故障檢修與技術維護

柴油發電機常見故障及維修方法

 

摘要：柴油發電機作為我們生活中一種常見的動力機械，其故障診斷技術及狀態監測技術被人們廣泛關注。經過一定的發展，柴油發電機故障診斷技術中的故障特征提取及信息處理等已有了初步雛形。康明斯公司在本文分析柴油發電機常見故障及對應影響因素的同時，對柴油發電機故障診斷技術的進一步發展進行了展望，寄望于本文的描述會對我國柴油發電機故障診斷技術的發展具有顯著的推動作用。

一、故障診斷技術的特征分析

 

      伴隨科學技術的不斷發展及自動化智能化程度的提升，柴油發電機故障診斷技術也得到了實質性的發展。柴油發電機的故障診斷與其他機械故障診斷相類似，要通過故障機理的研究，結合故障信號的檢測及處理，進而發展故障發生的真正原因，針對性的解決柴油發電機故障。例如下圖（圖1）中的缺缸現象，我們可以采用現代科學技術來進行診斷。對于柴油發電機來說其常見的故障主要有：異常響聲（圖2）、壓氣機端密封環漏油、發動機功率下降、冒黑煙及機油耗上升等。

 

圖1 缺缸現象

圖2 敲缸異響

 

 

1、傳統診斷技術及其特征分析

    對于傳統柴油發電機故障診斷技術來說，其可以從不同的角度出發：

（1）針對柴油發電機故障磨損狀態可借助潤滑油進行分析，通過對光譜及鐵的含量等綜合分析，進而獲知柴油發電機零件的磨損程度，此種方法叫作磨粒檢測分析法。

（2）從柴油發電機發生異常性及振動性進行故障部位檢測的聲振檢測方法，其理論依據為聲發射檢測及振動分析法兩種。通常來說柴油發電機的參數與其故障的關聯性較大，因此，我們可以通過柴油發電機正常工作狀態的轉速及溫度獲知其故障的原因，此種方法就是常見的熱力參數分析法。與此同時，瞬時轉速波動診斷法、故障樹診斷法等也是柴油發電機傳統故障診斷技術。

2、現代故障診斷技術及其特征分析

    伴隨著科學技術的不斷演變發展，柴油發電機故障診斷技術產生了多次改變。與此同時，傳統的柴油發電機故障針對技術缺陷及弊端也不斷涌現。各行業對柴油發電機故障診斷的自動化水平有了更高的要求[4]。

（1）非線性動力系統理論法

      非線性動力系統理論指導下的柴油發電機故障診斷法，為了有效避免線性故障分析法在非線性較為突出的船舶等行業造成定量誤差，柴油發電機故障診斷法和非線性動力系統開始相互的融合。借助系統在正常工作時的工作狀態正常性，判斷故障產生的原因。通過此種方法可提升柴油發電機故障診斷的準確性及診斷結果的可靠性。

（2）信號處理技術法

      信號處理技術指導下的柴油發電機故障診斷法，其借助譜分析，小波變換、序列分析及傅立葉變化等診斷方法獲知柴油發電機故障信息，此種方法在柴油發電機故障診斷領域具有重要的價值及意義。

（3）灰色系統理論法

      灰色系統理論指導下的柴油發電機故障診斷法，模糊系統理論指導下的柴油發電機故障診斷法。柴油發電機作為一個灰色系統，灰化到白化的過程實現了已知信息推出包含故障的未知特性信息。模糊神經網絡理論指導下的柴油發電機故障診斷法，其涵蓋了神經網絡故障診斷、融合化神經網絡故障診斷及模糊神經網絡故障診斷。

（4）專家系統職能化法

      專家系統職能化柴油發電機故障診斷法，其根據實踐經驗及理論知識設計出的一種職能程序，其為一種專門化的故障診斷系統。

 

二、故障診斷技術的發展

 

