应急柴油发电机组高温冷却水水温过高故障分析及处理

文万军 胡启帅 余峰 雷超 吴畏 魏大明 高俭 曹靖 周兵 杨松

摘要：应急柴油发电机组用于失去外电的情况下为允许短时供电中断的负荷供电，同时作为不允许供电中断负荷的后备电源，为重要设备提供必要负载。本文针对应急柴油发电机组定期试验过程中高温冷却水水温过高导致机组异常停机故障展开分析，通过定位故障原因为恒温阀故障并进行处理，有效解决了高温冷却水水温过高故障。

Abstract： The emergency diesel generator set is used to supply power to the load that allows short-time power supply interruption in case of loss of external power. At the same time， it is used as the backup power supply for the load that does not allow power supply interruption to provide necessary load for important equipment. In this paper， the abnormal shutdown fault of the unit caused by the high temperature cooling water temperature during the periodic test of the emergency diesel generator set is analyzed. By locating and treating the fault cause as the thermostatic valve fault， the high temperature cooling water temperature fault is effectively solved.

關键词：应急柴油发电机组;高温冷却水水温;恒温阀

Key words： emergency diesel generator set;high temperature cooling water temperature;thermostatic valve

中图分类号：TL341                                 文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）01-0117-03

0  引言

应急柴油发电机组作为厂区外路电源的备用电源，承担着在失电情况下为重要设备供电的重要责任。在应急柴油发电机组定期试验中发现，机组运行出现高温冷却水故障报警停机，无法满足运行需求。为保证应急柴油发电机组的稳定运行，本文通过分析应急柴油发电机组高温冷却水水温过高故障的影响因素，并对故障原因进行定位，有效解决了高温冷却水水温过高故障，试验验证满足要求。

1  应急柴油发电机组高温冷却水系统简介

高温冷却水时应急柴油发电机组重要冷却系统之一。主要由高温水预热泵、机带高温水泵、高温水加热器、恒温阀、风冷散热器、油水换热器所组成。当机组处于热备状态时，高温冷却水系统对机组高温冷却水进行加热，通过油水换热器对润滑油进行加热，维持高温冷却水和润滑油温度在40-50℃区间。以便于在机组接收应急指令后可快速启动并带载运行[1]。在机组运行过程中，高温冷却水系统将气缸产生的热量带走，保证气缸处于正常工作温度区间。高温冷却水水温是判断机组高温冷却水系统运行状态的重要参数（超过90℃机组报警）。

2  应急柴油发电机组高温冷却水水温过高故障描述

操作人员按照应急柴油发电机组设计要求对机组进行定期满载试验，试验过程中应急柴油发电机组在带载50%时，高温冷却水温持续上升，在高温冷却水温上升至90℃时，应急柴油发电机组安保监测系统报警提示，立即对应急柴油发电机组进行卸载处理，之后高温冷却水温迅速上升至95℃，机组安保系统直接发出紧急停机指令并自动停机。应急柴油发电机组高温冷却水水温过高会使润滑油粘度下降，破坏油膜降低润滑效果和动力性能[2]，所以应急柴油发电机组高温冷却水温水温必须控制在允许值，从而使柴油机处于最佳状态，为所需负载提供有力保障。

3  影响应急柴油发电机组高温冷却水水温过高的因素

3.1 冷却水不足

冷却系统里的冷却水不足会导致应急柴油发电机组冷却系统冷却水总量低于设计指标，使冷却性能下降，从而导致应急柴油发电机组冷却水温度升高。

3.2 风冷散热器故障

机组在长时间的运行和备用状态间切换，冷却液性能会不断降低，冷却液防垢作用将不断的降低，散热铜管长期结垢会严重影响其导热系数，增大散热器的等效热阻[3]，严重会造成管道内部完全堵塞，降低设备换热能力。散热器采用风冷式，当冷却风机发生故障时也会直接导致设备散热能力降低。

3.3 水温传感器故障

在柴油机发电机组长时间的运转过程中，温度传感器是用来监视和测量柴油机发电机组冷却水温度最为常见的仪器。冷却水温度传感器由于长时间的使用，可能会造成温度传感器内部元件的损坏、失灵或者出现误差。温度传感器大多采用热敏电阻，其失灵或者误差偏大将会导致功率下降，对机组性能产生影响[4]。

3.4 恒温阀故障

该应急柴油发电机组恒温阀采用的是技术成熟的蜡式恒温阀（感应温度为75℃至83℃）。

当柴油机内水温高于83℃温度时，恒温阀全开，冷却水带走从机组内部吸收的热量经恒温阀流入风冷散热器中，通过风冷散热器带走冷却水的热量，重新进入机组进行换热循环。图2为柴油发电机组高温冷却水系统大循环原理图。

当高温冷却水温度低于75℃时，恒温阀处于全关状态，高温冷却水带走从机组内部吸收机组的热量经恒温阀旁通管，流入机组中再次吸热循环。由于高温冷却水直接从高温循环水泵作用下通过恒温阀旁通管，而不经过风冷散热器，避免了不必要的冷却，机组温度迅速上升。图 3为柴油发电机组高温冷却水系统小循环原理图。

