某船发电机负荷异常波动故障实例

一、故障现象某船共有4台柴油发电机，采用的是日本大发公司生产的6DLB-26型柴油机和日本西芝电机株式会社制造的NTAXL。VC型无刷自励三相交流同步发电机，单台发电机功率为900kW。某日，该船离开母港码头时，1﹟和3﹟发电机组并网运行，全船电网总负荷为500～600kW，2台机组平均负荷为250～300kW，机组工作正常。在船舶转向使用侧推器时，机组平均负荷超过350kW，发电机负荷曲线出现异常波动(见图1)，最高幅度为250kW。图1

1﹟和3﹟机组并网负荷曲线侧推器使用完毕，用电负荷下降后故障现象消失。为确保船舶在长江的航行安全，临时采取控制用电负荷的应急处理方式，使发电机组正常运行。二、故障排查船舶锚泊后，针对故障现象进行分析，发现此次发电机故障与电网功率的高低直接相关。多次对1﹟和3﹟机组进行并网、增减负荷试验，故障复现，且故障均发生在单机负荷为300～350kW时。初步认定此次故障与发电机负荷有关，可能存在以下原因：(1)发电机自动电压调节器(AutomaticVoltageRegulator，AVR)故障，导致在网发电机无功功率分配不均，造成电压和无功功率异常；(2)原动柴油机调速器故障，导致反馈指针和补偿针阀调节不当，补偿不足，出现“游车”现象；(3)柴油机供油系统故障，供油不足，不能满足高负荷需求，其可能原因是燃油系统阀件卡阻、滤器脏堵、机带泵故障、高压泵故障和喷油器故障等。根据以上分析进行具体排查，步骤如下：(1)启动2和4机组，分别与1﹟和3﹟机组并网。1﹟和2﹟机组并网，平均负荷在350kW时故障复现；1﹟和4﹟机组并网，平均负荷在400kW时故障复现；2﹟和3﹟机组并网以及3﹟和4﹟机组并网，均没有明显故障现象发生。因此，主要排查对象为1﹟机组。(2)对1发电机励磁系统进行外观和参数检查，结果均正常。随后对AVR装置进行检查，并多次对机组进行增减负荷试验，结果显示电压和无功功率变化始终在正常范围内，故排除AVR装置故障的可能性，发电机电气控制系统正常。(3)观察各机组并网负荷曲线图可知，1﹟机组的调速性能比其他机组更敏感，故对1﹟机组调速器进行调节。关小补偿针阀的开度，调节调速器补偿反馈指针，均无变化；更换备用调速器重新调节，故障现象依旧存在。因此，排除调速器故障的可能性。(4)燃油供给系统包括以油柜、管路、阀件、滤器、机带燃油泵为主的低压系统和以高压油泵、调油轴为主的高压系统。检查1﹟机组燃油低压系统，油柜出口阀开启正常；检查燃油粗滤器、发电机燃油进机阀、燃油细滤器、机带燃油泵和燃油高压泵压力，均正常。(5)检查柴油机供油系统发现，运行时1﹟机组2，5，6号缸和3机组3，5，6号缸的燃油高压泵齿条颤动幅度比其他缸大，在负荷异常波动时手扶颤动缸齿条，故障现象逐渐减弱消失(见图2)。图2修复后1﹟和3﹟机组并网负荷曲线更换1﹟机组2，5，6号缸燃油高压泵，使1﹟和3﹟机组并网运行，负荷异常波动仍然存在，但波动幅度变小。当1﹟和2﹟机组或1﹟和4﹟机组并网运行时，故障现象消失。因此，可确定为1﹟机组2，5，6号缸燃油高压泵故障。(6)当2﹟和3﹟机组并网运行时，出现负荷异常波动现象。根据3﹟机组部分缸燃油高压泵齿条异常颤动的情况，更换3﹟机组3，5，6号缸燃油高压泵，并清洁维护机组调速系统。随后，1﹟和3﹟机组并网运行试验，2台机组功率配合良好。三、故障机理分析对更换下来的高压油泵进行分解检查，发现高压油泵内部元件磨损严重，包括齿条磨损、齿轮磨损、回油阀端面磨损和弹簧磨损等。此次故障主要由齿条和齿轮磨损所致。机组长期运行，部分燃油高压泵服役时间过长。船舶航行时用电负荷约为1200kW，2台机组平均负荷为600kW左右；船舶漂航或锚泊时用电负荷约为600kW，2台机组平均负荷为300kW左右。因此，燃油高压泵长期工作在前5齿和第6～12齿范围内。在齿条和齿圈磨损的同时，齿条孔也会产生磨损。当齿条与齿条孔间隙过大时，调速传动机构产生的侧下力矩使得齿条前端向下倾斜，齿条与齿圈由于过度磨损，造成啮合卡滞。调速器输出的动力遇到齿条卡滞的阻力，使调速器工作失衡，产生“游车”现象，进而造成负荷异常波动。当手扶颤动齿条时，调速传动机构的侧下力矩消失，齿条卡滞现象随之消失，进而故障现象减弱消失。1﹟和3﹟机组的几个缸磨损都较为严重，导致2台机组并网运行时用电负荷出现异常的大幅度波动现象。四、后续工作(1)在船舶航行中加强调速传动系统的维护保养和燃油高压泵的齿条润滑工作，减小调速传动系统阻力，进而减轻齿条与齿条孔磨损程度。(2)船舶靠泊后，对4台机组其余18台燃油高压泵进行检修，视情况换新。(3)定期对调速器进行保养，一般情况下每2年保养1次，更换备件和易损部件