机组备用柴油发电机启动故障分析及对策

马富君

(宁夏京能宁东发电有限责任公司，宁夏 银川 750400)

在燃煤机组交流事故保安PC段的电源后备系统中，柴油发电机是必不可少的配套设备之一，作为应急保安备用电源的最后保障，其重要性不言而喻。这套应急保安备用电源的可靠性也就非常重要。工作人员需要定期对电源做启动试验，并且排除试验中发现的故障，这是电源重要的保养程序。

本文以宁夏京能宁东发电有限责任公司600 MW机组中柴油发电机故障分析及排除过程为例，深入分析并解决故障。为增强机组后备交流事故保安PC段电源安全性提供参考。

1 背景简介

宁夏京能宁东发电有限责任公司每台机组设置1套1 200 kW柴油发电机组，作为两段交流事故保安PC段的备用电源。当保安PC段工作电源失去时，柴油发电机组延时自动启动；当转速和电压达到额定值时，柴油发电机出口开关自动合闸；失去正常电源的保安PC段进线ASCO开关在检测到柴油发电机出口电压大于85%UN时，延时50 ms，自动切至柴油发电机侧，恢复向保安负荷供电。每套柴油发电机组由1台柴油机和1台由柴油机驱动的同步发电机，以及成套控制盘和相关的运行辅助设备组成。自投运以来，该厂应急保安备用电源系统频繁发生故障，应急保安备用电源系统的可靠性大大降低。为严格控制应急保安备用电源系统的故障次数，提高设备可靠性，需要清除系统的缺陷，降低柴油发电机启动的故障率，确保机组安全、稳定、经济运行。具体保安电源电气系统线路如图1所示。

图1 保安电源系统图

2 故障现象及分析情况

2.1 故障情况分析

2019年以来，在对1#机组的1#柴油发电机进行例行维护的启动试验中，发现启动失败率居高不下，而2#机组则无此问题。为此，电气专业多次组织专门会议，对设备缺陷进行了详细分析，再对启动失败次数分专业进行了统计调查，发现继保专业设备的缺陷非常多，占缺陷频次的93%(见图2)，而热控专业和电气一次设备的缺陷率仅为7%。继保专业人员先对缺陷单进行了统计，然后在现场进行试验，并结合现场试验对缺陷进行分类，得出结论：导致1#柴油发电机启动失败的主要原因是“PLC异常重启”，PLC异常重启占柴油发电机启动失败次数的92.8%。

图2 缺陷统计率

2.2 原因分析

造成PLC重启的原因主要有4种：1)PLC工作电源电压超标，无法满足负载要求；2)PLC本身电源故障；3)PLC系统CPU故障；4)PLC硬件未接地。

通过一系列的测试试验发现，在该厂导致PLC重启的原因是PLC供电电源问题，因此需要重点解决供电问题。在对导致供电故障的原因分析后认为，包括以下2点原因：1)振动大或者接线没有接好导致接线松动[1]；2)为PLC供电的蓄电池带负载能力不足。通过检查设备运行环境及现场接线端子可知，不存在接线松动的问题，因此判定故障的根本原因为蓄电池故障[2]。

3 根源因素及解决方案

3.1 蓄电池性能下降

对蓄电池组进行检测及充放电试验：依据德国阳光A400系列技术特性数据，A412/180A蓄电池标准内阻为3.80 mΩ，蓄电池内阻需符合生产厂家技术要求，性能符合要求，充电后电池电压符合要求。

3.2 蓄电池额定容量不足

充放电试验中，1#柴油发电机蓄电池在充电前的容量均低于规程要求的80%额定容量[3]，在进行均充后，容量得以恢复。当容量不满足80%额定容量时，PLC工作电源电压低于波动下限；当容量≥80%额定容量时，PLC工作电源电压处于允许波动范围之内。

由于该厂充电机无定时均充功能，无法及时将蓄电池容量充至80%额定容量以上，因此这是造成柴油机启动故障的主要原因。柴油发电机充放电试验如图3所示。

图3 柴油发电机充放电试验记录折线图

3.3 改进方案

根据故障具体原因，经分析讨论后得出了3种改进方案，然后从施工难度、费用及材料等角度对3种方案进行论证，具体论证结果如图4所示。

图4 3种改进方案对比论证结果

针对此3种方案，采用表1方式进行改进方案论证对比，在考虑施工难度及费用的情况下逐一分析优缺点，得出后续改造结论。

表1 改进方案论证表

结论：从人工及材料成本计算，以及后续工作量来看，方案二都属于最优方案，故此被技术评审采纳，同意实施该方案。

4 施工改造

4.1 市场调查、设备选型及施工方案确定

经过多方调研，决定选择业内口碑好、功能满足开源设计且满足规程要求的充电机，配合原有的奥特迅公司JKQ-3000直流屏智能监控系统使用。

通过市场调研及与兄弟电厂的沟通交流，最后决定采用佛山市睿康电子科技有限公司生产的CM600/1000工业型智能充电机。该充电机专门为用于发动机启动和电力电信UPS所使用的铅酸电池和镍镉电池的充电监测而设计，因此专业的设计使其适用于各种恶劣环境。

该充电机具备的功能是：微处理器测量和控制[4]；三段式充电和状态显示；开关电源低纹波输出；数码显示电池电压和充电电流；温度补偿功能；可以由外界PLC或者其他控制器控制的用于遥控充电开/停的开关量输入和充电故障输出反馈信号；能够输出高温、反接保护、电池高低电压故障、交流电源高低电压保护信号；自带屏幕有故障状态显示和声音报警；可根据不同类型电池任意设置充电参数；具有RS485通信口，用于遥控、遥信和遥测，并可实现多台充电器并联，加大输出功率和实现冗余功能。

按照该柴油机运行规程的要求，与充电机厂家探讨定制充电逻辑，最终以实现恒流、恒压、浮充3种充电模式的方式，设计充电机的安装调试方案。

4.2 施工及调试

在改造方案确定后，对现场进行了施工，按照预定位置安装好充电机，布置电缆并按照图纸接线。依据规程合理整定充电机的调节参数，并形成参数表，作业人员严格按照参数表整定充电机参数。

4.3 效果检查及后续工作

在改造工作完成并投入运行后，对该项目进行为期两个月的试运及检测，再未发生PLC重启的故障。在对蓄电池的电压进行随机检查过程中发现，其符合蓄电池的使用标准。还对充电机的性能进行了在线检测，发现充电机能够定时进行均充，蓄电池容量均高于活动前蓄电池容量，且完全满足规程要求。

在柴油发电机的每周例行启动试验中，启动失败的故障率大大下降，由改造前的平均20次/月降低到0.5次/月，最大限度地提高了柴油发电机备用的可用率。

5 总结

本次改造的经济效益分析如下：本次改造花费6 000元(设备费5 000元、人工费1 000元 )，大大减少了1#柴油发电机启动失败的次数，在大力提升设备可靠性的同时，有效降低了检修维护成本。在经济效益最优化的情况下，社会效益也得到了大幅提升：柴油发电机的故障次数减少，厂用保安电源的可靠性得以有效提升，从而确保机组安全稳定地运行，保证电力供应的持续性，其完全能够满足电网负荷要求。

这次改造在解决了本厂现场设备故障的同时，也可为其他企业同类型的设备故障排除提供一定的参考价值。