1、系統化故障診斷技術

    在柴油發電機故障診斷技術中已應用了分形理論、混沌理論及映射理論等多種非線性動力系統理論。然而，在實際應用過程中我們發現了仍存在一些問題需解決。為了有效豐富柴油發電機故障診斷技術的實踐性及理論性，我們應更好的發揮非線性動力理論的適用性及靈活性。進而促使柴油發電機故障診斷技術向著更加系統化的方向發展。

2、多元化故障診斷技術

    由于柴油發電機是一種集熱力、動力、摩擦及機械的多學科綜合化系統。所有柴油發電機故障具有一定的不確定性及復雜性。這就需要信息融合技術在柴油發電機故障診斷中發揮重要的作用。信息融合技術是一種可以借助多傳感器、單傳感器等的多元化方法，進而實現柴油發電機故障特征信息的獲取。柴油發電機故障診斷技術和信息融合技術的有機融合有助于提升相關信息的獲取，與此同時，有助于改善傳統信息的處理方法。在整體上提升信息處理的能力，可以從一定程度上提升信息處理決策的正確性，促使柴油發電機故障診斷的精確度。

3、仿真化故障診斷技術

    伴隨著科技的發展，仿真技術被廣泛應用到柴油發電機的故障診斷技術中。借助此種技術可有效降低柴油發電機的故障診斷時間及診斷成本，進而緩解柴油發電機故障診斷樣本信息獲取中的高成本。與此同時，也可以解決故障診斷樣本的破壞性及難再現性特點。為柴油發電機故障診斷提供良好的開發平臺及檢驗平臺。所以，柴油發電機故障診斷技術的仿真將會成為未來的一種大趨勢，框架圖如圖3所示。

4、智能化故障診斷技術

    智能化診斷技術流程如圖4所示。由于柴油發電機自身結構的復雜性及形體的特點，導致其故障發生的原因較多，這就為柴油發電機故障診斷的時間及故障排除的效率造成了一定困難。因此，高速運算、人工網絡及強邏輯性等智能方法技術在柴油發電機故障診斷技術中的應用，將會為柴油發電機故障診斷技術的發展開辟一個全新的方式。與此同時，高科技、信息技術的不斷發展為智能化柴油發電機故障診斷技術的產生帶來了便利條件。

 

圖3  柴油發電機非線性仿真系統

圖4  智能故障診斷流程圖

三、典型故障分析

 

1、啟動失敗

（1）蓄電池電壓低或內阻偏大

      柴油發電機蓄電池電壓24 V,通常用兩組，每組兩個12 V的鉛酸蓄電池并聯在一起使用，輸出電壓為27 V,額定功率1 000 kW柴油發電機推薦使用200 Ah的蓄電池，確保啟動容量足夠。200 Ah的蓄電池內阻應為2—3 mil,對于蓄電池內阻偏大要進行更換。柴油發電機啟動失敗，首先檢査柴油發電機電壓、內阻、容量是否滿足要求，同時，要重點檢查蓄電池的浮充模塊、啟動馬達是否正常。

（2）啟動回路故障

      柴油發電機啟動回路中一般設置啟動繼電器和一些中間繼電器，用于啟動柴油發電機。若柴油發電機無法啟動，需要對啟動繼電器及其他中間繼電器進行檢查，校驗繼電器是否正確動作，檢査接線有無松動。在確認24 V電源良好并已接入啟動回路的情況下，檢查啟動操作時繼電器是否有吸合動作。如果沒動作可檢查啟動繼電器線圈兩端電壓是否大于20 V的工作電壓，如正常而繼電器不動作則判斷繼電器損壞，應立即予以更換；如果繼電器線圈兩端電壓不正常而表盤24 V電壓顯示正常時，則可判斷電鎖及連接線之間有接觸不良現象。

（3）電子調速器故障

      柴油發電機啟動失敗需要檢査電子調速器是否上電正常，接線有無松動。檢査電子調速器設置是否正常，特別是要檢査電位器的參數設置是否偏小，若電位器過小，則需要適當調大電位器。

（4）控制器故障

      柴油發電機無法啟動，檢查控制器面板有無報警，檢査控制器事件記錄是否有告警。若有報警，先進行復位，復位后再啟動柴油發電機，若無法復位，則根據報警內容進行進一步檢查，消除報警后，才能啟動柴油發電機。

