   导读 在计划性修理中，柴油发电机组属于必修装备，其修理调试主要涉及到机电 2 个专业，系统较复杂。 修后负荷试验中既要考虑柴油发电机组单机性能，又需要考虑到机组并网运行时的需求; 既要考虑柴油机的调速特性，又要关注发电机的调压特性。 本文通过梳理最近数年承修工程中出现的典型案例，结合基本工作原理总结出分析思路和处理措施，对后续工作开展提供参考。
一、调试前的准备工作 柴油发电机组涉及到机、电、管多专业，其中调速系统属于典型的电液一体化闭环反馈系统。 调试前的准备工作非常重要，针对性的准备工作可以快速准确定位故障，提高调试效率。准备工作从图纸、工具、人员配置等方面描述如下。 1) 技术资料准备。 调试前需提前准备柴油发电机组相关技术资料、主要包括技术说明书、接线图，梳理并实际确认调速信号、调压信号的信号走向图。 技术资料准备不充分会导致现场调试压力骤增和调试时间延长，影响生产节点。 2) 工装具准备。 调试前需要准备对应的专用工具，普通调试万用表、信号模拟器、常用电工工具即可满足要求。 当遇到问题需要进一步确认分析时，需要用示波表测量实际信号的波形和幅值。 3) 人员配备。 调试人员应熟悉系统，有丰富的实践经验。 二、柴油发电机组典型案例分析 结合近年来柴油发电机组调试过程中出现的典型案例，其故障分析和处理措施如下。 1、16V396TC53 型柴油机启动过程中转速无法正常升至额定转速。 该型柴油机配置 DYNA 系列电子调速器，柴油机启动后升速慢，需要约20s使转速升至额定值。 (1) 检查发现启动用空气压力正常，吹车发火转速正常。 (2) 检查发现启动过程中执行器油门位置约为 7 格，正常启动油门应在 10 格附近。 (3) 手动停机后进一步检查，发现齿条连杆卡滞。 (4) 对调速器执行器及齿条连杆进行拆卸、清洁等处理，重新安装后启动，启动 供油量达10.5 格，空车油门回落到3.5 格，此时，柴油机工作正常。 2、16V396SE84型柴油机游车。 该型柴油机配置 Ｒ082 型电子调速器，该调速系统具备自检功能，可以通过人机对话装置进行监测和调整。 柴油机修后怠速游车，升至额定转速后游车现象仍然没有消失。 (1) 检查发现转速传感器安装距离为0.4mm，转速传感器信号波形幅值和信号电缆绝缘均正常。 (2) 调速系统参数设定对比其他机组无异常。 (3) 调速系统 Ｒ082 控制箱左右机对调后游车现象没有变化。 (4) 检查柴油机油路，发现 I 号和 II 号高压泵之间、靠近 II 号高压泵方向的油量连接杆紧固螺栓未上紧，导致空车磨合时实际供油量波动，柴油供油量不稳引起游车。 (5) 对连接杆紧固螺栓按照工艺上紧后试验，柴油机工作正常。 3、16V396SE84 型柴油机启动后，转速在 500r/min时无法继续升速。 通过软件调取该型柴油机燃油限值参数，并对照其调速器燃油限值，发现柴油机转速为 500r/min时，4 台柴油机的燃油齿条位移均为 7.0 mm，不存在电气参数设置过低的情况。 在无法判断高压油泵是否存在供油量不足的情况下，将该参数修改为 7.5 mm，燃油齿条位移提高 0.5 mm。 再次启动柴油机，故障现象消失。 将参数改回 7.0 mm，故障复现。 柴油机维修后机械性能可能发生变化，电气参数也要进行调校，使机电匹配，否则也可能引起故障现象。 若非单纯的机械或电气故障，则属于机电参数匹配问题，需要机电综合进行分析考虑。 柴油机启动过程中燃油齿条限制作用导致转速无法超过 500 r/min 临界点，不能转入下一启动过程。 可通过手动推燃油齿条的方法，瞬间加大柴油机供油量，如果转速可正常上升，基本上可判断故障为燃油限值设定过低导致。 经与柴油机厂家沟通，通过人机对话装置将燃油限制曲线放宽 0.5 格，柴油机启动工作正常。 4、 TBD604BL6 型柴油机偶发性降速。 