【船机帮】某型柴油发电机组超功率故障原因分析及排除

导读

针对某 TBD234V8 柴油发电机组运行超功率故障进行分析和排查。

结果表明: 调速器与执行器间连接线焊点断裂，使DＲOOP反馈值变小，柴油机下垂特性变硬，转速波动率大，最终导致发电机组运行超功率。采取相关措施后该故障得到解决。

某型柴油发电机组在并网时出现有功功率持续升高，超过额定功率1.4倍，造成柴油机缸套和轴承损伤，机组过电流保护停车，机组不可用。

本文对该故障原因进行排查分析。

一、柴油机技术参数

TBD234V8 柴油机主要技术参数如表1所示。

二、故障现象及原因排查

1、 故障现象

起动柴油机组进行并网试验，起动时间5. 08s，起动后转速稳定。

运转约10min 后，通过调节并网装置找到同期点后开始并网操作，柴油机转速由并网时的1501r/min 降为1498r/min( 与电网频率一致) 。

并网后控制柜显示:

柴油机有功功率自动匀速增加; 外接记录仪记录到的油门开度和执行器输出也在匀速增大。

当有功功率显示达到约400kW 时，出线开关过载保护跳开，柴油机甩负荷，瞬间转速发生较大波动，随后稳定在1502r/min，空载运行 5min 后手动停机。

整个过程中未发生其它异常报警。

对柴油机进行拆检，发现: 

缸套内部存在贯穿性划痕; 

进一步拆卸检查发现: 

凸轮轴轴承和主轴承有严重划痕。

表明: 

柴油机过载造成零件明显损伤。

根据故障现象并结合理论分析认为: 

造成柴油机转速波动及并网超功率的主要原因可能是调速器与执行器间的 Droop 调节回路存在异常。

2、原因排查

（1）柴油机机械本体检查

对柴油机机械本体进行检查，未发现可导致柴油机超功率的机械缺陷，可排除机械原因导致超功率的可能性。

（2）调速器与执行器检查

对柴油机调速器与执行器做故障检测，检测结果显示: 

调速器本体各项参数与功能均正常; 调速器与执行器间的航空接头12号接线焊点断裂，使Droop 反馈值变小，导致柴油机下垂特性变硬，转速波动率大，对于手动并网的系统，将导致负载分配发生变化。

检查中还发现调速器内部有最大油量电流限制功能，实测电流值1. 9 A，技术要求小于 2A。

据此认为: 

柴油机厂没有在单机调试阶段对该定值进行调整。

正常情况下，在柴油机生产组装完成后的单机调试阶段应对最大油量限制电流进行调整，限制油门最大开度，防止柴油机无限制的超功率(或飞车) 。

根据调速器检查结果与柴油机超功率42% 的客观事实判断，柴油机油门限制电流未调整或调整错误。

三、调速器原理

电子调速器外观如图1所示。

其中 1、2 引脚为电源电压 DC 24 V; 

3、4 引脚输出直流信号，驱动执行器，带动高压油泵内部齿条，从而控制油门开度; 

5、6 引脚连接转速传感器;

7、8 引脚功能为实现高低速切换;

9、10 引脚外接滑动变阻器，用来调节柴油机转速; 

11、12 引脚短接，将执行器开度开到最大，一般作用是在调试初始时，检查最大开度时，执行机构带动齿条与顶端的距离;

12、13、14 引脚是执行器的位置反馈。

低速设定值为柴油机怠速值，待温度、润滑油压力满足要求时升为高速。

柴油机预热预润滑一直投入，在怠速值停留1.5s，自动升至额定转速。

高速设定值为柴油机转速调节过程中不能超过的最高转速。

最大油门开度用来调节柴油机带载能力，制造厂在出厂设置时会将最大油门开度限制电流设置为2A，目的是涵盖齿条的最大行程。

在成套以后，须根据超负荷设定值的要求进行设置。

设置方法是: 

带负荷至超负荷110% ，然后调小最大油量，直到转速开始下降即可。

调速器控制原理如图 2 所示。

发动机的理想转速由转速设定电位器和外接微调电位器设定; 

发动机的实际转速则由安装于飞轮齿圈部位的磁电式转速传感器感受，其输出信号为频率与发动机转速成比例的交流电压信号。

该信号经 F /V 电路转换为直流电压，与转速设定值比较后得到转速偏差量; 

该偏差经 PID1 调节器运算放大后得出发动机燃料供给量位置值，即执行元件稳态输出指令位置; 

该指令位置与当前电磁执行器实际输出位置比较后，得到位置偏差量; 

该偏差再经PID2 调节器运算放大后，转化成 PWM 电流控制方式，向电磁执行器输出驱动电流，以改变电磁执行器的输出位置，驱动发动机喷油泵齿条向减小转速偏差的方向运动，从而控制发动机在所设定的转速下稳定运行。

速降回路通过油门反馈实现。

调速器给油门位置反馈滑动变阻器两端 ( 12 /14 引脚) 提供恒定的9V直流电，13 引脚为滑片端，油门开度的变化带动滑动变阻器滑片端移动，13引脚电压发生变化。

该电压通过一个放大器再串联速降电位器，最后接在比较器的负端，与转速探头转换的电压叠加后，在比较器上与转速设定值对应的电压进行比较，达到补偿转速的作用。

Droop 功能可以使柴油机机械特性变软。

在Droop 调节模式下，原动机速度随机组负荷的变化而变化，负荷增加，转速下降，即牺牲转速带动负载。

通常用加载前后速度变化的百分率，也称为Droop% 来表达这种调节模式。

它的计算方式如图3 所示。

其中: ni为满负荷转速，nr为空载转速。

四、 故障排除及验证

根据上述原因分析，采取如下解决措施: 

修复调速器接头断裂电缆; 

更换损坏的零件; 

重新进行柴油机和机组的性能试验; 

柴油机超负荷试验后，对调速器进行功率限制设定。

柴油机和机组性能试验显示: 

试验结果符合技术要求，转速和功率稳定。

五、结论

本次柴油机超功率故障的分析和解决，再次表明: 

柴油机调速器的设定和可靠性对柴油机的可靠运行至关重要，在柴油机的制造和运行中须重点关注。

END