柴油機(jī)調(diào)速系統(tǒng)典型故障案例分析

在計劃性修理中，柴油發(fā)電機(jī)組屬于必修裝備，其修理調(diào)試主要涉及到機(jī)電2個專業(yè)，系統(tǒng)較復(fù)雜。修后負(fù)荷試驗中既要考慮柴油發(fā)電機(jī)組單機(jī)性能，又需要考慮到機(jī)組并網(wǎng)運行時的需求;

既要考慮柴油機(jī)的調(diào)速特性，又要關(guān)注發(fā)電機(jī)的調(diào)壓特性。本文通過梳理最近數(shù)年承修工程中出現(xiàn)的典型案例，結(jié)合基本工作原理總結(jié)出分析思路和處理措施，對后續(xù)工作開展提供參考。一、調(diào)試前的準(zhǔn)備工作柴油發(fā)電機(jī)組涉及到機(jī)、電、管多專業(yè)，其中調(diào)速系統(tǒng)屬于典型的電液一體化閉環(huán)反饋系統(tǒng)。調(diào)試前的準(zhǔn)備工作非常重要，針對性的準(zhǔn)備工作可以快速準(zhǔn)確定位故障，提高調(diào)試效率。準(zhǔn)備工作從圖紙、工具、人員配置等方面描述如下。1)技術(shù)資料準(zhǔn)備。調(diào)試前需提前準(zhǔn)備柴油發(fā)電機(jī)組相關(guān)技術(shù)資料、主要包括技術(shù)說明書、接線圖，梳理并實際確認(rèn)調(diào)速信號、調(diào)壓信號的信號走向圖。技術(shù)資料準(zhǔn)備不充分會導(dǎo)致現(xiàn)場調(diào)試壓力驟增和調(diào)試時間延長，影響生產(chǎn)節(jié)點。2)工裝具準(zhǔn)備。調(diào)試前需要準(zhǔn)備對應(yīng)的專用工具，普通調(diào)試萬用表、信號模擬器、常用電工工具即可滿足要求。當(dāng)遇到問題需要進(jìn)一步確認(rèn)分析時，需要用示波表測量實際信號的波形和幅值。3)人員配備。調(diào)試人員應(yīng)熟悉系統(tǒng)，有豐富的實踐經(jīng)驗。二、柴油發(fā)電機(jī)組典型案例分析結(jié)合近年來柴油發(fā)電機(jī)組調(diào)試過程中出現(xiàn)的典型案例，其故障分析和處理措施如下。1、16V396TC53型柴油機(jī)啟動過程中轉(zhuǎn)速無法正常升至額定轉(zhuǎn)速。該型柴油機(jī)配置DYNA系列電子調(diào)速器，柴油機(jī)啟動后升速慢，需要約20s使轉(zhuǎn)速升至額定值。(1)檢查發(fā)現(xiàn)啟動用空氣壓力正常，吹車發(fā)火轉(zhuǎn)速正常。(2)檢查發(fā)現(xiàn)啟動過程中執(zhí)行器油門位置約為7格，正常啟動油門應(yīng)在10格附近。(3)手動停機(jī)后進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)齒條連桿卡滯。(4)對調(diào)速器執(zhí)行器及齒條連桿進(jìn)行拆卸、清潔等處理，重新安裝后啟動，啟動供油量達(dá)10.5格，空車油門回落到3.5格，此時，柴油機(jī)工作正常。2、16V396SE84型柴油機(jī)游車。該型柴油機(jī)配置Ｒ082型電子調(diào)速器，該調(diào)速系統(tǒng)具備自檢功能，可以通過人機(jī)對話裝置進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整。柴油機(jī)修后怠速游車，升至額定轉(zhuǎn)速后游車現(xiàn)象仍然沒有消失。(1)檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速傳感器安裝距離為0.4mm，轉(zhuǎn)速傳感器信號波形幅值和信號電纜絕緣均正常。(2)調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定對比其他機(jī)組無異常。(3)調(diào)速系統(tǒng)Ｒ082控制箱左右機(jī)對調(diào)后游車現(xiàn)象沒有變化。(4)檢查柴油機(jī)油路，發(fā)現(xiàn)I號和II號高壓泵之間、靠近II號高壓泵方向的油量連接桿緊固螺栓未上緊，導(dǎo)致空車磨合時實際供油量波動，柴油供油量不穩(wěn)引起游車。(5)對連接桿緊固螺栓按照工藝上緊后試驗，柴油機(jī)工作正常。3、16V396SE84型柴油機(jī)啟動后，轉(zhuǎn)速在500r/min時無法繼續(xù)升速。