两起柴油发电机组不能正常启动故障分析

廉永乐

（民航宁夏空管分局，宁夏 银川 750009）

0 引 言

随着大数据、云计算以及人工智能等科学技术的迅速发展，人们对电力供给和电源质量的可靠性提出了更高要求。柴油发电机组因体积小、灵活轻便、配套齐全以及便于操作和维护等优点，在互联网、电信、银行、医院以及民航等领域得到了广泛应用[1-4]。目前，柴油发电机主要作为应急电源使用，具备智能化和网络化功能，能自动检测市电状态。当市电故障时，柴油机能迅速启动，为负载提供不间断的电源保障[5-6]。通过对两起不同型号柴油发电机不能正常启动原因的查找，一方面总结了导致柴油发电机组不能正常启动的原因，另一方面为今后处理类似故障提供了排查思路和经验判断。

1 两起故障概述

1.1 故障一

某航管楼的康明斯柴油发电机组按照油机维护规程进行每周试机操作时，柴油发电机顺利启动，但随后出现超高速告警并停机。经检查，检查柴油机各项参数均正常，但连续3次启动均失败，控制屏面板发出电池低电压告警，测量电池电压为12.3 V，略低于正常浮充电压（正常值为12.8 V）。

1.2 故障二

冬季，某雷达站科勒柴油发电机组按照油机维护规程进行试机操作时，在柴油发电机组启动瞬间控制屏黑屏，并且发出“咔”的巨响。测量电池电压为12.1 V，低于正常浮充电压（正常值为13 V）。更换新电池后，再次启动柴油发电机组，柴油机仍无法正常启动，故障现象和之前一样，即控制屏在启动瞬间黑屏，并且发出“咔”的巨响。

2 柴油发电机组不能正常启动原因分析

柴油发电机组不能正常启动，原因归纳为以下6类。

（1）电池容量不足，电池电压过低。

（2）柴油发电机电启动系统故障，包括启动电机故障、启动电机转速低以及启动电机开关故障。

（3）柴油发电机控制系统故障，主要是控制屏故障。

（4）柴油发电机燃油系统异常，包括燃油箱内无燃油、燃油管阻塞、燃油滤清器污垢堵塞、燃油输油泵故障以及燃油喷射系统异常等。燃油喷射系统异常包括高压油泵、高压油管、喷射器、喷油泵调速器以及电磁执行机构等出现故障。

（5）柴油机配气机构异常，包括空气进气系统阻塞、活塞环或缸套过度磨损、气门漏气、喷油提前角过早或过迟以及配气相位不对等。

（6）柴油发动机机体故障，内部锁死。

3 柴油机不能正常启动故障查找经过与分析

3.1 故障一

康明斯柴油发电机组在正常启动后出现超高速告警并停机。工作人员检查柴油发电机组各项参数正常，再次启动柴油机，连续3次启动均失败，此时控制面板出现电池低电压告警。经测量，柴油机电池两端电压为12.3 V，比正常电压略低，初步预判故障原因为电池电压过低或容量不足。柴油机电池充电6 h后再测量，显示电池电压为13.3 V，但柴油发电机仍不能正常启动，故暂时排除电池原因。柴油机控制屏可正常发出启动指令，且各项参数处于正常状态，故排除控制器故障。

检查柴油机燃油系统是否正常。首先，确认柴油机油箱燃油充足和油表显示油量数值一致；其次，检查油路状态，确认油路畅通；最后，检查喷油系统，将高压油泵出油管打开启动油机，发现油泵出油口无出油现象，燃油无法输送至发动机燃烧室，导致柴油机无法启动。通过以上排查分析，初步确定柴油发电机高压燃油系统不供油导致柴油机不能正常启动。

为排查故障的根本原因，需进一步了解高压燃油的工作原理。高压燃油由两部分组成，分别是高压喷油泵和电子调速器系统。电子调速系统包含调速控制器和电磁执行器两部分。高压燃油系统不供油，可能是高压喷油泵、调速控制器或电磁执行器故障。其中，电磁执行器控制信号由调速控制器发出，启动瞬间测量康明斯柴油发电机电磁执行器动作电压为9.3 V，调速器可以正常输出信号，暂时排除调速控制器故障。查阅相关技术资料得知，康明斯柴油发电机电磁执行器型号为ADC100，启动瞬间工作电压应大于10 V，现场测得柴油机启动瞬间电磁执行器动作电压为9.3 V，小于最低工作电压[7]。于是，判断高压喷油泵不出油的根本原因是控制电路部分的油门电磁阀启动瞬间电压过低，燃油无法进入高压油泵。

调速控制器输出电压过低时，需确定是调速控制器控制电路故障还是工作电源电压较低。通过查阅康明斯柴油发电机安装的ESD5111调速控制器的相关技术资料得知，ESD5111调速控制器的工作电源直接来自柴油发电机组电池，柴油机电池容量不足时，油机启动瞬间电池电压较低，无法提供足够电源给调速控制器，使得调速器输出至电磁执行器的电压低于10 V，无法正常开启电磁阀，导致燃油无法输送至发动机燃烧室，从而致使柴油发电机无法正常启动[8]。

