1FC6无刷励磁发电机常见故障与处理

摘要：文章以煤矿低浓度瓦斯发电站运行为例，介绍了1FC6系列500KW无刷励磁同步发电机在低浓度瓦斯发电站运行中的常见故障及处理方法。

关键词：发电机故障处理方法

中图分类号：TB857文献标识码： A

一、前言

近年来，瓦斯发电成为煤矿瓦斯利用的一种主要方式。某煤矿低浓度瓦斯发电站，装机容量为7000KW，共有14台500KW发电机组，发电机组采用的是山东胜动机械集团有限公司燃气发电机组，所配置的发电机为1FC6系列无刷励磁三相同步发电机，发电机出口电压400V。由于低浓度瓦斯发电机组启停频繁，发电机较普通火力发电机组故障率高，本文就以该低浓度瓦斯发电站运行为例，介绍一下1FC6无刷励磁发电机常见故障及处理方法。

二、1FC6发电机原理及结构简介

1FC6发电机主要由三大部分组成，即：主发电机、励磁机和励磁系统，示意图如下。

1、1FC6发电机原理

发电机启动时，依靠励磁机定子线圈中的剩磁建立端电压，端电压的建立又加强了发电机的磁场，使之成为正反馈，使得端电压逐渐升高，最终稳定在额定电压下。

发电机正常工作时，励磁系统从主机定子产生的三相交流电中分出一部分电流，整流后提供给励磁机定子，励磁机定子通有直流电后产生固定的磁场；励磁机转子在发动机带动下旋转，切割励磁机定子磁场而产生三相交流电，后又经三个旋转整流模块整流成直流后提供给主机转子，主机转子通有直流电后在发动机的带动下产生旋转的磁场而切割主机定子绕组，从而从主机定子中产生三相交流电输出到电网或负载。

2、1FC6发电机励磁系统结构及原理

发电机采用可控硅相复励励磁方式，励磁系统安装在发电机顶部的方形壳体内（俗称“背包”），主要由一个电抗器、六个电容器、一个整流变压器、三个电流互感器、一个下垂补偿电流互感器、一个静止整流模块、一个分流电阻、一个可控硅和一个自动电压调节器构成。

发电机空载时，励磁电流分量由电抗器和电容器谐振在某一频率点上在整流变压器原边线圈压降最大，并经感应在整流变压器副边线圈得到最高电压，经静止整流模块整流提供给励磁机定子。外接电压整定电位器将调节信号提供给AVR板，AVR板控制可控硅的导通角度，分流出一部分电流，消耗在分流电阻上，保证发电机输出电压的稳定。

发电机带负载后，每相电流互感器感应负载励磁电流分量，其感应的电流分量在整流变压器副边与空载励磁电流分量叠加，形成最终励磁电流，提供给励磁机定子。

在机组（单台或多台）与电网并网运行时、或多台机组并机运行不并网时，下垂补偿电流互感器感应U相电流，反馈至AVR板来实现发电机无功功率的分配。

三、1FC6发电机常见故障及处理方法

（一）、发电机不发电或电压低于100V。

1、故障原因分析

一般来说是励磁系统故障，主要原因有发电机失磁，电抗器、整流变压器等的插套松动或脱落，电容器、静止整流模块、电抗器、整流变压器等损坏，旋转整流模块、压敏电阻损坏，励磁机定子、转子绕组短路或短路。另外发电机定转子绕组断路、短路、绕组对地短路等也可造成发电机不发电。

2、故障诊断及处理

（1）、发电机运转至正常转速后，测发电机电压为0，表明失磁，这种情况一般发生在新机较长时间停运或检修后的发电机组，大多是励磁机已无剩磁，可用6―12V蓄电池接在励磁绕组接线端子F1、F2上进行充磁，F1接电源正极，F2接电源负极，启动机组，短时间接通一下便可。若充磁后电压不能恢复，则说明电机绕组存在故障，可用电桥测量励磁机定转子、发电机定转子绕组直流电阻。

（2）发电机运转至正常转速后，测发电机电压不为0，约30~50V，可对励磁机进行它励试验，它励试验正常，一般故障出现在励磁系统，重点检查静止整流模块V4、电流互感器T1-T3、电抗器L1、整流变压器T6、检查绕组有无断路，插套有无松动，静止整流模块是否损坏。如果它励试验电压不能恢复正常，应检查旋转整流模块是否损坏、励磁机绕组、主机绕组是否存在断路、短路。

（二）、发电机有电压，但电压在300多伏。

1、故障原因分析

这种现象经常发生，原因有AVR板损坏、控制屏电压整定电位器断路或损坏、可控硅严重损坏、三块旋转整流模块有一块损坏。

2、故障诊断及处理

（1）发电机的电压调整范围一般为360~440V，电压整定电位器调至最大时发电机电压应为440V左右，若调整无效，电压保持在360V左右，可能是电压整定电位器阻值为零或电压整定电位器至AVR板上X2插头的1、3端子的两根线出现短路。应检查整定电位器是否完好，可用万用表测量电位器的直流电阻，阻值应在0-4.7KΩ内均匀变化。或者检查电位器是否接入AVR板，平滑的旋转电压整定电位器旋钮，在X2处1、3端子测量应在0-4.7KΩ内均匀变化。