通過軟件調(diào)取該型柴油機(jī)燃油限值參數(shù)，并對照其調(diào)速器燃油限值，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min時，4臺柴油機(jī)的燃油齒條位移均為7.0mm，不存在電氣參數(shù)設(shè)置過低的情況。在無法判斷高壓油泵是否存在供油量不足的情況下，將該參數(shù)修改為7.5mm，燃油齒條位移提高0.5mm。再次啟動柴油機(jī)，故障現(xiàn)象消失。將參數(shù)改回7.0mm，故障復(fù)現(xiàn)。柴油機(jī)維修后機(jī)械性能可能發(fā)生變化，電氣參數(shù)也要進(jìn)行調(diào)校，使機(jī)電匹配，否則也可能引起故障現(xiàn)象。若非單純的機(jī)械或電氣故障，則屬于機(jī)電參數(shù)匹配問題，需要機(jī)電綜合進(jìn)行分析考慮。柴油機(jī)啟動過程中燃油齒條限制作用導(dǎo)致轉(zhuǎn)速無法超過500r/min臨界點，不能轉(zhuǎn)入下一啟動過程?？赏ㄟ^手動推燃油齒條的方法，瞬間加大柴油機(jī)供油量，如果轉(zhuǎn)速可正常上升，基本上可判斷故障為燃油限值設(shè)定過低導(dǎo)致。經(jīng)與柴油機(jī)廠家溝通，通過人機(jī)對話裝置將燃油限制曲線放寬0.5格，柴油機(jī)啟動工作正常。4、TBD604BL6型柴油機(jī)偶發(fā)性降速。柴油機(jī)配置DYNA系列電子調(diào)速器。柴油發(fā)電機(jī)組使用過程中、空載和帶載工況下都存在轉(zhuǎn)速突然下降后迅速回調(diào)現(xiàn)象。根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速先降后升的特點，觀察轉(zhuǎn)速波動時柴油機(jī)供油齒條動作情況，轉(zhuǎn)速波動時，燃油齒條會有突然下落后回調(diào)的動作，分析波動時柴油機(jī)因供油量突然減少而掉速。(1)檢查轉(zhuǎn)速傳感器外觀無損;測量轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)線圈阻值在正常范圍內(nèi);測量信號線絕緣值正常。(2)用示波表測量機(jī)組運行時轉(zhuǎn)速傳感器信號為幅值穩(wěn)定的類正弦波。(3)檢查調(diào)速控制回路，發(fā)現(xiàn)機(jī)體上接線盒內(nèi)執(zhí)行器線圈的信號線未擰緊。柴油機(jī)運行期間，因為振動偶發(fā)，使信號線與接線柱開路造成執(zhí)行器線圈瞬時失電，執(zhí)行器失電后，柴油機(jī)因為供油量突然減少而轉(zhuǎn)速突降，然后又因為接觸恢復(fù)，調(diào)速器再將柴油機(jī)回調(diào)至設(shè)定轉(zhuǎn)速。檢查緊固調(diào)速回路接線，柴油機(jī)工作正常。柴油發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動時，首先觀察波動的初始趨勢，如果波動總是降速后回調(diào)，則應(yīng)該首先檢查電控系統(tǒng)油門控制信號回路的導(dǎo)通性和絕緣性。同時應(yīng)注意如果燃油系統(tǒng)不暢，嚴(yán)重時會出現(xiàn)空車和輕載時正常、重載時轉(zhuǎn)速波動的現(xiàn)象。5、MTU8V396TE54型柴油機(jī)無故障停機(jī)。該型柴油機(jī)使用過程中出現(xiàn)無故障停機(jī)現(xiàn)象，監(jiān)控系統(tǒng)無報警，檢查機(jī)組和控制系統(tǒng)無異常后重新啟動，工作正常。柴油機(jī)斷油、斷氣都可導(dǎo)致停機(jī)。梳理技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)正常停機(jī)時通過斷開調(diào)速器電子盒電源，使電子調(diào)速器執(zhí)行器失電歸零，斷開柴油機(jī)供油回路，使柴油機(jī)因為缺油正常停機(jī)。緊急停機(jī)流程為執(zhí)行正常停機(jī)動作的同時關(guān)閉停車空氣擋板，通過同時斷油和斷氣使柴油機(jī)快速緊急停機(jī)。(1)檢查發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)機(jī)體的停車空氣擋板未動作、停機(jī)時轉(zhuǎn)速下降至發(fā)火轉(zhuǎn)速后停機(jī)，現(xiàn)象與按下停機(jī)按鈕后的正常停機(jī)時間接近。