某船柴油发电机组并联运行故障排除

董国堂，李 白

（1.青岛前进船厂，山东青岛 266000；2.92771部队，山东青岛 266000）

某远洋救助船柴油发电机组由Z12V190型柴油机（3 台）、E6V 电子调速器、VC2100PM 机组控制器、1FC5 型船用同步发电机组成。该船在航行时突发2 台柴油发电机组并联运行时功率分配不均、功率因数大幅波动、逆功率跳闸、非正常停机等故障。

1 故障现象

3#机组与2#机组并联运行，负荷增加后突然出现较为严重的功率分配不均现象，频率表、功率表、功率因数表、电流表出现大幅度波动，3#机组最终被逆功率跳闸。1#机组与2#机组并联运行依然出现类似现象，2#机组转速持续下降，负荷大幅下降，1#机组功率持续上升，紧急手动解列2#机组，调整2#机组转速无效，随即2#机组非正常停机。同时，监测到1#机组左排气温度均达到600 ℃超温报警，右排气温度为200 ℃～300 ℃，温差巨大。1#、3#机组并联运行时，发现在其加载负荷运行时都会出现频率、功率大幅度波动现象。

此次出现的故障无规律可寻，需在不同负荷下进行单机、并车等综合试验验证，以区分是电站监控系统的控制问题还是柴油机自身的原因。

2 故障排查及原因分析

2.1 故障排查

1） 1#机组半自动模式下加载80 kW 负荷，稳定运行；启动2#机组与1#机组并联，负荷分配均匀，2 台机组稳定运行；将负荷增加至300 kW，2台机组各150 kW，其稳定运行。1#、2#机组并联运行参数见表1。

2） 启动侧推增加电网负荷，2 台机组运行稳定，功率分配均匀。分级调整侧推螺距角，增加电网负荷，零螺距时电网总负荷350 kW，稳定运行约5 min 后，2 台机组开始出现功率分配不均现象，2 台机组的功率表指针在100～250 kW 大幅度摆动，频率表指针在46～52 Hz 摆动。此现象持续约1 min后，2#机组功率接近0，功率因数由感性向容性快速转变，迅速转换至手动模式，增加2#机组转速，但并无加速现象，随即手动解列2#机组，继续手动调节2#机组转速，仍无法提高，直至2#机组非正常停机。此时，1#机组单机350 kW 负载运行，频率表指针在46～52 Hz 摆动，柴油机声音异常。监测电脑显示，1#机组左排气温度为518 ℃左右，右排气温度300 ℃左右，且左排气温度持续增加至600 ℃后超温报警。立即停止侧推及风机等设备，减小负荷至100 kW后，1#机组慢慢稳定。

3）启动3#机组至额定转速，发现频率表有1 Hz左右波动，机身执行器不停抖动，执行器机械指针在刻度40～60 之间来回摆动，手动调整3#机组状态至好转后，与1#机组进行并车，将负载全部转移至3#机组，半自动模式下运行2 h状态稳定。

另外，每当1#、2#机组出现非正常停机后，再次启动时需多次反复启动才能成功，间隔时间约15 min。

2.2 原因分析

1）根据电站控制系统原理分析。在半自动模式下，由机组控制器根据当前每台在网机组承担的功率情况，自动调整电子调速器对相应机组进行加减速以达到在网机组功率均分。试验时均在半自动模式下运行且负荷分配严重不均，为进一步排除并车功率分配不均的故障原因，定位出是电站控制系统的原因还是柴油机本身的问题，决定将电站的控制模式转至手动模式，隔离机组控制器的控制功能，然后进行空载、单机负荷试验，并车后手动分配负荷等工况试验，观察是否依然存在上述故障现象。

2）根据故障现象分析。3台柴油机的调速率不一致，导致每台柴油机的调速特性不同，从而引起在网机组功率分配不均现象。

2.3 解决措施

1）柴油机的调速特性是由电子调速器控制的，由于该船是在停泊期间，无法进行全功率的负荷试验测算完整的柴油机调速率，所以首先对电子调速器进行功能性检查，停车状态下检查电子调速器内油门齿条刻度反馈电压（测量电子调速器内0 V TP6 直流电压）是否符合最小刻度反馈值1.5 V、最大刻度反馈值5 V 的要求，同时3 台机组进行对比、调整，电子调速器油门开度反馈电压测量数据见表2。