（2）如检查整定电位器完好，检测功率弯板上的可控硅是否损坏，可控硅损坏严重（完全导通）可能导致分流电阻完全分流且分出电流大小不可调，从而使励磁电流较小，发电机电压始终处于低压状态。

（3）如果发电机电压在350V以下，最大可能性是三块旋转整流模块中的一块出现故障，导致励磁机转子三相电流只有两相通过整流提供给发电机转子。

（4）电抗器气隙太小，可适当加大电抗器气隙。

（三）发电机输出电压高（1.1-1.14UN），调整电压整定电位器无效。

1、故障原因分析

可能的原因有控制柜上的电压整定电位器故障，自动功率因素控制器故障，功率弯板上的分流电阻断路或损坏、可控硅损坏、插头松脱，AVR板的外部信号未送入，AVR板上的S1/3开关设置错误（应为OFF而不是ON），AVR板损坏。

2、故障诊断及处理

（1）发电机电压调整范围一般为360~440V，电压整定电位器调至最小时发电机电压应为360V左右，若调整无效，应检查整定电位器是否完好，也可将AVR板上的S1/3开关断开试验，若断开后发电机输出电压恢复正常，则问题出现在电压整定电位器上，或者控制屏到发电机的A1、A3线断路。

（2）如果电压整定器检查无问题，问题出现在功率弯板上：分流电阻断路、可控硅损坏无法导通以及弯板上的插头松脱均可导致无支路分流；AVR板损坏或其上插头松脱可导致AVR失去控制作用。先检查分流电阻，再检查可控硅是否损坏，然后检查AVR上插头是否松脱，最后用一块好的AVR板替换检查AVR板是否损坏。

（3）如果功率因素控制器C2、C3接反，则调换接线。

（4）将电压调节旋钮置于减小位置时，功率因素自动控制器9脚和2脚之间无（+）24V电压，再检查功率因素控制器相关线路的接线。

（5）电抗器气隙太大，可适当减小电抗器气隙。

（四）发电机并网后电流、功率、功率因素波动。

1、故障原因分析

造成电流、功率、功率因素波动的主要原因有两大类。第一是发电机电压不稳定造成的波动，如电压整定电位器接触不良或损坏、自动功率因素控制器损坏、AVR板K.T.特性变差或损坏、电抗器绕组短路或接插件松动、电容器漏电、整流变压器一二次绕组匝间短路或接插件接触不良、静止整流模块旋转整流模块接线松动或接触不良、发电机励磁绕组匝间短路。第二是发动机工作不稳定造成的波动，如点火系统工作不稳定、气源压力波动大、调压阀损坏、燃气成分不稳、速度控制器工作不稳定等。

2、故障诊断及处理

（1）如果电压整定电位器接触不良，造成AVR板控制电压波动，发电机的励磁电压不稳，使励磁机电流波动，造成发电机主机励磁电压波动，所以造成发电机电压、电流、功率、功率因素波动。

判断方法：用万用表测量电压整定电位器阻值，调整电位器时阻值是否在0-4.7KΩ内均匀变化；若是在开机状态下测量电压整定电位器的电压，同时调整电位器时电压应在0-9.2V变化，若调节时测量的参数突然变大或变小，证明电压整定电位器存在短路或接触不良现象，则应及时更换同型号的电位器。

（2）AVR板K.T特性变差或损坏。自动电压调节器动态性能由AVR板上的K、T、R47调整，K调节放大器放大倍数，T调节积分反应时间，R47调节放大器输入端引入偏差信号用以改善动态性能。将K朝着刻度数字减小旋转，T朝着数字增大方向旋转，放大器趋于稳定，减小调节作用。若调节K、T、R47无效，则应更换AVR板。

（3）判断电抗器（L），整流变压器T绕组短路：用电桥测量绕组直流电阻，若是电抗器接插件接触不良或打火造成的，可观察接触件有无发热或烧焦的现象。对于烧坏的接插件必须更换接插件。当无法判定绕组是否匝间短路，可采用同型号的电抗器代换来判定。

