導致發(fā)電機的繞組過熱甚至燒毀;同時，發(fā)電機變?yōu)殡妱訖C運行后會給原動機一個反向的力矩，極有可能會導致原動機的嚴重損壞，造成巨大的損失。

發(fā)電機逆功率保護的設置，是為了在發(fā)生逆功率故障時保護發(fā)電機和原動機的安全。在逆功率超過一定數(shù)值并在設定的延時時間內(nèi)沒有恢復到正常范圍時，逆功率保護動作會切斷發(fā)電機出口的主開關，將故障發(fā)電機組脫離電網(wǎng)運行。因此，應盡量避免發(fā)電機組發(fā)生逆功率故障，并在發(fā)生故障時候逆功率保護裝置能及時準確動作。

3? ?并列運行發(fā)電機組發(fā)生逆功率的原因

導致船舶電站逆功率故障的原因很多，主要從調(diào)速器、逆功率保護繼電器、功率分配及并車模塊、調(diào)速特性等方面分析，針對不同的故障原因采用靈活有效的處理方法，這樣才能準確快速排除故障。

3.1? 調(diào)速器故障

調(diào)速器是控制原動機轉(zhuǎn)速的核心部件。原動機調(diào)速器故障會導致發(fā)電機轉(zhuǎn)速波動，進而導致并列運行發(fā)電機組功率分配不均并呈現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，當某臺發(fā)電機逆功率達到設定值并在整定時間內(nèi)未恢復正常，則逆功率保護動作將該臺發(fā)電機組解列。所以，原動機調(diào)速器故障是引起發(fā)動機逆功率的重要原因之一。

3.2? 功率分配和并車模塊故障

發(fā)電機并車與保護單元（PPU）是控制船舶電站電力分配和并車的專用模塊，該模塊是實現(xiàn)電站自動啟停、并車、功率分配、保護的關鍵部件。如果該模塊工作不穩(wěn)定甚至發(fā)生故障，必定會導致發(fā)電機功率的大幅震蕩，并可能導致逆功率保護動作解列。

3.3? 并列運行發(fā)電機組調(diào)速特性差異大

并列運行發(fā)電機組調(diào)速特性差異大也是導致逆功率保護動作的原因之一。每臺發(fā)電機組的調(diào)速特性都不完全一樣，只要差異控制在一定范圍內(nèi)，則各發(fā)電機組并列穩(wěn)定運行是沒有問題的，但當差異超出規(guī)定范圍時發(fā)電機組就可能發(fā)生逆功率。因此，電站的調(diào)試也是先進行單機調(diào)試，將各發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性調(diào)整至基本相同時再進行并列運行試驗，確保發(fā)電機組調(diào)速特效基本相同是發(fā)電機并列運行的重要條件之一。

3.4? 外部電磁干擾

電站的核心控制部件基本上都是電氣控制器件，主要包括PPU、PLC、原動機調(diào)速器以及各種繼電器等電子元器件。這些電子設備工作電流都比較小，屬于弱電設備，較大的電磁干擾會直接導致這些電氣設備的工作異常甚至導致事故發(fā)生，所以電磁干擾也是發(fā)電機發(fā)生逆功率不可忽視的原因之一。

3.5? 原動機轉(zhuǎn)速波動大

原動機轉(zhuǎn)速波動大會直接導致發(fā)電機功率不穩(wěn)定，也會導致逆功率的發(fā)生。原動機轉(zhuǎn)速波動大的原因有很多，PPU、PLC、電磁干擾都可能是原因。另外，原動機的供油系統(tǒng)故障也會導致發(fā)電機轉(zhuǎn)速功率波動，如：燃油系統(tǒng)泄漏或者存在空氣、燃油質(zhì)量差，燃油存在水分和其他雜質(zhì)、燃油供給系統(tǒng)的輸送泵、濾網(wǎng)堵塞等，都會破壞燃油供給的連續(xù)性，從而導致逆功率的發(fā)生。

3.6? 逆功率保護繼電器故障

逆功率繼電器在電站中應用比較普遍，對電站的安全運行非常重要。逆功率繼電器是一個測量功率方向的電器，當發(fā)電機出現(xiàn)逆功率達到整定值時，經(jīng)過一定延時后繼電器動作將該發(fā)電機從電網(wǎng)解列。如果輸入的電流和電壓極性接反，則會導致該繼電器誤動作，整定值不正確也會導致靈敏度不符合要求。所以，當發(fā)電機組發(fā)生逆功率故障時，有必要重點檢查逆功率保護繼電器工作和接線是否正常、整定值是否正確，如發(fā)現(xiàn)問題必須及時進行處理。

4? ?某船電站逆功率故障實例分析

4.1? 某船電站基本情況及逆功率故障現(xiàn)象

某船電站系統(tǒng)由兩臺發(fā)電機組、1套主配電板、1套發(fā)電機控制板等設備組成：發(fā)電機的額定功率為120 kW、額定電流228.2 A、額定電壓390 V、額定頻率50 Hz、額定功率因素0.8（滯后）;發(fā)電機采用柴油機作為原動機，柴油機為雙列、四沖程、水冷、直噴式柴油機。

電站逆功率故障發(fā)生前狀態(tài)：兩臺發(fā)電機雙機并列運行穩(wěn)定，電站總功率51 kW（左機25.7 kW，左機25.3 kW）;船舶航速17.3 kn。

該船在航行過程中左發(fā)電機逆功率解列甩負荷至零，電站負荷全部轉(zhuǎn)至右發(fā)電機，主配電板和發(fā)電機控制板均觸發(fā)左機逆功率聲光報警。發(fā)電機逆功率發(fā)生前后功率分配，如圖1所示。

