关于ESC1000A调速器油量位置反馈信号丢失的研究
张朋+杜江
【摘 要】论文针对ESC1000A电子调速器的油量位置反馈信号丢失故障，分析此故障对柴油发电机空载及并网特性的影响。根据实际应用经验，制定了调速器详细的维护策略。
【Abstract】This paper analyzes the influence of the loss of oil position feedback signal of ESC1000A electronic governor on no-load of diesel generator and grid-connected characteristics. According to the practical application experience， the detailed maintenance strategy of governor is worked out.
【关键词】ESC1000A电子调速器；油量位置；反馈信号
【Keywords】ESC1000A electronic governor； oil position； feedback signal
【中图分类号】TM31 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0143-02
1 引言
孚创ESC1000A型电子调速器具有结构简单、性能可靠、操作简便、易于功能扩展、高性价比等特点，目前较为广泛应用于船舶行业以及国内新建核电机组中小型柴油发电机的调速控制。在发电机组多年的安装、调试、运行中，出现过因调速器相关故障而导致发电机无法启动或启动超时、转速波动、发电机自动停车、发电机超速等现象。本文针对油量位置反馈信号丢失这种故障类型进行介绍，分析此类故障对发电机空载、并网工况的影响，并提出调速器全面的维护策略。
2 ESC1000A型电子调速器介绍
ESC1000A型电子调速器为全电式、单脉冲、位置双闭环结构，具有无差或有差调节（一般应用为DROOP模式投入）、转速遥控设定、高低速自动转换、最大供油量限制和紧急停车等功能。调速器通过转速环及油门位置环实现双闭环转速控制。转速环为PID控制，其中I固定不可调，PD可通过面板上的“微分”“增益”电位器进行调整。位置环为PI控制，出厂时P、I参数已固定好，不可调。
Droop功能可以使柴油机机械特性变软。在droop调节模式下，柴油发电机速度随所带负荷的变化而变化，负荷增加，转速下降，即牺牲转速带动负载。
如图1所示，其中1、2引脚为电源电压DC24V；3、4引脚输出直流信号，驱动执行器，带动高压油泵内部齿条，从而控制油门开度；5、6引脚连接转速传感器；7、8功能为实现高低速切换；9、10引脚外接滑动变阻器，用来调节柴油机转速；11、12引脚短接，是将执行器开度开到最大，一般作用是在调试初始时，检查开度最大时，执行机构带动的齿条与顶端的距离；12、13、14引脚是执行器的位置反馈。低速设定值为柴油机怠速值，待温度、润滑油压力满足要求时升为高速。
3 油量位置反馈信号丢失的影响分析
油量位置反馈故障信号丢失，将直接对发电机空载和并网特性产生严重影响。
3.1导致空载波动
油门反馈回路出现断线，将会导致位置环存在偏差，齿条向减小偏差的方向移动，转速发生变化。此时转速环根据转速反馈重新输出一个油门开度设定值，由于位置环偏差一直存在，结果又导致齿条动作，转速发生变化，如此循环，结果就是在当前PD条件下产生周期振荡。
我们可以通过参数录波曲线分析发现，在空载启动过程中，位置反馈电压变化非常小，基本上处于不变的状态，这将导致发动机下垂特性变硬，转速波动率变大。
微调小增益可以降低调节速度，超调变小，转速趋于稳定。
3.2 导致柴油发电机并网自动升功率，过载保护动作
发电机并网后，柴油机发电机转速跟随电网频率变化与电网保持一致。正常情况下，空载至并网带载时瞬态变化产生的转速差通过速降补偿回路来进行补偿。
油量位置反馈信号的丢失，使得速降补偿回路失效。导致调速器通过开大油门来弥补转速差，由于并网特性影响（发电机转速不变），该转速差一直存在，油门就不断地加大，发电机一直处于自动升功率状态，最后触发过载保护动作跳闸。
4 调速器的维护策略
调速器相关的故障，特别是油量位置反馈这类故障，对于柴油发电机产生的后果较为严重。在调试、运行等相关实践中，通过经验积累制定出了针对ESC1000A调速器的详细维护策略，如下：