2、并網失敗

（1）控制器故障

      當柴油發電機帶載試驗并網失敗時，要重點檢査柴油發電機控制器。首先，檢査控制器是否有報警，檢查控制器內并網參數設置是否正確。對于一些控制器內無并網功能，要檢査并網模塊是否工作正確。其次，要檢查并網回路元器件是否有損壞，接線有無松動。控制系統是眾智控制器為HGM9510和并網模塊GAC同步模塊搭接繼電器構成，在一次帶載試驗中，并網失敗，經過全面排查，最終發現并網失敗原因為GAC同步模塊故障導致。因此，并網失敗要重點檢査同步模塊和并網回路或者控制器內同步參數設置。

（2）斷路器故障

      柴油發電機帶載試驗最重要的一步就是同期合并機開關,因此，當檢査控制器或者同步模塊無異常、并網控制回路或元件器無異常后需要重點檢査并機開關本體及回路。并機開關本體方面，將K0拉至檢修位，機械分、合閘，檢查分、合閘線圈是否正常，檢査并機系統脫扣線圈是否正常。并機系統二次回路，要重點檢査斷路器的輔助接點是否正常，接線有無松動，繼電器等元器件是否正常。

3、有功功率異常波動

（1）電子調速器參數設置不當

      柴油發電機組的有功輸出與柴油機的轉速存在線性關系。因此，柴油發電機組的調速特性影響著柴油機功率輸出的同時也決定了發電機有功功率的輸出。當柴油發電機帶載試驗出現有功功率異常波動時，要檢査調速器參數設置，特別是增益設置是否過大，若增益過大，可適當調小。需要注意的是，在線調整電子調速器可能會導致柴油發電機飛車，因此調整參數前一定要謹慎，做好風險分析。

（2）控制系統異常

      柴油發電機帶載試驗有功功率波動最根本的原因是控制系統異常。因此，當柴油發電機有功功率異常波動，要重點檢查控制系統有無負載分配功能。某電廠柴油發電機控制器為HGM9510控制器，并網模塊為某國GAC同步模塊搭接繼電器構成,當柴油發電機帶載試驗時，經常出現有功功率大幅度波動，經過多次檢査分析，最終確認原因為控制系統沒有負載分配功能。經過技術改造，將原控制系統升級為帶負載分配功能的深海8620控制器后，帶載試驗有功功率無波動。

4、電壓異常

      當柴油發電機空載試驗出現電壓異常時，要重點檢査調壓器參數是否設置不當，必要時要進行調壓器參數調整。調壓器參數調整時，控制器需要調整電壓參數。需要注意的是，調壓器參數調整必須嚴格按照說明書進行調整。

5、轉速異常

      柴油發電機轉速與調速器密切相關。當柴油發電機轉速出現異常時，需要重點檢查調速器是否故障，調速器參數設置是否正常。同時，調速器參數調整時要對控制器的轉速參數進行設置。當調速器和控制器檢査無異常時，要重點檢査轉速傳感器是否正常。

6、差動保護動作

      柴油發電機一般都配有差動保護。當差動保護動作時，首先檢査差動保護動作是正確動作還是因為接線錯誤導致差流的誤動作。在柴油發電機調試階段，如果出現差動保護動作，要重點檢査差動保護用的兩組電流互感器是否存在接線錯誤或者電流互感器里面的一次電纜是否方向相反導致差流。其次，當出現差動保護動作后，要檢査兩組電流互感器的保護范圍之間是否存在短路。必要時，需要對差動保護裝置進行校驗，檢查保護裝置功能是否完好。

 

總結：

      康明斯發電機公司在上述文章中對柴油發電機故障診斷的特征進行了詳述的分析，并分別從傳統及現代柴油發電機故障診斷技術及其特征方面進行了細致的分析。與此同時，對柴油發電機故障診斷技術進行了展望，本文的研究對我國柴油發電機故障診斷技術的發展具有顯著的借鑒意義。

 

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