4.2? 故障原因分析及排除

左發(fā)電機組發(fā)生逆功率解列后，技術人員認真分析故障現(xiàn)象并積極進行故障排查。該電站發(fā)電機逆功率保護的整定值為額定功率的8%～15%、延時3～8 s，發(fā)電機的額定功率為120 kW，即逆功率整定值為-9.6 至-18 kW。通過查詢電站歷史參數(shù)和報警記錄，發(fā)現(xiàn)發(fā)生逆功率的左發(fā)電機功率最低到了-13.3 kW左右，并持續(xù)了近6 s后逆功率保護動作發(fā)電機解列。這說明逆功率保護動作正常，排除了保護誤動的可能。那么導致發(fā)生逆功率的原因是什么呢？通過進一步排查，發(fā)現(xiàn)左發(fā)電機轉(zhuǎn)速在1 500～1 282 r/min時發(fā)生間斷波動，而正常運行的右發(fā)電機轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定于額定轉(zhuǎn)速。

根據(jù)以往電站運行經(jīng)驗，發(fā)電機轉(zhuǎn)速波動很可能是燃油系統(tǒng)故障引起。但通過對燃油系統(tǒng)進行排查，并未發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏油和存在空氣，清洗燃油濾器后轉(zhuǎn)速波動現(xiàn)象依然存在，所以燃油系統(tǒng)不是引起發(fā)電機逆功率的原因。

通過外接監(jiān)控器監(jiān)控PPU和PLC的運行，并施加相應的模擬信號進行測試，發(fā)現(xiàn)模塊的相關監(jiān)測、控制和保護功能均正常，這也排除了PPU和PLC存在故障的可能。

并列運行發(fā)電機組調(diào)速特性差異大也會引起逆功率保護動作，但這只是針對多臺并列運行發(fā)電機組而言的，發(fā)電機組單機運行功率和轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)下仍然波動一般是不會發(fā)生的。

那么，極有可能的原因是發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障，導致轉(zhuǎn)速波動進而導致逆功率故障的發(fā)生。該電站原動機的調(diào)速系統(tǒng)是廣泛應用的電子調(diào)速系統(tǒng)，故對該電子調(diào)速系統(tǒng)進行詳細的分析。

電子調(diào)速系統(tǒng)的主要部件有：電子調(diào)速器、轉(zhuǎn)速傳感器、電磁執(zhí)行器和控制開關等，其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

電子調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：柴油機的實際轉(zhuǎn)速由磁電式轉(zhuǎn)速傳感器探測，轉(zhuǎn)速指令由電子調(diào)速器上的轉(zhuǎn)速設定電位器和外部遙控電位器設定;指令值與設定值比較后得到轉(zhuǎn)速偏差信號;該偏差信號經(jīng)PID調(diào)節(jié)器放大后得出柴油機燃油供給量油門，該油門指令與當前電磁執(zhí)行器實際輸出位置比較后得出油門偏差量，從而精準地控制執(zhí)行器的輸出位置也就是精準控制了柴油機的供油量，使柴油機在所設定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。

電子調(diào)速系統(tǒng)作為一個閉環(huán)控制的自動控制系統(tǒng)，其任何一個部件故障均會導致轉(zhuǎn)速失控，進而導致發(fā)電機組逆功率的發(fā)生。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速傳感器是比較容易發(fā)生故障的，經(jīng)對傳感器安裝的角度、距離、清潔程度以及接線進行檢查均未發(fā)現(xiàn)異常，更換傳感器也并未消除逆功故障;對調(diào)兩臺發(fā)電機組的電子調(diào)速器和電磁執(zhí)行器后重新啟動，發(fā)電機組逆功率故障并未轉(zhuǎn)移，這就排除了因轉(zhuǎn)速傳感器、電子調(diào)速器和電磁執(zhí)行器故障導致逆功率的發(fā)生。

進一步對電子調(diào)速系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組機旁控制柜控制高速/低速轉(zhuǎn)換的繼電器存在接觸不良的故障，繼電器觸頭閉合正常情況下電阻應該是非常小的，若接觸電阻較大就可能會發(fā)生轉(zhuǎn)速失控故障。電子調(diào)速器通過電信號控制柴油機的高速和低速，高、低速繼電器的觸點之間存在幾十歐姆的電阻且電阻值不斷變化的接觸，直接導致發(fā)電機組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，最終導致逆功率故障的發(fā)生。通過更換故障的高、低速繼電器后，右發(fā)電機組轉(zhuǎn)速波動現(xiàn)象消失，雙機并列運行穩(wěn)定可靠，逆功率故障得到了根本的解除。

4.3? 更換高、低速繼電器后雙機并列運行的效果

更換合格的高、低速繼電器后并車運行功率曲線圖，如圖3所示。從圖3可以看出電站總功率為50 kW左右，兩臺發(fā)電機組并列運行功率分配均勻穩(wěn)定，功率差值很小，相差值基本在±2 kW范圍內(nèi)，達到了設計技術要求。發(fā)電機逆功率保護的整定值為額定功率的8%～15%，更換繼電器后逆功率故障得到了根本解決。

5? ?結(jié)束語

船舶電站的安全穩(wěn)定運行直接關系到船舶的安全穩(wěn)定運行。由于船舶電站設備較多，控制系統(tǒng)也較復雜，其連續(xù)運行過程中難免會發(fā)生各種故障，逆功率就是電站常見的故障之一。引起發(fā)電機組逆功率故障的原因不僅局限于以上分析，電站管理人員必須熟悉電站的工作原理、設備組成和控制邏輯，這樣在排除故障時才能準確到位。

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