某电厂黑启动柴油机紧急跳闸分析

华东宜兴抽水蓄能有限公司 陈鹤虎 夏斌强

某电厂黑启动柴油机紧急跳闸分析

华东宜兴抽水蓄能有限公司 陈鹤虎 夏斌强

针对某电厂一次黑启动过程中发生的柴油机紧急停机故障，进行了相关保护检测及空载及负荷试验，并再次模拟黑启动实验，结合监控系统的报警信息及控制逻辑，分析了故障原因，发生过程及结果，提出处理方法及日常维护措施。此次停机故障及处理过程具有代表性，给出的分析思路及处理方法 对类似故障判别和处理具有一定参考意义。

黑启动实验；停机；故障分析；故障处理

一、故障经过

2013年10月29日下午15时，在一次黑启动试验时，当流程走至2号机自用盘Ⅱ母进线开关（保安配电侧）时，柴油机突然紧急停机，柴油机出口开关、保安配电盘进线开关（柴油机侧）、2号机组自用盘Ⅱ母进线开关（保安配电侧）相继自动跳开，各系统出现如下报警信息：

（1）柴油机本体： “Emergency shutdown”，控制器上无具体跳闸原因显示。

（2）柴油发电机出口开关HD1：Diesel Gen Shutdown，查看事件记录器，其中的“Under Voltage High”（低压保护高值）与“Frequency Stage2”（低频保护II段）保护启动，其余保护未启动。

（3）监控系统显示，2号机自用盘Ⅱ母进线开关自动合闸时，2号机组1号球阀油泵自动启动。

二、原因初步分析

故障发生后，根据监控报警记录信息，最先怀疑2号球阀油泵（柴油机负荷）自启动时，启动冲击较大，可能导致各开关保护误动。球阀油泵瞬时启动，该油泵额定功率55kW，额定电流105A，由于当时属于重载启动，经计算与现场试验，启动时冲击负荷约有200kW，瞬时冲击电流约500A，启动冲击持续时间约为2-3S。

得出的初步分析是由于球阀油位H报警已出现，球阀油泵将自动启动补压。进一步怀疑2号球阀油泵自启动时，启动冲击较大，可能导致各开关保护误动。为寻找跳闸原因，故障对柴油机负荷回路开关（柴油发电机出口开关HD1>保安配电盘进线开关（柴油机侧）>2号机自用盘Ⅱ母进线开关）进行了保护检测。

三个开关经检测保护测试校验，保护动作均正常。其中2号机自用盘Ⅱ母进线开关主保护为三段式电流保护，In=800A，单台55kW油泵启动时不可能导致该开关过流跳闸，排除2号机组自用盘跳闸的情况。保安配电盘进线开关容量与额定电流均大于2号机组自用盘，在开关保护校验全部合格情况下，该开关也无过流跳闸可能。

根据上述分析，仍无法解释一点，假设2号球阀油泵启动时，2号机组自用盘因冲击太大，开关过流或者母线压力降低过多导致开关跳闸，但是该跳闸命令无通道传递给柴油发电机，柴油机无紧急停机的理由，也就是说柴油机紧急停机令必然与柴油发电机本体或其出口开关有直接的关系。

三、后续检查发现问题

此后进行柴油机空载及带负荷试验时，出现了一些问题，主要包括：

（1）柴油发电机充电装置损坏。该柴油发电机充电装置上长期有AL报警无法复归，充电装置有时充电正常，有时充电不正常。经检测发现该充电装置有时输出电压只有14V，但显示电压为27V，充电装置中有一组整流硅桥经常处于故障状态，显示电压非实际充电电压。

（2）柴油机启动时，蓄电池压降明显比投运时大。现在蓄电池充满电后，柴油机启动时蓄电池压降最低到17V，而约3年前记录的启动压降最低到21V。

（3）2014年3月份一次柴油机带负荷试验中，也发现柴油机转速不稳定现象。后排查发现是柴油机柴油滤芯有堵塞，更换机油及滤芯后该故障消除。

（4）从2014年4月份开始，该柴油发电机启动后无法直接到达额定转速，会进入怠速运行状态（约560rpm）。后经多次检查试验发现，该现象产生的原因是柴油机启动时，蓄电池压降比运行初期更大，使控制器给油门执行阀的电压降低，同样的设定下其实降低了柴油机油门的出力；另一方面该柴油机由于启动次数过少，导致执行器及其连杆有一定卡涩。

根据以上种种现象，维护人员认为柴油机与投运时相比，其性能有了较为明显的变化，所以我们将黑启动试验时出现柴油机紧急停机的可疑原因放到柴油机本体上，并计划再次进行各项试验，模拟当时跳闸情况。