①检查调速器静态电流（消耗电流）标准≤60mA 。
试验方法：在调速器上电状态下在调速器1端或者2端串入一个电流表，检查调速器静态电流，以检测调速器内部是否出现短路/断路之类故障。
②验证调速器启动频率（调速器开始工作对应频率），标准50～120HZ。
试验方法：在5、6端用信号发生器模拟一个较低转速，逐步增加频率，直到齿条开始动作时对应的频率，也可通过测量执行器输出来验证。
③高低速设定检查，低速一般在950～1050RPM，高速为额定转速。
试验方法：对于低（高）速设定，手动将调速器置低（高）速模式，用信号发生器模拟950～1050转（额定转速）的转速，然后测量上下方测量引脚的电压，须符合U设定=U基准±0.01V，否则调整低速（高速）设定电位器直至符合要求。
④检查高低速转换时间，7±1S。
试验方法：先将调速器置到高速，并模拟1500转的反馈转速，油门齿条会开到某一位置，此时手动切换为低速，此时油门往回拉然后停止，记录齿条动作的时间。
⑤油门位置反馈电阻线性检查：手动推动执行器连接杆，测量反馈电阻，阻值应该平滑变化，无断点。在停机状态下13/14端电阻应该在150-200欧左右，油门最大时13/14端电阻应该在2.4K左右。
⑥执行器线圈内阻检查，标准为2.2～2.6欧姆。
⑦执行器线圈与电位器对外壳绝缘度检查，标准为≥500MΩ。
⑧最大油量限制电流，一般设置为2A，要求≤3A。
试验方法：在调速器3端或者4端（执行器输出）串入电流表，短接11/12端，模擬油门最大开度，调整最大油量电位器，调到2A即可。
⑨齿条最大行程 >14mm。
试验方法：短接11/12端，模拟油门最大开度，齿条顶到头，然后断开11/12短接线，油门拉杆回收，记录该过程中齿条的位移量（这里需要保证油门最大时，齿条并未完全顶到柴油机本体，也就是油门最大时齿条连杆跟柴油机本体还有一点缝隙，证明这是在限制油门后的最大行程）。
5 结论
油量位置反馈故障可造成转速波动，同时执行器位置反馈故障导致速降补偿失效，在并网时会导致功率自动上升。按照制定的调速器维护策略对ESA1000A电子调速器进行维护，在实践的检验中证明是实用和有效的，基本可以保证调速器的正常运作。
【摘 要】论文针对ESC1000A电子调速器的油量位置反馈信号丢失故障，分析此故障对柴油发电机空载及并网特性的影响。根据实际应用经验，制定了调速器详细的维护策略。
【Abstract】This paper analyzes the influence of the loss of oil position feedback signal of ESC1000A electronic governor on no-load of diesel generator and grid-connected characteristics. According to the practical application experience， the detailed maintenance strategy of governor is worked out.
【关键词】ESC1000A电子调速器；油量位置；反馈信号
【Keywords】ESC1000A electronic governor； oil position； feedback signal
【中图分类号】TM31 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0143-02
1 引言
孚创ESC1000A型电子调速器具有结构简单、性能可靠、操作简便、易于功能扩展、高性价比等特点，目前较为广泛应用于船舶行业以及国内新建核电机组中小型柴油发电机的调速控制。在发电机组多年的安装、调试、运行中，出现过因调速器相关故障而导致发电机无法启动或启动超时、转速波动、发电机自动停车、发电机超速等现象。本文针对油量位置反馈信号丢失这种故障类型进行介绍，分析此类故障对发电机空载、并网工况的影响，并提出调速器全面的维护策略。
2 ESC1000A型电子调速器介绍
ESC1000A型电子调速器为全电式、单脉冲、位置双闭环结构，具有无差或有差调节（一般应用为DROOP模式投入）、转速遥控设定、高低速自动转换、最大供油量限制和紧急停车等功能。调速器通过转速环及油门位置环实现双闭环转速控制。转速环为PID控制，其中I固定不可调，PD可通过面板上的“微分”“增益”电位器进行调整。位置环为PI控制，出厂时P、I参数已固定好，不可调。