当柴油发电机组内高温冷却水处于上述两种温度之间时，恒温阀部分开启，高温冷却水的大小循环同时存在，此时高温冷却水的循环称为混合循环。

在机组运行过程中若恒温阀未及时开启会导致机组热量无法排出机组，造成机组超温停机故障。

4  应急柴油发电机组高温冷却水水温过高故障分析及处理

4.1 故障分析

4.1.1 冷却水检查

检查机组高温冷却水各设备状态，高温膨胀水箱液位在热备及运行期间始终保持于水箱2/3液位以上，及冷却水水量满足机组要求，通过对比每月对机组冷却水水质取样结果，水质均满足设计要求。排除冷却水不足导致冷却水温度升高。

4.1.2 风冷散热器检查

检查风冷散热器，风机绝缘均满足要求。点动、运行冷却风机，风机启动、运行电流处于正常范围，检查散热器冷却水盘管表面无裂纹、漏点，運行期间通过红外热成像仪观察各毛细管温度，无明显温差。由此初步判断风冷散热器处于正常状态。

4.1.3 水温传感器检查

机组高温水热敏电阻位于机组内部拆卸较为困难，采用功能性检查方式，经验证机组高温水温度传感器元件符合使用要求。

4.1.4 恒温阀检查

机组恒温阀状态检查可通过控制冷却水温度实现，将恒温阀拆下，将其放置于装有温水的容器中，从容器底部进行加热，用红外测温仪对温度监测，观察恒温阀在75℃时是否能有开阀动作和在83℃前能完全开启，以此判定恒温阀状态。若进行恒温阀拆卸工作，需要将机组内部所用冷却水排空，拆除恒温阀端盖，工作量大且工期较长，考虑到现场实际情况舍弃该方式。

结合冷却水原理图查看现场实际情况发现，该机组除了在机组内部安装远传高温水温度和高温水压力表，还在恒温阀和风冷散热器管道间设置了一个量程为10bar的就地压力表以及量程为100℃的就地温度表。当应急柴油发电机组启动后，在高温冷却水水温上升过程中，当水温小于75℃时，机组内部高温冷却水循环方式为小循环状态，在此阶段冷却水大循环为关闭状态，及就地压力表显示压力为恒温阀至风冷散热器之间冷却水静压，就地温度表显示温度应高于环境温度但低于机组内部冷却水温度。当高温冷却水水温位于75℃-83℃时高温水循环状态处于小循环与大循环切换过程，此时应恒温阀的开启就地压力变示数与就地温度表示数应出现相应变化，直至机组产生的热量与散热器的冷却量达到动态平衡后就地压力变示数与就地温度表示数将会趋于稳定状态。因此机组启动运行过程中可通过对机组高温水远传温度、就地压力表和就地温度表示数观察分析，判断恒温阀状态。

检查应急柴油发电机组各管道均为正常状态，对应急柴油发电机组进行启机试验，将机组高温水远传温度、就地压力表和就地温度表进行记录，实验数据如图4所示。

当机组在热备状态时，高温冷却水就地压力为0.8bar（高温冷却水重力压力）;机组运行状态正常时，高温冷却水温度到达75℃后，就地压力表将维持2-4bar。通过图4可知，机组在运行过程中，远传高温水温度持续上升，当温度高于75℃后，就地高温水温度和压力均无明显变化，可以看出恒温阀在运行过程中未动作，处于关闭状态。导致机组高温水系统一直处于小循环状态，从而使高温水温度直线上升，判断为恒温阀故障。

4.2 故障处理及验证

对该应急柴油发电机组恒温阀端盖两端高低温冷却水法兰拆卸处理，将机组和管路中的高低温冷却水进行排空，拆卸机组恒温阀端盖。通过加热冷却水方式对拆卸下来的恒温阀进行检测，发现恒温阀一直没有开阀动作，由此可判定恒温阀损坏是导致应急柴油发电机组运行时高温冷却水水温过高而停机的直接原因。更换损坏的恒温阀，做好密封措施后对端盖和法兰进行回装，对高低温冷却水系统进行冷却水加注和排气，再次对该机组做负荷试验，满负荷运行1小时，试验时对机组高温水远传温度、就地压力表和就地温度表进行记录，实验数据如图5所示。

根据图5可知，应急柴油发电机组在满负荷运行过程中，高温冷却水远传和就地温度无明显差别。当高温冷却水水温达到75℃后，高温水系统管路压力处于2.8bar，符合正常值2-4bar。恒温阀处于开启状态，高温水系统一直维持大循环状态，带走燃烧产生的热能，高温冷却水水温随负载时间增加，温度始终维持75-83℃间，机组其余各项参数均正常，机组恢复应急运行功能。

5  结论

本文针对应急柴油发电机组定期试验过程中高温冷却水水温过高导致机组异常故障停机进行分析，结合工作原理及故障现象逐一排除冷却水不足、风冷散热器故障、水温传感器故障的影响因素，并通过设计检查方案对恒温阀状态进行验证，最终定位机组高温冷却水水温过高为恒温阀故障导致。更换恒温阀后的机组经过试验验证满足要求，为重要设备的备用电源提供有效保障。

参考文献：

[1]李德佳.核电站应急柴油发电机组的特点分析和调试[J].电力设备，2006（8）：41-44.

[2]刘海密.柴油及润滑油管理探讨[J].新疆石油科技，2006（2）：56-58.

[3]付和平，陈杰.强迫风冷散热器堵塞程度智能检测方法[J].北京交通大学学报，2020，44（5）：125-132.

[4]陈立创，杨帆.基于响应测试的电控柴油机传感器故障诊断[J].轻工科技，2017（10）：39-40.

[5]李树勋，把桥环.内燃机车柴油机冷却系统自动恒温阀试验研究[J].流体机械，2006，34（9）：4-7.