某電廠黑啟動柴油機(jī)緊急跳閘分析

華東宜興抽水蓄能有限公司 陳鶴虎 夏斌強(qiáng)

某電廠黑啟動柴油機(jī)緊急跳閘分析

華東宜興抽水蓄能有限公司 陳鶴虎 夏斌強(qiáng)

針對某電廠一次黑啟動過程中發(fā)生的柴油機(jī)緊急停機(jī)故障，進(jìn)行了相關(guān)保護(hù)檢測及空載及負(fù)荷試驗(yàn)，并再次模擬黑啟動實(shí)驗(yàn)，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警信息及控制邏輯，分析了故障原因，發(fā)生過程及結(jié)果，提出處理方法及日常維護(hù)措施。此次停機(jī)故障及處理過程具有代表性，給出的分析思路及處理方法 對類似故障判別和處理具有一定參考意義。

黑啟動實(shí)驗(yàn)；停機(jī)；故障分析；故障處理

一、故障經(jīng)過

2013年10月29日下午15時(shí)，在一次黑啟動試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)流程走至2號機(jī)自用盤Ⅱ母進(jìn)線開關(guān)（保安配電側(cè)）時(shí)，柴油機(jī)突然緊急停機(jī)，柴油機(jī)出口開關(guān)、保安配電盤進(jìn)線開關(guān)（柴油機(jī)側(cè)）、2號機(jī)組自用盤Ⅱ母進(jìn)線開關(guān)（保安配電側(cè)）相繼自動跳開，各系統(tǒng)出現(xiàn)如下報(bào)警信息：

（1）柴油機(jī)本體： “Emergency shutdown”，控制器上無具體跳閘原因顯示。

（2）柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)HD1：Diesel Gen Shutdown，查看事件記錄器，其中的“Under Voltage High”（低壓保護(hù)高值）與“Frequency Stage2”（低頻保護(hù)II段）保護(hù)啟動，其余保護(hù)未啟動。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)顯示，2號機(jī)自用盤Ⅱ母進(jìn)線開關(guān)自動合閘時(shí)，2號機(jī)組1號球閥油泵自動啟動。

二、原因初步分析

故障發(fā)生后，根據(jù)監(jiān)控報(bào)警記錄信息，最先懷疑2號球閥油泵（柴油機(jī)負(fù)荷）自啟動時(shí)，啟動沖擊較大，可能導(dǎo)致各開關(guān)保護(hù)誤動。球閥油泵瞬時(shí)啟動，該油泵額定功率55kW，額定電流105A，由于當(dāng)時(shí)屬于重載啟動，經(jīng)計(jì)算與現(xiàn)場試驗(yàn)，啟動時(shí)沖擊負(fù)荷約有200kW，瞬時(shí)沖擊電流約500A，啟動沖擊持續(xù)時(shí)間約為2-3S。

得出的初步分析是由于球閥油位H報(bào)警已出現(xiàn)，球閥油泵將自動啟動補(bǔ)壓。進(jìn)一步懷疑2號球閥油泵自啟動時(shí)，啟動沖擊較大，可能導(dǎo)致各開關(guān)保護(hù)誤動。為尋找跳閘原因，故障對柴油機(jī)負(fù)荷回路開關(guān)（柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)HD1>保安配電盤進(jìn)線開關(guān)（柴油機(jī)側(cè)）>2號機(jī)自用盤Ⅱ母進(jìn)線開關(guān)）進(jìn)行了保護(hù)檢測。

三個(gè)開關(guān)經(jīng)檢測保護(hù)測試校驗(yàn)，保護(hù)動作均正常。其中2號機(jī)自用盤Ⅱ母進(jìn)線開關(guān)主保護(hù)為三段式電流保護(hù)，In=800A，單臺55kW油泵啟動時(shí)不可能導(dǎo)致該開關(guān)過流跳閘，排除2號機(jī)組自用盤跳閘的情況。保安配電盤進(jìn)線開關(guān)容量與額定電流均大于2號機(jī)組自用盤，在開關(guān)保護(hù)校驗(yàn)全部合格情況下，該開關(guān)也無過流跳閘可能。

根據(jù)上述分析，仍無法解釋一點(diǎn)，假設(shè)2號球閥油泵啟動時(shí)，2號機(jī)組自用盤因沖擊太大，開關(guān)過流或者母線壓力降低過多導(dǎo)致開關(guān)跳閘，但是該跳閘命令無通道傳遞給柴油發(fā)電機(jī)，柴油機(jī)無緊急停機(jī)的理由，也就是說柴油機(jī)緊急停機(jī)令必然與柴油發(fā)電機(jī)本體或其出口開關(guān)有直接的關(guān)系。

