孫哲　欒向海

【摘 要】本文介紹了國內(nèi)某核電廠柴油發(fā)電機(jī)組的機(jī)型號及功用，總結(jié)概述了柴油發(fā)電機(jī)組在調(diào)試階段所需進(jìn)行的試驗(yàn)流程及試驗(yàn)內(nèi)容，對某次試驗(yàn)過程中柴油機(jī)功率波動的異?，F(xiàn)象進(jìn)行了描述，針對該功率波動的問題，作者結(jié)合該柴油機(jī)本身特點(diǎn)進(jìn)行了分析，在解決該問題的同時，并對造成該現(xiàn)象的原因進(jìn)行了解釋。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)電機(jī)組；調(diào)試；功率異常波動

0 概述

本文涉及的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)為德國MTU-Friedrichshafen公司生產(chǎn)20V956TB33型柴油機(jī)，這是一種直噴式四沖程柴油機(jī)，共有20個氣缸，成60°V形分布，額定功率為5720kW，其潤滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、壓縮空氣起動系統(tǒng)通過管道與柴油機(jī)本體連接，該柴油機(jī)直接拖動發(fā)電機(jī)形成應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。在福清核電廠中，每臺核電機(jī)組有兩臺應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（LHP/LHQ）為其提供應(yīng)急電源，另有一臺柴油發(fā)電機(jī)組（LHS）作為全廠共用，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是核電廠的應(yīng)急動力電源，其功能是當(dāng)核電廠內(nèi)主輔電源以及主發(fā)電機(jī)失電時，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在10s內(nèi)啟動并達(dá)到額定電壓和額定功率，向6.6kV母線輸出電力，確保應(yīng)急母線的供電的可靠性。

1 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)的流程及內(nèi)容

鑒于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在核電廠中的重要性，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)安裝完成后，在調(diào)試階段要進(jìn)行系統(tǒng)性的功能調(diào)試和試驗(yàn)。首先要進(jìn)行各輔助系統(tǒng)的功能驗(yàn)證，如冷卻水、燃油等系統(tǒng)、回路有無滲漏和泄露，且確保柴油發(fā)電機(jī)首次啟動前油盤、油箱等儲罐的液位顯示在正常的范圍之內(nèi)，燃油輸送泵和潤滑油輸送泵出的出口壓力和流量滿足設(shè)計要求，并驗(yàn)證預(yù)熱回路的功能滿足柴油機(jī)熱備用要求。接下來要對柴油發(fā)電機(jī)組的電氣部分進(jìn)行調(diào)試和功能試驗(yàn)，如測試柴油發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置的可用性：保證其電源供電正常，柜內(nèi)設(shè)備完整，參數(shù)設(shè)定符合設(shè)計要求，特別是保證各類保護(hù)參數(shù)的整定在要求的范圍內(nèi)、跳閘保護(hù)邏輯正確觸發(fā)等。前面的準(zhǔn)備工作完成后，就要進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組的首次啟動試驗(yàn)，在該次試驗(yàn)中同時驗(yàn)證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組各輔助系統(tǒng)的功能在柴油機(jī)運(yùn)行時能否滿足設(shè)計要求，但是在該試驗(yàn)中，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組空載運(yùn)行的，該次啟動是為后續(xù)帶載試驗(yàn)驗(yàn)證柴油機(jī)的可用性。在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組帶載試驗(yàn)開始前，要在靜態(tài)條件下檢查勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可用性，驗(yàn)證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在空載時勵磁電流和發(fā)電機(jī)定子電壓之間以及在短路條件下勵磁電流和發(fā)電機(jī)定子電流之間關(guān)系的正確性。最終要進(jìn)行驗(yàn)證柴油發(fā)電機(jī)組在負(fù)載下的運(yùn)行工況和在應(yīng)急狀況下各種啟動方式的可靠性及時間響應(yīng)。本文中講述的柴油機(jī)的功率異常波動問題，就是在柴油機(jī)組初次滿功率試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)的。

2 功率異常波動情況描述

在柴油發(fā)電機(jī)組初次帶負(fù)荷運(yùn)行時，柴油發(fā)電機(jī)組分別需要在10%、25%、50%、75%、100%和110%的功率平臺進(jìn)行依次增加功率且進(jìn)行不等時的運(yùn)行，其中在100%功率平臺上需要運(yùn)行22小時。在作者對某機(jī)組的B列柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行初次帶負(fù)荷試驗(yàn)時，啟動柴油發(fā)電機(jī)組并調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)電壓后進(jìn)行同期并網(wǎng)，按照既定試驗(yàn)程序依次調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率，并在10%、25%、50%、75%功率平臺上讀取、測量柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，一直加載到100%功率平臺，柴油發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)均未出現(xiàn)異常，在100%功率平臺上運(yùn)行3個小時后，發(fā)現(xiàn)該臺柴油發(fā)電機(jī)組的有功功率的波動范圍開始加大，在該次試驗(yàn)進(jìn)行時，電廠所在地區(qū)出現(xiàn)了臺風(fēng)天氣，所以認(rèn)為可能是外電網(wǎng)功率的波動導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組的功率波動，但是通過繼續(xù)監(jiān)視柴油發(fā)電機(jī)組功率歷史曲線圖發(fā)現(xiàn)，功率波動的范圍繼續(xù)擴(kuò)大——在6.2兆瓦至5.6兆瓦之間波動，繼續(xù)運(yùn)行4個小時后控制屏上出現(xiàn)了名為“500UC5”的故障報警，通過查看功率歷史曲線發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的有功功率最在故障報警出現(xiàn)時波動到2.7兆瓦，但又迅速恢復(fù)到了正常范圍內(nèi)——柴油發(fā)電機(jī)的有功功率恢復(fù)至6兆瓦左右。此后，柴油發(fā)電機(jī)組的有功功率一直保持在6兆瓦左右，再沒有出現(xiàn)大的波動。

