華東宜興抽水蓄能有限公司 陳鶴虎 夏斌強

某電廠黑啟動柴油機緊急跳閘分析

華東宜興抽水蓄能有限公司 陳鶴虎 夏斌強

針對某電廠一次黑啟動過程中發(fā)生的柴油機緊急停機故障，進行了相關(guān)保護檢測及空載及負(fù)荷試驗，并再次模擬黑啟動實驗，結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的報警信息及控制邏輯，分析了故障原因，發(fā)生過程及結(jié)果，提出處理方法及日常維護措施。此次停機故障及處理過程具有代表性，給出的分析思路及處理方法 對類似故障判別和處理具有一定參考意義。

黑啟動實驗；停機；故障分析；故障處理

一、故障經(jīng)過

2013年10月29日下午15時，在一次黑啟動試驗時，當(dāng)流程走至2號機自用盤Ⅱ母進線開關(guān)（保安配電側(cè)）時，柴油機突然緊急停機，柴油機出口開關(guān)、保安配電盤進線開關(guān)（柴油機側(cè)）、2號機組自用盤Ⅱ母進線開關(guān)（保安配電側(cè)）相繼自動跳開，各系統(tǒng)出現(xiàn)如下報警信息：

（1）柴油機本體： “Emergency shutdown”，控制器上無具體跳閘原因顯示。

（2）柴油發(fā)電機出口開關(guān)HD1：Diesel Gen Shutdown，查看事件記錄器，其中的“Under Voltage High”（低壓保護高值）與“Frequency Stage2”（低頻保護II段）保護啟動，其余保護未啟動。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)顯示，2號機自用盤Ⅱ母進線開關(guān)自動合閘時，2號機組1號球閥油泵自動啟動。

二、原因初步分析

故障發(fā)生后，根據(jù)監(jiān)控報警記錄信息，最先懷疑2號球閥油泵（柴油機負(fù)荷）自啟動時，啟動沖擊較大，可能導(dǎo)致各開關(guān)保護誤動。球閥油泵瞬時啟動，該油泵額定功率55kW，額定電流105A，由于當(dāng)時屬于重載啟動，經(jīng)計算與現(xiàn)場試驗，啟動時沖擊負(fù)荷約有200kW，瞬時沖擊電流約500A，啟動沖擊持續(xù)時間約為2-3S。

得出的初步分析是由于球閥油位H報警已出現(xiàn)，球閥油泵將自動啟動補壓。進一步懷疑2號球閥油泵自啟動時，啟動沖擊較大，可能導(dǎo)致各開關(guān)保護誤動。為尋找跳閘原因，故障對柴油機負(fù)荷回路開關(guān)（柴油發(fā)電機出口開關(guān)HD1>保安配電盤進線開關(guān)（柴油機側(cè)）>2號機自用盤Ⅱ母進線開關(guān)）進行了保護檢測。

三個開關(guān)經(jīng)檢測保護測試校驗，保護動作均正常。其中2號機自用盤Ⅱ母進線開關(guān)主保護為三段式電流保護，In=800A，單臺55kW油泵啟動時不可能導(dǎo)致該開關(guān)過流跳閘，排除2號機組自用盤跳閘的情況。保安配電盤進線開關(guān)容量與額定電流均大于2號機組自用盤，在開關(guān)保護校驗全部合格情況下，該開關(guān)也無過流跳閘可能。

根據(jù)上述分析，仍無法解釋一點，假設(shè)2號球閥油泵啟動時，2號機組自用盤因沖擊太大，開關(guān)過流或者母線壓力降低過多導(dǎo)致開關(guān)跳閘，但是該跳閘命令無通道傳遞給柴油發(fā)電機，柴油機無緊急停機的理由，也就是說柴油機緊急停機令必然與柴油發(fā)電機本體或其出口開關(guān)有直接的關(guān)系。