柴油机配置 DYNA 系列电子调速器。 柴油发电机组使用过程中、空载和带载工况下都存在转速突然下降后迅速回调现象。 根据柴油机转速先降后升的特点，观察转速波动时柴油机供油齿条动作情况，转速波动时，燃油齿条会有突然下落后回调的动作，分析波动时柴油机因供油量突然减少而掉速。 (1) 检查转速传感器外观无损; 测量转速传感器感应线圈阻值在正常范围内; 测量信号线绝缘值正常。 (2) 用示波表测量机组运行时转速传感器信号为幅值稳定的类正弦波。 (3) 检查调速控制回路，发现机体上接线盒内执行器线圈的信号线未拧紧。 柴油机运行期间，因为振动偶发，使信号线与接线柱开路造成执行器线圈瞬时失电，执行器失电后，柴油机因为供油量突然减少而转速突降，然后又因为接触恢复，调速器再将柴油机回调至设定转速。 检查紧固调速回路接线，柴油机工作正常。 柴油发电机组出现转速波动时，首先观察波动的初始趋势，如果波动总是降速后回调，则应该首先检查电控系统油门控制信号回路的导通性和绝缘性。 同时应注意如果燃油系统不畅，严重时会出现空车和轻载时正常、重载时转速波动的现象。 5、MTU8V396TE54型柴油机无故障停机。 该型柴油机使用过程中出现无故障停机现象，监控系统无报警，检查机组和控制系统无异常后重新启动，工作正常。 柴油机断油、断气都可导致停机。 梳理技术资料发现正常停机时通过断开调速器电子盒电源，使电子调速器执行器失电归零，断开柴油机供油回路，使柴油机因为缺油正常停机。 紧急停机流程为执行正常停机动作的同时关闭停车空气挡板，通过同时断油和断气使柴油机快速紧急停机。 (1) 检查发现柴油机机体的停车空气挡板未动作、停机时转速下降至发火转速后停机，现象与按下停机按钮后的正常停机时间接近。 (2) 梳理多次停机现象，发现故障停机时柴油机存在单机负荷较大的共性，检查运行记录，发现 3 次停机时负荷分别为单机容量的 60% 、65%和 68% ，并有较长时间的稳定运行。 (3) 检查柴油机调速回路线路绝缘情况，发现导通性正常。 (4) 模拟试验各组件功能无异常，分析调速器执行器中供电回路的航空继电器，如果性能下降，大电流下常闭触点跳开会导致调速器失电，此时停机原理和动作与故障现象相同，监控系统无故障。 通过更换新的继电器进行试验，并与厂家联系确认，该型柴油机机旁控制箱内控制电源的继电器设计冗余量不充分，长时间使用后性能下降，造成大电流情况下触点开路。 已经有类似故障发生，当前情况下可通过更换备件，同时注意单机负荷连续运行时间，即可确保正常使用。 掌握柴油机正常停机和安保系统报警后紧急停机的原理，明白两者执行过程中的区别可对故障进行准确定位。 柴油机无故障停机后应确认空气挡板是否关闭，如果关闭则检查安保及其他紧急停机联锁条件，如果挡板未动作则说明系统未执行紧急停机程序; 监控系统未报警、空气挡板未动作，则可首先按照正常停机流程分析。 6、16V396SE84 型柴油机启动失败。 柴油机启动时，当曲轴转速超过启动转速时，调速器动作供油，使油气在柴油机缸内压燃，转速上升，采集飞轮端转速信号做反馈，与设定转速比较，使柴油机稳定在设定的转速值。 测量转速信号频率，结合飞轮齿数，可计算出实际柴油机启动转速。 系统设定值为 80r/min，实测柴油机启动转速为 78r/min，柴油机未达到有效的启动转速而不投入工作。 经与柴油机厂家确认并获得认可后，将系统设定值由原 80 r/min 修改为75r/min ( 小于实测值) ，柴油机工作正常。 7) TBD604BL6 型柴油机超速停机。 该型柴油机修后试验首次启动时，转速未上升到额定转速就停机。 检查发现电磁脉冲转速传感器端部受损。 典型的调速系统在接收到柴油机曲轴转速达发火转速时，会控制高压油泵给各缸内供油，增大柴油压力，使其升温自燃，使柴油机转速快速达到设定值。 