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一起 CAT3512B发电机无法建压故障分析
作者：梁海
来源：《科技资讯》2014年第29期
摘 要：70D电动钻机现场一般有4台CAT3512B发电机组，大负载运行生产3台机组并联使用1台备用，现场遇到一起发电机无法建压的故障，针对该故障现象分析发电机整个建压过程的控制原理，判断分析该故障可能的原因，并对机组建压故障原因加以总结。
关键词：CAT3512B发电机组 励磁板PC11板 旋转整流子 发电机转子 发电机定子 励磁电流
中图分类号：TE92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0102-02 1 故障现象概述
现场CAT3512B发电机组采用ROSSHILL AC模块控制发电机组的转速和电压，额定转速1500rpm，额定电压600V AC，额定功率1200KW，满载励磁电压31V，满载励磁电流7.1 A。 机组正常怠速值960 rpm，故障机组怠速值1360 rpm，柴油机工作状态未见异常，无任何故障代码，测量怠速1360 rpm时发电机母排电压只有6 V AC，正常值是330 V AC。柴油机高速运转后，正常额定值是1500 rpm，故障机组速度很快上升到1620 rpm，测量母排电压依然是6 VAC，正常建压过程在很短时间3～4 s后上升到600 VAC，可见发电机在整个运转过程中建压失效，机组速度控制失控。 2 机组整个建压过程分析
机组所产生的电压是由一个闭环控制回路产生的，这个闭环控制回路由励磁机定子，励磁机转子、旋转整流桥组件、主励磁转子及主定子组成，如图1所示。
整个建压过程开始于主励磁转子的剩磁作用会在主定子产生一个很小的剩磁电压，该剩磁电压经变压器T08的变换供给励磁板PC11板，PC11板经过DB1/DB2组件，励磁电流经过端子PC—01、PC—10送往励磁机定子，励磁机转子输出励磁电压经过旋转整流桥组件送往主励磁转子的电压会高于剩磁电压，从而发电机输出电压比之前有所提高通过正反馈过程的反复调节，最终机组怠速输出电压330V，此时依靠剩磁建立电压的过程结束，原理如图2所示。 当机组高速运行时，此时AC模块控制单元投入工作，发电机输出电压由电压调节器控制，此时PC11板继电器K1接通，DB1断开，由可控硅SCR1和SCR2及DB2组成半控桥电路给励磁机提供励磁电流，电压调节器控制励磁电流，完成发电机输出电压600V稳定不变。
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从该起故障现象可以初步判断机组励磁回路存在开路的现象或者主励磁转子的剩磁不足现象。
3 故障排除过程 3.1 检查励磁控制回路 （1）检查励磁定子绕组阻值。
拆下PC—01、PC—10端子，测量励磁定子绕组阻值3.8Ω，对地绝缘正常，说明励磁定子绕组正常。进而检查连接线紧固中间连接端子TB11-11和TB11-12，检查励磁线路从SCR房经过SCR1#柜端子连接到接线窗口，该处接线端子是否正常松动，检查过程加以紧固未见异常。
（2）更换励磁板PC11板。
检查励磁板的电源TO8变压器保险F39/F40通路，TO8变压器初/次级绕组值正常。由于机组怠速过程中机组输出电压330V，是依靠剩磁电压建立的过程，AC模块控制只是在高速时才参与机组电压的控制，怠速没有参与，AC模块可以不在故障考虑范围内。更换备用励磁板PC11板，故障依旧，故障点也不在励磁板上，此时基本可以确定SCR房电路都正常，故障方向重点在发电机自身内部。
3.2 检查发电机机组主励磁转子的剩磁不足