三、后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)問題

此后進(jìn)行柴油機(jī)空載及帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)了一些問題，主要包括：

（1）柴油發(fā)電機(jī)充電裝置損壞。該柴油發(fā)電機(jī)充電裝置上長期有AL報(bào)警無法復(fù)歸，充電裝置有時(shí)充電正常，有時(shí)充電不正常。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該充電裝置有時(shí)輸出電壓只有14V，但顯示電壓為27V，充電裝置中有一組整流硅橋經(jīng)常處于故障狀態(tài)，顯示電壓非實(shí)際充電電壓。

（2）柴油機(jī)啟動時(shí)，蓄電池壓降明顯比投運(yùn)時(shí)大。現(xiàn)在蓄電池充滿電后，柴油機(jī)啟動時(shí)蓄電池壓降最低到17V，而約3年前記錄的啟動壓降最低到21V。

（3）2014年3月份一次柴油機(jī)帶負(fù)荷試驗(yàn)中，也發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定現(xiàn)象。后排查發(fā)現(xiàn)是柴油機(jī)柴油濾芯有堵塞，更換機(jī)油及濾芯后該故障消除。

（4）從2014年4月份開始，該柴油發(fā)電機(jī)啟動后無法直接到達(dá)額定轉(zhuǎn)速，會進(jìn)入怠速運(yùn)行狀態(tài)（約560rpm）。后經(jīng)多次檢查試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是柴油機(jī)啟動時(shí)，蓄電池壓降比運(yùn)行初期更大，使控制器給油門執(zhí)行閥的電壓降低，同樣的設(shè)定下其實(shí)降低了柴油機(jī)油門的出力；另一方面該柴油機(jī)由于啟動次數(shù)過少，導(dǎo)致執(zhí)行器及其連桿有一定卡澀。

根據(jù)以上種種現(xiàn)象，維護(hù)人員認(rèn)為柴油機(jī)與投運(yùn)時(shí)相比，其性能有了較為明顯的變化，所以我們將黑啟動試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)柴油機(jī)緊急停機(jī)的可疑原因放到柴油機(jī)本體上，并計(jì)劃再次進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，模擬當(dāng)時(shí)跳閘情況。

四、再次試驗(yàn)情況及原因分析

2014年8月7日，在查清了1號柴油發(fā)電機(jī)啟動后怠速運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象，并確保該柴油機(jī)蓄電池已充至現(xiàn)情況下最滿，柴油機(jī)機(jī)油、機(jī)濾、柴慮等都進(jìn)行了更換的條件下，柴油機(jī)空載連續(xù)啟動5次未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常，維護(hù)人員再次進(jìn)行了模擬黑啟動試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)全部采用遠(yuǎn)方操作，柴油機(jī)計(jì)劃帶保安配電盤、2號機(jī)組自用盤I、II母，并啟動2號機(jī)球閥（55kW）、技術(shù)供水系統(tǒng)（50kW）各1臺，加上保安配電盤上其他負(fù)荷，柴油機(jī)總負(fù)荷約200kW，試驗(yàn)完成最后選擇拍停柴油機(jī)緊急停機(jī)按鈕，試驗(yàn)時(shí)對柴油機(jī)及各配電盤上數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)記錄。以下是拍停柴油機(jī)緊急停機(jī)按鈕后主要報(bào)警記錄：

15∶03∶59.194 2號機(jī)組自用盤II母進(jìn)線開關(guān)（保安側(cè)）保護(hù)跳閘

15∶04∶00.374 保安配電盤進(jìn)線開關(guān)分閘

15∶04∶01.375 保安配電盤進(jìn)線開關(guān)跳閘

15∶04∶24.662 柴油發(fā)電機(jī)不在運(yùn)行狀態(tài)

根據(jù)試驗(yàn)后拍停柴油機(jī)緊急停機(jī)按鈕后的情況，我們發(fā)現(xiàn)以下問題：柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)（HD1）分合閘及保護(hù)動作情況同樣未在監(jiān)控系統(tǒng)中顯示，現(xiàn)地盤柜上也只有柴油發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)，而無保護(hù)動作信息。即柴油機(jī)拍停時(shí)，HD1直接分閘（見圖1），而非保護(hù)動作跳閘。

