12V 190型燃氣內燃機組啟動困難成因及對策研究

耿勝平

中國石油集團電能有限公司

大慶油田第九采油廠現有服役燃氣內燃發電機組10臺（龍一聯電站兩臺勝動500GF-PT型及兩臺濟柴600GF-TK1 機組，葡西電站三臺勝動500GFPT 型機組，新店電站一臺勝動500GF-PT 型機組，齊家北電站兩臺濟柴600GF-TK1機組），機組均由12V 190 型燃氣內燃發動機帶動1FC6 發電機發電，中國石油集團電能有限公司氣電公司油田外圍燃機分公司作為乙方已經為其機組運維十二年，面對生產過程遇到的各種問題，均圓滿解決。為能更好的讓相關技術人員深入了解燃氣內燃機啟動困難的成因，確保發電機組安全平穩發電，外圍燃機分公司專業人員結合多年工作經驗，對燃氣內燃機的組成原理、啟機流程及故障進行分析歸納，并總結出啟機困維的應對對策。

1 啟動系統概況

1.1 機組組成及啟動原理

機組啟動系統是由電氣啟動系統、可燃氣供給系統、點火系統、電子調速系統、潤滑系統及冷卻系統組成[1-2]。機組憑借外部能量源拖帶發動機轉動，同時將可燃氣與空氣混合，有序輸入到各氣缸內部，經高電壓點火混合氣，促使活塞往復運動，機組從低速狀態轉入工作狀態[3]。

1.2 機組成功啟動必備條件

（1）具備提供短時足夠大的啟動力矩及啟動轉速。

（2）燃燒室內可燃氣體和空氣混合比例調整適中，燃燒時熱效率足夠大。

（3）點火系統終端各路輸出電壓足夠大。

（4）控制柜內電控系統及保護回路工作正常，機組不存在缺油、斷水情況，且盤車正常。

（5）環境溫度適于機組啟動。

1.3 機組啟機流程

1.3.1 勝動500GF-PT型機組

（1）發電機組控制屏（PLT－500 型）送電。將盤面“直流啟動電源開關”“調速器電源開關”“電磁閥電源開關”“緊急停機開關”旋至開啟位置，“怠速/額定開關”旋至怠速位置[4]。

（2）連接發電機組啟動動力線，合閘送電。開啟預供油泵向發動機供油，踩下腳踏開關，按“預供油開關”按鈕或往復扳動“手動預供油泵”扳手向機組供油，使機油壓力大于1 bar。

（3）啟動發電機組。按下發動機啟動按鈕。機組啟動點火，按時不應超過5 s，迅速松開啟動按鈕，隨即踢開腳踏開關鎖扣。機組啟動成功后，先進行暖機，運行轉速保持在700 r/min，就地觀察J12VT監控儀及兩側缸溫控制器指示參數是否達到規定值，運行平穩后將“怠速/額定開關”旋至額定位置[5]。

（4）機組空載運行時，水溫及油溫均達到40 ℃以上，方可帶負荷運行。并網后，發動機高溫回水溫度保持在70～80 ℃之間，水溫及油溫均不大于90 ℃，機油壓力應在3.92～7.84 bar之間。

1.3.2 濟柴600GF-TK1型機組

（1）發電機控制屏（PLT－600 型）送電。將盤面“直流啟動電源開關”“調速器電源開關”“電磁閥電源開關”“緊急停機開關”旋至開啟位置，“怠速/額定開關”旋至怠速位置。

（2）連接機組啟動動力線，合閘送電。開啟預供油泵向發動機供油，踩下腳踏開關，按“預供油開關”按鈕或往復扳動“手動預供油泵”扳手向機組供油，使機油壓力大于1 bar。

（3）啟動發電機組。按下發動機啟動按鈕，機組啟動點火，按時不超過5 s，迅速松開啟動按鈕，隨即踢開腳踏開關鎖扣。機組啟動成功后，進行暖機，運行轉速保持在700 r/min，觀察儀表盤及排溫儀指示參數是否達到規定值，運行平穩后將“怠速/額定開關”旋至額定位置。

（4）機組空載運行，水溫及油溫均達到40 ℃以上，方可帶負荷運行。并網后，發動機高溫循環水水溫保持在75～85 ℃之間，水溫及油溫均不大于90 ℃，機油壓力應在4～8 bar之間。

2 啟動系統故障及分析

2.1 故障現象

（1）啟動力矩異常，拖帶機組時，啟動轉速低于90 r/min。

（2）啟動力矩正常，拖帶機組轉動正常，但發動機不著車。

（3）啟動轉速在300～600 r/min 之間時，發動機工作失速，當松開機組啟動按鈕，發動機快速停車。

2.2 啟動困難成因

通過對12V 190 型燃氣內燃機組故障的匯總，從電氣啟動系統、可燃氣供給系統、點火系統、環境溫度、進排氣系統及機組內部條件六方面闡述機組啟動困難的成因[6-10]。