三、后續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)問題

此后進行柴油機空載及帶負(fù)荷試驗時，出現(xiàn)了一些問題，主要包括：

（1）柴油發(fā)電機充電裝置損壞。該柴油發(fā)電機充電裝置上長期有AL報警無法復(fù)歸，充電裝置有時充電正常，有時充電不正常。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該充電裝置有時輸出電壓只有14V，但顯示電壓為27V，充電裝置中有一組整流硅橋經(jīng)常處于故障狀態(tài)，顯示電壓非實際充電電壓。

（2）柴油機啟動時，蓄電池壓降明顯比投運時大?，F(xiàn)在蓄電池充滿電后，柴油機啟動時蓄電池壓降最低到17V，而約3年前記錄的啟動壓降最低到21V。

（3）2014年3月份一次柴油機帶負(fù)荷試驗中，也發(fā)現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定現(xiàn)象。后排查發(fā)現(xiàn)是柴油機柴油濾芯有堵塞，更換機油及濾芯后該故障消除。

（4）從2014年4月份開始，該柴油發(fā)電機啟動后無法直接到達額定轉(zhuǎn)速，會進入怠速運行狀態(tài)（約560rpm）。后經(jīng)多次檢查試驗發(fā)現(xiàn)，該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是柴油機啟動時，蓄電池壓降比運行初期更大，使控制器給油門執(zhí)行閥的電壓降低，同樣的設(shè)定下其實降低了柴油機油門的出力；另一方面該柴油機由于啟動次數(shù)過少，導(dǎo)致執(zhí)行器及其連桿有一定卡澀。

根據(jù)以上種種現(xiàn)象，維護人員認(rèn)為柴油機與投運時相比，其性能有了較為明顯的變化，所以我們將黑啟動試驗時出現(xiàn)柴油機緊急停機的可疑原因放到柴油機本體上，并計劃再次進行各項試驗，模擬當(dāng)時跳閘情況。

四、再次試驗情況及原因分析

2014年8月7日，在查清了1號柴油發(fā)電機啟動后怠速運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，并確保該柴油機蓄電池已充至現(xiàn)情況下最滿，柴油機機油、機濾、柴慮等都進行了更換的條件下，柴油機空載連續(xù)啟動5次未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常，維護人員再次進行了模擬黑啟動試驗。

本次試驗全部采用遠(yuǎn)方操作，柴油機計劃帶保安配電盤、2號機組自用盤I、II母，并啟動2號機球閥（55kW）、技術(shù)供水系統(tǒng)（50kW）各1臺，加上保安配電盤上其他負(fù)荷，柴油機總負(fù)荷約200kW，試驗完成最后選擇拍停柴油機緊急停機按鈕，試驗時對柴油機及各配電盤上數(shù)據(jù)進行了實時記錄。以下是拍停柴油機緊急停機按鈕后主要報警記錄：

15∶03∶59.194 2號機組自用盤II母進線開關(guān)（保安側(cè)）保護跳閘

15∶04∶00.374 保安配電盤進線開關(guān)分閘

15∶04∶01.375 保安配電盤進線開關(guān)跳閘

15∶04∶24.662 柴油發(fā)電機不在運行狀態(tài)

根據(jù)試驗后拍停柴油機緊急停機按鈕后的情況，我們發(fā)現(xiàn)以下問題：柴油發(fā)電機出口開關(guān)（HD1）分合閘及保護動作情況同樣未在監(jiān)控系統(tǒng)中顯示，現(xiàn)地盤柜上也只有柴油發(fā)電機緊急停機，而無保護動作信息。即柴油機拍停時，HD1直接分閘（見圖1），而非保護動作跳閘。