(2)梳理多次停機(jī)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)故障停機(jī)時柴油機(jī)存在單機(jī)負(fù)荷較大的共性，檢查運行記錄，發(fā)現(xiàn)3次停機(jī)時負(fù)荷分別為單機(jī)容量的60%、65%和68%，并有較長時間的穩(wěn)定運行。(3)檢查柴油機(jī)調(diào)速回路線路絕緣情況，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通性正常。(4)模擬試驗各組件功能無異常，分析調(diào)速器執(zhí)行器中供電回路的航空繼電器，如果性能下降，大電流下常閉觸點跳開會導(dǎo)致調(diào)速器失電，此時停機(jī)原理和動作與故障現(xiàn)象相同，監(jiān)控系統(tǒng)無故障。通過更換新的繼電器進(jìn)行試驗，并與廠家聯(lián)系確認(rèn)，該型柴油機(jī)機(jī)旁控制箱內(nèi)控制電源的繼電器設(shè)計冗余量不充分，長時間使用后性能下降，造成大電流情況下觸點開路。已經(jīng)有類似故障發(fā)生，當(dāng)前情況下可通過更換備件，同時注意單機(jī)負(fù)荷連續(xù)運行時間，即可確保正常使用。掌握柴油機(jī)正常停機(jī)和安保系統(tǒng)報警后緊急停機(jī)的原理，明白兩者執(zhí)行過程中的區(qū)別可對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。柴油機(jī)無故障停機(jī)后應(yīng)確認(rèn)空氣擋板是否關(guān)閉，如果關(guān)閉則檢查安保及其他緊急停機(jī)聯(lián)鎖條件，如果擋板未動作則說明系統(tǒng)未執(zhí)行緊急停機(jī)程序;

監(jiān)控系統(tǒng)未報警、空氣擋板未動作，則可首先按照正常停機(jī)流程分析。6、16V396SE84型柴油機(jī)啟動失敗。柴油機(jī)啟動時，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速超過啟動轉(zhuǎn)速時，調(diào)速器動作供油，使油氣在柴油機(jī)缸內(nèi)壓燃，轉(zhuǎn)速上升，采集飛輪端轉(zhuǎn)速信號做反饋，與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，使柴油機(jī)穩(wěn)定在設(shè)定的轉(zhuǎn)速值。測量轉(zhuǎn)速信號頻率，結(jié)合飛輪齒數(shù)，可計算出實際柴油機(jī)啟動轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)設(shè)定值為80r/min，實測柴油機(jī)啟動轉(zhuǎn)速為78r/min，柴油機(jī)未達(dá)到有效的啟動轉(zhuǎn)速而不投入工作。經(jīng)與柴油機(jī)廠家確認(rèn)并獲得認(rèn)可后，將系統(tǒng)設(shè)定值由原80r/min修改為75r/min(小于實測值)，柴油機(jī)工作正常。7)TBD604BL6型柴油機(jī)超速停機(jī)。該型柴油機(jī)修后試驗首次啟動時，轉(zhuǎn)速未上升到額定轉(zhuǎn)速就停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)電磁脈沖轉(zhuǎn)速傳感器端部受損。典型的調(diào)速系統(tǒng)在接收到柴油機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速達(dá)發(fā)火轉(zhuǎn)速時，會控制高壓油泵給各缸內(nèi)供油，增大柴油壓力，使其升溫自燃，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速快速達(dá)到設(shè)定值。如果轉(zhuǎn)速傳感器安裝距離過近，啟動過程中未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速則端部可能受損，調(diào)速器失去轉(zhuǎn)速信號，退出調(diào)速狀態(tài)，油門控制信號復(fù)位，柴油機(jī)供油量歸零，降速停機(jī)。轉(zhuǎn)速傳感器的安裝中，檢驗要求包括:

手動盤車，齒頂對中;

擰緊后回轉(zhuǎn)90°～180°，鎖定時本體固定不隨動;

手動盤車無卡滯;