(4)对于整流模块接线松动，可观察接线是否有发热或焦糊现象。

（五）并网后发电机电压和电流振荡

1、故障原因分析

并网后发电机电压和电流振荡的原因有发动机转速振荡、自动电压调节器动态性能变差或损坏、LC回路电容漏电或失效、可控硅损坏等。

2、故障诊断及处理

（1）发动机转速振荡：检查速度控制系统信号反馈是否存在短路、虚焊、接触不良。发动机点火系统有无虚焊、漏电、点火不连续现象。

（2）自动电压调节器动态性能变差或损坏：处理方法同（四）中2的第（2）项。

（3）LC回路电容漏电或失效：用电容表测试电容量，若容量减小，证明电容已漏电，需更换同型号的电容。

（4）可控硅性能变坏，此时用万用表可能检测不出来，可用新的可控硅代换检查好坏。

（六）并网运行时无功电流波动。

1、故障原因分析

主要原因有自定电压调节器上的调差电位器整定位置不对，下垂补偿电流互感器与AVR板之间存在开路或短路。

2、故障诊断及处理

(1)调差电位器的调整应按照发电机试验合格证书上的记录刻度位置调节。

（2）检查调差互感器二次绕组是否开路。测量调差互感器与接插件X2之间是否断路或短路，并排除断路点。（注意:电流互感器应在空载状态或停机状态下检查及维护）

（七）发电机空载调整电压正常，并网后功率因数超前，调节电压整定电位器无效。

1、故障原因分析

主要原因有电流互感器T1…T3抽头位置不合适或绕组断路，禁止旋转整流模块损坏或引线松动、接触不良，整流变压器T6（T1-T3）绕组断路或引线插套松脱。

2、故障诊断及处理

(1)检查电流互感器二次回路是否断路，或引线插套松脱、松动、接触不良、打火。

（2）用万用表检查静止、旋转整流模块是否损坏。

（3）整流变压器输出端引线插套松脱造成励磁电流不足，电压下跌严重，功率因素超前。检查此问题，首先采用直观检查的方法，看在运行中励磁系统内有无打火现象，停机后检查插头插套有无打火痕迹或松脱现象。一般无须测量就能检查出来，如果仍看不出来，可用代换法判定是否是整流变压器的问题。

四、低浓度瓦斯发电站中1FC6发电机故障处理要点

低浓度瓦斯发电机组运行中震动比较大，机组启停频繁，发电站位置都在煤矿旁边，对于北方地区来讲，粉尘比较大。由于这些特点，再加之运行经验1FC6发电机组运行中的薄弱环节为：

1、插头插套松动，引线端子处断线；

2、粉尘导致控制回路短路；

3、AVR板故障；

4、静止、旋转整流模块故障。

针对这些薄弱环节，提出如下对策：

1、定期对发电机及控制柜进行除尘和紧固接线，检查各插头插套是否松动，尤其是发电机上“背包”内的励磁系统部分和发电机侧面的功率弯板及AVR板。

2、备适当数量的易出故障元器件，如AVR板、可控硅、静止整流模块、旋转整流模块、压敏电阻等，在运行中可用代换法快速处理故障。

五、易损元器件检测方法

1、静止整流模块

静止整流模块主要包括二极管桥式整流电路、分流电阻、可控硅。其工作原理如下图：

测量静止整流模块的方法为：①将连接到静止整流模块的导线全部断开，将数字万用表选到二极管档位。②测量三处“～”接线端与“＋”及“－” 接线柱的正反向电阻，正向电阻应很低（约400Ω左右），反向电阻应很大（无穷大）。2、可控硅 安装在弯板上的可控硅共有的正极（A）、负极（K）和触发极（G）三个接线柱。

可控硅的测量方法为：①把连接可控硅的导线断开，将数字万用表选到二极管档位。②测量K、G之间正反向都有阻值，约80Ω左右。测量A、K之间和A、G之间正反向都是无穷大。3、AVR板的测量方法AVR板上有P1、P2、P3三个测量点，AVR板接通电源后，P1、P2间应有12V直流电压，P2、P3间应有6V直流电压，P1、P3间应有6V直流电压。P1、P2、P3两点间如无电压，说明AVR板烧坏。AVR板为一复杂的电路板，用测量的方法很难判断其好坏，如怀疑AVR板烧坏时，可用一个完好的、同型号的AVR板代换，来判定其好坏。 4、旋转整流模块，压敏模块测量方法：

①将旋转整流模块转子环上拆下，数字万用表打到二极管档。②测量AK与K之间，正向电阻应为400Ω左右，反向电阻应无穷大；测量AK与A之间，正向电阻应为400Ω左右，反向电阻应无穷大。压敏模块的检测方法为：压敏模块无极性，完好的压敏模块正反向阻值应无穷大。六、结束语

1FC6无刷励磁同步发电机在低浓度瓦斯发电站应用越来越广，要提高发电机的运行可靠性，就必须要加强日常维护保养，同时要掌握发动机的原理和故障处理方法。

参考文献：

1、郭慧玲1FC6无刷自励恒压同步发电机的调试及常见故障检修新疆石油科技 2007

2、柳州佳力新电机有限公司 1FC6发电机技术文件

3、吴积善1FC6系列无刷三相同步发电机中小型电机1991