2.2.1 電氣啟動系統

（1）蓄電池饋電。當蓄電池組維護保養不及時，電壓低于18 V(DC)，會導致執行器、控制器、電磁閥等無法正常工作[11]。

（2）啟動柜輸出直流電過低。啟動柜工作原理是將三相380 V(AC)動力電源，經過變壓器及橋式全波整流轉換成低電壓、大電流的直流電輸出給啟動馬達。故障多為柜內元器件（三相變壓器、二極管、熔斷器、交流接觸器等）長期使用損壞所致。

（3）電氣元件接觸不良。主要包括控制屏上各轉換開關或啟動按鈕因積碳接觸不良、損壞等。

（4）啟動馬達破損。按規定啟動馬達單次運行時間不得超出5 s，短時間內連續啟動不能超過三次。當未按規定連續啟動機組次數過多時，啟動馬達熱量無法散失，導致燒毀。

（5）保護回路動作。雖然機組控制屏“電磁閥”已送電，但熱控回路若收到停機信號（勝動機組由J12VT監控儀發出；濟柴機組就地由壓力開關發出）會將電磁閥電壓降至0，電磁閥因失電阻斷可燃氣體進入燃燒室。

（6）控制回路故障。勝動500GF-PT 機組采用2301A電子調速系統，常見的故障原因：轉速傳感器破損或執行器數據線絕緣老化導致執行器鎖定在全關位置，引起節氣門關閉，可燃氣體無法進入燃燒室；啟動燃料極限設置過低，轉速微調；電位器斷路；控制器燒損；前驅器故障；啟機怠速設置過低；執行器卡頓。濟柴600GF-TK1采用EGS-02調速系統，常見故障原因：進氣歧管壓力傳感器全部損壞導致執行器失電，引起節氣門關閉，可燃氣體無法進入燃燒室；ECU故障；執行器卡頓；燃料閥故障；轉速傳感器破損等造成啟機困難。

2.2.2 可燃氣供給系統

（1）當啟機轉速達到要求，無著車跡象時，若混合氣沒有進入氣缸內，此時執行器開度全開位，機組難啟動的成因為外部氣源壓力過低、電磁閥不開啟、調壓閥損壞導致其后側氣源壓力過低，節氣門總成機械卡頓等。

（2）當機組剛啟動轉速在100 r/min 左右時，僅部分氣缸工作，無法啟機著車，多是混合比調整不合適，進入機組各缸燃燒室內的混合氣空燃比超出預期范圍。

2.2.3 點火系統

（1）勝動500GF-PT 機組。點火系統（圖1）異常導致啟動困難的成因如下：①點火桿長期使用或產品質量差，點火能量小，出現弱火或斷火；②點火桿長期使用或存放不當，電極間的間隙變小，點火桿受潮、絕緣差、內阻過大；③高壓線破損或接觸不良；④高壓點火線圈破損，日常維護不當，造成線圈匝間短路、內部氧化、觸點接觸不良；⑤機組中磁電機點火電壓低、點火脈沖弱。

（2）濟柴600GF-TK1 機組。點火系統異常導致機組啟動困難的成因如下：①電源電壓超出10～32 V(DC)，MIC 500 點火控制器損壞；②信號傳感器破損；③點火系統中線路絕緣性能差，點火能量小。

