某發(fā)電廠柴油發(fā)電機(jī)組故障原因探析

摘 要：國(guó)內(nèi)某發(fā)電廠共裝設(shè)兩臺(tái)美國(guó)科勒公司生產(chǎn)的1000REOZM柴油發(fā)電機(jī)組，作為應(yīng)急事故保安電源。該電廠按柴油機(jī)運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)要求，每?jī)赡赀M(jìn)行一次保養(yǎng)，保養(yǎng)內(nèi)容包括機(jī)油更換，空濾、機(jī)濾、柴濾、旁濾更換，蓄電池電壓測(cè)量。柴油機(jī)正常情況下為熱備用狀態(tài)，不運(yùn)行，僅按照運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行每半個(gè)月定期不帶載啟動(dòng)工作。在最近一次檢修過程中，進(jìn)行了如上保養(yǎng)工作，并將柴油機(jī)蓄電池進(jìn)行更換。在一次定期啟動(dòng)過程中，發(fā)生建壓后跳閘故障，針對(duì)此故障進(jìn)行深入探討。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)；保養(yǎng)；超速；調(diào)速系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U665.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）18-0062-02

概 述

某發(fā)電廠采用S209FA機(jī)組，即兩臺(tái)GE公司產(chǎn)PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)和一臺(tái)汽輪機(jī)，整套機(jī)組設(shè)計(jì)運(yùn)行方式為兩臺(tái)燃機(jī)帶一臺(tái)汽輪機(jī)，簡(jiǎn)稱“二拖一”，總裝機(jī)容量為780MW。柴油發(fā)電機(jī)組正常無人值班，具有手動(dòng)和快速自起動(dòng)功能，若三次自起動(dòng)不成功，發(fā)出起動(dòng)失敗聲光報(bào)警信號(hào)，可進(jìn)行人工操作。柴油發(fā)電機(jī)組自帶一個(gè)出口智能型斷路器，同時(shí)裝設(shè)有三相三繼電器式接線的反時(shí)限保護(hù)裝置，該斷路器具有縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、過電流及過負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)的內(nèi)部短路保護(hù)設(shè)有過電流或縱差保護(hù)裝置，并和機(jī)組自帶的出口智能型斷路器配合動(dòng)作。柴油發(fā)電機(jī)組的通風(fēng)方式以軸向通風(fēng)方式為主，柴油機(jī)冷卻方式采用內(nèi)部閉式循環(huán)水冷卻，一次水冷，二次采用散熱器風(fēng)冷，不需外供水源。

1 柴油發(fā)電機(jī)故障現(xiàn)象分析

2013年8月運(yùn)行人員例行對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行試啟動(dòng)定期工作，柴油機(jī)順利啟動(dòng)并建壓，建壓約3s后，柴油發(fā)電機(jī)故障跳閘?，F(xiàn)場(chǎng)控制器報(bào)警顯示為“OVRESPEED”，柴油發(fā)電機(jī)右側(cè)冷卻液加熱器連接法蘭脫扣噴液?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，#2柴油機(jī)機(jī)油箱內(nèi)機(jī)油尺顯示機(jī)油箱已滿液位。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油液面升高，需要仔細(xì)觀察潤(rùn)滑油的狀態(tài)，分析究竟是什么物質(zhì)混入了潤(rùn)滑油。常見的引起潤(rùn)滑油液面升高的原因是潤(rùn)滑油中混入了水或燃油。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中含有水，潤(rùn)滑油油面就會(huì)升高。雖然在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的情況下，潤(rùn)滑油中也會(huì)含有很少量的水，但是潤(rùn)滑油中如果出現(xiàn)大量的水，那么這些水毫無疑問是來自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件損壞，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)，這時(shí)往往也會(huì)在冷卻液中發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油。如何確定潤(rùn)滑油中含有水。只要觀察潤(rùn)滑油的外觀狀態(tài)，就可以很容易地判斷潤(rùn)滑油中是否含有水。不含水的潤(rùn)滑油會(huì)呈現(xiàn)半透明的油質(zhì)亮色，含有水的潤(rùn)滑油會(huì)呈現(xiàn)不透明的褐色，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，潤(rùn)滑油就會(huì)呈現(xiàn)乳白色，并伴有泡沫。按規(guī)定，潤(rùn)滑油中的含水量應(yīng)在0.03%以下，當(dāng)含水量超過0.1%時(shí)，潤(rùn)滑油中的添加劑（抗氧化劑、清凈分散劑等）就會(huì)失效，因而加速了潤(rùn)滑油的氧化。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的高溫作用下，潤(rùn)滑油與冷卻液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，潤(rùn)滑油被乳化成乳化液，大大降低了潤(rùn)滑作用。當(dāng)潤(rùn)滑油氧化生成的有機(jī)酸與水發(fā)生反應(yīng)，又生成無機(jī)酸。這些酸性物質(zhì)會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件造成腐蝕。潤(rùn)滑油中含有較多的水時(shí)，輕則會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油過早變質(zhì)和機(jī)件生銹，重則會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)抱瓦或拉缸等嚴(yán)重的機(jī)械事故。如果潤(rùn)滑油進(jìn)入冷卻液中，就會(huì)在散熱器和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水道內(nèi)壁上形成粘稠狀混合物，會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高。