3 功率異常波動的分析與解決

當(dāng)發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的功率開始波動時，試驗(yàn)人員首先就對柴油機(jī)潤滑油系統(tǒng)的壓力、溫度進(jìn)行了檢查，對柴油機(jī)驅(qū)動端和非驅(qū)動端的軸承溫度進(jìn)行了監(jiān)視，均在正常范圍內(nèi)。在功率波動過程中潤滑油油溫、壓差及軸承溫度等參數(shù)都未出現(xiàn)異常，都在限制值以內(nèi)。這在一定程度上排除柴油發(fā)電機(jī)組因潤滑油系統(tǒng)異常而損壞的可能性。同時對進(jìn)、排氣、冷卻水、燃油等各系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)及噪聲、異響進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果均未出現(xiàn)異常。此時判斷，功率的異常波動暫時不會對柴油發(fā)電機(jī)組造成瞬時損壞，所以決定在柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)、解決此問題，在功率開始異常波動時，最先想到的是對燃油系統(tǒng)進(jìn)行檢查，特別是對燃油系統(tǒng)中預(yù)過濾器及過濾的前后壓力參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測，四個壓力表的讀數(shù)均在正常范圍內(nèi)，沒有瞬時的異常壓力顯示。而該型號柴油發(fā)電機(jī)的燃油泵是機(jī)載泵，由柴油機(jī)本身直接驅(qū)動，燃油泵轉(zhuǎn)速異常的情況也被排除。燃油系統(tǒng)既然沒有異常，此時判斷功率的異常波動應(yīng)該是柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，當(dāng)“500UC5”報警在控制屏上出現(xiàn)時，這一判斷得到了確認(rèn)，“500UC5”報警顯示為柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的公共報警，該報警可能是由位移傳感器失效、轉(zhuǎn)速傳感器失效和線路故障等原因引起。根據(jù)掌握情況，對柴油機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)（ECS）的日志進(jìn)行了讀取，日志顯示該報警是由于油門齒條執(zhí)行偏差引起的。而這種原因的出現(xiàn)是柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的轉(zhuǎn)速傳感器傳輸或采集的數(shù)據(jù)不一致引起的。根據(jù)分析制定了如下排查方案：首先快速地檢查柴油機(jī)控制系統(tǒng)在柴油機(jī)本體外可以觸及的零部件，如對轉(zhuǎn)速傳感器安裝的緊固性進(jìn)行檢查，如果檢不出問題，再停機(jī)對轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行阻值進(jìn)行檢查，根據(jù)相關(guān)機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)速傳感器的阻值不一致會導(dǎo)值采集的數(shù)據(jù)的不一致。在第一步檢查過程中發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)主控制系統(tǒng)的油門齒條傳感器松動，發(fā)現(xiàn)該問題后對該傳感器進(jìn)行了緊固。緊固后再次讀取控制系統(tǒng)（ECS）日志，該傳感器已正常工作。功率波動現(xiàn)象的解釋：該型號柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)（ECS）由主系統(tǒng)和備用系統(tǒng)組成，在正常情況下柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速由主系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)，備用系統(tǒng)作為主系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，在主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，備用系統(tǒng)代替主系統(tǒng)工作。此次柴油機(jī)功率波動的原因是主系統(tǒng)的油門齒條傳感器是一個機(jī)械式的傳感器，由于傳感器松動導(dǎo)致傳出的數(shù)據(jù)失真，而備用系統(tǒng)的傳感器直接與執(zhí)行器連接并對其測量，當(dāng)兩者之間出現(xiàn)較大偏差時，即有功功率波動至2.7兆瓦時，柴油機(jī)的控制系統(tǒng)（ECS）出現(xiàn)報警，此時柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）判斷為主系統(tǒng)故障，柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的輔助系統(tǒng)代替主系統(tǒng)工作，這也是隨后柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率回歸到6兆瓦左右的原因。

【參考文獻(xiàn)】

[1]MTU Equipment operation and maintenance manual genset EDG[R].德國：MTU，2010.

[2]LHP/Q System Design Manual. Shanxi North MTU Diesel Co.Ltd[Z].

[3]邵茂良，楊明，楚萬秀，曾憲友.MTU396柴油機(jī)量類典型電控停機(jī)故障分析[J].柴油機(jī)，2010（07）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]