葉小明

（交通運(yùn)輸部東海救助局，上海 200090）

大功率電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于啟動(dòng)沖擊電流較大，故在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用各種方法降低啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。目前較為常用的方法有降壓?jiǎn)?dòng)法與變頻啟動(dòng)法。本文著重介紹降壓?jiǎn)?dòng)中的自耦變壓器降壓法，并通過對(duì)一則8000kW救助船舶艉側(cè)推的故障分析，為解決此類典型問題提供一種思路和方法。

1 原理概述

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)利用自耦變壓器來(lái)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的啟動(dòng)電壓。待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，再使電動(dòng)機(jī)與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運(yùn)動(dòng)。

采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動(dòng)電流的情況下能獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。如目前8000kW主流救助船舶側(cè)推啟動(dòng)器選擇變壓器抽頭電壓降至額定電壓的45%，其啟動(dòng)電流為全壓?jiǎn)?dòng)電流的20．25%，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩的20．25%。其啟動(dòng)原理如下圖1。

圖1

2 原理分析

自耦變壓器的高壓邊投入電網(wǎng)，低壓邊接至電動(dòng)機(jī)，有幾個(gè)不同電壓比的分接頭供選擇。合上空氣開關(guān)QF接通三相電源。按啟動(dòng)按鈕SB2交流接觸器KM3線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時(shí)由于KM3輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭（例如65%）將三相電壓的65%接入電動(dòng)機(jī)。

同時(shí)，KM3輔助常開觸點(diǎn)閉合，使時(shí)間繼電器KT線圈通電，并按已整定好的時(shí)間開始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間到達(dá)后，KT的延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合，使中間繼電器KA線圈通電吸合并自鎖。由于KA線圈通電，其常閉觸點(diǎn)斷開使KM3線圈斷電，KM3常開觸點(diǎn)全部釋放，主觸頭斷開，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時(shí)KM2線圈斷電，其主觸頭斷開，切斷自耦變壓器電源。KA的常閉觸點(diǎn)閉合，通過KM3已經(jīng)復(fù)位的常閉觸點(diǎn)，使KM1線圈得電吸合，KM1主觸頭接通電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。KM3的常開觸點(diǎn)斷開也使時(shí)間繼電器KT線圈斷電，其延時(shí)閉合觸點(diǎn)釋放，也保證了在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)任務(wù)完成后，時(shí)間繼電器KT可處于斷電狀態(tài)。欲停車時(shí)，可按SB1則控制回路全部斷電，電動(dòng)機(jī)切除電源而停轉(zhuǎn)。

以上過程就是帶自耦變壓器的電機(jī)啟動(dòng)的最基本原理。當(dāng)然在具體電路中控制方式會(huì)有不同，如PLC控制、增加輔助繼電器、繼電器電壓為220V或24V等等。接通主電機(jī)的三付觸電的閉合原理是根本宗的，因此在具體的電路中，只需依照此基本原理對(duì)控制電路做出分析即可。

3 實(shí)例分析

下面以8000kW救助船舶側(cè)推啟動(dòng)時(shí)的一則故障及解決方法為例，對(duì)自耦變壓器啟動(dòng)控制電路進(jìn)行分析，為解決類似問題提供一種思路。某輪為無(wú)限航區(qū)遠(yuǎn)洋救助船舶，主機(jī)額定功率4000kW，雙主機(jī)配CPP，艏側(cè)推兩臺(tái)，艉側(cè)推一臺(tái)。以上配置使該船舶具備良好的可控操縱性能，在救助中每每起到關(guān)鍵作用。尤其是三臺(tái)側(cè)推的布置更是令船舶操縱如虎添翼，三臺(tái)側(cè)推皆為武漢川崎制造的KT-B系列，其中兩臺(tái)艏側(cè)推型號(hào)為KT-88B，主電機(jī)功率625kW，推力100kN；艉側(cè)推型號(hào)為KT-55B3，主電機(jī)功率550kW，推力79kN。三臺(tái)側(cè)推皆由PLC進(jìn)行控制，并提供多點(diǎn)操縱。由于電機(jī)功率較大，其啟動(dòng)皆為帶自耦變壓器的降壓?jiǎn)?dòng)。

