康明斯發電車柴油機超速保護板的功能和結構探討

張國春 上海鐵路局上海客車動車段

柴油機飛車是指轉速失去控制，大大超過額定轉速，發動機劇烈振動，發出轟鳴聲，排氣管冒出大量黑煙或藍煙的故障現象。飛車不僅易造成零部件損壞、柴油機報廢、發電車轉子飛損等，而且嚴重危及發電車乘務員的人身安全，嚴重影響發電車的正常供電。飛車主要是柴油機調速系統故障等原因，造成柴油機燃燒室燃油量供應超量。一般發生在機組突卸負載時（如發電車中主開關在發電車上）。為了應對柴油機在突卸負載時發生超速飛車現象，在康明斯發電車柴油機中，除PT泵中設置了超速斷油保護外，在調速控制箱中也設置了超速保護控制板。當柴油機的轉速超過額定轉速的15%（即1725rpm）時，系統自動切斷通向停車電磁閥的供電，使柴油機斷油停機，從而達到保護機組的功能。

1 超速保護板結構與原理

1.1 超速保護板面板結構

發電車中的超速保護板，又名速度開關板，其面板中的元件布置如圖1所示。其主要為柴油發電機組提供了以下三個信號：

(1)曲軸停止（STOP CRANK）信號，又可表示為起機成功：起動到300rpm，上部L3燈亮，柴油機引爆，升到怠速（625rpm～700rpm），對柴油機預潤滑、預熱，為高速和加載作準備。

(2)并車允許(PARALLELING)信號：怠速3min～5min后，開關扳到RUN位，轉速升到1450rpm以上，中燈L2亮，為并車提供基本條件，調動微調電位計可與外電同步并車。

(3)超速保護(OVERSPEED)信號：當機組故障、發生飛車、轉速超過1725rpm時，下燈L1亮，并自動停車。但紅燈繼續亮，必須關斷24V電源后燈才能熄滅，才能重新開機。

圖1 超速保護板結構示意圖

1.2 超速保護板工作原理

超速保護板工作原理如圖2所示。

圖2 超速板工作原理圖

轉速傳感器接收到柴油機的轉速信號，經頻率→電壓變換器（F/V）轉換成相應的電流信號、ABCD電阻產生電壓。和設定的電位器（CW）比較，在相應轉速上繼電器動作，發出燈指示，繼電器觸點供外電路使用。

柴油機機型不同，飛輪齒數不同，轉速傳感器感應脈沖數也不同。為了補償差異，超速板內有4組切換電阻，通過A、B、C、D插腳引出，在大底板上采用剪留三根跳線J3、J4、J5來解決。對康明斯發電車K系列柴油機而言，飛輪號為0，齒數為142，留用J4跳線。

2 超速保護板的不足

目前超速板在應用過程中有以下的不足之處：

（1）瞬時過沖能力差，易誤動作。對超速板超速保護而言，一旦轉速達到超速整定值，就立即動作，這在理論上是好的。但是實際上，柴油機在怠速切高速、突卸負載時，都極可能會有15%～20%的過沖。但此超速板一超速就立即停機，沒有緩沖時間，這樣極易造成無故障停車，造成全列斷電。因此，目前個別廠家在超速板上調定值都是在1800rpm以上，就是為了防過沖停車。但這樣就使防飛車能力下降。

（2）損壞率高。控制板和執行器是脈沖電流，充電發電機是感性阻抗，二者配合會產生的反電壓很高，可能會達到80V～120V。而超速保護板耐壓只有40V，又容易燒壞，特別是在24V電池虛接時。

（3）零件發熱大，耗電大。進口超速板右上角有一塊黑色的散熱片，在正常工作時很燙手。原因是該元件電路設計不合理，內耗過大，常易引起控制板（調速板）上附近元件損壞或工作點漂移。在實際運行中，打開儀表箱面板后，常發現超速板上的燒黑的現象，就是這個原因。

（4）超速板在機組關電（三位開關打到OFF位）時，超速板還是帶電的。

3 超速保護板的使用與調整

3.1 超速保護板的設定

超速保護板中三套設定電位器，可以改變繼電器動作所對應的轉速，即起動成功、并車允許、超速保護。正旋為整定值上升，反之為下降。如果機組經常出現超保護，而實際并非故障時，正調OVERSPEED ADJUST少許，即可解決。這主要是整定值太小的緣故。此三個調整電位器設定的參數指標如表1所示：

表1 超速板繼電器動作數值

3.2 超速保護板的調整

在正常情況下打開電源時，超速板上沒有燈亮。在超速板右下方，有一個按鈕OVERSPEED TEST，是模擬超速保護的。高速運行時，按下此按鈕，如果報警停機，表明超速板的保護繼電器是正常的。發電車出廠時，不一定進行超速保護測試，一般不進行超速保護值的整定，因此發電車進段后，最好進行保護數據的整定。為了防止發電車柴油機在飛車時不能起到保護作用而造成不必要的損失，可采取以下方法來調整保護值：

(1)將超速板中的OVERSPEEDADJUST整定旋鈕正旋少許。

(2)起機后，通過RUN SPD調升空車轉速到1725rpm。

(3)將整定電位器慢慢反旋至保護動作，OVERSPEED紅燈亮停車。

(4)重起后，再將空車轉速調回正常1500 rpm位置。

3.3 超速保護板故障的應急處理

在行車過程中，或許會遇到因超速保護板故障而引起柴油機超速停機。此時，一般可采用兩種方法來應急處理：

(1)直接從另一臺備用機組中拆下超速保護板來替換本機組超速板。

(2)直接將儀表箱內第5號、第7號端子用導線短接，機組仍可使用。但此時乘務員需要注意的是：機組沒有電子超速保護功能。不過也不用過分擔心飛車時機組無法保護，因為康明斯柴油機的PT泵內本來就帶有一個超速自動斷油的功能，其整定值一般設在2000rpm左右。

超速保護是柴油機發電機組三級停機保護中的一個功能，其功能的好壞將直接影響機組的安全、正常運行。切實掌握其工作原理和必要應急處理知識是十分必要的，將有助于列車的安全正常運行。