提高某大型医疗建筑工业柴油发电机可靠性措施探讨

郭静炜

（河南路卡贝节能技术有限公司）

0 引言

某大型医疗建筑由两路独立电源供电，一路市电和一路自备电源。自备电源设置了两台800kW 柴油发电机组。两台柴油发电机历次试启动中一次启动成功率较低，难以保证停电事故时的医疗建筑的应急电源使用。

1 设备简介

本工程的柴油发电机组发动机四冲程，V列12缸，涡轮增压发动机，额定转速1500r／min，最高空车转速1732r／min，怠速575～650r／min，常用功率880kW，备用功率970kW。发电机采用上海马拉松革新电机有限公司MX－850－4型永磁发电机。启动系统为4×200AH蓄电池及浮充电器，额定电压24V。柴油机控制机柜由两部分组成：辅助屏、反同期控制柜组成。

柴油发电机组采用电热暖机方式，冷却液由配置有温控的电加热器加热预暖，控制温度在55～58℃。

机组自起动成功后，保安负荷分级投入，DCS电源、直流充电机电源、事故照明等静态负荷及汽轮机油系统油泵、隔氢风机、排油烟风机、给水泵油泵直接启动，延时10s后启动锅炉风机及磨煤机等辅机润滑油泵，其余负荷手动启动。

2 存在问题

统计自投产以来至2018年5月，两台柴油发电机启动情况统计见表1。

表1 两台柴油发电机启动情况

1号柴油发电机启动137次，一次启动成功121次，成功率88.3%。故障次数16次。其中无转速6次、冷却液水温高5次，其他故障4次（电压低1次、油压低1次、远方无法停止1次、自动停止1次）。

2号柴油发电机启动151次，一次启动成功114次，成功率75.5%。故障次数37次。其中无转速24次、超速报警或跳闸8次，其他故障5次（电压低1次、转速不稳2次、无法停止1次、自动停止1次）。

从以上统计可以看出，两台柴油发电机一次启动成率偏低，尤其是2号机，作为备用电源的可靠性较低。其中主要原因是启动时首次打不着火，报“无转速”，一般再次启动时能正常运转，占总故障率的56%。另一个就是启动中超速报警或超速跳闸，停机过程中报“冷却液温度高”。

3 原因分析及改进措施

检查柴油发动机控制器设置盘车启动延时时间为2s，盘车切断速度为20r／min。这样启动马达刚一运转盘车切断速度保护即动作，启动马达启动时间一般不超过2s，发动机转速尚未达到稳定压燃转速即失去动力，在飞轮惯性力带动下，有可能启动成功，也可能启动失败。经观察，启动失败时，控制器显示的转速最高在160r／min左右。控制器说明书推荐值为300r／min，考虑到发动机启动后马达要及时推出，决定将盘车切断速度设置为200r／min。分别试启两台柴油发电机，测试启动继电器保持时间，均在3s左右，发动机即正常启动。

对于启动时出现发动机超速、初期转速不稳、停机时出现冷却液温度高问题，怀疑应该是怠速时间过短或没设置。

因刚启动，柴油发电机温度较低，各部分套间隙相对小，同时经过较长时间停车，各摩擦面的润滑剂已大量流失，油膜受到严重破坏，此时柴油机突然进行高速运转，润滑剂不能及时送到各摩擦面，一定程度上启动加剧了机件磨损，很可能导致柴油机非正常损坏。一般柴油发电机启动后需怠速运转3～5min才可接带负荷。

柴油发电机也不能带负荷工作后立即停车，卸掉负荷后应低速或怠速运转3～5min，待柴油发电机温度降低后再停机，否则，由于气缸内燃烧温度的回热作用，容易出现“拉缸”故障。每次停机时可以观察到冷却液温度在停机瞬间会急剧上升［1－3］。

柴油发电机运行期间故障：高水温、低油压、超速以及低速出现后不经延时立即停机，而冷却延时期间低速、低油压在有怠速功能时不起作用。

超速原因：单步大负载卸荷操作；进气通道中吸入可燃蒸汽；机组温度太低。排除故障后，将控制器复位并重新起动。由此判断，柴油发电机组空载启动中出现超速现象，应该与机组直接从冷态0转速直接冲到额定转速、速度变化剧烈有关。