3.1 故障現(xiàn)象

某日，設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，駕駛臺(tái)按正常程序啟動(dòng)艉側(cè)推，發(fā)現(xiàn)側(cè)推無(wú)法正常啟動(dòng)，并有“主電機(jī)啟動(dòng)失敗”故障報(bào)警。當(dāng)值輪機(jī)員隨即機(jī)旁確認(rèn)，復(fù)位后，報(bào)警消失。期間，對(duì)側(cè)推進(jìn)行盤車并無(wú)卡阻。隨即通知駕駛臺(tái)間隔半小時(shí)后再次啟動(dòng)，結(jié)果依然失敗，報(bào)警出現(xiàn)。此次啟動(dòng)時(shí)，輪機(jī)員于機(jī)旁觀察，發(fā)現(xiàn)側(cè)推電機(jī)已運(yùn)轉(zhuǎn)，電流為300A左右，但十幾秒后上述報(bào)警再次出現(xiàn)，側(cè)推停轉(zhuǎn)。

3.2 故障分析

圖2

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)盤車情況，可排除側(cè)推卡阻、堵轉(zhuǎn)等原因引起的啟動(dòng)失敗。根據(jù)第二次啟動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)觀察，側(cè)推主電機(jī)已進(jìn)入啟動(dòng)程序。按自耦降壓?jiǎn)?dòng)的原理，如圖1所示，主電機(jī)應(yīng)該在自耦降壓?jiǎn)?dòng)中，即KM3與KM2已閉合。初步判斷“主電機(jī)未啟動(dòng)成功”應(yīng)該為KM1未閉合，主電源未接入所致。打開側(cè)推啟動(dòng)器，檢查主電機(jī)的各主接觸器、接線，皆無(wú)任何異常，手動(dòng)閉合順暢。故疑點(diǎn)指向控制電路。該控制系統(tǒng)中，通過PLC與其它中間繼電器及輔助繼電器等控制。正常啟動(dòng)時(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇接通PLC的輸入端口（PLC-1 I3．6），經(jīng)處理后通過輸出端口(PLC-0 Q1．4)接通K57．61(如圖2)，KM3發(fā)出合閘信號(hào)，自耦變壓器星形接法連接。同時(shí)，K42．5接通，一付觸點(diǎn)作為KM3合閘的自保觸頭，另一付觸點(diǎn)閉合（如圖3），隨即向PLC發(fā)出KM2合閘信號(hào)，KM2合閘，自耦降壓?jiǎn)?dòng)運(yùn)行。

如圖3所示，K43．5有兩組延時(shí)觸頭，其中一組串在KM3的合閘信號(hào)線中（如圖2），另一組串在K43．7這一中間繼電器的接通電路中（K43．7為主電機(jī)由自耦變壓器到主電源啟動(dòng)轉(zhuǎn)換繼電器）。延時(shí)12s時(shí)間到后，圖2中這組觸頭斷開，使K42．5失電，隨即KM3、KM2分閘，保證自耦變壓器脫開主電路。與此同時(shí)，另一組延時(shí)觸頭接通K43．7（如圖3），K43．7得電后，其KM1合閘信號(hào)線路上這一組常開觸頭閉合（如圖4）。此時(shí)由于K42．5失電，故該線路上這組常閉觸頭閉合（如圖4），KM1合閘信號(hào)滿足，PLC發(fā)出指令，KM1閉合，主電源接入電路電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，由K44．7向PLC發(fā)出“主電機(jī)運(yùn)行”指令，啟動(dòng)成功。

