基于故障樹分析法的發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障解決

鄭齊清，王玉國

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基于故障樹分析法的發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障解決

鄭齊清，王玉國

（泉州師范學院航海學院，福建泉州 362000）

本文針對柴油發(fā)電機組運行時出現(xiàn)的頻率不穩(wěn)故障現(xiàn)象，采用故障樹分析法建立起發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障樹，闡述了故障快速查找與定位的方法，最終確定故障點，并通過調試將故障排除。

發(fā)電機組 頻率不穩(wěn) 故障分析 調試

0 引言

柴油機發(fā)電機組作為電力供應單元，要求其輸出電壓、頻率穩(wěn)定在允許范圍內。實踐中出現(xiàn)頻率大幅波動的現(xiàn)象比較少見，引起柴油發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障因素眾多，難以快速定位故障點。本文以實際故障為例，著重分析故障原因，并結合試驗調試將故障排除。

1 故障現(xiàn)象

四沖程柴油發(fā)電機組型號為JH30，柴油機型號為K4100D,電機型號為KHI30-14，額定轉速為1500 r/min，額定功率為33 kW, 額定電壓為400 V，配置調速控制裝置?？蛰d運行時，機組出現(xiàn)頻率不穩(wěn)故障，從頻率指示表上顯示頻率波動范圍較大，柴油機各缸發(fā)功不均，有“游車”現(xiàn)象，加負載5 kW后，頻率指針波動劇烈，波動的范圍加大。

2 故障原因分析

根據(jù)發(fā)電機頻率與原動機轉速關系：

可知，發(fā)電機組工作頻率與轉子每分鐘轉速和磁極對數(shù)有關，發(fā)電機工作頻率的不穩(wěn)定，是由于柴油機轉速波動引起的。引起這種故障的因素有很多[1]，例如轉速傳感器測量失真、燃油中水分或空氣過多、燃油管路漏油或臟堵、噴嘴總成失效、油門調整不當、各缸噴油不均、燃油泵故障、電子調速器故障、柴油機運轉時震動厲害、負載波動太大等等。解決故障的關鍵是從諸多可能情況中確定故障點，故障分析法是復雜機電系統(tǒng)中迅速查找并準確定位故障的最有效方法之一[2]。發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障樹的建立，如圖1所示。導致發(fā)電機組頻率不穩(wěn)頂事件發(fā)生的可能故障模式有：機械故障、調速控制系統(tǒng)故障與外部因素引起的故障。對于頂事件發(fā)生的判斷可依照：由外到內，簡單到復雜的順序。從以上所述表現(xiàn)的癥狀進行分析：機組運行時震動不明顯，機組和安裝底座的螺栓沒有松動的現(xiàn)象，可以排除震動的原因；空載時，就有“游車”現(xiàn)象，突然加載或卸載的情況可以排除。對于不能確定的故障可能情況，需進行逐一分析與排除。

圖1 發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障樹

1）油路故障

柴油機系統(tǒng)中如果出現(xiàn)油路問題，會導致柴油機供油不暢燃燒不良，轉速下滑與波動。油路問題包括：管路裂紋、油箱液位過低使燃油中混有空氣，油路中濾器阻塞，燃油管路漏油等導致管路供油不連續(xù)。根據(jù)檢查，燃油質量沒問題，油路中的濾器無臟堵，管路連接良好。

2）噴油泵故障

柴油機各缸供油不均會使柴油機轉速出現(xiàn)波動。例如某缸噴油泵供油齒條卡阻、移動不靈活，各缸噴油泵供油量調整不當，噴油泵出油閥磨損嚴重、彈簧彈性失效等等，這些情況都將導致各缸做功不均運行轉速不穩(wěn)。

3）噴油器故障

柴油機長期運行過程中，燃油中的雜質會附著在針閥偶件上，引起致噴油延遲與霧化不良，使噴油器噴油忽大忽小柴油機運行不穩(wěn)。

4）轉速傳感器故障

在柴油機的控制系統(tǒng)中，轉速是控制的一個基礎信號，此機型在齒輪旁邊安裝了磁電傳感器。如果柴油機傳感器松動或者長期運行在粉塵環(huán)境中，容易引起測量間隙發(fā)生變化，進而導致傳輸數(shù)據(jù)的失真。

5）電子調速器故障

電子調速器工作優(yōu)良與否直接影響著柴油發(fā)電機的工作性能甚至使用壽命。如果使用中的電子調速器參數(shù)整定值出現(xiàn)漂移，將會嚴重影響柴油機的運行工況，將要對調速器重新整定參數(shù)。

3 頻率不穩(wěn)原因判定

故障原因判斷應從可能性大的、較容易檢修的地方入手，應避免盲目拆檢增加維修工作量。從以上故障原因分析，可將引起頻率不穩(wěn)的原因分為柴油機問題和調速控制系統(tǒng)問題。一般情況下，柴油機原因導致故障的情況比較常見，而且大多機管人員對柴油機比較熟悉，可先從柴油機方面入手。

根據(jù)檢查，燃油質量沒問題，接下來對調速控制系統(tǒng)故障原因進行判定。

將傳感器拆下清潔后按安裝間隙要求裝復后，故障依然，可將轉速傳感器的因素排除；在發(fā)動機停機狀態(tài)，短接控制器1、2腳（如圖2所示），執(zhí)行器應輸出最大油位，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)輸出電壓正常，最大供油量位置正確，電磁執(zhí)行器與噴油泵齒條接合處沒有松動現(xiàn)象，可將執(zhí)行器的因素排除；那么引起機組頻率不穩(wěn)故障剩下一個原因了，就是電子調速器調整微分，增益調諧失靈。

