某船柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行故障排除

董國(guó)堂，李 白

（1.青島前進(jìn)船廠，山東青島 266000；2.92771部隊(duì)，山東青島 266000）

某遠(yuǎn)洋救助船柴油發(fā)電機(jī)組由Z12V190型柴油機(jī)（3 臺(tái)）、E6V 電子調(diào)速器、VC2100PM 機(jī)組控制器、1FC5 型船用同步發(fā)電機(jī)組成。該船在航行時(shí)突發(fā)2 臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)功率分配不均、功率因數(shù)大幅波動(dòng)、逆功率跳閘、非正常停機(jī)等故障。

1 故障現(xiàn)象

3#機(jī)組與2#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，負(fù)荷增加后突然出現(xiàn)較為嚴(yán)重的功率分配不均現(xiàn)象，頻率表、功率表、功率因數(shù)表、電流表出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，3#機(jī)組最終被逆功率跳閘。1#機(jī)組與2#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行依然出現(xiàn)類似現(xiàn)象，2#機(jī)組轉(zhuǎn)速持續(xù)下降，負(fù)荷大幅下降，1#機(jī)組功率持續(xù)上升，緊急手動(dòng)解列2#機(jī)組，調(diào)整2#機(jī)組轉(zhuǎn)速無(wú)效，隨即2#機(jī)組非正常停機(jī)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)到1#機(jī)組左排氣溫度均達(dá)到600 ℃超溫報(bào)警，右排氣溫度為200 ℃～300 ℃，溫差巨大。1#、3#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，發(fā)現(xiàn)在其加載負(fù)荷運(yùn)行時(shí)都會(huì)出現(xiàn)頻率、功率大幅度波動(dòng)現(xiàn)象。

此次出現(xiàn)的故障無(wú)規(guī)律可尋，需在不同負(fù)荷下進(jìn)行單機(jī)、并車等綜合試驗(yàn)驗(yàn)證，以區(qū)分是電站監(jiān)控系統(tǒng)的控制問(wèn)題還是柴油機(jī)自身的原因。

2 故障排查及原因分析

2.1 故障排查

1） 1#機(jī)組半自動(dòng)模式下加載80 kW 負(fù)荷，穩(wěn)定運(yùn)行；啟動(dòng)2#機(jī)組與1#機(jī)組并聯(lián)，負(fù)荷分配均勻，2 臺(tái)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行；將負(fù)荷增加至300 kW，2臺(tái)機(jī)組各150 kW，其穩(wěn)定運(yùn)行。1#、2#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

2） 啟動(dòng)側(cè)推增加電網(wǎng)負(fù)荷，2 臺(tái)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，功率分配均勻。分級(jí)調(diào)整側(cè)推螺距角，增加電網(wǎng)負(fù)荷，零螺距時(shí)電網(wǎng)總負(fù)荷350 kW，穩(wěn)定運(yùn)行約5 min 后，2 臺(tái)機(jī)組開(kāi)始出現(xiàn)功率分配不均現(xiàn)象，2 臺(tái)機(jī)組的功率表指針在100～250 kW 大幅度擺動(dòng)，頻率表指針在46～52 Hz 擺動(dòng)。此現(xiàn)象持續(xù)約1 min后，2#機(jī)組功率接近0，功率因數(shù)由感性向容性快速轉(zhuǎn)變，迅速轉(zhuǎn)換至手動(dòng)模式，增加2#機(jī)組轉(zhuǎn)速，但并無(wú)加速現(xiàn)象，隨即手動(dòng)解列2#機(jī)組，繼續(xù)手動(dòng)調(diào)節(jié)2#機(jī)組轉(zhuǎn)速，仍無(wú)法提高，直至2#機(jī)組非正常停機(jī)。此時(shí)，1#機(jī)組單機(jī)350 kW 負(fù)載運(yùn)行，頻率表指針在46～52 Hz 擺動(dòng)，柴油機(jī)聲音異常。監(jiān)測(cè)電腦顯示，1#機(jī)組左排氣溫度為518 ℃左右，右排氣溫度300 ℃左右，且左排氣溫度持續(xù)增加至600 ℃后超溫報(bào)警。立即停止側(cè)推及風(fēng)機(jī)等設(shè)備，減小負(fù)荷至100 kW后，1#機(jī)組慢慢穩(wěn)定。

3）啟動(dòng)3#機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)頻率表有1 Hz左右波動(dòng)，機(jī)身執(zhí)行器不停抖動(dòng)，執(zhí)行器機(jī)械指針在刻度40～60 之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，手動(dòng)調(diào)整3#機(jī)組狀態(tài)至好轉(zhuǎn)后，與1#機(jī)組進(jìn)行并車，將負(fù)載全部轉(zhuǎn)移至3#機(jī)組，半自動(dòng)模式下運(yùn)行2 h狀態(tài)穩(wěn)定。

