12V 190型燃气内燃机组启动困难成因及对策研究

耿胜平

中国石油集团电能有限公司

大庆油田第九采油厂现有服役燃气内燃发电机组10台（龙一联电站两台胜动500GF-PT型及两台济柴600GF-TK1 机组，葡西电站三台胜动500GFPT 型机组，新店电站一台胜动500GF-PT 型机组，齐家北电站两台济柴600GF-TK1机组），机组均由12V 190 型燃气内燃发动机带动1FC6 发电机发电，中国石油集团电能有限公司气电公司油田外围燃机分公司作为乙方已经为其机组运维十二年，面对生产过程遇到的各种问题，均圆满解决。为能更好的让相关技术人员深入了解燃气内燃机启动困难的成因，确保发电机组安全平稳发电，外围燃机分公司专业人员结合多年工作经验，对燃气内燃机的组成原理、启机流程及故障进行分析归纳，并总结出启机困维的应对对策。

1 启动系统概况

1.1 机组组成及启动原理

机组启动系统是由电气启动系统、可燃气供给系统、点火系统、电子调速系统、润滑系统及冷却系统组成[1-2]。机组凭借外部能量源拖带发动机转动，同时将可燃气与空气混合，有序输入到各气缸内部，经高电压点火混合气，促使活塞往复运动，机组从低速状态转入工作状态[3]。

1.2 机组成功启动必备条件

（1）具备提供短时足够大的启动力矩及启动转速。

（2）燃烧室内可燃气体和空气混合比例调整适中，燃烧时热效率足够大。

（3）点火系统终端各路输出电压足够大。

（4）控制柜内电控系统及保护回路工作正常，机组不存在缺油、断水情况，且盘车正常。

（5）环境温度适于机组启动。

1.3 机组启机流程

1.3.1 胜动500GF-PT型机组

（1）发电机组控制屏（PLT－500 型）送电。将盘面“直流启动电源开关”“调速器电源开关”“电磁阀电源开关”“紧急停机开关”旋至开启位置，“怠速/额定开关”旋至怠速位置[4]。

（2）连接发电机组启动动力线，合闸送电。开启预供油泵向发动机供油，踩下脚踏开关，按“预供油开关”按钮或往复扳动“手动预供油泵”扳手向机组供油，使机油压力大于1 bar。

（3）启动发电机组。按下发动机启动按钮。机组启动点火，按时不应超过5 s，迅速松开启动按钮，随即踢开脚踏开关锁扣。机组启动成功后，先进行暖机，运行转速保持在700 r/min，就地观察J12VT监控仪及两侧缸温控制器指示参数是否达到规定值，运行平稳后将“怠速/额定开关”旋至额定位置[5]。

（4）机组空载运行时，水温及油温均达到40 ℃以上，方可带负荷运行。并网后，发动机高温回水温度保持在70～80 ℃之间，水温及油温均不大于90 ℃，机油压力应在3.92～7.84 bar之间。

1.3.2 济柴600GF-TK1型机组

（1）发电机控制屏（PLT－600 型）送电。将盘面“直流启动电源开关”“调速器电源开关”“电磁阀电源开关”“紧急停机开关”旋至开启位置，“怠速/额定开关”旋至怠速位置。

（2）连接机组启动动力线，合闸送电。开启预供油泵向发动机供油，踩下脚踏开关，按“预供油开关”按钮或往复扳动“手动预供油泵”扳手向机组供油，使机油压力大于1 bar。

（3）启动发电机组。按下发动机启动按钮，机组启动点火，按时不超过5 s，迅速松开启动按钮，随即踢开脚踏开关锁扣。机组启动成功后，进行暖机，运行转速保持在700 r/min，观察仪表盘及排温仪指示参数是否达到规定值，运行平稳后将“怠速/额定开关”旋至额定位置。

（4）机组空载运行，水温及油温均达到40 ℃以上，方可带负荷运行。并网后，发动机高温循环水水温保持在75～85 ℃之间，水温及油温均不大于90 ℃，机油压力应在4～8 bar之间。

2 启动系统故障及分析

2.1 故障现象

（1）启动力矩异常，拖带机组时，启动转速低于90 r/min。

（2）启动力矩正常，拖带机组转动正常，但发动机不着车。

（3）启动转速在300～600 r/min 之间时，发动机工作失速，当松开机组启动按钮，发动机快速停车。

2.2 启动困难成因

通过对12V 190 型燃气内燃机组故障的汇总，从电气启动系统、可燃气供给系统、点火系统、环境温度、进排气系统及机组内部条件六方面阐述机组启动困难的成因[6-10]。

