提高某大型醫(yī)療建筑工業(yè)柴油發(fā)電機可靠性措施探討

郭靜煒

（河南路卡貝節(jié)能技術(shù)有限公司）

0 引言

某大型醫(yī)療建筑由兩路獨立電源供電，一路市電和一路自備電源。自備電源設(shè)置了兩臺800kW 柴油發(fā)電機組。兩臺柴油發(fā)電機歷次試啟動中一次啟動成功率較低，難以保證停電事故時的醫(yī)療建筑的應(yīng)急電源使用。

1 設(shè)備簡介

本工程的柴油發(fā)電機組發(fā)動機四沖程，V列12缸，渦輪增壓發(fā)動機，額定轉(zhuǎn)速1500r／min，最高空車轉(zhuǎn)速1732r／min，怠速575～650r／min，常用功率880kW，備用功率970kW。發(fā)電機采用上海馬拉松革新電機有限公司MX－850－4型永磁發(fā)電機。啟動系統(tǒng)為4×200AH蓄電池及浮充電器，額定電壓24V。柴油機控制機柜由兩部分組成：輔助屏、反同期控制柜組成。

柴油發(fā)電機組采用電熱暖機方式，冷卻液由配置有溫控的電加熱器加熱預(yù)暖，控制溫度在55～58℃。

機組自起動成功后，保安負(fù)荷分級投入，DCS電源、直流充電機電源、事故照明等靜態(tài)負(fù)荷及汽輪機油系統(tǒng)油泵、隔氫風(fēng)機、排油煙風(fēng)機、給水泵油泵直接啟動，延時10s后啟動鍋爐風(fēng)機及磨煤機等輔機潤滑油泵，其余負(fù)荷手動啟動。

2 存在問題

統(tǒng)計自投產(chǎn)以來至2018年5月，兩臺柴油發(fā)電機啟動情況統(tǒng)計見表1。

表1 兩臺柴油發(fā)電機啟動情況

1號柴油發(fā)電機啟動137次，一次啟動成功121次，成功率88.3%。故障次數(shù)16次。其中無轉(zhuǎn)速6次、冷卻液水溫高5次，其他故障4次（電壓低1次、油壓低1次、遠(yuǎn)方無法停止1次、自動停止1次）。

2號柴油發(fā)電機啟動151次，一次啟動成功114次，成功率75.5%。故障次數(shù)37次。其中無轉(zhuǎn)速24次、超速報警或跳閘8次，其他故障5次（電壓低1次、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)2次、無法停止1次、自動停止1次）。

從以上統(tǒng)計可以看出，兩臺柴油發(fā)電機一次啟動成率偏低，尤其是2號機，作為備用電源的可靠性較低。其中主要原因是啟動時首次打不著火，報“無轉(zhuǎn)速”，一般再次啟動時能正常運轉(zhuǎn)，占總故障率的56%。另一個就是啟動中超速報警或超速跳閘，停機過程中報“冷卻液溫度高”。

3 原因分析及改進(jìn)措施

檢查柴油發(fā)動機控制器設(shè)置盤車啟動延時時間為2s，盤車切斷速度為20r／min。這樣啟動馬達(dá)剛一運轉(zhuǎn)盤車切斷速度保護(hù)即動作，啟動馬達(dá)啟動時間一般不超過2s，發(fā)動機轉(zhuǎn)速尚未達(dá)到穩(wěn)定壓燃轉(zhuǎn)速即失去動力，在飛輪慣性力帶動下，有可能啟動成功，也可能啟動失敗。經(jīng)觀察，啟動失敗時，控制器顯示的轉(zhuǎn)速最高在160r／min左右?？刂破髡f明書推薦值為300r／min，考慮到發(fā)動機啟動后馬達(dá)要及時推出，決定將盤車切斷速度設(shè)置為200r／min。分別試啟兩臺柴油發(fā)電機，測試啟動繼電器保持時間，均在3s左右，發(fā)動機即正常啟動。

對于啟動時出現(xiàn)發(fā)動機超速、初期轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、停機時出現(xiàn)冷卻液溫度高問題，懷疑應(yīng)該是怠速時間過短或沒設(shè)置。

因剛啟動，柴油發(fā)電機溫度較低，各部分套間隙相對小，同時經(jīng)過較長時間停車，各摩擦面的潤滑劑已大量流失，油膜受到嚴(yán)重破壞，此時柴油機突然進(jìn)行高速運轉(zhuǎn)，潤滑劑不能及時送到各摩擦面，一定程度上啟動加劇了機件磨損，很可能導(dǎo)致柴油機非正常損壞。一般柴油發(fā)電機啟動后需怠速運轉(zhuǎn)3～5min才可接帶負(fù)荷。

柴油發(fā)電機也不能帶負(fù)荷工作后立即停車，卸掉負(fù)荷后應(yīng)低速或怠速運轉(zhuǎn)3～5min，待柴油發(fā)電機溫度降低后再停機，否則，由于氣缸內(nèi)燃燒溫度的回?zé)嶙饔?，容易出現(xiàn)“拉缸”故障。每次停機時可以觀察到冷卻液溫度在停機瞬間會急劇上升［1－3］。

柴油發(fā)電機運行期間故障：高水溫、低油壓、超速以及低速出現(xiàn)后不經(jīng)延時立即停機，而冷卻延時期間低速、低油壓在有怠速功能時不起作用。

超速原因：單步大負(fù)載卸荷操作；進(jìn)氣通道中吸入可燃蒸汽；機組溫度太低。排除故障后，將控制器復(fù)位并重新起動。由此判斷，柴油發(fā)電機組空載啟動中出現(xiàn)超速現(xiàn)象，應(yīng)該與機組直接從冷態(tài)0轉(zhuǎn)速直接沖到額定轉(zhuǎn)速、速度變化劇烈有關(guān)。