另外，每當(dāng)1#、2#機(jī)組出現(xiàn)非正常停機(jī)后，再次啟動(dòng)時(shí)需多次反復(fù)啟動(dòng)才能成功，間隔時(shí)間約15 min。

2.2 原因分析

1）根據(jù)電站控制系統(tǒng)原理分析。在半自動(dòng)模式下，由機(jī)組控制器根據(jù)當(dāng)前每臺(tái)在網(wǎng)機(jī)組承擔(dān)的功率情況，自動(dòng)調(diào)整電子調(diào)速器對(duì)相應(yīng)機(jī)組進(jìn)行加減速以達(dá)到在網(wǎng)機(jī)組功率均分。試驗(yàn)時(shí)均在半自動(dòng)模式下運(yùn)行且負(fù)荷分配嚴(yán)重不均，為進(jìn)一步排除并車功率分配不均的故障原因，定位出是電站控制系統(tǒng)的原因還是柴油機(jī)本身的問(wèn)題，決定將電站的控制模式轉(zhuǎn)至手動(dòng)模式，隔離機(jī)組控制器的控制功能，然后進(jìn)行空載、單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)，并車后手動(dòng)分配負(fù)荷等工況試驗(yàn)，觀察是否依然存在上述故障現(xiàn)象。

2）根據(jù)故障現(xiàn)象分析。3臺(tái)柴油機(jī)的調(diào)速率不一致，導(dǎo)致每臺(tái)柴油機(jī)的調(diào)速特性不同，從而引起在網(wǎng)機(jī)組功率分配不均現(xiàn)象。

2.3 解決措施

1）柴油機(jī)的調(diào)速特性是由電子調(diào)速器控制的，由于該船是在停泊期間，無(wú)法進(jìn)行全功率的負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)算完整的柴油機(jī)調(diào)速率，所以首先對(duì)電子調(diào)速器進(jìn)行功能性檢查，停車狀態(tài)下檢查電子調(diào)速器內(nèi)油門(mén)齒條刻度反饋電壓（測(cè)量電子調(diào)速器內(nèi)0 V TP6 直流電壓）是否符合最小刻度反饋值1.5 V、最大刻度反饋值5 V 的要求，同時(shí)3 臺(tái)機(jī)組進(jìn)行對(duì)比、調(diào)整，電子調(diào)速器油門(mén)開(kāi)度反饋電壓測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

調(diào)整后啟動(dòng)1#機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速下測(cè)量空載電壓389.6 V、頻率49.89 Hz，手動(dòng)模式下將負(fù)荷逐漸增加至240 kW，測(cè)量電壓380 V、頻率49.8 Hz，穩(wěn)定運(yùn)行。啟動(dòng)2#機(jī)組，與1#機(jī)組在手動(dòng)模式下進(jìn)行并聯(lián)操作，1#、2#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 1#、2#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)

運(yùn)行10 min 后，2 臺(tái)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)功率分配不均現(xiàn)象，于是將負(fù)荷轉(zhuǎn)移至2#機(jī)組后，解列1#機(jī)組，由此可見(jiàn)，1#、2#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，在手動(dòng)模式下也無(wú)法完成負(fù)荷均分。啟動(dòng)3#機(jī)組手動(dòng)并入電網(wǎng)，2#、3#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 2#、3#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行參數(shù)

穩(wěn)定運(yùn)行10 min 后，未出現(xiàn)功率分配不均現(xiàn)象，啟動(dòng)側(cè)推增加電網(wǎng)負(fù)荷，2 臺(tái)機(jī)組開(kāi)始出現(xiàn)大幅度功率分配不均現(xiàn)象。2#機(jī)組功率上升至400 kW，3#機(jī)組功率、頻率迅速下降，手動(dòng)增速無(wú)反應(yīng)，很快出現(xiàn)逆功率跳閘，轉(zhuǎn)速持續(xù)下降直至非正常停機(jī)，且此時(shí)監(jiān)測(cè)電腦顯示左、右排氣溫度出現(xiàn)了100 ℃左右的溫差。由此可見(jiàn)，2#、3#機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行依然無(wú)法實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均分。