圖3

圖4

3.3 故障查找

通過以上故障分析可得出初步判斷，故障應(yīng)該是發(fā)生在KM1合閘的這一路。由圖4可以看出，影響PLC發(fā)出KM1合閘指令的為K43．7的一組常開觸頭與K42．5的一組常閉觸點(diǎn)。采用排除法得出最后結(jié)論。首先選擇K42．5的這組常閉觸點(diǎn)進(jìn)行排除。斷電狀態(tài)下，拆除這組觸點(diǎn)的接線，手動(dòng)壓合K42．5鐵心，測(cè)量該組觸頭狀態(tài)為“0”，放開后測(cè)量狀態(tài)為“1”，故可判斷該組觸頭狀態(tài)無(wú)誤，予以排除。

然后查K43．7的這組常開觸頭。由故障分析可知，轉(zhuǎn)換繼電器K43．7得電需K43．5的延時(shí)觸頭閉合（如圖3），故首先需判斷K43．5的延時(shí)觸頭是否正常閉合。首先短接KM2的118與117這組副觸點(diǎn)（如圖3），再通電，可看到K43．5得電，而延時(shí)12秒后，發(fā)現(xiàn)K43．7的指示燈未亮，即并未得電，故障原因似乎為K43．5的延時(shí)觸頭不動(dòng)作。

為進(jìn)一步確認(rèn)故障，斷電狀態(tài)下，拆除K43．5的這組延時(shí)觸頭接線（如圖3），測(cè)量觸頭兩端狀態(tài)為“0”，隨后手動(dòng)壓合K43．5，觸頭狀態(tài)為“0”，延時(shí)時(shí)間到，狀態(tài)仍未改變。故通過以上兩點(diǎn)可以確認(rèn)這組延時(shí)觸頭是側(cè)推不能正常啟動(dòng)的真正原因。

3.4 解決方法

更換此時(shí)間繼電器，啟動(dòng)側(cè)推，一切正常，故障得以排除。

4 注意事項(xiàng)

自耦降壓起動(dòng)電路不能頻繁操作，如果啟動(dòng)不成功，第二次起動(dòng)應(yīng)間隔幾分鐘以上，連續(xù)兩次起動(dòng)后，應(yīng)最少半小時(shí)后再次啟動(dòng)運(yùn)行，這是為了防止自耦變壓器繞組內(nèi)啟動(dòng)電流太大而發(fā)熱損壞自耦變壓器的絕緣。

若電動(dòng)機(jī)由啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到運(yùn)行時(shí)，仍有很大的沖擊電流，甚至跳閘。是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行的接換時(shí)間太短所造成的，時(shí)間太短電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流還未下降轉(zhuǎn)速為接近額定轉(zhuǎn)速就切換到全壓運(yùn)行狀態(tài)所至?？烧{(diào)整時(shí)間繼電器（如本例中的K43．5）的整定時(shí)間，延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間解決。

若電動(dòng)機(jī)聲音異常，轉(zhuǎn)速低不能接近額定轉(zhuǎn)速，說明電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難，懷疑是自耦變壓器的抽頭選擇不合理，電動(dòng)機(jī)繞組電壓低，起動(dòng)力矩小帶動(dòng)的負(fù)載大所造成的?？蛇x取較大一點(diǎn)的變壓器抽頭解決。

若啟動(dòng)初始不能滿足PLC限定的啟動(dòng)條件，如鰭角未在零位、重力油柜油位低等情況而又需要緊急啟動(dòng)側(cè)推時(shí)，可將側(cè)推啟動(dòng)箱面板轉(zhuǎn)換至“應(yīng)急”模式，手動(dòng)按下啟動(dòng)按鈕，強(qiáng)行啟動(dòng)主機(jī)（如圖2）。但應(yīng)注意，此模式只在PLC限制啟動(dòng)而又緊急情況下才可使用，為非正常啟動(dòng)模式，對(duì)側(cè)推可能會(huì)造成潛在傷害，需慎重。

5 結(jié)語(yǔ)

作為船舶輪機(jī)管理人員，在遇到故障的時(shí)候，應(yīng)該從原理入手分析，由易到難，層層深入。文中短接線路排除故障法在查找電路問題時(shí)較為好用。