線路絕緣，傳感器內(nèi)阻正常，外觀無破損。同時總結(jié)轉(zhuǎn)速傳感器安裝的要素如下。(1)齒頂對中，先擰緊轉(zhuǎn)速傳感器，再按照螺距逆時針旋轉(zhuǎn)，確保安裝距離為0.4～0.8mm。(2)手動盤車，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)卡滯并調(diào)整安裝距離，防止安裝距離過近。(3)電動盤車或者氣動吹車，用示波表監(jiān)測轉(zhuǎn)速信號波形，通常為類正弦波，幅值按照電子調(diào)速器不同有不同的要求，DYNA型電子調(diào)速器要求幅值電壓大于3V、典型值為18V。安裝距離過遠(yuǎn)可導(dǎo)致幅值過低。8、MTU8V396SE54型柴油機(jī)更換新的轉(zhuǎn)速傳感器后無法正常啟動。柴油機(jī)啟動需要燃油發(fā)火轉(zhuǎn)速正常，氣路、油路動作正常。油氣條件具備后，吹車轉(zhuǎn)速達(dá)到150r/min，信號測量頻率經(jīng)換算已達(dá)發(fā)火轉(zhuǎn)速，信號幅值2V，MTU公司規(guī)定的調(diào)速器認(rèn)可的轉(zhuǎn)速信號有效幅值范圍為3～60V，順時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速傳感器30°，微調(diào)轉(zhuǎn)速傳感器安裝距離，使其頂部與飛輪齒圈距離微微靠近，盤車時幅值達(dá)3.2V，檢查系統(tǒng)正常后再次啟動柴油機(jī)，柴油機(jī)可正常啟動。轉(zhuǎn)速傳感器安裝距離太遠(yuǎn)，調(diào)速器接收不到有效的發(fā)火轉(zhuǎn)速信號，無法正常對各缸供油，無法使轉(zhuǎn)速上升。若安裝距離過近，易導(dǎo)致傳感器端部與飛輪齒頂摩擦、碰撞受損。9、TBD234V6型柴油機(jī)啟動超速。該型柴油機(jī)先后2次啟動后轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，達(dá)到2000r/min以上，超速保護(hù)裝置未動作。檢查發(fā)現(xiàn)，因外力原因，2根安保用轉(zhuǎn)速傳感器信號線的其中一根接地，而該線路本應(yīng)接到電子調(diào)速器輸入端(2號端子)。這導(dǎo)致超速保護(hù)控制器內(nèi)部2號端子與電源輸入端(4號端子)負(fù)極相通，間接造成電源負(fù)極接地。超速保護(hù)控制器與調(diào)速器共用電源負(fù)極，間接造成調(diào)速器內(nèi)部電源負(fù)極接地，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速控制模塊的場效應(yīng)管被擊穿、損壞，在調(diào)速器接通DC24V電源后，始終有DC18V電壓輸送至執(zhí)行器，導(dǎo)致執(zhí)行器油門開度最大。執(zhí)行器正常驅(qū)動電壓見表1，表1中，驅(qū)動電壓為脈寬調(diào)制信號的有效值。所以，柴油機(jī)啟動后轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，又因超速保護(hù)用轉(zhuǎn)速傳感器插頭脫落，導(dǎo)致超速保護(hù)控制器未接收到轉(zhuǎn)速信號，故未實現(xiàn)超速停車保護(hù)功能。啟動前應(yīng)進(jìn)行完整性檢查和確認(rèn)，確認(rèn)油門齒條位置在零位。設(shè)備完成效應(yīng)試驗后，應(yīng)做好防護(hù)，防止交叉作業(yè)造成損壞。10、TBD620V12啟動超速。該型柴油機(jī)配置DC2型電子調(diào)速器，可通過軟件進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測和調(diào)整，柴油機(jī)修后系統(tǒng)完整性檢查和安保試驗合格，啟動柴油機(jī)后超速停車。安保試驗功能正常，超速時監(jiān)控系統(tǒng)已正常執(zhí)行緊急停機(jī)程序，分析為柴油機(jī)供油量過大導(dǎo)致超速。通過使用DC2型調(diào)速器調(diào)速軟件，發(fā)現(xiàn)停機(jī)狀態(tài)下燃油齒條零位反饋由于安裝原因和機(jī)械零位不一致，電氣零位對應(yīng)機(jī)械“0+N”格供油量，導(dǎo)致啟動時實際供油量過大，柴油機(jī)超速引起安保系統(tǒng)動作緊急停機(jī)。