西门子1FC5和1FC6发电机励磁装置的替换
【摘要】目前国内油田配备了大量国产西门子1FC5、1FC6系列无刷三相同步发电机，在实际使用中发现，该系列机的励磁装置故障率很高，由于励磁装置用器件比较多，调整比较烦琐，所以在现场修复比较困难，严重影响钻井生产。本文在简要回顾了西门子励磁装置原理，分析了引起故障的原因，提出用通用发电机自动电压调节器代替相复励磁装置，并在现场进行实验并取得了相好效果，证明方案是可行的。
【关键词】发电机；励磁装置
目前国内油田配备了大量国产西门子1FC5、1FC6系列无刷三相同步发电机，它是德国西门子公司于八十年代开发的发电机系列产品，由国内厂家引进该发电机专有技术及生产许可证，并获得西门子公司质量认证、机械部技术鉴定和中国船级社形式认可，严格按照西门子标准生产的发电机。
该系列发电机采用具有可控硅自动电压调节器（AVR）的相复励励磁系统,图1为1FC6发电机的励磁原理图。
1FC6型无刷励磁发电机的主要结构是，由主发电机G1、励磁发电机G2、励磁装置组成，G1为旋转磁极式，G2为旋转磁枢式。励磁装置由电抗器、电容器、整流变压器、电流互感器和自动电压调节器（AVR）组成。
1FC6型无刷励磁发电机的工作原理是，柴油机拖动发电机转动后，励磁机依靠内部剩磁或外部充磁建立比较低的电压，该电压作用于励磁部件而产生的励磁电流使得发电机电压不断上升，最后稳定于整定值。如果自动电压调节器（AVR）故障或不接入励磁系统，则发电机从空载到满载的整个负载范围内，其输出电压始终高于额定值。当自动电压调节器（AVR）接入励磁系统后，有一部分励磁电流流过其中的可控硅和电阻组成的分流电路。分流电流的大小由自动电压调节器根据负载大小自动调节，保证了发电机在整个负载范围内其输出电压始终等于额定值。
从现场维修上来看以下器件故障率比较高。
1、是电抗器L1，电抗器功能是提供励磁电流的电压分量，出故障时会造成发电机空载电压升高或降低。
2、电流互感器T1-T3，电流互感器作用是提供励磁电流的电流分量，出故障时会造成发电机带负载后端电压下降或压上升。
3、整流变压器T8，T8是一个双绕组的三相变压器，原边每相绕组根据发电机机型带有备用抽头，副边绕组均带有多个抽头供调整使用，一般这些抽头在出厂时已作好调整，在现场检修时不能改变抽头位置，更换时应按原位置进行插接。整流变压器T8原边接受电抗器L1输出的电压分量，在副边产生相应的励磁电流。同时T8副边绕组也接受电流互感器T1-T3提供的励磁电流的电流分量。当T8的原边或副边出现短路、断路，都可以使得发电机空载电压及加载后端电压下降。如果不在实验台上进行调试，现场调整T8的过程很烦琐。
4、静止整流器，静止整流器是一个三相桥式整流器，当静止整流器中六个二极管有发生击穿或开路电阻值办法）将使得发电机输出端电压下降。
5、旋转整流器V2，旋转整流器U2由三块结构相同的整流模块组成，每个整流模块内有两个二极管。旋转整流器安装在主发电机转子与励磁发电机转子之间的旋转轴套上。当旋转整流器中的二极管发生击穿或开路，造成励磁电流减少使得发电机端电压下降。
6、旋转压敏电阻U，U是旋转整流器V2的过电压保护元件，与旋转整流器安装在主发电机转子与励磁发电机转子之间的旋转轴套上，它们之间的区别是旋转压敏电阻R4只有两个接线端子。常见故障是被破坏性击穿，击穿后相当于对输入到主发电机转子的励磁电流进行分流，造成发电机端电压下降。
7、电压调节器AVR，电压调节器AVR的功能是通过控制励磁分流电流的大小，从而改变励磁电流，达到调节发电机电压的目的。该组件出现故障时会造成发电机电压过高或过低。
从以上可以得出，相复励磁方式由于分立器件过多，还有国产后器件质量下降，尤其是1FC6发电机励磁装置没有安装减震装置，机械震动造成器件损坏，插接件松动等，该系列机组在油田现场使用时励磁装置故障率比较高，从方便维修和减少配件储备方面来看，对励磁置进行更新已经十分必要。
图2为可控硅励磁板接线图，励磁板的基波电源端连接发电机L-W端，电压检测连接到U-V端，如果发电机需要与其他电源并联还应该连接调差互感器，F1与F2连接发电机励磁绕组，从图2可以看出，可控硅励磁方式接线简洁，配件数量少，现场维修简便，这正是我们钻井生产所要求的。我公司目前使用的发电机型号为1FC6456-4AL92,该机最大励磁电压为100V,额定励磁电流为8A,根据励磁电流和电压参数，我们选择可控硅励磁板进行更换，首先将原发电机励磁装置拆除，然后将新励磁板装入发电机内，按图2连接好即可。在现场使用中取得良好效果，发电机电压稳定，并且动态响应好，能够适应钻井生产的需要。
在替换时也应注意，应选择基波可控硅励磁板，还应注意柴油发电机频率应不小于47Hz,在安装时候应将励磁板安装在带有减震装置的安装板上，防止由于震动造成控制板损坏。
在电子技术飞速发展的今天，可控硅励磁装置已经被证明是非常可靠的，在陆上石油钻机使用的西门子发电机，在可控硅励磁满足负载要求的情况下，没有必要坚持使用原来落后笨重的相复励磁装置，此次改造成功是最好的证明。
参考文献
[1]1FC5发电机使用与维护手册,无锡,无锡电机厂,1992.
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