2.2.1 电气启动系统

（1）蓄电池馈电。当蓄电池组维护保养不及时，电压低于18 V(DC)，会导致执行器、控制器、电磁阀等无法正常工作[11]。

（2）启动柜输出直流电过低。启动柜工作原理是将三相380 V(AC)动力电源，经过变压器及桥式全波整流转换成低电压、大电流的直流电输出给启动马达。故障多为柜内元器件（三相变压器、二极管、熔断器、交流接触器等）长期使用损坏所致。

（3）电气元件接触不良。主要包括控制屏上各转换开关或启动按钮因积碳接触不良、损坏等。

（4）启动马达破损。按规定启动马达单次运行时间不得超出5 s，短时间内连续启动不能超过三次。当未按规定连续启动机组次数过多时，启动马达热量无法散失，导致烧毁。

（5）保护回路动作。虽然机组控制屏“电磁阀”已送电，但热控回路若收到停机信号（胜动机组由J12VT监控仪发出；济柴机组就地由压力开关发出）会将电磁阀电压降至0，电磁阀因失电阻断可燃气体进入燃烧室。

（6）控制回路故障。胜动500GF-PT 机组采用2301A电子调速系统，常见的故障原因：转速传感器破损或执行器数据线绝缘老化导致执行器锁定在全关位置，引起节气门关闭，可燃气体无法进入燃烧室；启动燃料极限设置过低，转速微调；电位器断路；控制器烧损；前驱器故障；启机怠速设置过低；执行器卡顿。济柴600GF-TK1采用EGS-02调速系统，常见故障原因：进气歧管压力传感器全部损坏导致执行器失电，引起节气门关闭，可燃气体无法进入燃烧室；ECU故障；执行器卡顿；燃料阀故障；转速传感器破损等造成启机困难。

2.2.2 可燃气供给系统

（1）当启机转速达到要求，无着车迹象时，若混合气没有进入气缸内，此时执行器开度全开位，机组难启动的成因为外部气源压力过低、电磁阀不开启、调压阀损坏导致其后侧气源压力过低，节气门总成机械卡顿等。

（2）当机组刚启动转速在100 r/min 左右时，仅部分气缸工作，无法启机着车，多是混合比调整不合适，进入机组各缸燃烧室内的混合气空燃比超出预期范围。

2.2.3 点火系统

（1）胜动500GF-PT 机组。点火系统（图1）异常导致启动困难的成因如下：①点火杆长期使用或产品质量差，点火能量小，出现弱火或断火；②点火杆长期使用或存放不当，电极间的间隙变小，点火杆受潮、绝缘差、内阻过大；③高压线破损或接触不良；④高压点火线圈破损，日常维护不当，造成线圈匝间短路、内部氧化、触点接触不良；⑤机组中磁电机点火电压低、点火脉冲弱。

（2）济柴600GF-TK1 机组。点火系统异常导致机组启动困难的成因如下：①电源电压超出10～32 V(DC)，MIC 500 点火控制器损坏；②信号传感器破损；③点火系统中线路绝缘性能差，点火能量小。