根據(jù)報警信息的不同，我們得出以下簡單結(jié)論：

圖1

檢查柴油發(fā)電機出口開關(guān)控制邏輯，發(fā)現(xiàn)柴油機Emergency open信號將直接導(dǎo)致斷路器分閘，斷路器不再發(fā)出任何保護動作信號，而13年10月29日黑啟動試驗時，柴油機出口開關(guān)上既有Emergency Shutdown信號，也有保護動作信號，這說明當(dāng)時緊急停機的發(fā)令來源并非柴油發(fā)電機，Emergency Shutdown不是柴油發(fā)電機本體電磁閥動作或人員誤投入緊急停機按鈕，而是開關(guān)柜本體保護動作并傳遞給柴油發(fā)電機，使柴油發(fā)電機緊急跳閘的。該柴油發(fā)電機的電氣量檢測全部由柴油發(fā)電機出口開關(guān)實現(xiàn)，柴油機本體只設(shè)置了過速（Over speed）、冷卻水溫度高（Cooling water temp high）、油壓低（Lube oil pressure low）三組跳閘報警，并在控制面板上反饋。

柴油機的調(diào)速機構(gòu)由一套名為ESD5330的裝置完成，與主控制程序是相互獨立的，它的作用是根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定及反饋，給出一個穩(wěn)定的電壓值，驅(qū)動執(zhí)行器控制柴油機油門，通過增、減供油的方式控制柴油機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)該裝置的特點，蓄電池供電電壓、執(zhí)行器動作準(zhǔn)確性都將直接影響柴油機調(diào)速的準(zhǔn)確性及快速性，同時柴油機本體的供油系統(tǒng)的性能也對調(diào)速性能有直接影響。

柴油機的出口電壓由AVR系統(tǒng)保持，勵磁電流很小，但是很小的電流變化將直接導(dǎo)致柴油發(fā)電機機端電壓劇烈變化，也就是說AVR的精度要求很高。根據(jù)出廠試驗報告顯示，微小的勵磁電流變化（約0.5A）將直接使出口線電壓由10kV降至7kV。AVR與柴油機調(diào)速性能存在一定關(guān)系，試驗說明轉(zhuǎn)速變化在5%內(nèi)該裝置才可靠。

根據(jù)柴油發(fā)電機出口上述分析，得出該柴油發(fā)電機緊急停機的原因可能有以下幾點：

（1）柴油發(fā)電機蓄電池長期饋電，電調(diào)的供電直流電壓降低，進一步導(dǎo)致執(zhí)行器輸出不準(zhǔn)，同時也可能導(dǎo)致AVR調(diào)節(jié)的勵磁電流存在偏差。

（2）由于在本次試驗前，柴油機平常啟動次數(shù)偏少，且已有超過3年時間未進行帶負(fù)荷試驗，柴油的供油系統(tǒng)可能存在積碳，執(zhí)行器操作機構(gòu)存在卡澀現(xiàn)象，供油不暢導(dǎo)致轉(zhuǎn)速無法快速跟蹤。

（3）2014年5月柴油機空載啟停時，發(fā)現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)柴油機柴濾比較臟，同樣在2013年進行黑啟動試驗前，濾芯正好處于即將到更換周期的狀況，這也可能導(dǎo)致黑啟動試驗時柴油機供油不暢，轉(zhuǎn)速下降更加明顯。

五、日常維護建議

根據(jù)以上原因分析，這里給出了一些柴油發(fā)電機日常運維建議。

（1）加密柴油發(fā)電機帶負(fù)荷運行的次數(shù)，如條件可以，應(yīng)多帶負(fù)荷（70%額定以上）運行。

（2）縮短柴油發(fā)電機維護周期，原來的濾油及潤滑系統(tǒng)（含柴油機機油、機濾、柴慮等）更換周期建議為每兩年一次，建議改為一年一次或更短。

（3）帶負(fù)荷跟蹤發(fā)電機的機端電壓及頻率，便于做出比對分析。

（4）柴油機供油執(zhí)行器應(yīng)進行校驗，如校驗困難可以考慮更換新的。對其關(guān)鍵連接部位應(yīng)進行潤滑處理。

（5）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)柴油機本體及出口開關(guān)相關(guān)報警信息，方便設(shè)備信息排查。

陳鶴虎（1986—），男，江蘇阜寧人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：抽水蓄能電站電氣二次。

夏斌強（1983—），男，江蘇宜興人，碩士，工程師，研究方向：抽水蓄能電站電氣一次。