某船發(fā)電機(jī)負(fù)荷異常波動(dòng)故障實(shí)例

一、故障現(xiàn)象某船共有4臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，采用的是日本大發(fā)公司生產(chǎn)的6DLB-26型柴油機(jī)和日本西芝電機(jī)株式會(huì)社制造的NTAXL。VC型無刷自勵(lì)三相交流同步發(fā)電機(jī)，單臺(tái)發(fā)電機(jī)功率為900kW。某日，該船離開母港碼頭時(shí)，1﹟和3﹟發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，全船電網(wǎng)總負(fù)荷為500～600kW，2臺(tái)機(jī)組平均負(fù)荷為250～300kW，機(jī)組工作正常。在船舶轉(zhuǎn)向使用側(cè)推器時(shí)，機(jī)組平均負(fù)荷超過350kW，發(fā)電機(jī)負(fù)荷曲線出現(xiàn)異常波動(dòng)(見圖1)，最高幅度為250kW。圖1

1﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)負(fù)荷曲線側(cè)推器使用完畢，用電負(fù)荷下降后故障現(xiàn)象消失。為確保船舶在長(zhǎng)江的航行安全，臨時(shí)采取控制用電負(fù)荷的應(yīng)急處理方式，使發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。二、故障排查船舶錨泊后，針對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)此次發(fā)電機(jī)故障與電網(wǎng)功率的高低直接相關(guān)。多次對(duì)1﹟和3﹟機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)、增減負(fù)荷試驗(yàn)，故障復(fù)現(xiàn)，且故障均發(fā)生在單機(jī)負(fù)荷為300～350kW時(shí)。初步認(rèn)定此次故障與發(fā)電機(jī)負(fù)荷有關(guān)，可能存在以下原因：(1)發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AutomaticVoltageRegulator，AVR)故障，導(dǎo)致在網(wǎng)發(fā)電機(jī)無功功率分配不均，造成電壓和無功功率異常；(2)原動(dòng)柴油機(jī)調(diào)速器故障，導(dǎo)致反饋指針和補(bǔ)償針閥調(diào)節(jié)不當(dāng)，補(bǔ)償不足，出現(xiàn)“游車”現(xiàn)象；(3)柴油機(jī)供油系統(tǒng)故障，供油不足，不能滿足高負(fù)荷需求，其可能原因是燃油系統(tǒng)閥件卡阻、濾器臟堵、機(jī)帶泵故障、高壓泵故障和噴油器故障等。根據(jù)以上分析進(jìn)行具體排查，步驟如下：(1)啟動(dòng)2和4機(jī)組，分別與1﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)。1﹟和2﹟機(jī)組并網(wǎng)，平均負(fù)荷在350kW時(shí)故障復(fù)現(xiàn)；1﹟和4﹟機(jī)組并網(wǎng)，平均負(fù)荷在400kW時(shí)故障復(fù)現(xiàn)；2﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)以及3﹟和4﹟機(jī)組并網(wǎng)，均沒有明顯故障現(xiàn)象發(fā)生。因此，主要排查對(duì)象為1﹟機(jī)組。(2)對(duì)1發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行外觀和參數(shù)檢查，結(jié)果均正常。隨后對(duì)AVR裝置進(jìn)行檢查，并多次對(duì)機(jī)組進(jìn)行增減負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果顯示電壓和無功功率變化始終在正常范圍內(nèi)，故排除AVR裝置故障的可能性，發(fā)電機(jī)電氣控制系統(tǒng)正常。(3)觀察各機(jī)組并網(wǎng)負(fù)荷曲線圖可知，1﹟機(jī)組的調(diào)速性能比其他機(jī)組更敏感，故對(duì)1﹟機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)。關(guān)小補(bǔ)償針閥的開度，調(diào)節(jié)調(diào)速器補(bǔ)償反饋指針，均無變化；更換備用調(diào)速器重新調(diào)節(jié)，故障現(xiàn)象依舊存在。因此，排除調(diào)速器故障的可能性。