如果转速传感器安装距离过近，启动过程中未达到额定转速则端部可能受损，调速器失去转速信号，退出调速状态，油门控制信号复位，柴油机供油量归零，降速停机。 转速传感器的安装中，检验要求包括: 手动盘车，齿顶对中; 拧紧后回转 90°～180°，锁定时本体固定不随动; 手动盘车无卡滞; 线路绝缘，传感器内阻正常，外观无破损。 同时总结转速传感器安装的要素如下。 (1) 齿顶对中，先拧紧转速传感器，再按照螺距逆时针旋转，确保安装距离为0.4～0.8mm。 (2) 手动盘车，确保能够及时发现卡滞并调整安装距离，防止安装距离过近。 (3) 电动盘车或者气动吹车，用示波表监测转速信号波形，通常为类正弦波，幅值按照电子调速器不同有不同的要求，DYNA 型电子调速器要求幅值电压大于3V、典型值为18V。 安装距离过远可导致幅值过低。 8、MTU8V396SE54 型柴油机更换新的转速传感器后无法正常启动。 柴油机启动需要燃油发火转速正常，气路、油路动作正常。 油气条件具备后，吹车转速达到 150r/min，信号测量频率经换算已达发火转速，信号幅值 2V，MTU公司规定的调速器认可的转速信号有效幅值范围为3～60V，顺时针旋转转速传感器30°，微调转速传感器安装距离，使其顶部与飞轮齿圈距离微微靠近，盘车时幅值达 3.2V，检查系统正常后再次启动柴油机，柴油机可正常启动。 转速传感器安装距离太远，调速器接收不到有效的发火转速信号，无法正常对各缸供油，无法使转速上升。 若安装距离过近，易导致传感器端部与飞轮齿顶摩擦、碰撞受损。 9、TBD234V6 型柴油机启动超速。 该型柴油机先后 2 次启动后转速持续上升，达到2 000 r/min以上，超速保护装置未动作。 检查发现，因外力原因，2根安保用转速传感器信号线的其中一根接地，而该线路本应接到电子调速器输入端 (2号端子) 。 这导致超速保护控制器内部2号端子与电源输入端 (4号端子) 负极相通，间接造成电源负极接地。 超速保护控制器与调速器共用电源负极，间接造成调速器内部电源负极接地，导致转速控制模块的场效应管被击穿、损坏，在调速器接通DC24V电源后，始终有 DC18 V 电压输送至执行器，导致执行器油门开度最大。 执行器正常驱动电压见表1，表 1 中，驱动电压为脉宽调制信号的有效值。  所以，柴油机启动后转速持续上升，又因超速保护用转速传感器插头脱落，导致超速保护控制器未接收到转速信号，故未实现超速停车保护功能。 启动前应进行完整性检查和确认，确认油门齿条位置在零位。 设备完成效应试验后，应做好防护，防止交叉作业造成损坏。 10、TBD620V12 启动超速。 该型柴油机配置DC2 型电子调速器，可通过软件进行参数监测和调整，柴油机修后系统完整性检查和安保试验合格，启动柴油机后超速停车。 安保试验功能正常，超速时监控系统已正常执行紧急停机程序，分析为柴油机供油量过大导致超速。 通过使用 DC2 型调速器调速软件，发现停机状态下燃油齿条零位反馈由于安装原因和机械零位不一致，电气零位对应机械 “0+N” 格供油量，导致启动时实际供油量过大，柴油机超速引起安保系统动作紧急停机。 部分调速器对零位的要求有联锁关系限制，Ｒ082 型调速系统对零位有严格的标准，零位反馈标准值为 1V，误差值超过 0.035V 时，调速器会提示调速器故障，禁止使用。 DC2 型调速器无此功能，因此修理回装后应进行零位标定后方可启动。 11、TBD234V6 型柴油机副机启动后无法达到额定转速。 该型柴油机配置 ESG1000B 型电子调速器，调速器故障，更换新调速器后柴油机额定转速低，调整速度旋钮，柴油机转速达不到额定值。 该型柴油机额定转速为1500 r/min，其对应信号频率为 4.2 kHz、飞轮齿圈168 齿。 