兩起柴油發(fā)電機(jī)組不能正常啟動(dòng)故障分析

廉永樂

（民航寧夏空管分局，寧夏 銀川 750009）

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)電力供給和電源質(zhì)量的可靠性提出了更高要求。柴油發(fā)電機(jī)組因體積小、靈活輕便、配套齊全以及便于操作和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在互聯(lián)網(wǎng)、電信、銀行、醫(yī)院以及民航等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。目前，柴油發(fā)電機(jī)主要作為應(yīng)急電源使用，具備智能化和網(wǎng)絡(luò)化功能，能自動(dòng)檢測(cè)市電狀態(tài)。當(dāng)市電故障時(shí)，柴油機(jī)能迅速啟動(dòng)，為負(fù)載提供不間斷的電源保障[5-6]。通過對(duì)兩起不同型號(hào)柴油發(fā)電機(jī)不能正常啟動(dòng)原因的查找，一方面總結(jié)了導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組不能正常啟動(dòng)的原因，另一方面為今后處理類似故障提供了排查思路和經(jīng)驗(yàn)判斷。

1 兩起故障概述

1.1 故障一

某航管樓的康明斯柴油發(fā)電機(jī)組按照油機(jī)維護(hù)規(guī)程進(jìn)行每周試機(jī)操作時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)順利啟動(dòng)，但隨后出現(xiàn)超高速告警并停機(jī)。經(jīng)檢查，檢查柴油機(jī)各項(xiàng)參數(shù)均正常，但連續(xù)3次啟動(dòng)均失敗，控制屏面板發(fā)出電池低電壓告警，測(cè)量電池電壓為12.3 V，略低于正常浮充電壓（正常值為12.8 V）。

1.2 故障二

冬季，某雷達(dá)站科勒柴油發(fā)電機(jī)組按照油機(jī)維護(hù)規(guī)程進(jìn)行試機(jī)操作時(shí)，在柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)瞬間控制屏黑屏，并且發(fā)出“咔”的巨響。測(cè)量電池電壓為12.1 V，低于正常浮充電壓（正常值為13 V）。更換新電池后，再次啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)仍無法正常啟動(dòng)，故障現(xiàn)象和之前一樣，即控制屏在啟動(dòng)瞬間黑屏，并且發(fā)出“咔”的巨響。

2 柴油發(fā)電機(jī)組不能正常啟動(dòng)原因分析

柴油發(fā)電機(jī)組不能正常啟動(dòng)，原因歸納為以下6類。

（1）電池容量不足，電池電壓過低。

（2）柴油發(fā)電機(jī)電啟動(dòng)系統(tǒng)故障，包括啟動(dòng)電機(jī)故障、啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速低以及啟動(dòng)電機(jī)開關(guān)故障。

（3）柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)故障，主要是控制屏故障。

（4）柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)異常，包括燃油箱內(nèi)無燃油、燃油管阻塞、燃油濾清器污垢堵塞、燃油輸油泵故障以及燃油噴射系統(tǒng)異常等。燃油噴射系統(tǒng)異常包括高壓油泵、高壓油管、噴射器、噴油泵調(diào)速器以及電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)等出現(xiàn)故障。

（5）柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)異常，包括空氣進(jìn)氣系統(tǒng)阻塞、活塞環(huán)或缸套過度磨損、氣門漏氣、噴油提前角過早或過遲以及配氣相位不對(duì)等。

（6）柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體故障，內(nèi)部鎖死。

3 柴油機(jī)不能正常啟動(dòng)故障查找經(jīng)過與分析

3.1 故障一

康明斯柴油發(fā)電機(jī)組在正常啟動(dòng)后出現(xiàn)超高速告警并停機(jī)。工作人員檢查柴油發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)正常，再次啟動(dòng)柴油機(jī)，連續(xù)3次啟動(dòng)均失敗，此時(shí)控制面板出現(xiàn)電池低電壓告警。經(jīng)測(cè)量，柴油機(jī)電池兩端電壓為12.3 V，比正常電壓略低，初步預(yù)判故障原因?yàn)殡姵仉妷哼^低或容量不足。柴油機(jī)電池充電6 h后再測(cè)量，顯示電池電壓為13.3 V，但柴油發(fā)電機(jī)仍不能正常啟動(dòng)，故暫時(shí)排除電池原因。柴油機(jī)控制屏可正常發(fā)出啟動(dòng)指令，且各項(xiàng)參數(shù)處于正常狀態(tài)，故排除控制器故障。

檢查柴油機(jī)燃油系統(tǒng)是否正常。首先，確認(rèn)柴油機(jī)油箱燃油充足和油表顯示油量數(shù)值一致；其次，檢查油路狀態(tài)，確認(rèn)油路暢通；最后，檢查噴油系統(tǒng)，將高壓油泵出油管打開啟動(dòng)油機(jī)，發(fā)現(xiàn)油泵出油口無出油現(xiàn)象，燃油無法輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，導(dǎo)致柴油機(jī)無法啟動(dòng)。通過以上排查分析，初步確定柴油發(fā)電機(jī)高壓燃油系統(tǒng)不供油導(dǎo)致柴油機(jī)不能正常啟動(dòng)。