(4)燃油供給系統(tǒng)包括以油柜、管路、閥件、濾器、機(jī)帶燃油泵為主的低壓系統(tǒng)和以高壓油泵、調(diào)油軸為主的高壓系統(tǒng)。檢查1﹟機(jī)組燃油低壓系統(tǒng)，油柜出口閥開啟正常；檢查燃油粗濾器、發(fā)電機(jī)燃油進(jìn)機(jī)閥、燃油細(xì)濾器、機(jī)帶燃油泵和燃油高壓泵壓力，均正常。(5)檢查柴油機(jī)供油系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行時(shí)1﹟機(jī)組2，5，6號(hào)缸和3機(jī)組3，5，6號(hào)缸的燃油高壓泵齒條顫動(dòng)幅度比其他缸大，在負(fù)荷異常波動(dòng)時(shí)手扶顫動(dòng)缸齒條，故障現(xiàn)象逐漸減弱消失(見圖2)。圖2修復(fù)后1﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)負(fù)荷曲線更換1﹟機(jī)組2，5，6號(hào)缸燃油高壓泵，使1﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，負(fù)荷異常波動(dòng)仍然存在，但波動(dòng)幅度變小。當(dāng)1﹟和2﹟機(jī)組或1﹟和4﹟機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，故障現(xiàn)象消失。因此，可確定為1﹟機(jī)組2，5，6號(hào)缸燃油高壓泵故障。(6)當(dāng)2﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)負(fù)荷異常波動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)3﹟機(jī)組部分缸燃油高壓泵齒條異常顫動(dòng)的情況，更換3﹟機(jī)組3，5，6號(hào)缸燃油高壓泵，并清潔維護(hù)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)。隨后，1﹟和3﹟機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)，2臺(tái)機(jī)組功率配合良好。三、故障機(jī)理分析對(duì)更換下來的高壓油泵進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)高壓油泵內(nèi)部元件磨損嚴(yán)重，包括齒條磨損、齒輪磨損、回油閥端面磨損和彈簧磨損等。此次故障主要由齒條和齒輪磨損所致。機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行，部分燃油高壓泵服役時(shí)間過長(zhǎng)。船舶航行時(shí)用電負(fù)荷約為1200kW，2臺(tái)機(jī)組平均負(fù)荷為600kW左右；船舶漂航或錨泊時(shí)用電負(fù)荷約為600kW，2臺(tái)機(jī)組平均負(fù)荷為300kW左右。因此，燃油高壓泵長(zhǎng)期工作在前5齒和第6～12齒范圍內(nèi)。在齒條和齒圈磨損的同時(shí)，齒條孔也會(huì)產(chǎn)生磨損。當(dāng)齒條與齒條孔間隙過大時(shí)，調(diào)速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)下力矩使得齒條前端向下傾斜，齒條與齒圈由于過度磨損，造成嚙合卡滯。調(diào)速器輸出的動(dòng)力遇到齒條卡滯的阻力，使調(diào)速器工作失衡，產(chǎn)生“游車”現(xiàn)象，進(jìn)而造成負(fù)荷異常波動(dòng)。當(dāng)手扶顫動(dòng)齒條時(shí)，調(diào)速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的側(cè)下力矩消失，齒條卡滯現(xiàn)象隨之消失，進(jìn)而故障現(xiàn)象減弱消失。1﹟和3﹟機(jī)組的幾個(gè)缸磨損都較為嚴(yán)重，導(dǎo)致2臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)用電負(fù)荷出現(xiàn)異常的大幅度波動(dòng)現(xiàn)象。四、后續(xù)工作(1)在船舶航行中加強(qiáng)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)和燃油高壓泵的齒條潤(rùn)滑工作，減小調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)阻力，進(jìn)而減輕齒條與齒條孔磨損程度。(2)船舶靠泊后，對(duì)4臺(tái)機(jī)組其余18臺(tái)燃油高壓泵進(jìn)行檢修，視情況換新。(3)定期對(duì)調(diào)速器進(jìn)行保養(yǎng)，一般情況下每2年保養(yǎng)1次，更換備件和易損部件