部分調(diào)速器對零位的要求有聯(lián)鎖關(guān)系限制，Ｒ082型調(diào)速系統(tǒng)對零位有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，零位反饋標(biāo)準(zhǔn)值為1V，誤差值超過0.035V時，調(diào)速器會提示調(diào)速器故障，禁止使用。DC2型調(diào)速器無此功能，因此修理回裝后應(yīng)進(jìn)行零位標(biāo)定后方可啟動。11、TBD234V6型柴油機(jī)副機(jī)啟動后無法達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。該型柴油機(jī)配置ESG1000B型電子調(diào)速器，調(diào)速器故障，更換新調(diào)速器后柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速低，調(diào)整速度旋鈕，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)不到額定值。該型柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，其對應(yīng)信號頻率為4.2kHz、飛輪齒圈168齒。而更換的ESG1000M型調(diào)速器適用于飛輪齒數(shù)212齒的柴油機(jī)，此時，工作轉(zhuǎn)速為1188r/min，即使轉(zhuǎn)速有±100r/min的調(diào)整范圍，也無法調(diào)至1500r/min。按照原型號更換調(diào)速盒后，柴油機(jī)可以達(dá)到正常額定轉(zhuǎn)速。同系列調(diào)速器如果飛輪齒圈設(shè)定值大于實際值，會出現(xiàn)啟動困難，啟動后轉(zhuǎn)速低現(xiàn)象。若飛輪齒圈設(shè)定值小于實際值，則啟動困難，啟動后可能會出現(xiàn)超速現(xiàn)象。12、MTU16V396SE84型柴油機(jī)供電后調(diào)速器故障，油門齒條顯示在最大位置。該型柴油機(jī)調(diào)速器供電后，調(diào)速器控制箱故障燈亮，齒條位移顯示在最大值。調(diào)速器位移顯示信號來源于執(zhí)行器，執(zhí)行器反饋信號在內(nèi)場進(jìn)行標(biāo)校，標(biāo)校誤差按要求控制在±0.1V內(nèi)。經(jīng)查閱原始資料，Ｒ082調(diào)速系統(tǒng)工作和執(zhí)行器安裝零位反饋有連鎖關(guān)系，機(jī)械零位對應(yīng)電器零位反饋信號應(yīng)為1V，若誤差超0.035V，Ｒ082系統(tǒng)將執(zhí)行內(nèi)部自我保護(hù)程序，調(diào)速器故障燈亮，同時將油門顯示鎖定在最大值20格。重新進(jìn)行標(biāo)定，使機(jī)械零位對應(yīng)反饋電壓為0.998V，調(diào)速器控制箱故障燈滅，柴油機(jī)啟動工作正常。13、某船6600V中壓柴油發(fā)電機(jī)組并車后逆功跳閘故障。

中壓柴油發(fā)電機(jī)組原動機(jī)為16VPA6280MPC型柴油機(jī)，配2301D型電子調(diào)速器。2301D控制器負(fù)責(zé)恒頻模式下的調(diào)速，功率管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)下垂模式下的調(diào)速，二者分時復(fù)用控制回路中的轉(zhuǎn)速傳感器、調(diào)速器執(zhí)行器等。發(fā)電機(jī)組在恒頻和下垂2種模式下，分別與1#、2#、3#中壓柴油發(fā)電機(jī)組并車時均出現(xiàn)逆功現(xiàn)象。分析處理過程如下。(1)通過調(diào)試軟件讀取2301D控制器程序，分別在怠速和額定轉(zhuǎn)速下在線監(jiān)測4#柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(空載)，參數(shù)顯示與外部儀表和監(jiān)控系統(tǒng)測量數(shù)值一致，轉(zhuǎn)速傳感器工作正常。(2)4#柴油機(jī)帶300kW負(fù)荷，監(jiān)測控制器內(nèi)部4#柴油機(jī)功率采集數(shù)據(jù)，并與配電板功率表顯示進(jìn)行對比，結(jié)果基本一致(程序298kW，功率表300kW)，確認(rèn)信號傳輸回路中的電壓互感器、電流互感器正常。(3)并車(下垂模式)監(jiān)測4#柴油機(jī)功率下降時的