某船柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運行故障排除

董國堂，李 白

（1.青島前進(jìn)船廠，山東青島 266000；2.92771部隊，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）、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。該船在航行時突發(fā)2 臺柴油發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運行時功率分配不均、功率因數(shù)大幅波動、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，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，緊急手動解列2#機(jī)組，調(diào)整2#機(jī)組轉(zhuǎn)速無效，隨即2#機(jī)組非正常停機(jī)。同時，監(jiān)測到1#機(jī)組左排氣溫度均達(dá)到600 ℃超溫報警，右排氣溫度為200 ℃～300 ℃，溫差巨大。1#、3#機(jī)組并聯(lián)運行時，發(fā)現(xiàn)在其加載負(fù)荷運行時都會出現(xiàn)頻率、功率大幅度波動現(xiàn)象。

此次出現(xiàn)的故障無規(guī)律可尋，需在不同負(fù)荷下進(jìn)行單機(jī)、并車等綜合試驗驗證，以區(qū)分是電站監(jiān)控系統(tǒng)的控制問題還是柴油機(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)組半自動模式下加載80 kW 負(fù)荷，穩(wěn)定運行；啟動2#機(jī)組與1#機(jī)組并聯(lián)，負(fù)荷分配均勻，2 臺機(jī)組穩(wěn)定運行；將負(fù)荷增加至300 kW，2臺機(jī)組各150 kW，其穩(wěn)定運行。1#、2#機(jī)組并聯(lián)運行參數(shù)見表1。

2） 啟動側(cè)推增加電網(wǎng)負(fù)荷，2 臺機(jī)組運行穩(wěn)定，功率分配均勻。分級調(diào)整側(cè)推螺距角，增加電網(wǎng)負(fù)荷，零螺距時電網(wǎng)總負(fù)荷350 kW，穩(wěn)定運行約5 min 后，2 臺機(jī)組開始出現(xiàn)功率分配不均現(xiàn)象，2 臺機(jī)組的功率表指針在100～250 kW 大幅度擺動，頻率表指針在46～52 Hz 擺動。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)換至手動模式，增加2#機(jī)組轉(zhuǎn)速，但并無加速現(xiàn)象，隨即手動解列2#機(jī)組，繼續(xù)手動調(diào)節(jié)2#機(jī)組轉(zhuǎn)速，仍無法提高，直至2#機(jī)組非正常停機(jī)。此時，1#機(jī)組單機(jī)350 kW 負(fù)載運行，頻率表指針在46～52 Hz 擺動，柴油機(jī)聲音異常。監(jiān)測電腦顯示，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3#機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)頻率表有1 Hz左右波動，機(jī)身執(zhí)行器不停抖動，執(zhí)行器機(jī)械指針在刻度40～60 之間來回擺動，手動調(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，半自動模式下運行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，再次啟動時需多次反復(fù)啟動才能成功，間隔時間約15 min。

2.2 原因分析

1）根據(jù)電站控制系統(tǒng)原理分析。在半自動模式下，由機(jī)組控制器根據(jù)當(dāng)前每臺在網(wǎng)機(jī)組承擔(dān)的功率情況，自動調(diào)整電子調(diào)速器對相應(yīng)機(jī)組進(jìn)行加減速以達(dá)到在網(wǎng)機(jī)組功率均分。試驗時均在半自動模式下運行且負(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)本身的問題，決定將電站的控制模式轉(zhuǎn)至手動模式，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，并車后手動分配負(fù)荷等工況試驗，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臺柴油機(jī)的調(diào)速率不一致，導(dǎo)致每臺柴油機(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，無法進(jìn)行全功率的負(fù)荷試驗測算完整的柴油機(jī)調(diào)速率，所以首先對電子調(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)油門齒條刻度反饋電壓（測量電子調(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3 臺機(jī)組進(jìn)行對比、調(diào)整，電子調(diào)速器油門開度反饋電壓測量數(shù)據(jù)見表2。

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

表3 1#、2#機(jī)組并聯(lián)運行參數(shù)