调整后启动1#机组，额定转速下测量空载电压389.6 V、频率49.89 Hz，手动模式下将负荷逐渐增加至240 kW，测量电压380 V、频率49.8 Hz，稳定运行。启动2#机组，与1#机组在手动模式下进行并联操作，1#、2#机组并联运行参数见表3。

表3 1#、2#机组并联运行参数

运行10 min 后，2 台柴油机发电机组出现功率分配不均现象，于是将负荷转移至2#机组后，解列1#机组，由此可见，1#、2#机组并联运行时，在手动模式下也无法完成负荷均分。启动3#机组手动并入电网，2#、3#机组并联运行参数见表4。

表4 2#、3#机组并联运行参数

稳定运行10 min 后，未出现功率分配不均现象，启动侧推增加电网负荷，2 台机组开始出现大幅度功率分配不均现象。2#机组功率上升至400 kW，3#机组功率、频率迅速下降，手动增速无反应，很快出现逆功率跳闸，转速持续下降直至非正常停机，且此时监测电脑显示左、右排气温度出现了100 ℃左右的温差。由此可见，2#、3#机组并联运行依然无法实现负荷均分。

综合上述试验可初步判断，3 台机组在单机负荷试验低于100 kW 时，手动、半自动模式下均可稳定运行；双机并联运行且当负荷达到240 kW 以上时，手动、半自动模式下均无法实现功率均分，最终导致其中1台机组逆功率跳闸后持续降速，直至非正常停机，且无法通过人为操作增加该机组转速。另外3台机组均有这种故障现象存在，可以确定为共性原因所导致。

2）为进一步判断电子调速器的设置是否存在问题，决定对3台机组的稳态调速率、瞬时调速率进行测量检查。具体方法是首先测量单机空载时的电压、频率，然后以150 kW 负荷为基准点，测量单机在该负荷下的速降。双机并车运行时，在不进行负荷转移的情况下，直接解列其中1 台机组，对另一台在网机组进行负荷突加试验，测量其瞬时调速率。

测量瞬时调速率时，被测机组在进行手动功率均分时，不得对其当前转速进行调整，通过调整另一台机组转速的方式，使2台机组承担的功率达到均分。瞬时调速率测定数据见表5。

表5 瞬时调速率测定数据

通过3 台机组的稳态调速率、瞬时调速率，可以确定每台机组的电子调速器设定正常，且手动模式下仍负荷分配不均匀，基本可以判定为柴油机故障。另外，在机组加载大负荷时才会出现故障且是共性问题，推断机组的燃油油路可能存在问题。于是对柴油的燃油管路进行检查，包括清洗燃油滤清器、检查高压油泵内燃油情况、润滑高压油泵柱塞，并未发现明显的问题。

3）在测量1#机组瞬时调速率过程中，当120 kW 负荷转至1#机组时，出现了频率、功率大幅度下降的现象，手动解列1#机组后频率仍然持续下降。与此同时，观察到机身执行器指针在柴油机转速下降过程中一直处于最大位置，说明此时油门已经加到最大位置，但柴油机仍然无法加速，反而最终降速至停机。由此可以更加肯定地判断是柴油机的问题。

检查柴油机燃油管路及燃油滤清器，都没有发现问题，决定将检查范围进一步扩大到燃油供给系统。在检查日用燃油柜至柴油机燃油滤器前的供油管路时，打开燃油柜出口阀发现燃油流量明显偏小，于是打开日用燃油柜，发现燃油柜内出口处被油漆皮、棉纱堵塞。清除堵塞物后启动3台机组及侧推装置，总功率600 kW时进行单机大负荷及两两并车、三机并车试验，机组运行稳定，故障排除。

3 结束语

综合上述试验、排查、分析过程，机组控制器、电子调速器等控制功能工作正常，最终发现是柴油机日用燃油柜出口堵塞，流量太小，仅能支持单机低负荷运行，柴油机供油不足导致了此次故障的发生。通过此次故障的排查，拓展了故障排查思路，当出现类似故障时，既要排查电控系统的控制功能，同时也不要忽略对柴油机自身的供油、供气等系统的检查。