根據(jù)報(bào)警信息的不同，我們得出以下簡單結(jié)論：

圖1

檢查柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)控制邏輯，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)Emergency open信號將直接導(dǎo)致斷路器分閘，斷路器不再發(fā)出任何保護(hù)動作信號，而13年10月29日黑啟動試驗(yàn)時(shí)，柴油機(jī)出口開關(guān)上既有Emergency Shutdown信號，也有保護(hù)動作信號，這說明當(dāng)時(shí)緊急停機(jī)的發(fā)令來源并非柴油發(fā)電機(jī)，Emergency Shutdown不是柴油發(fā)電機(jī)本體電磁閥動作或人員誤投入緊急停機(jī)按鈕，而是開關(guān)柜本體保護(hù)動作并傳遞給柴油發(fā)電機(jī)，使柴油發(fā)電機(jī)緊急跳閘的。該柴油發(fā)電機(jī)的電氣量檢測全部由柴油發(fā)電機(jī)出口開關(guān)實(shí)現(xiàn)，柴油機(jī)本體只設(shè)置了過速（Over speed）、冷卻水溫度高（Cooling water temp high）、油壓低（Lube oil pressure low）三組跳閘報(bào)警，并在控制面板上反饋。

柴油機(jī)的調(diào)速機(jī)構(gòu)由一套名為ESD5330的裝置完成，與主控制程序是相互獨(dú)立的，它的作用是根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定及反饋，給出一個(gè)穩(wěn)定的電壓值，驅(qū)動執(zhí)行器控制柴油機(jī)油門，通過增、減供油的方式控制柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)該裝置的特點(diǎn)，蓄電池供電電壓、執(zhí)行器動作準(zhǔn)確性都將直接影響柴油機(jī)調(diào)速的準(zhǔn)確性及快速性，同時(shí)柴油機(jī)本體的供油系統(tǒng)的性能也對調(diào)速性能有直接影響。

柴油機(jī)的出口電壓由AVR系統(tǒng)保持，勵(lì)磁電流很小，但是很小的電流變化將直接導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓劇烈變化，也就是說AVR的精度要求很高。根據(jù)出廠試驗(yàn)報(bào)告顯示，微小的勵(lì)磁電流變化（約0.5A）將直接使出口線電壓由10kV降至7kV。AVR與柴油機(jī)調(diào)速性能存在一定關(guān)系，試驗(yàn)說明轉(zhuǎn)速變化在5%內(nèi)該裝置才可靠。

根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)出口上述分析，得出該柴油發(fā)電機(jī)緊急停機(jī)的原因可能有以下幾點(diǎn)：

（1）柴油發(fā)電機(jī)蓄電池長期饋電，電調(diào)的供電直流電壓降低，進(jìn)一步導(dǎo)致執(zhí)行器輸出不準(zhǔn)，同時(shí)也可能導(dǎo)致AVR調(diào)節(jié)的勵(lì)磁電流存在偏差。

（2）由于在本次試驗(yàn)前，柴油機(jī)平常啟動次數(shù)偏少，且已有超過3年時(shí)間未進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)，柴油的供油系統(tǒng)可能存在積碳，執(zhí)行器操作機(jī)構(gòu)存在卡澀現(xiàn)象，供油不暢導(dǎo)致轉(zhuǎn)速無法快速跟蹤。

（3）2014年5月柴油機(jī)空載啟停時(shí)，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)柴濾比較臟，同樣在2013年進(jìn)行黑啟動試驗(yàn)前，濾芯正好處于即將到更換周期的狀況，這也可能導(dǎo)致黑啟動試驗(yàn)時(shí)柴油機(jī)供油不暢，轉(zhuǎn)速下降更加明顯。

五、日常維護(hù)建議

根據(jù)以上原因分析，這里給出了一些柴油發(fā)電機(jī)日常運(yùn)維建議。

（1）加密柴油發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行的次數(shù)，如條件可以，應(yīng)多帶負(fù)荷（70%額定以上）運(yùn)行。

（2）縮短柴油發(fā)電機(jī)維護(hù)周期，原來的濾油及潤滑系統(tǒng)（含柴油機(jī)機(jī)油、機(jī)濾、柴慮等）更換周期建議為每兩年一次，建議改為一年一次或更短。

（3）帶負(fù)荷跟蹤發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓及頻率，便于做出比對分析。

（4）柴油機(jī)供油執(zhí)行器應(yīng)進(jìn)行校驗(yàn)，如校驗(yàn)困難可以考慮更換新的。對其關(guān)鍵連接部位應(yīng)進(jìn)行潤滑處理。

（5）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)柴油機(jī)本體及出口開關(guān)相關(guān)報(bào)警信息，方便設(shè)備信息排查。

陳鶴虎（1986—），男，江蘇阜寧人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：抽水蓄能電站電氣二次。

夏斌強(qiáng)（1983—），男，江蘇宜興人，碩士，工程師，研究方向：抽水蓄能電站電氣一次。