2.2.4 环境温度

发动机冷态启动、长期停运及环境温度过低会造成机油黏稠度增大，运转阻力变大，发动机转速过低而很难着车。

2.2.5 进排气系统

（1）发动机的进气管尾部防爆门损坏，进气系统中进气歧管漏气严重。

（2）空气滤清器中滤芯堵塞严重（保养不及时、沙尘天气多），只有可燃气进入气缸内。

（3）发动机的排气管总成堵塞，气道流通不畅致使气缸内进入的混合气受阻。

（4）配气正时漂移，造成点火时限偏差严重而着车困难。

2.2.6 机组内部条件

（1）机组因缺油、断水非正常停机后，致使轴承烧死、抱轴及活塞熔化严重阻碍机组启动。

（2）气缸盖内下护套胶圈老化致使密封不严渗水，造成顶缸。

（3）气缸内有异物（如进排气门破损或座圈掉茬）。

3 启动困难的应对对策

3.1 电控系统

（1）技术人员首先要掌握12V 190 型燃气内燃机组电控系统各部件结构及其工作原理，和常用表（万用表、兆欧表、数字钳形表等）的使用方法。

（2）确保人和设备安全，不扩大故障范围，掌握元器件特性及回路组成。步骤为：科学分析故障成因→合理校验元器件→确认并修复故障点→定期复查。

（3）对胜动500GF-PT 型燃气机组，以执行器（图2）在启机时的开度作为分界线，按下启动按钮，执行器正常动作为全开后迅速关到最小位置。当执行器不动作则依次查控制回路、元器件（如：2301A电子调速器、转速探头、相关数据线、前驱动器等）、直流电源回路及热控保护回路；当执行器处于全开位置并保持时，说明进气不足，应排查可燃气供给系统。

图2 执行器Fig.2 Actuator

（4）对济柴600GF-TK1 型燃气机组，以执行器在启机时的开度作为分界线，按下启动按钮，执行器正常动作为全开后迅速关到最小位置。当执行器不动作或失电首先刷机（通过电脑将程序重新写入ECU 中），然后依次查找压力模块、转速探头、相关数据线、直流供电回路、保护回路是否误动，各转换开关等是否正常；当执行器处于全开位置并保持时，说明进气不足，应排查可燃气供给系统。

3.2 可燃气供给系统

（1）电磁阀的排查。电磁阀工作电压是24 V(DC)，接通电源应听到“咔”的声响，无声则查供电或更换电磁阀。

（2）调压阀的排查。用压力校验仪测量调压阀进出压力，混合增压前的燃气发电机组调压阀后压力应为0.000 8～0.001 2 bar，调压阀前压力应为0.01～0.05 bar，超差则更换。

（3）节气门拒动的排查。节气门的动作是由调速系统控制的。若节气门拒动，首先应检查调速控制器供电电源，测量调速器电压是否为24 V(DC)。再检查转速微调电位器是否触点接触不良、损坏或者开路，将万用表调至电阻当，测量电位器阻值应在0～100 Ω范围内线性变化。转速传感器与机组飞轮齿圈间隙应在0.5～1.0 mm之间，转速传感器的直流电阻为194～224 Ω。

（4）节气门小幅度动作的排查。检查机组两侧节气门是否同步且能完全打开、关闭，如节气门动作幅度小，应调整调速控制器上的燃料极限电位器至刻度10，至少调至7。

（5）混合器的排查。手动调节混合气无法使可燃气与空气混合均匀。胜动500GF-PT 机组混合器位于节气门前，应检查内部膜片是否损坏及各膜片运动轨迹；济柴600GF-TK1 机组混合器位于涡轮增压器前，应检查其内侧是否发生形变。

3.3 点火系统

（1）将高压点火线连点火杆一端处拔出约10 mm，关闭气源，启动机组，观察间隙处有无火花及火花的强弱。火花应强且伴有“啪啪”声响。

（2）如火花弱，检查高压点火线和低压线是否破损。用万用表测量高压点火线和低压线的电阻均应小于1 Ω。

（3）高压包排查。高压包内部应无氧化，高压包的初级线圈电阻为11～12 Ω，次级绕组电阻为6.3 kΩ，超差则更换。

（4）磁电机的排查。启机前，旋转磁电机的航空插头。将数字万用表打到250 V(DC)档，表红笔接磁电机插针G，表黑笔接磁电机壳体。手动盘车，插针G 与地之间的电压显示180～200 V(DC)为正常。

（5）MIC500 点火控制器的排查。技术人员可通过点火控制器上盖顶部发光二极管的闪烁次数判断故障状态。

（6）点火杆的检查。点火杆的电极处无油污，点火杆的间隙应为0.5～0.8 mm（图3），电阻不大于25 kΩ，中心电极对外壳绝缘电阻不小于50 MΩ。当点火杆电阻大于25 KΩ或间隙超差时，易导致点火弱或断火，应及时更换。

图3 检测点火杆Fig.3 Testing the ignition rod

4 结论

通过对12V 190 型燃气内燃机机组启动困难的成因分析，从电控系统、可燃气供给系统及点火系统三个方面制定对策，能及时排除12V 190型燃气内燃机启机困难故障，并在很大程度上为机组检修方案提供了依据，为后期解决机组故障积累了宝贵经验，同时可极大地提高生产效率，确保机组安全、平稳运行。