某電廠黑啟動柴油機緊急跳閘分析

華東宜興抽水蓄能有限公司 陳鶴虎 夏斌強

某電廠黑啟動柴油機緊急跳閘分析

華東宜興抽水蓄能有限公司 陳鶴虎 夏斌強

針對某電廠一次黑啟動過程中發生的柴油機緊急停機故障，進行了相關保護檢測及空載及負荷試驗，并再次模擬黑啟動實驗，結合監控系統的報警信息及控制邏輯，分析了故障原因，發生過程及結果，提出處理方法及日常維護措施。此次停機故障及處理過程具有代表性，給出的分析思路及處理方法 對類似故障判別和處理具有一定參考意義。

黑啟動實驗；停機；故障分析；故障處理

一、故障經過

2013年10月29日下午15時，在一次黑啟動試驗時，當流程走至2號機自用盤Ⅱ母進線開關（保安配電側）時，柴油機突然緊急停機，柴油機出口開關、保安配電盤進線開關（柴油機側）、2號機組自用盤Ⅱ母進線開關（保安配電側）相繼自動跳開，各系統出現如下報警信息：

（1）柴油機本體： “Emergency shutdown”，控制器上無具體跳閘原因顯示。

（2）柴油發電機出口開關HD1：Diesel Gen Shutdown，查看事件記錄器，其中的“Under Voltage High”（低壓保護高值）與“Frequency Stage2”（低頻保護II段）保護啟動，其余保護未啟動。

（3）監控系統顯示，2號機自用盤Ⅱ母進線開關自動合閘時，2號機組1號球閥油泵自動啟動。

二、原因初步分析

故障發生后，根據監控報警記錄信息，最先懷疑2號球閥油泵（柴油機負荷）自啟動時，啟動沖擊較大，可能導致各開關保護誤動。球閥油泵瞬時啟動，該油泵額定功率55kW，額定電流105A，由于當時屬于重載啟動，經計算與現場試驗，啟動時沖擊負荷約有200kW，瞬時沖擊電流約500A，啟動沖擊持續時間約為2-3S。

得出的初步分析是由于球閥油位H報警已出現，球閥油泵將自動啟動補壓。進一步懷疑2號球閥油泵自啟動時，啟動沖擊較大，可能導致各開關保護誤動。為尋找跳閘原因，故障對柴油機負荷回路開關（柴油發電機出口開關HD1>保安配電盤進線開關（柴油機側）>2號機自用盤Ⅱ母進線開關）進行了保護檢測。

三個開關經檢測保護測試校驗，保護動作均正常。其中2號機自用盤Ⅱ母進線開關主保護為三段式電流保護，In=800A，單臺55kW油泵啟動時不可能導致該開關過流跳閘，排除2號機組自用盤跳閘的情況。保安配電盤進線開關容量與額定電流均大于2號機組自用盤，在開關保護校驗全部合格情況下，該開關也無過流跳閘可能。

根據上述分析，仍無法解釋一點，假設2號球閥油泵啟動時，2號機組自用盤因沖擊太大，開關過流或者母線壓力降低過多導致開關跳閘，但是該跳閘命令無通道傳遞給柴油發電機，柴油機無緊急停機的理由，也就是說柴油機緊急停機令必然與柴油發電機本體或其出口開關有直接的關系。

三、后續檢查發現問題

此后進行柴油機空載及帶負荷試驗時，出現了一些問題，主要包括：

（1）柴油發電機充電裝置損壞。該柴油發電機充電裝置上長期有AL報警無法復歸，充電裝置有時充電正常，有時充電不正常。經檢測發現該充電裝置有時輸出電壓只有14V，但顯示電壓為27V，充電裝置中有一組整流硅橋經常處于故障狀態，顯示電壓非實際充電電壓。

（2）柴油機啟動時，蓄電池壓降明顯比投運時大。現在蓄電池充滿電后，柴油機啟動時蓄電池壓降最低到17V，而約3年前記錄的啟動壓降最低到21V。

（3）2014年3月份一次柴油機帶負荷試驗中，也發現柴油機轉速不穩定現象。后排查發現是柴油機柴油濾芯有堵塞，更換機油及濾芯后該故障消除。

（4）從2014年4月份開始，該柴油發電機啟動后無法直接到達額定轉速，會進入怠速運行狀態（約560rpm）。后經多次檢查試驗發現，該現象產生的原因是柴油機啟動時，蓄電池壓降比運行初期更大，使控制器給油門執行閥的電壓降低，同樣的設定下其實降低了柴油機油門的出力；另一方面該柴油機由于啟動次數過少，導致執行器及其連桿有一定卡澀。

根據以上種種現象，維護人員認為柴油機與投運時相比，其性能有了較為明顯的變化，所以我們將黑啟動試驗時出現柴油機緊急停機的可疑原因放到柴油機本體上，并計劃再次進行各項試驗，模擬當時跳閘情況。