2.2.4 環境溫度

發動機冷態啟動、長期停運及環境溫度過低會造成機油黏稠度增大，運轉阻力變大，發動機轉速過低而很難著車。

2.2.5 進排氣系統

（1）發動機的進氣管尾部防爆門損壞，進氣系統中進氣歧管漏氣嚴重。

（2）空氣濾清器中濾芯堵塞嚴重（保養不及時、沙塵天氣多），只有可燃氣進入氣缸內。

（3）發動機的排氣管總成堵塞，氣道流通不暢致使氣缸內進入的混合氣受阻。

（4）配氣正時漂移，造成點火時限偏差嚴重而著車困難。

2.2.6 機組內部條件

（1）機組因缺油、斷水非正常停機后，致使軸承燒死、抱軸及活塞熔化嚴重阻礙機組啟動。

（2）氣缸蓋內下護套膠圈老化致使密封不嚴滲水，造成頂缸。

（3）氣缸內有異物（如進排氣門破損或座圈掉茬）。

3 啟動困難的應對對策

3.1 電控系統

（1）技術人員首先要掌握12V 190 型燃氣內燃機組電控系統各部件結構及其工作原理，和常用表（萬用表、兆歐表、數字鉗形表等）的使用方法。

（2）確保人和設備安全，不擴大故障范圍，掌握元器件特性及回路組成。步驟為：科學分析故障成因→合理校驗元器件→確認并修復故障點→定期復查。

（3）對勝動500GF-PT 型燃氣機組，以執行器（圖2）在啟機時的開度作為分界線，按下啟動按鈕，執行器正常動作為全開后迅速關到最小位置。當執行器不動作則依次查控制回路、元器件（如：2301A電子調速器、轉速探頭、相關數據線、前驅動器等）、直流電源回路及熱控保護回路；當執行器處于全開位置并保持時，說明進氣不足，應排查可燃氣供給系統。

圖2 執行器Fig.2 Actuator

（4）對濟柴600GF-TK1 型燃氣機組，以執行器在啟機時的開度作為分界線，按下啟動按鈕，執行器正常動作為全開后迅速關到最小位置。當執行器不動作或失電首先刷機（通過電腦將程序重新寫入ECU 中），然后依次查找壓力模塊、轉速探頭、相關數據線、直流供電回路、保護回路是否誤動，各轉換開關等是否正常；當執行器處于全開位置并保持時，說明進氣不足，應排查可燃氣供給系統。

3.2 可燃氣供給系統

（1）電磁閥的排查。電磁閥工作電壓是24 V(DC)，接通電源應聽到“咔”的聲響，無聲則查供電或更換電磁閥。

（2）調壓閥的排查。用壓力校驗儀測量調壓閥進出壓力，混合增壓前的燃氣發電機組調壓閥后壓力應為0.000 8～0.001 2 bar，調壓閥前壓力應為0.01～0.05 bar，超差則更換。

（3）節氣門拒動的排查。節氣門的動作是由調速系統控制的。若節氣門拒動，首先應檢查調速控制器供電電源，測量調速器電壓是否為24 V(DC)。再檢查轉速微調電位器是否觸點接觸不良、損壞或者開路，將萬用表調至電阻當，測量電位器阻值應在0～100 Ω范圍內線性變化。轉速傳感器與機組飛輪齒圈間隙應在0.5～1.0 mm之間，轉速傳感器的直流電阻為194～224 Ω。

（4）節氣門小幅度動作的排查。檢查機組兩側節氣門是否同步且能完全打開、關閉，如節氣門動作幅度小，應調整調速控制器上的燃料極限電位器至刻度10，至少調至7。

（5）混合器的排查。手動調節混合氣無法使可燃氣與空氣混合均勻。勝動500GF-PT 機組混合器位于節氣門前，應檢查內部膜片是否損壞及各膜片運動軌跡；濟柴600GF-TK1 機組混合器位于渦輪增壓器前，應檢查其內側是否發生形變。

3.3 點火系統

（1）將高壓點火線連點火桿一端處拔出約10 mm，關閉氣源，啟動機組，觀察間隙處有無火花及火花的強弱。火花應強且伴有“啪啪”聲響。

（2）如火花弱，檢查高壓點火線和低壓線是否破損。用萬用表測量高壓點火線和低壓線的電阻均應小于1 Ω。

（3）高壓包排查。高壓包內部應無氧化，高壓包的初級線圈電阻為11～12 Ω，次級繞組電阻為6.3 kΩ，超差則更換。

（4）磁電機的排查。啟機前，旋轉磁電機的航空插頭。將數字萬用表打到250 V(DC)檔，表紅筆接磁電機插針G，表黑筆接磁電機殼體。手動盤車，插針G 與地之間的電壓顯示180～200 V(DC)為正常。

（5）MIC500 點火控制器的排查。技術人員可通過點火控制器上蓋頂部發光二極管的閃爍次數判斷故障狀態。

（6）點火桿的檢查。點火桿的電極處無油污，點火桿的間隙應為0.5～0.8 mm（圖3），電阻不大于25 kΩ，中心電極對外殼絕緣電阻不小于50 MΩ。當點火桿電阻大于25 KΩ或間隙超差時，易導致點火弱或斷火，應及時更換。

圖3 檢測點火桿Fig.3 Testing the ignition rod

4 結論

通過對12V 190 型燃氣內燃機機組啟動困難的成因分析，從電控系統、可燃氣供給系統及點火系統三個方面制定對策，能及時排除12V 190型燃氣內燃機啟機困難故障，并在很大程度上為機組檢修方案提供了依據，為后期解決機組故障積累了寶貴經驗，同時可極大地提高生產效率，確保機組安全、平穩運行。