更换新电池后再次启动柴油发电机，油机正常启动，且在启动瞬间测得调速控制器电压为10.9 V。至此，航管楼康明斯柴油发电组无法正常启动原因已查明，直接原因是电池容量不足。由于电池使用时间过长，容量严重下降，导致油机启动瞬间电压较低，无法给电磁阀工作提供所需要的电压值，导致电磁阀不能正常开启，燃油无法输送至发动机燃烧室致使油机无法启动。

3.2 故障二

科勒柴油发电机组在启动前检查各项参数均正常，但柴油机在启动瞬间控制屏黑屏，并且发出“咔”的声响。出现此状况后，值班员检查电池电压为12.1 V，比正常浮充电压略低。考虑到冬天室内温度较低蓄电池容量会比正常室温情况下容量减少，初步判断导致柴油发电机无法正常启动的原因是电池容量不足。更换新电池后再次启动柴油发电机，柴油机故障仍存在，且故障现象和之前一样，故暂时排除电池因素。

检查柴油机不能正常启动的原因。首先，柴油机正常待机状态下检查控制屏各项参数均正常，启动瞬间控制屏能正常向启动电机发出启动信号，排除柴油机控制器故障。其次，检查发动机机体有无故障，通过手动转动发动机机体，机体旋转正常并无异常阻力，排除发动机机体故障造成内部锁死。再次，根据故障现象可知，柴油发电机组启动电机并未带动发动机机体正常旋转，暂时排除柴油机燃油系统故障和配气机构异常。最后，检查柴油机电启动系统故障，包括启动电机接头松脱、启动电机开关故障、启动电机本身故障以及直流保险丝熔毁。第一步，检查启动电机接头有无松脱，经检查接头紧固并无松动；第二步，检查启动电机开关和直流保险熔丝均正常；第三步，采用万用表测量启动电机绝缘绕组正常，绕组无断路故障，且启动瞬间并无火花现象，排除起动电机短路故障或内部有打铁。

通过以上分析，初步排除柴油发电机控制器、电启动系统、机体以及燃油系统和配气机构异常等故障，需再次排查电池因素。考虑到故障现象更多指向电池电压和容量，首先测量待机状态下电池容量为13.1 V，其次测量柴油发电机组启动瞬间电池电压为10.8 V，正常情况启动瞬间电池电压低于10 V，最后值班人员测量电池内阻为8.184 mΩ，而70 Ah电池内阻正常情况下小于5.8 mΩ。

基于以上信息，初步判断电池内阻过大，容量不足。对原有电池进行充电，待第二天进行启动测试。第二天，电池充电后再次启动，柴油机仍无法正常启动。将新旧两组电池并联连接后，油机正常启动。第三天，再次启动柴油发电机，柴油发电机无法启动。第四天，检查柴油机发现控制屏黑屏，测量两块并联电池电压为2 V，初步判断市电充电器部分故障。检查市电充电器输出正常，在检查线路过程中发现充电器后端保险被烧。

市电充电器保险被烧，是因为第二天将新旧两组电池并联后未拆除，市电充电器输出功率有限，导致两节电池无法正常充电，在第三天进行柴油机启动测试时启动时间较长，电池容量不足需市电充电器补充，导致市电充电器电流过大烧坏直流保险。

综上，科勒柴油发电组无法正常启动是因为电池容量过低，无法提供柴油机正常启动所需要的电流，且原有电池使用时间过长，电池内阻过大，对电池充电已无法恢复电池性能。更换的新电池因生产日期超过3个月，所以使用前需充电5～6 h后再使用。本次更换的新电池未重新充电，且电池长期放置导致容量下降，因此柴油机不能正常启动。

4 两起故障原因共性分析

康明斯柴油发电机组不能启动的直接原因是电池容量不足，但确定原因的过程较长。首先，利用万用表测量电池电压。其次，电池充电后，通过万用表测量电池两端电压，其结果在正常范围内，并排除了电池原因。最后，柴油发电机组在第一次故障时出现超高速现象，油机出现超速告警，因此把更多注意力转向排查燃油系统。

科勒柴油发电机组在故障排查初期将故障定位至电池部分，使整个故障恢复持续了数天。分析原因，主要是欠缺电池维护经验，且维护方法不得当。

排查分析两起不同型号柴油发电机不能正常启动的故障发现，虽然故障现象表现不同，但最终故障原因都是因为电池的使用时间过长导致电池容量下降，不能提供足够的电压，从而无法启动柴油发电机组。

5 结 论

综上所述，经对两起故障的排查分析，更全面地了解了柴油发电机蓄电池。使用时，应该注意以下方面。柴油机蓄电池属于启动型电池，一般使用寿命为3年，使用超过3年需考虑更换新电池。使用万用表测得的电池电压不能完全正确反映电池的容量和性能的好坏，需借助其他工具如电池内阻仪等。直接测量安装在柴油发电机组上蓄电池的电压值，测得的电压是市电充电器对蓄电池充电时的电压值。更换新电池前检查电池的生产日期，生产日期超过1个月或电池电压低于12.6 V时，先对电池充电5～6 h，充电电流为电池容量的1/10，或检查电池内阻是否低于标准值，低于标准值时需要对电池充电[9-11]，恢复电池性能。