圖2 電子調速器

4 故障排除

現(xiàn)今柴油機調速裝置越來越多地采用電子調速器，電子調速器相比之傳統(tǒng)機械式調速裝置有著諸多優(yōu)點，其靈敏度和響應速度會比機械式的來得快，并且動靜態(tài)精度更高[3]。一般情況下，出廠時電子調速器相關的參數(shù)都已整定好，如果參數(shù)產(chǎn)生漂移，柴油機工況就會發(fā)生變化，這時需要對電子調速器的參數(shù)重新調整。下面以此次故障為例，談談如何對相關參數(shù)進行調整及調整過程中應注意的地方。電子調速器主要技術參數(shù)見表1。

電子調速器參數(shù)的調整是一項細致的工作，需要耐心對待。其調整的步驟可按下列順序進行。

1）轉速設定

怠速調節(jié)。

在怠速和高速值設定后，要仔細觀察轉速的波動情況。

調節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)波動幅度超過±0.25%，需要進行穩(wěn)定性調整將轉速調整到滿足要求。

2）穩(wěn)定性調整

電子調速器與發(fā)動機構成轉速閉環(huán)控制系統(tǒng)，其穩(wěn)定性取決于發(fā)動機轉動慣量、系統(tǒng)時間常數(shù)、發(fā)動機環(huán)節(jié)增益、調速器環(huán)節(jié)增益、擾動等因數(shù)。任何閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定調節(jié)范圍，如果超出了如圖3所示的穩(wěn)定域范圍，那么系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。

在穩(wěn)定域示意圖3中，微分和增益在陰影區(qū)域時，發(fā)電機組才能穩(wěn)定運行，如果小于低增益穩(wěn)定線，柴油機將會發(fā)生低頻游車；越過高增益穩(wěn)定線，柴油機將會發(fā)生高頻游車。在保證系統(tǒng)具有一定穩(wěn)定余度的前提下，微分和增益應接近高增益穩(wěn)定線，確保電子調速器具有優(yōu)良的動穩(wěn)態(tài)調速指標。

穩(wěn)定性調整時，需要調節(jié)增益、微分（穩(wěn)定）電位器。調整增益電位器可調節(jié)系統(tǒng)的靈敏度，獲得合適的瞬時響應速度，順時旋轉增大，逆時針減小；微分電位器可調節(jié)系統(tǒng)的響應時間，獲得合適的瞬時響應速率，順時旋轉增大，逆時針減小。

由于發(fā)動機為四缸的小功率柴油機，運行時頻率波動較大且快，于是先將微分調節(jié)置于低增益穩(wěn)定線附近的位置，再將增益從中間位置開始逐漸增大至2點鐘方向，然后在穩(wěn)定區(qū)域內調節(jié)穩(wěn)定電位器，直至發(fā)電機穩(wěn)定運行。當在加載運行時，需重新調節(jié)穩(wěn)定電位器，如果不能滿足，則需適當降低增益，如此反復調節(jié)直至在穩(wěn)定域內尋找到穩(wěn)定的工作點，在此過程中，要根據(jù)機組是否出現(xiàn)快速不穩(wěn)定的現(xiàn)象，適時調整狀態(tài)開關。

3）轉速動態(tài)指標調整

調速系統(tǒng)的動態(tài)指標包括瞬時調速率和穩(wěn)定時間，當發(fā)電機組電子調速器達到電站調速指標時，通過突然卸載負載對微分、增益的精細調整，來尋找發(fā)電機組的最佳工作點。尋找該工作點時，先將微分置于低增益穩(wěn)定線附近的位置，再順時旋轉增益電位器至3點鐘方向，直到柴油機轉速出現(xiàn)高頻波動，然后逆時針旋轉電位器逐漸減小微分，直到柴油機穩(wěn)定運行，調節(jié)過程中可結合柴油機運轉的聲音來判斷是否運行平穩(wěn)。

4）穩(wěn)定調速率調整

5 小結

本文對柴油發(fā)電機組頻率不穩(wěn)的故障原因進行了概括和分析，由于產(chǎn)生此類故障的因素很多，采用故障分析法進行了逐層逐步的分析與排除，最后將故障原因鎖定在電子調速器上。通過反復調試試驗，最終發(fā)電機組在不同工況下能穩(wěn)定運行。希望文中所述發(fā)電機組頻率不穩(wěn)的診斷及電子調速器參數(shù)整定方法，對解決此類故障具有一定參考價值。

[1] 徐學武. 康明斯柴油發(fā)電機組頻率不穩(wěn)故障分析及解決[J]. 設備管理與維修, 2012, (4).

[2] 郭富源. 故障樹理論在遠程診斷系統(tǒng)中的應用研究[D].大連：大連理工大學, 2007.

[3] 盧新湘, 徐健良. 電子調速器故障判斷與排除[J]. 移動電源與車輛, 2008, (2).

[4] 發(fā)動機電子調速器使用說明書.云四達科技有限公司, 2012.

Fault Diagnosis of Generator Sets Based on Fault Tree Analysis

Zheng Qiqing, Wang Yuguo

(Navigation Institute, Quanzhou Normal University, Quanzhou 362000, Fujian, China)

TM611

A

1003-4862（2017）09-0034-03

2017-05-15

鄭齊清（1985-)，男，碩士。研究方向：現(xiàn)代輪機工程。