綜合上述試驗(yàn)可初步判斷，3 臺(tái)機(jī)組在單機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)低于100 kW 時(shí)，手動(dòng)、半自動(dòng)模式下均可穩(wěn)定運(yùn)行；雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行且當(dāng)負(fù)荷達(dá)到240 kW 以上時(shí)，手動(dòng)、半自動(dòng)模式下均無(wú)法實(shí)現(xiàn)功率均分，最終導(dǎo)致其中1臺(tái)機(jī)組逆功率跳閘后持續(xù)降速，直至非正常停機(jī)，且無(wú)法通過(guò)人為操作增加該機(jī)組轉(zhuǎn)速。另外3臺(tái)機(jī)組均有這種故障現(xiàn)象存在，可以確定為共性原因所導(dǎo)致。

2）為進(jìn)一步判斷電子調(diào)速器的設(shè)置是否存在問(wèn)題，決定對(duì)3臺(tái)機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率、瞬時(shí)調(diào)速率進(jìn)行測(cè)量檢查。具體方法是首先測(cè)量單機(jī)空載時(shí)的電壓、頻率，然后以150 kW 負(fù)荷為基準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量單機(jī)在該負(fù)荷下的速降。雙機(jī)并車運(yùn)行時(shí)，在不進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移的情況下，直接解列其中1 臺(tái)機(jī)組，對(duì)另一臺(tái)在網(wǎng)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷突加試驗(yàn)，測(cè)量其瞬時(shí)調(diào)速率。

測(cè)量瞬時(shí)調(diào)速率時(shí)，被測(cè)機(jī)組在進(jìn)行手動(dòng)功率均分時(shí)，不得對(duì)其當(dāng)前轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)調(diào)整另一臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)速的方式，使2臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的功率達(dá)到均分。瞬時(shí)調(diào)速率測(cè)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 瞬時(shí)調(diào)速率測(cè)定數(shù)據(jù)

通過(guò)3 臺(tái)機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率、瞬時(shí)調(diào)速率，可以確定每臺(tái)機(jī)組的電子調(diào)速器設(shè)定正常，且手動(dòng)模式下仍負(fù)荷分配不均勻，基本可以判定為柴油機(jī)故障。另外，在機(jī)組加載大負(fù)荷時(shí)才會(huì)出現(xiàn)故障且是共性問(wèn)題，推斷機(jī)組的燃油油路可能存在問(wèn)題。于是對(duì)柴油的燃油管路進(jìn)行檢查，包括清洗燃油濾清器、檢查高壓油泵內(nèi)燃油情況、潤(rùn)滑高壓油泵柱塞，并未發(fā)現(xiàn)明顯的問(wèn)題。

3）在測(cè)量1#機(jī)組瞬時(shí)調(diào)速率過(guò)程中，當(dāng)120 kW 負(fù)荷轉(zhuǎn)至1#機(jī)組時(shí)，出現(xiàn)了頻率、功率大幅度下降的現(xiàn)象，手動(dòng)解列1#機(jī)組后頻率仍然持續(xù)下降。與此同時(shí)，觀察到機(jī)身執(zhí)行器指針在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降過(guò)程中一直處于最大位置，說(shuō)明此時(shí)油門(mén)已經(jīng)加到最大位置，但柴油機(jī)仍然無(wú)法加速，反而最終降速至停機(jī)。由此可以更加肯定地判斷是柴油機(jī)的問(wèn)題。

檢查柴油機(jī)燃油管路及燃油濾清器，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，決定將檢查范圍進(jìn)一步擴(kuò)大到燃油供給系統(tǒng)。在檢查日用燃油柜至柴油機(jī)燃油濾器前的供油管路時(shí)，打開(kāi)燃油柜出口閥發(fā)現(xiàn)燃油流量明顯偏小，于是打開(kāi)日用燃油柜，發(fā)現(xiàn)燃油柜內(nèi)出口處被油漆皮、棉紗堵塞。清除堵塞物后啟動(dòng)3臺(tái)機(jī)組及側(cè)推裝置，總功率600 kW時(shí)進(jìn)行單機(jī)大負(fù)荷及兩兩并車、三機(jī)并車試驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，故障排除。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合上述試驗(yàn)、排查、分析過(guò)程，機(jī)組控制器、電子調(diào)速器等控制功能工作正常，最終發(fā)現(xiàn)是柴油機(jī)日用燃油柜出口堵塞，流量太小，僅能支持單機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，柴油機(jī)供油不足導(dǎo)致了此次故障的發(fā)生。通過(guò)此次故障的排查，拓展了故障排查思路，當(dāng)出現(xiàn)類似故障時(shí)，既要排查電控系統(tǒng)的控制功能，同時(shí)也不要忽略對(duì)柴油機(jī)自身的供油、供氣等系統(tǒng)的檢查。