2 潤(rùn)滑油中含有水的原因分析

潤(rùn)滑油中水分的主要來源：①燃燒產(chǎn)生的廢氣中的水蒸氣凝結(jié)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒室中的廢氣會(huì)部分竄入曲軸箱，如果曲軸箱通風(fēng)裝置工作不正常，從燃燒室進(jìn)入曲軸箱內(nèi)的水蒸氣不能及時(shí)排出，當(dāng)溫度降低時(shí)，水蒸氣與機(jī)件接觸凝結(jié)成水，流入曲軸箱與潤(rùn)滑油混合變成乳狀液體。②發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)冷卻系統(tǒng)中的某些部件損壞，例如氣缸體或缸蓋上的水道有砂眼、氣孔或裂紋，氣缸封水膠圈安裝不當(dāng)?shù)取＂蹖?duì)于裝有潤(rùn)滑油冷卻器的發(fā)動(dòng)機(jī)，需要特別檢查潤(rùn)滑油冷卻器是否損壞。④發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸墊損壞。

對(duì)于裝有潤(rùn)滑油冷卻器的發(fā)動(dòng)機(jī)，潤(rùn)滑油的冷卻是由冷卻液通過熱交換方式完成的。潤(rùn)滑油在潤(rùn)滑油冷卻器的銅管外側(cè)流動(dòng)，冷卻液在銅管內(nèi)流動(dòng)。如果潤(rùn)滑油冷卻器內(nèi)部的銅管出現(xiàn)裂紋，那么冷卻液在循環(huán)的過程中完全有可能進(jìn)入潤(rùn)滑油，導(dǎo)致潤(rùn)滑油乳化。氣缸墊上有發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油道和冷卻水道，因此氣缸墊不僅起到密封缸壓的作用，還有保證潤(rùn)滑油和冷卻液在各自不同的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的功能。如果氣缸墊破裂或老化，發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油道和冷卻水道就可能相通，就會(huì)造成潤(rùn)滑油中進(jìn)水.一般來說，冷車剛起動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑油壓力比冷卻系統(tǒng)壓力高，潤(rùn)滑油向冷卻系統(tǒng)滲漏。熱車后，在怠速情況下或熄火后，冷卻系統(tǒng)壓力高于潤(rùn)滑系統(tǒng)的壓力，冷卻液向潤(rùn)滑系統(tǒng)滲漏。

3 柴油機(jī)潤(rùn)滑油混入燃油分析

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中混入燃油是一種常見的故障現(xiàn)象。當(dāng)燃油供給系統(tǒng)工作不良或燃油霧化效果不好，燃油或大量的過濃燃油混合氣通過活塞環(huán)與氣缸壁之間的間隙竄入曲軸箱，這些燃油將潤(rùn)滑油稀釋并使液面升高，這種情況在化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)上最為常見。另外，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的一些采用強(qiáng)制潤(rùn)滑的噴油泵或輸油泵漏油，也會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油被燃油稀釋。這種故障在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上比較常見。那么如何判斷發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中是否含有燃油呢？首先可以通過嗅覺判斷，混有燃油的潤(rùn)滑油會(huì)有一種明顯的燃油氣味。也可以從油底殼中取少量潤(rùn)滑油，滴在一張白紙上，看油是否會(huì)快速滲入白紙，如滲入迅速則證明潤(rùn)滑油中含燃油，因?yàn)槿加偷臐B透力大于潤(rùn)滑油。