检查发电机组侧盖接线端测量端子F1和F4之间阻值4.2Ω，F1和F2之间阻值3.4Ω，数值判断励磁机定子绕组阻值正常。SCR房PC11板励磁控制电压接在端子F1（+）和F4（-），断开该处来自SCR房PC11板励磁电压信号，由于测量正常机组怠速PC11励磁板励磁电压输出6VDC左右，可以选择万用表的9V电池对其励磁机充磁，此时正常机组可以正常启动。依次连接9 V电池正极接F1（+）负极接F4（-），此时启动发电机组，对机组进行怠速动态充磁，连接注意正负对应一致，充磁时间6～10 s后松开9 V电池的负极，来回反复几次。测量机组输出电压依然是母排电压只有6 VAC，转速1360 rpm，充磁过程中机组电压未见上升，转速失控，说明机组故障原因不是主励磁转子的剩磁电压不足导致无法建压。 3.3 测量旋转整流桥组件
对于旋转整流桥组件断开输出+正极端，输出-负极端，断开输入三相交流端子，测量所有二极管组件都正常。测量励磁机转子阻值都很小正常。测量此时断开的+正极端，-负极端接线之间阻值，此处测量的是主励磁线圈阻值，发现该处阻值在测量时数值来回变动，波动范围在1.6 Ω～1 KΩ变化，同时测量该两端子对地绝缘也在 0.5 MΩ—2 MΩ变化。测量正常发电机组，该处主励磁线圈阻值2.8 Ω，对地绝缘正常。目前可以判断此处励磁接线与主励磁线圈连接处存在接触不良或者主励磁线圈存在局部开路故障。
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3.4 与正常机组对比试验
选择正常机组对比实验，断开正常机组F30/31/32电源输入保险，速度怠速值直接上升至1360 r/min。此时由于输入剩磁电压断开被保险断开，T08变压器无输入电压，PC11励磁板控制中断，机组输出剩磁电压测量母排输出电压有44 V AC，该值高于故障机组6 V AC，其他现象和故障机组一致，机组怠速值1360 rpm，高速运行值1620rpm。实验此时合上GEN1#机组F30/31/32进线保险，PC11励磁板恢复励磁电压调节，此时机组很快上升至330 V，机组怠速转速由运行中的1360 r/min很快下降至960 r/min。
该对比实验说明故障机组输出剩磁电压6 V AC过低，可能是上述3测量旋转整流桥组件测量值励磁接线与主励磁线圈接触阻值过大，造成剩磁电压过低造成的，该剩磁电压过低会导致机组建压困难。
3.5 重点检查励磁线缆与主励磁线圈接触阻值
在检查发现该处连接铜片一端用螺栓紧固励磁线缆，一端与主励磁绕组线圈压紧，有绝缘件隔离防护，由于发电机机组功率输出端风扇吸风冷却导致该处连接处长时间沉积污垢较多，如下图3所示，检查连接铜片与主励磁绕组连接发现有轻微位移摆动。
测量励磁线缆正负端，轻微晃动铜片，有时数值从1.6 Ω～几百KΩ对应变化，有时可以稳定数值2.2 Ω。重点检查该连接处，使用电子清洁剂清洁连接铜片，检查紧固主励磁绕组线圈连接，测量出励磁绕组线圈阻值2.2 Ω，对地绝缘1.8 MΩ，数值稳定和正常机组基本一致。 再次启动故障发电机组怠速运行时，机组转速可以正常恢复到960 rpm，输出电压很快上升到330 V AC，怠速PC11励磁板励磁电压6.8 VDC，电流值0.7 ADC，高速运行输出电压600 V AC，测得励磁电压 8.6 V DC，电流值3.3 A DC。目前可以判断故障点在于此处励磁接线与主励磁线圈连接处存在接触不良，可以排除主励磁线圈存在局部开路的故障。 4 结语
该起故障属于典型的接触不良导致，对此现场维护要定期对发电机各绕组接线处积累的杂质污垢进行清洁，有松动和绝缘破坏时及时修理。发电机组无法建压故障排除过程中，故障点集中在整个控制回路的检查，对其可能的故障原因总结如下：
（1）励磁机绕组阻值数值一般2 Ω— 4 Ω，发电机主励磁和主定子阻值都很小，对地绝缘良好，阻值过大说明绕组线圈故障，注意发电机侧盖F1（+）负极接F4（-）端子接线的紧固性。
（2）机组只有剩磁作用下母排输出电压有44 V AC，只要机组剩磁电压足够，机组无法正常建压就可以排除发电机自身原因，重点检查外部发电机励磁调节控制。如果剩磁电压过低机组需要充磁可以选用万用表9V电池。