作为备用电源的柴油发电机，首次成功启动最为重要。首次启动失败后，还可连续启动三次，但如果在启动过程中，发生任何停机故障，控制器即时停止控制输出，直至故障消除并复位后，方可重新使用。故设置怠速的目的主要是基于机组启动、停止时的转速平滑过度，油门调节平缓，防止高水温、低油压、超速以及低速等故障信号发生。

作为备用电源的柴油发电机应能快速自启动，火力发电厂厂用电设计技术规定提出失电后第一次自启动恢复供电的时间可取15～20s［4－5］，而柴油发电机组购买合同技术协议甚至要求接到启动指令后在10s内一次启动成功。所以怠速预热时间设置不宜太长。

检查控制器内设置怠速延时为4s，冷却延时10s。控制器至电子调速器怠速控制线未接。

按照接线图恢复接线，怠速时间设置为11s、调整怠速速度为630r／min后启动柴油发电机，3s后发动机启动成功，启动马达断开，怠速延时开始倒计时，转速由900r／min慢慢回落到630r／min，11s后怠速继电器断开，开始安全监察，升速至1500r／min，10s后进入运行状态，具备带负荷条件。

为防止冷却液不足造成超温，对冷却水箱加装了磁翻板液位计，方便巡检检查液位。

表2为控制器各相关参数设置及优化情况。

4 实施效果

在将1号柴油发电机盘车切断速度改为200r／min、完善怠速控制回路，将怠速延时设置为11s后，空载试运正常后进行了带载试验，试验情况如下：

柴油机打至自动位，拉掉保安段工作电源，柴油机立即启动，3s后盘车退出，进入怠速暖机过程。11s后升速，同时安全监察计时，约6s后转速至1500r／min，发电机频率、电压稳定，10s进入运行状态，3s后柴油机接带首批负荷，10s后接带第二批负荷。从保安段失电至接带首批负荷共30s。保安段失电至事故电源恢复时间曲线见下图。

图 保安段失电至事故电源恢复时间曲线

试运一小时后，工作电源恢复，2min后保安段切换至工作电源。柴油机空载3min后接到CTTS停机指令，控制器停止按钮灯亮，柴油机进入冷却延时10s倒计时，期间转速不变。10s后进入怠速延时，转速平缓下降，末期水温略有上升。10s计时结束，发电机转速降至670r／min。燃油电磁阀断开，油门关闭，进入停机失败倒计时，柴油机转速急剧下降，3s后停转，冷却液温度瞬间由83℃长至90℃后又回落至82℃。20s倒计时结束，控制器显示“准备好”，可进行下一次启动。

2号机组停备期间，优化设置后带负荷运行同样正常。

柴油发电机启动到安全监察结束，固有时间有13s左右，增加怠速功能后，较原时间延长10s，再加上失电后延时发启动指令、开关合闸延时时间，柴油发电机组失电后再恢复供电时间为30s，但一次启动成功率大幅提高。

5 结束语

柴油发电机作为事故状态下备用电源，在满足用电快速恢复的同时，应考虑柴油机的性能，不能片面追求启动到接带负荷的时间而缩短盘车时间。盘车时间足够，压燃后再退出盘车电机，保证机组启动后能运转稳定，可靠运行。启动后怠速运行，保证润滑充分，油门动作灵活平稳。不超速、不灭火。停机时怠速冷却，冷却液不超温造成拉缸。为保证柴油发电机处于能快速启动的备用状态，柴油机做到至少每月试转一次，运行时间不低于15min，保证各部分摩擦面润滑良好。机组检修或停备6天以上时，应进行保安段失电联锁试验及接带负荷试验［6］。作为检验发生厂用电中断或全厂停电事故时柴油发电机的运行情况、保安段负荷自启动以及直流油泵联启情况的柴油发电机带大负荷试验，对长期静止、偶尔空载运行的柴油发电机组保持良好备用尤为重要。同时冬季投入冷却液加热器，保证发动机处于热态，能快速启动。