四、再次试验情况及原因分析

2014年8月7日，在查清了1号柴油发电机启动后怠速运转现象，并确保该柴油机蓄电池已充至现情况下最满，柴油机机油、机滤、柴虑等都进行了更换的条件下，柴油机空载连续启动5次未出现转速异常，维护人员再次进行了模拟黑启动试验。

本次试验全部采用远方操作，柴油机计划带保安配电盘、2号机组自用盘I、II母，并启动2号机球阀（55kW）、技术供水系统（50kW）各1台，加上保安配电盘上其他负荷，柴油机总负荷约200kW，试验完成最后选择拍停柴油机紧急停机按钮，试验时对柴油机及各配电盘上数据进行了实时记录。以下是拍停柴油机紧急停机按钮后主要报警记录：

15∶03∶59.194 2号机组自用盘II母进线开关（保安侧）保护跳闸

15∶04∶00.374 保安配电盘进线开关分闸

15∶04∶01.375 保安配电盘进线开关跳闸

15∶04∶24.662 柴油发电机不在运行状态

根据试验后拍停柴油机紧急停机按钮后的情况，我们发现以下问题：柴油发电机出口开关（HD1）分合闸及保护动作情况同样未在监控系统中显示，现地盘柜上也只有柴油发电机紧急停机，而无保护动作信息。即柴油机拍停时，HD1直接分闸（见图1），而非保护动作跳闸。

根据报警信息的不同，我们得出以下简单结论：

图1

检查柴油发电机出口开关控制逻辑，发现柴油机Emergency open信号将直接导致断路器分闸，断路器不再发出任何保护动作信号，而13年10月29日黑启动试验时，柴油机出口开关上既有Emergency Shutdown信号，也有保护动作信号，这说明当时紧急停机的发令来源并非柴油发电机，Emergency Shutdown不是柴油发电机本体电磁阀动作或人员误投入紧急停机按钮，而是开关柜本体保护动作并传递给柴油发电机，使柴油发电机紧急跳闸的。该柴油发电机的电气量检测全部由柴油发电机出口开关实现，柴油机本体只设置了过速（Over speed）、冷却水温度高（Cooling water temp high）、油压低（Lube oil pressure low）三组跳闸报警，并在控制面板上反馈。

柴油机的调速机构由一套名为ESD5330的装置完成，与主控制程序是相互独立的，它的作用是根据转速设定及反馈，给出一个稳定的电压值，驱动执行器控制柴油机油门，通过增、减供油的方式控制柴油机的转速。根据该装置的特点，蓄电池供电电压、执行器动作准确性都将直接影响柴油机调速的准确性及快速性，同时柴油机本体的供油系统的性能也对调速性能有直接影响。

柴油机的出口电压由AVR系统保持，励磁电流很小，但是很小的电流变化将直接导致柴油发电机机端电压剧烈变化，也就是说AVR的精度要求很高。根据出厂试验报告显示，微小的励磁电流变化（约0.5A）将直接使出口线电压由10kV降至7kV。AVR与柴油机调速性能存在一定关系，试验说明转速变化在5%内该装置才可靠。

根据柴油发电机出口上述分析，得出该柴油发电机紧急停机的原因可能有以下几点：

（1）柴油发电机蓄电池长期馈电，电调的供电直流电压降低，进一步导致执行器输出不准，同时也可能导致AVR调节的励磁电流存在偏差。

（2）由于在本次试验前，柴油机平常启动次数偏少，且已有超过3年时间未进行带负荷试验，柴油的供油系统可能存在积碳，执行器操作机构存在卡涩现象，供油不畅导致转速无法快速跟踪。

（3）2014年5月柴油机空载启停时，发现柴油机转速不稳，经检查发现柴油机柴滤比较脏，同样在2013年进行黑启动试验前，滤芯正好处于即将到更换周期的状况，这也可能导致黑启动试验时柴油机供油不畅，转速下降更加明显。

五、日常维护建议

根据以上原因分析，这里给出了一些柴油发电机日常运维建议。

（1）加密柴油发电机带负荷运行的次数，如条件可以，应多带负荷（70%额定以上）运行。

（2）缩短柴油发电机维护周期，原来的滤油及润滑系统（含柴油机机油、机滤、柴虑等）更换周期建议为每两年一次，建议改为一年一次或更短。

（3）带负荷跟踪发电机的机端电压及频率，便于做出比对分析。

（4）柴油机供油执行器应进行校验，如校验困难可以考虑更换新的。对其关键连接部位应进行润滑处理。

（5）监控系统应增设柴油机本体及出口开关相关报警信息，方便设备信息排查。

陈鹤虎（1986—），男，江苏阜宁人，大学本科，工程师，研究方向：抽水蓄能电站电气二次。

夏斌强（1983—），男，江苏宜兴人，硕士，工程师，研究方向：抽水蓄能电站电气一次。