基于故障树的可控相复励调压装置故障诊断知识库建立

孙艳秋



基于故障树的可控相复励调压装置故障诊断知识库建立

孙艳秋

（渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125000）

本文以故障树为工具，对实际应用中可控相复励调压装置的故障类型、可能故障原因进行分析总结，建立了基于故障树的可控相复励调压装置故障诊断知识库，为进一步创建船舶同步发电机智能故障诊断系统奠定基础。

相复励调压装置 故障树 知识库

0 引言

可控相复励调压装置是船舶无刷同步发电机常用的调压装置，其作用是自动控制发电机输出电压的恒定和并联运行时无功功率的合理分配。调压装置一旦发生故障，会影响到整个船舶电力系统电力供应的稳定性和安全性，甚至会危及船舶作业和航行安全。因此，对可控相复励调压装置故障的及时诊断和分析是非常重要的。

1 可控相复励调压装置简介

可控相复励调压装置主要由相复励励磁装置和电压校正器（AVR）两部分组成。按照电压校正器与相复励部分组合形式的不同，可分为：可控移相电抗器、可控电流互感器、可控饱和电抗器分流和可控硅分流4种形式。

图1为可控硅分流型相复励调压装置结构图。装置由移相电抗器（L）、相复励变压器（T）、测量电路（CL）、移相触发电路（CF）、晶闸管整流模块（UR）和比较电路（BJ）组成。

由电压校正器AVR测量发电机电压的变化，再由电压校正器AVR输出的电流控制可控硅的导通角，从而改变励磁电路的分流大小，以达到电压偏差的可控调节。电压调节过程如下：单机运行时，在发电机负载电流增加的情况下，发电机电压趋于下降(由于电枢反应电抗压降的原因)。而在电压校正器AVR的测量部分，发电机电压整流后的直流电压克服稳压管的基准电压后，其电压差下降，使电压差控制的可控硅触发角减小，导通角增加，输出励磁电流增大，发电机电压下降得到补偿。

图1 可控相复励调压装置结构图

2 调压装置故障诊断知识库建立

故障树模型作为一个基于研究对象结构、功能特征的行为模型，结合形象、直观的图形演绎法，围绕某些特定的故障状态进行层层深入的分析，表达系统内在联系，并指出元部件故障与系统故障之间的逻辑关系，找出系统的薄弱环节；故障诊断知识库是综合利用多个专家的经验和知识建立起来的故障诊断知识表示，其知识之间具有故障树所特有的层次关系，即知识库中的一个结论性知识可能是另一个结论知识的前提条件，根据知识库中的知识，通过某种推理逻辑，可确定故障类型和故障原因。[1,3]基于故障树建立可控相复励调压装置故障诊断知识库能够体现故障诊断知识的经验性和因果性，知识库的原型内容如下。

2.1 发电机不能起压

首先我们建立发电机不能起压故障树，如图2所示。从故障特征可得以下规则：

1) 如果发电机无剩磁电压，那么发电机应充磁；

2) 如果发电机不能起压，且有剩磁电压；那么励磁回路故障；

3) 如果剩磁电压极性正确：且电刷、转子未开路；那么，相复励装置故障；

4) 如果相复励装置故障：那么整流器故障，可信度为X1;移相电抗器开路，可信度为X2；复励变压器故障，可信度为X3。

这里一个故障有多种原因，每个原因的可能性不一样，则要根据元件的失效率或专家们的经验给出可信度X1、X2和X3[4]。

2.2 发电机空载电压低于额定电压

建立发电机空载电压低于额定电压时的故障树，如图3所示。从故障特征可得以下规则：

图2 发电机不能起压故障树

图3 Uf0>Ufe故障树

2.3 发电机空载电压高于额定电压

根据演绎法，同样可建造出发电机空载电压高于额定电压故障树，如图4所示。由故障树可得如下几条规则：

图4 Uf0>Ufe故障树

2) 如果校正器无调节作用；那么VT开路，可信度为X1；分流电阻开路，可信度为X2；VT无触发脉冲，可信度为X3；

3) 如果VT无触发脉冲：那么CF触发电路故障，可信度为X4；比较桥故障，可信度为X5；测量回路故障，可信度为X6；

2.5 发电机运行中突然不发电

建立发电机运行中突然不发电故障树如图5所示。由故障特征可得如下规则：

1) 如果发电机突然不发电，那么可能整流器击穿、励磁回路开路、电抗器或相复励变压器线圈短路；

2) 如果移相电抗器铁心松动，以致气隙减小，自励分量减小，使端电压下降，失电压保护而跳闸[5]。

图5 运行中突然不发电故障树

2.6 当负载增加时，发电机电压大幅度下降

建立负载增加时发电机电压大幅度下降故障树如图6所示。由故障树可得如下几条规则：

1) 如果负载增加时，发电机电压大幅度下降，说明励磁电流无法补偿电枢反应，造成端电压下降，则整流桥开路或一相无触发脉冲；

2) 如果励磁电流无调节作用，那么VT开路，可信度为X1；一相无触发脉冲，可信度为X2；

3) 如果VT无触发脉冲：那么CF触发电路故障，可信度为X3；比较桥故障，可信度为X4；测量回路故障，可信度为X5；

4) 如果移相电抗器、整流器、相复励变压器无开路，那么调换相复励变压器电流绕组和电压绕组极性一致，检修调速器，将铁心调回原位，固定好。

图6 当负载增加时，发电机电压大幅度下降

3 结束语

随着船舶大型化和自动化的不断提高，船舶电力系统的容量和控制系统更加复杂，对于船上电气工作人员来说，船舶同步发电机及其调压装置故障诊断与维修已不再是一件（下转第73页）容易的事。以故障树为工具，建立可控相复励调压装置故障诊断知识库，有助于解决调压装置故障诊断的盲目性问题，及早识别故障、诊断故障和排除故障，具有参考和推广应用价值。

[1] 杨家涛. 基于CLIPS的船舶机舱设备故障诊断专家系统研究[D]. 武汉理工大学硕士论文,2012. 06

[2] 阮礽忠. 船舶电气设备维修技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013.01.

[3] 王文义. 船舶电站[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2006.07

[4] 控制系统故障诊断与容错控制的分析和设计[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008.02.

[5] 中国海事服务中心组织编写. 船舶电气与自动化[M]. 大连: 大连海事大学出版社, 2012.06.

Designing of Fault Diagnosis Knowledge Database for Controllable Phase-compounding Excitation System Based on Fault Trees

Sun Yanqiu

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao, Liaoning 125000)

U665

A

1003-4862（2014）02-0062-03

2013-11-12

孙艳秋(1970-)，女，硕士/副教授。研究方向：船舶电气及自动化技术。