Droop功能可以使柴油机机械特性变软。在droop调节模式下，柴油发电机速度随所带负荷的变化而变化，负荷增加，转速下降，即牺牲转速带动负载。
如图1所示，其中1、2引脚为电源电压DC24V；3、4引脚输出直流信号，驱动执行器，带动高压油泵内部齿条，从而控制油门开度；5、6引脚连接转速传感器；7、8功能为实现高低速切换；9、10引脚外接滑动变阻器，用来调节柴油机转速；11、12引脚短接，是将执行器开度开到最大，一般作用是在调试初始时，检查开度最大时，执行机构带动的齿条与顶端的距离；12、13、14引脚是执行器的位置反馈。低速设定值为柴油机怠速值，待温度、润滑油压力满足要求时升为高速。
3 油量位置反馈信号丢失的影响分析
油量位置反馈故障信号丢失，将直接对发电机空载和并网特性产生严重影响。
3.1导致空载波动
油门反馈回路出现断线，将会导致位置环存在偏差，齿条向减小偏差的方向移动，转速发生变化。此时转速环根据转速反馈重新输出一个油门开度设定值，由于位置环偏差一直存在，结果又导致齿条动作，转速发生变化，如此循环，结果就是在当前PD条件下产生周期振荡。
我们可以通过参数录波曲线分析发现，在空载启动过程中，位置反馈电压变化非常小，基本上处于不变的状态，这将导致发动机下垂特性变硬，转速波动率变大。
微调小增益可以降低调节速度，超调变小，转速趋于稳定。
3.2 导致柴油发电机并网自动升功率，过载保护动作
发电机并网后，柴油机发电机转速跟随电网频率变化与电网保持一致。正常情况下，空载至并网带载时瞬态变化产生的转速差通过速降补偿回路来进行补偿。
油量位置反馈信号的丢失，使得速降补偿回路失效。导致调速器通过开大油门来弥补转速差，由于并网特性影响（发电机转速不变），该转速差一直存在，油门就不断地加大，发电机一直处于自动升功率状态，最后触发过载保护动作跳闸。
4 调速器的维护策略
调速器相关的故障，特别是油量位置反馈这类故障，对于柴油发电机产生的后果较为严重。在调试、运行等相关实践中，通过经验积累制定出了针对ESC1000A调速器的详细维护策略，如下：
①检查调速器静态电流（消耗电流）标准≤60mA 。
试验方法：在调速器上电状态下在调速器1端或者2端串入一个电流表，检查调速器静态电流，以检测调速器内部是否出现短路/断路之类故障。
②验证调速器启动频率（调速器开始工作对应频率），标准50～120HZ。
试验方法：在5、6端用信号发生器模拟一个较低转速，逐步增加频率，直到齿条开始动作时对应的频率，也可通过测量执行器输出来验证。
③高低速设定检查，低速一般在950～1050RPM，高速为额定转速。
试验方法：对于低（高）速设定，手动将调速器置低（高）速模式，用信号发生器模拟950～1050转（额定转速）的转速，然后测量上下方测量引脚的电压，须符合U设定=U基准±0.01V，否则调整低速（高速）设定电位器直至符合要求。
④检查高低速转换时间，7±1S。
试验方法：先将调速器置到高速，并模拟1500转的反馈转速，油门齿条会开到某一位置，此时手动切换为低速，此时油门往回拉然后停止，记录齿条动作的时间。
⑤油门位置反馈电阻线性检查：手动推动执行器连接杆，测量反馈电阻，阻值应该平滑变化，无断点。在停机状态下13/14端电阻应该在150-200欧左右，油门最大时13/14端电阻应该在2.4K左右。
⑥执行器线圈内阻检查，标准为2.2～2.6欧姆。
⑦执行器线圈与电位器对外壳绝缘度检查，标准为≥500MΩ。
⑧最大油量限制电流，一般设置为2A，要求≤3A。
试验方法：在调速器3端或者4端（执行器输出）串入电流表，短接11/12端，模擬油门最大开度，调整最大油量电位器，调到2A即可。
⑨齿条最大行程 >14mm。
试验方法：短接11/12端，模拟油门最大开度，齿条顶到头，然后断开11/12短接线，油门拉杆回收，记录该过程中齿条的位移量（这里需要保证油门最大时，齿条并未完全顶到柴油机本体，也就是油门最大时齿条连杆跟柴油机本体还有一点缝隙，证明这是在限制油门后的最大行程）。
5 结论
油量位置反馈故障可造成转速波动，同时执行器位置反馈故障导致速降补偿失效，在并网时会导致功率自动上升。按照制定的调速器维护策略对ESA1000A电子调速器进行维护，在实践的检验中证明是实用和有效的，基本可以保证调速器的正常运作。