四、再次試驗情況及原因分析

2014年8月7日，在查清了1號柴油發電機啟動后怠速運轉現象，并確保該柴油機蓄電池已充至現情況下最滿，柴油機機油、機濾、柴慮等都進行了更換的條件下，柴油機空載連續啟動5次未出現轉速異常，維護人員再次進行了模擬黑啟動試驗。

本次試驗全部采用遠方操作，柴油機計劃帶保安配電盤、2號機組自用盤I、II母，并啟動2號機球閥（55kW）、技術供水系統（50kW）各1臺，加上保安配電盤上其他負荷，柴油機總負荷約200kW，試驗完成最后選擇拍停柴油機緊急停機按鈕，試驗時對柴油機及各配電盤上數據進行了實時記錄。以下是拍停柴油機緊急停機按鈕后主要報警記錄：

15∶03∶59.194 2號機組自用盤II母進線開關（保安側）保護跳閘

15∶04∶00.374 保安配電盤進線開關分閘

15∶04∶01.375 保安配電盤進線開關跳閘

15∶04∶24.662 柴油發電機不在運行狀態

根據試驗后拍停柴油機緊急停機按鈕后的情況，我們發現以下問題：柴油發電機出口開關（HD1）分合閘及保護動作情況同樣未在監控系統中顯示，現地盤柜上也只有柴油發電機緊急停機，而無保護動作信息。即柴油機拍停時，HD1直接分閘（見圖1），而非保護動作跳閘。

根據報警信息的不同，我們得出以下簡單結論：

圖1

檢查柴油發電機出口開關控制邏輯，發現柴油機Emergency open信號將直接導致斷路器分閘，斷路器不再發出任何保護動作信號，而13年10月29日黑啟動試驗時，柴油機出口開關上既有Emergency Shutdown信號，也有保護動作信號，這說明當時緊急停機的發令來源并非柴油發電機，Emergency Shutdown不是柴油發電機本體電磁閥動作或人員誤投入緊急停機按鈕，而是開關柜本體保護動作并傳遞給柴油發電機，使柴油發電機緊急跳閘的。該柴油發電機的電氣量檢測全部由柴油發電機出口開關實現，柴油機本體只設置了過速（Over speed）、冷卻水溫度高（Cooling water temp high）、油壓低（Lube oil pressure low）三組跳閘報警，并在控制面板上反饋。

柴油機的調速機構由一套名為ESD5330的裝置完成，與主控制程序是相互獨立的，它的作用是根據轉速設定及反饋，給出一個穩定的電壓值，驅動執行器控制柴油機油門，通過增、減供油的方式控制柴油機的轉速。根據該裝置的特點，蓄電池供電電壓、執行器動作準確性都將直接影響柴油機調速的準確性及快速性，同時柴油機本體的供油系統的性能也對調速性能有直接影響。

柴油機的出口電壓由AVR系統保持，勵磁電流很小，但是很小的電流變化將直接導致柴油發電機機端電壓劇烈變化，也就是說AVR的精度要求很高。根據出廠試驗報告顯示，微小的勵磁電流變化（約0.5A）將直接使出口線電壓由10kV降至7kV。AVR與柴油機調速性能存在一定關系，試驗說明轉速變化在5%內該裝置才可靠。

根據柴油發電機出口上述分析，得出該柴油發電機緊急停機的原因可能有以下幾點：

（1）柴油發電機蓄電池長期饋電，電調的供電直流電壓降低，進一步導致執行器輸出不準，同時也可能導致AVR調節的勵磁電流存在偏差。

（2）由于在本次試驗前，柴油機平常啟動次數偏少，且已有超過3年時間未進行帶負荷試驗，柴油的供油系統可能存在積碳，執行器操作機構存在卡澀現象，供油不暢導致轉速無法快速跟蹤。

（3）2014年5月柴油機空載啟停時，發現柴油機轉速不穩，經檢查發現柴油機柴濾比較臟，同樣在2013年進行黑啟動試驗前，濾芯正好處于即將到更換周期的狀況，這也可能導致黑啟動試驗時柴油機供油不暢，轉速下降更加明顯。

五、日常維護建議

根據以上原因分析，這里給出了一些柴油發電機日常運維建議。

（1）加密柴油發電機帶負荷運行的次數，如條件可以，應多帶負荷（70%額定以上）運行。

（2）縮短柴油發電機維護周期，原來的濾油及潤滑系統（含柴油機機油、機濾、柴慮等）更換周期建議為每兩年一次，建議改為一年一次或更短。

（3）帶負荷跟蹤發電機的機端電壓及頻率，便于做出比對分析。

（4）柴油機供油執行器應進行校驗，如校驗困難可以考慮更換新的。對其關鍵連接部位應進行潤滑處理。

（5）監控系統應增設柴油機本體及出口開關相關報警信息，方便設備信息排查。

陳鶴虎（1986—），男，江蘇阜寧人，大學本科，工程師，研究方向：抽水蓄能電站電氣二次。

夏斌強（1983—），男，江蘇宜興人，碩士，工程師，研究方向：抽水蓄能電站電氣一次。