4 解體驗(yàn)證

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，確認(rèn)機(jī)油箱內(nèi)有大量冷卻液混入。將柴油機(jī)解體檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)組驅(qū)動(dòng)部分柴油發(fā)動(dòng)機(jī)損毀嚴(yán)重，全部排氣門都與活塞發(fā)生過碰撞，全部氣門變形，活塞頂部有明顯撞擊痕跡；造成缸套與活塞運(yùn)動(dòng)位置都有拉缸現(xiàn)象，已產(chǎn)生明顯拉痕，部分缸套組件已打碎，這也是導(dǎo)致防凍液泄漏的直接原因，凸輪軸端蓋斷裂，缸蓋已經(jīng)報(bào)廢。

機(jī)組驅(qū)動(dòng)部分柴油發(fā)動(dòng)機(jī)損毀嚴(yán)重，全部排氣門均與活塞發(fā)生碰撞，全部氣門均已變形，各活塞頂部均有明顯撞擊痕跡，造成缸套與活塞運(yùn)動(dòng)部位均有拉缸現(xiàn)象，產(chǎn)生明顯拉痕，部分缸套組件打碎，致使防凍液泄漏到機(jī)油箱，損壞情況如圖1～3所示。

5 柴油機(jī)組損壞過程分析

以上柴油機(jī)組故障現(xiàn)象和分析表明，柴油機(jī)組在操作人員發(fā)出起動(dòng)指令后，發(fā)動(dòng)機(jī)立即起動(dòng)并升速，在達(dá)到運(yùn)行轉(zhuǎn)速后未能受調(diào)速系統(tǒng)控制將發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在1500轉(zhuǎn)的額度轉(zhuǎn)速上，而是迅速繼續(xù)飛快上升轉(zhuǎn)速，很快發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧的回復(fù)力已經(jīng)跟不上發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，在氣門彈簧還未回復(fù)到位時(shí)，活塞在連桿的驅(qū)動(dòng)下立即撞上了氣門，經(jīng)過幾次猛烈的撞擊大部分氣門彎曲，當(dāng)中很快有一個(gè)直接脫離氣門彈簧和氣門卡簧的控制，直接掉入燃燒室內(nèi)，造成缸蓋和活塞及缸套打爛，缸套產(chǎn)生裂縫，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的冷卻水立即進(jìn)入全部流入機(jī)油殼內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)各部件至此已嚴(yán)重?fù)p壞。

6 結(jié) 論

此柴油機(jī)組內(nèi)部出現(xiàn)故障，致使發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，冷卻液泄漏。種種跡象表明了超速是本次發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生這種破壞性故障的主要原因，導(dǎo)致超速的原因有：

（1）油泵阻塞卡滯導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的迅速上升；

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)故障直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無限升速；

（3）渦輪增壓器故障導(dǎo)致大量柴機(jī)油噴入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室造成柴油機(jī)迅速不可控超速；

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)油箱內(nèi)混合了易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不正常燃燒的其它燃料。

現(xiàn)場(chǎng)檢查了高壓油泵，高壓油泵的供油齒條在各個(gè)行程運(yùn)轉(zhuǎn)非常靈活，未發(fā)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)超速的卡滯現(xiàn)象，故第一種可能性不成立；渦輪增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，拆檢無泄漏柴油現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)柴油正常，第三、四種可能也不成立；所以認(rèn)定發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)故障是本次發(fā)動(dòng)機(jī)飛車的唯一原因。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-5-21

作者簡(jiǎn)介：孟慶超（1983-），男，本科，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，從事發(fā)電廠電氣一次設(shè)備檢修管理工作。