作為備用電源的柴油發(fā)電機，首次成功啟動最為重要。首次啟動失敗后，還可連續(xù)啟動三次，但如果在啟動過程中，發(fā)生任何停機故障，控制器即時停止控制輸出，直至故障消除并復(fù)位后，方可重新使用。故設(shè)置怠速的目的主要是基于機組啟動、停止時的轉(zhuǎn)速平滑過度，油門調(diào)節(jié)平緩，防止高水溫、低油壓、超速以及低速等故障信號發(fā)生。

作為備用電源的柴油發(fā)電機應(yīng)能快速自啟動，火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)定提出失電后第一次自啟動恢復(fù)供電的時間可取15～20s［4－5］，而柴油發(fā)電機組購買合同技術(shù)協(xié)議甚至要求接到啟動指令后在10s內(nèi)一次啟動成功。所以怠速預(yù)熱時間設(shè)置不宜太長。

檢查控制器內(nèi)設(shè)置怠速延時為4s，冷卻延時10s。控制器至電子調(diào)速器怠速控制線未接。

按照接線圖恢復(fù)接線，怠速時間設(shè)置為11s、調(diào)整怠速速度為630r／min后啟動柴油發(fā)電機，3s后發(fā)動機啟動成功，啟動馬達(dá)斷開，怠速延時開始倒計時，轉(zhuǎn)速由900r／min慢慢回落到630r／min，11s后怠速繼電器斷開，開始安全監(jiān)察，升速至1500r／min，10s后進(jìn)入運行狀態(tài)，具備帶負(fù)荷條件。

為防止冷卻液不足造成超溫，對冷卻水箱加裝了磁翻板液位計，方便巡檢檢查液位。

表2為控制器各相關(guān)參數(shù)設(shè)置及優(yōu)化情況。

4 實施效果

在將1號柴油發(fā)電機盤車切斷速度改為200r／min、完善怠速控制回路，將怠速延時設(shè)置為11s后，空載試運正常后進(jìn)行了帶載試驗，試驗情況如下：

柴油機打至自動位，拉掉保安段工作電源，柴油機立即啟動，3s后盤車退出，進(jìn)入怠速暖機過程。11s后升速，同時安全監(jiān)察計時，約6s后轉(zhuǎn)速至1500r／min，發(fā)電機頻率、電壓穩(wěn)定，10s進(jìn)入運行狀態(tài)，3s后柴油機接帶首批負(fù)荷，10s后接帶第二批負(fù)荷。從保安段失電至接帶首批負(fù)荷共30s。保安段失電至事故電源恢復(fù)時間曲線見下圖。

圖 保安段失電至事故電源恢復(fù)時間曲線

試運一小時后，工作電源恢復(fù)，2min后保安段切換至工作電源。柴油機空載3min后接到CTTS停機指令，控制器停止按鈕燈亮，柴油機進(jìn)入冷卻延時10s倒計時，期間轉(zhuǎn)速不變。10s后進(jìn)入怠速延時，轉(zhuǎn)速平緩下降，末期水溫略有上升。10s計時結(jié)束，發(fā)電機轉(zhuǎn)速降至670r／min。燃油電磁閥斷開，油門關(guān)閉，進(jìn)入停機失敗倒計時，柴油機轉(zhuǎn)速急劇下降，3s后停轉(zhuǎn)，冷卻液溫度瞬間由83℃長至90℃后又回落至82℃。20s倒計時結(jié)束，控制器顯示“準(zhǔn)備好”，可進(jìn)行下一次啟動。

2號機組停備期間，優(yōu)化設(shè)置后帶負(fù)荷運行同樣正常。

柴油發(fā)電機啟動到安全監(jiān)察結(jié)束，固有時間有13s左右，增加怠速功能后，較原時間延長10s，再加上失電后延時發(fā)啟動指令、開關(guān)合閘延時時間，柴油發(fā)電機組失電后再恢復(fù)供電時間為30s，但一次啟動成功率大幅提高。

5 結(jié)束語

柴油發(fā)電機作為事故狀態(tài)下備用電源，在滿足用電快速恢復(fù)的同時，應(yīng)考慮柴油機的性能，不能片面追求啟動到接帶負(fù)荷的時間而縮短盤車時間。盤車時間足夠，壓燃后再退出盤車電機，保證機組啟動后能運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可靠運行。啟動后怠速運行，保證潤滑充分，油門動作靈活平穩(wěn)。不超速、不滅火。停機時怠速冷卻，冷卻液不超溫造成拉缸。為保證柴油發(fā)電機處于能快速啟動的備用狀態(tài)，柴油機做到至少每月試轉(zhuǎn)一次，運行時間不低于15min，保證各部分摩擦面潤滑良好。機組檢修或停備6天以上時，應(yīng)進(jìn)行保安段失電聯(lián)鎖試驗及接帶負(fù)荷試驗［6］。作為檢驗發(fā)生廠用電中斷或全廠停電事故時柴油發(fā)電機的運行情況、保安段負(fù)荷自啟動以及直流油泵聯(lián)啟情況的柴油發(fā)電機帶大負(fù)荷試驗，對長期靜止、偶爾空載運行的柴油發(fā)電機組保持良好備用尤為重要。同時冬季投入冷卻液加熱器，保證發(fā)動機處于熱態(tài)，能快速啟動。