運行10 min 后，2 臺柴油機(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，1#、2#機(jī)組并聯(lián)運行時，在手動模式下也無法完成負(fù)荷均分。啟動3#機(jī)組手動并入電網(wǎng)，2#、3#機(jī)組并聯(lián)運行參數(shù)見表4。

表4 2#、3#機(jī)組并聯(lián)運行參數(shù)

穩(wěn)定運行10 min 后，未出現(xiàn)功率分配不均現(xiàn)象，啟動側(cè)推增加電網(wǎng)負(fù)荷，2 臺機(jī)組開始出現(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，手動增速無反應(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)，且此時監(jiān)測電腦顯示左、右排氣溫度出現(xiàn)了100 ℃左右的溫差。由此可見，2#、3#機(jī)組并聯(lián)運行依然無法實現(xiàn)負(fù)荷均分。

綜合上述試驗可初步判斷，3 臺機(jī)組在單機(jī)負(fù)荷試驗低于100 kW 時，手動、半自動模式下均可穩(wěn)定運行；雙機(jī)并聯(lián)運行且當(dāng)負(fù)荷達(dá)到240 kW 以上時，手動、半自動模式下均無法實現(xiàn)功率均分，最終導(dǎo)致其中1臺機(jī)組逆功率跳閘后持續(xù)降速，直至非正常停機(jī)，且無法通過人為操作增加該機(jī)組轉(zhuǎn)速。另外3臺機(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)置是否存在問題，決定對3臺機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率、瞬時調(diào)速率進(jìn)行測量檢查。具體方法是首先測量單機(jī)空載時的電壓、頻率，然后以150 kW 負(fù)荷為基準(zhǔn)點，測量單機(jī)在該負(fù)荷下的速降。雙機(jī)并車運行時，在不進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移的情況下，直接解列其中1 臺機(jī)組，對另一臺在網(wǎng)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷突加試驗，測量其瞬時調(diào)速率。

測量瞬時調(diào)速率時，被測機(jī)組在進(jìn)行手動功率均分時，不得對其當(dāng)前轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)整另一臺機(jī)組轉(zhuǎn)速的方式，使2臺機(jī)組承擔(dān)的功率達(dá)到均分。瞬時調(diào)速率測定數(shù)據(jù)見表5。

表5 瞬時調(diào)速率測定數(shù)據(jù)

通過3 臺機(jī)組的穩(wěn)態(tài)調(diào)速率、瞬時調(diào)速率，可以確定每臺機(jī)組的電子調(diào)速器設(shè)定正常，且手動模式下仍負(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)荷時才會出現(xiàn)故障且是共性問題，推斷機(jī)組的燃油油路可能存在問題。于是對柴油的燃油管路進(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、潤滑高壓油泵柱塞，并未發(fā)現(xiàn)明顯的問題。

3）在測量1#機(jī)組瞬時調(diào)速率過程中，當(dāng)120 kW 負(fù)荷轉(zhuǎn)至1#機(jī)組時，出現(xiàn)了頻率、功率大幅度下降的現(xiàn)象，手動解列1#機(jī)組后頻率仍然持續(xù)下降。與此同時，觀察到機(jī)身執(zhí)行器指針在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降過程中一直處于最大位置，說明此時油門已經(jīng)加到最大位置，但柴油機(jī)仍然無法加速，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)的問題。

檢查柴油機(jī)燃油管路及燃油濾清器，都沒有發(fā)現(xiàn)問題，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，打開燃油柜出口閥發(fā)現(xiàn)燃油流量明顯偏小，于是打開日用燃油柜，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3臺機(jī)組及側(cè)推裝置，總功率600 kW時進(jìn)行單機(jī)大負(fù)荷及兩兩并車、三機(jī)并車試驗，機(jī)組運行穩(wěn)定，故障排除。

3 結(jié)束語

綜合上述試驗、排查、分析過程，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)荷運行，柴油機(jī)供油不足導(dǎo)致了此次故障的發(fā)生。通過此次故障的排查，拓展了故障排查思路，當(dāng)出現(xiàn)類似故障時，既要排查電控系統(tǒng)的控制功能，同時也不要忽略對柴油機(jī)自身的供油、供氣等系統(tǒng)的檢查。