而更换的ESG1000M 型调速器适用于飞轮齿数 212 齿的柴油机，此时，工作转速为 1188 r/min，即使转速有±100r/min 的调整范围，也无法调至1500 r/min。 按照原型号更换调速盒后，柴油机可以达到正常额定转速。 同系列调速器如果飞轮齿圈设定值大于实际值，会出现启动困难，启动后转速低现象。 若飞轮齿圈设定值小于实际值，则启动困难，启动后可能会出现超速现象。 12、MTU16V396SE84 型柴油机供电后调速器故障，油门齿条显示在最大位置。 该型柴油机调速器供电后，调速器控制箱故障灯亮，齿条位移显示在最大值。 调速器位移显示信号来源于执行器，执行器反馈信号在内场进行标校，标校误差按要求控制在± 0.1V内。 经查阅原始资料，Ｒ082 调速系统工作和执行器安装零位反馈有连锁关系，机械零位对应电器零位反馈信号应为1V，若误差超 0.035 V，Ｒ082 系统将执行内部自我保护程序，调速器故障灯亮，同时将油门显示锁定在最大值 20格。 重新进行标定，使机械零位对应反馈电压为0.998V，调速器控制箱故障灯灭，柴油机启动工作正常。 13、某船6600V中压柴油发电机组并车后逆功跳闸故障。 中压柴油发电机组原动机为16VPA6280MPC型柴油机，配2301D 型电子调速器。 2301D 控制器负责恒频模式下的调速，功率管理系统负责下垂模式下的调速，二者分时复用控制回路中的转速传感器、调速器执行器等。 发电机组在恒频和下垂 2 种模式下，分别与 1#、2#、3#中压柴油发电机组并车时均出现逆功现象。 分析处理过程如下。 (1) 通过调试软件读取 2301D 控制器程序，分别在怠速和额定转速下在线监测 4#柴油机转速信号 ( 空载) ，参数显示与外部仪表和监控系统测量数值一致，转速传感器工作正常。 (2) 4#柴油机带300kW 负荷，监测控制器内部4#柴油机功率采集数据，并与配电板功率表显示进行对比，结果基本一致 ( 程序 298kW，功率表300 kW) ，确认信号传输回路中的电压互感器、电流互感器正常。 (3) 并车 ( 下垂模式) 监测 4#柴油机功率下降时的加速指令，通过开关量 (True、False) 变化进行控制，共计3次，说明功率管理系统在 4#柴油机功率下降时向控制器发出 3 次加速指令，而且控制器已经执行命令，判断调速器控制器控制功能正常。 (4) 4#柴油机空载状态下监测执行器输出电流，怠速模式 (400r/min) 下执行器输出电流正常，转为额定模式 (1000 r/min) 时电流数持续增加到最大值 (200mA) ，此时柴油机转速无变化，判断此工况下执行器控制功能失效。 参照 1#～3#柴油机组数据，额定转速时驱动电流应为 60mA，驱动电流 120mA 时对应油门位置最大。 (5) 将执行器的转速限值放宽，控制器电流值立即从 200mA 降到 60mA。 经过分析，发现执行器内部零件磨损，导致执行器转速限值出现偏移。 返厂检修后功能正常。 三、结束语 1、监控系统的报警信息是故障定位的重要线索。 监控系统负责对柴油发电机组的运行情况进行监视、预警、报警并实施报警后的应急处理，监控系统的报警往往是故障定位的关键线索。 2、故障定位需要逆向思维。 工作开展过程中，尤其是对故障的排除和分析要有质疑的习惯，要习惯逆向思维，从故障分析到排除故障现象，应对故障原因的唯一性进行分析确认，互为印证，确保故障定位的准确。 3、工作记录是技能提升的重要助力。 技术人员分析问题的思路以及解决问题的经验，需要大量的实践和思考来获得。 因此，养成工作记录并及时整理的习惯，对提升分析和解决问题的能力有很大帮助。
原创作者系： 青岛前进船厂 张 洁，褚威威，李仕炜  ·END· 船机帮/ShipTechHelper 感谢您的关注！   |
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