為排查故障的根本原因，需進(jìn)一步了解高壓燃油的工作原理。高壓燃油由兩部分組成，分別是高壓噴油泵和電子調(diào)速器系統(tǒng)。電子調(diào)速系統(tǒng)包含調(diào)速控制器和電磁執(zhí)行器兩部分。高壓燃油系統(tǒng)不供油，可能是高壓噴油泵、調(diào)速控制器或電磁執(zhí)行器故障。其中，電磁執(zhí)行器控制信號(hào)由調(diào)速控制器發(fā)出，啟動(dòng)瞬間測(cè)量康明斯柴油發(fā)電機(jī)電磁執(zhí)行器動(dòng)作電壓為9.3 V，調(diào)速器可以正常輸出信號(hào)，暫時(shí)排除調(diào)速控制器故障。查閱相關(guān)技術(shù)資料得知，康明斯柴油發(fā)電機(jī)電磁執(zhí)行器型號(hào)為ADC100，啟動(dòng)瞬間工作電壓應(yīng)大于10 V，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得柴油機(jī)啟動(dòng)瞬間電磁執(zhí)行器動(dòng)作電壓為9.3 V，小于最低工作電壓[7]。于是，判斷高壓噴油泵不出油的根本原因是控制電路部分的油門電磁閥啟動(dòng)瞬間電壓過低，燃油無法進(jìn)入高壓油泵。

調(diào)速控制器輸出電壓過低時(shí)，需確定是調(diào)速控制器控制電路故障還是工作電源電壓較低。通過查閱康明斯柴油發(fā)電機(jī)安裝的ESD5111調(diào)速控制器的相關(guān)技術(shù)資料得知，ESD5111調(diào)速控制器的工作電源直接來自柴油發(fā)電機(jī)組電池，柴油機(jī)電池容量不足時(shí)，油機(jī)啟動(dòng)瞬間電池電壓較低，無法提供足夠電源給調(diào)速控制器，使得調(diào)速器輸出至電磁執(zhí)行器的電壓低于10 V，無法正常開啟電磁閥，導(dǎo)致燃油無法輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，從而致使柴油發(fā)電機(jī)無法正常啟動(dòng)[8]。

更換新電池后再次啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，油機(jī)正常啟動(dòng)，且在啟動(dòng)瞬間測(cè)得調(diào)速控制器電壓為10.9 V。至此，航管樓康明斯柴油發(fā)電組無法正常啟動(dòng)原因已查明，直接原因是電池容量不足。由于電池使用時(shí)間過長(zhǎng)，容量嚴(yán)重下降，導(dǎo)致油機(jī)啟動(dòng)瞬間電壓較低，無法給電磁閥工作提供所需要的電壓值，導(dǎo)致電磁閥不能正常開啟，燃油無法輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室致使油機(jī)無法啟動(dòng)。

3.2 故障二

科勒柴油發(fā)電機(jī)組在啟動(dòng)前檢查各項(xiàng)參數(shù)均正常，但柴油機(jī)在啟動(dòng)瞬間控制屏黑屏，并且發(fā)出“咔”的聲響。出現(xiàn)此狀況后，值班員檢查電池電壓為12.1 V，比正常浮充電壓略低?？紤]到冬天室內(nèi)溫度較低蓄電池容量會(huì)比正常室溫情況下容量減少，初步判斷導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)無法正常啟動(dòng)的原因是電池容量不足。更換新電池后再次啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，柴油機(jī)故障仍存在，且故障現(xiàn)象和之前一樣，故暫時(shí)排除電池因素。

檢查柴油機(jī)不能正常啟動(dòng)的原因。首先，柴油機(jī)正常待機(jī)狀態(tài)下檢查控制屏各項(xiàng)參數(shù)均正常，啟動(dòng)瞬間控制屏能正常向啟動(dòng)電機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，排除柴油機(jī)控制器故障。其次，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體有無故障，通過手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，機(jī)體旋轉(zhuǎn)正常并無異常阻力，排除發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體故障造成內(nèi)部鎖死。再次，根據(jù)故障現(xiàn)象可知，柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)電機(jī)并未帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體正常旋轉(zhuǎn)，暫時(shí)排除柴油機(jī)燃油系統(tǒng)故障和配氣機(jī)構(gòu)異常。最后，檢查柴油機(jī)電啟動(dòng)系統(tǒng)故障，包括啟動(dòng)電機(jī)接頭松脫、啟動(dòng)電機(jī)開關(guān)故障、啟動(dòng)電機(jī)本身故障以及直流保險(xiǎn)絲熔毀。第一步，檢查啟動(dòng)電機(jī)接頭有無松脫，經(jīng)檢查接頭緊固并無松動(dòng)；第二步，檢查啟動(dòng)電機(jī)開關(guān)和直流保險(xiǎn)熔絲均正常；第三步，采用萬用表測(cè)量啟動(dòng)電機(jī)絕緣繞組正常，繞組無斷路故障，且啟動(dòng)瞬間并無火花現(xiàn)象，排除起動(dòng)電機(jī)短路故障或內(nèi)部有打鐵。

通過以上分析，初步排除柴油發(fā)電機(jī)控制器、電啟動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)體以及燃油系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)異常等故障，需再次排查電池因素?？紤]到故障現(xiàn)象更多指向電池電壓和容量，首先測(cè)量待機(jī)狀態(tài)下電池容量為13.1 V，其次測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)瞬間電池電壓為10.8 V，正常情況啟動(dòng)瞬間電池電壓低于10 V，最后值班人員測(cè)量電池內(nèi)阻為8.184 mΩ，而70 Ah電池內(nèi)阻正常情況下小于5.8 mΩ。

基于以上信息，初步判斷電池內(nèi)阻過大，容量不足。對(duì)原有電池進(jìn)行充電，待第二天進(jìn)行啟動(dòng)測(cè)試。第二天，電池充電后再次啟動(dòng)，柴油機(jī)仍無法正常啟動(dòng)。將新舊兩組電池并聯(lián)連接后，油機(jī)正常啟動(dòng)。第三天，再次啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，柴油發(fā)電機(jī)無法啟動(dòng)。第四天，檢查柴油機(jī)發(fā)現(xiàn)控制屏黑屏，測(cè)量?jī)蓧K并聯(lián)電池電壓為2 V，初步判斷市電充電器部分故障。檢查市電充電器輸出正常，在檢查線路過程中發(fā)現(xiàn)充電器后端保險(xiǎn)被燒。

市電充電器保險(xiǎn)被燒，是因?yàn)榈诙鞂⑿屡f兩組電池并聯(lián)后未拆除，市電充電器輸出功率有限，導(dǎo)致兩節(jié)電池?zé)o法正常充電，在第三天進(jìn)行柴油機(jī)啟動(dòng)測(cè)試時(shí)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，電池容量不足需市電充電器補(bǔ)充，導(dǎo)致市電充電器電流過大燒壞直流保險(xiǎn)。

綜上，科勒柴油發(fā)電組無法正常啟動(dòng)是因?yàn)殡姵厝萘窟^低，無法提供柴油機(jī)正常啟動(dòng)所需要的電流，且原有電池使用時(shí)間過長(zhǎng)，電池內(nèi)阻過大，對(duì)電池充電已無法恢復(fù)電池性能。更換的新電池因生產(chǎn)日期超過3個(gè)月，所以使用前需充電5～6 h后再使用。本次更換的新電池未重新充電，且電池長(zhǎng)期放置導(dǎo)致容量下降，因此柴油機(jī)不能正常啟動(dòng)。

4 兩起故障原因共性分析

康明斯柴油發(fā)電機(jī)組不能啟動(dòng)的直接原因是電池容量不足，但確定原因的過程較長(zhǎng)。首先，利用萬用表測(cè)量電池電壓。其次，電池充電后，通過萬用表測(cè)量電池兩端電壓，其結(jié)果在正常范圍內(nèi)，并排除了電池原因。最后，柴油發(fā)電機(jī)組在第一次故障時(shí)出現(xiàn)超高速現(xiàn)象，油機(jī)出現(xiàn)超速告警，因此把更多注意力轉(zhuǎn)向排查燃油系統(tǒng)。

科勒柴油發(fā)電機(jī)組在故障排查初期將故障定位至電池部分，使整個(gè)故障恢復(fù)持續(xù)了數(shù)天。分析原因，主要是欠缺電池維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，且維護(hù)方法不得當(dāng)。

排查分析兩起不同型號(hào)柴油發(fā)電機(jī)不能正常啟動(dòng)的故障發(fā)現(xiàn)，雖然故障現(xiàn)象表現(xiàn)不同，但最終故障原因都是因?yàn)殡姵氐氖褂脮r(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致電池容量下降，不能提供足夠的電壓，從而無法啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。

5 結(jié) 論

綜上所述，經(jīng)對(duì)兩起故障的排查分析，更全面地了解了柴油發(fā)電機(jī)蓄電池。使用時(shí)，應(yīng)該注意以下方面。柴油機(jī)蓄電池屬于啟動(dòng)型電池，一般使用壽命為3年，使用超過3年需考慮更換新電池。使用萬用表測(cè)得的電池電壓不能完全正確反映電池的容量和性能的好壞，需借助其他工具如電池內(nèi)阻儀等。直接測(cè)量安裝在柴油發(fā)電機(jī)組上蓄電池的電壓值，測(cè)得的電壓是市電充電器對(duì)蓄電池充電時(shí)的電壓值。更換新電池前檢查電池的生產(chǎn)日期，生產(chǎn)日期超過1個(gè)月或電池電壓低于12.6 V時(shí)，先對(duì)電池充電5～6 h，充電電流為電池容量的1/10，或檢查電池內(nèi)阻是否低于標(biāo)準(zhǔn)值，低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)需要對(duì)電池充電[9-11]，恢復(fù)電池性能。