海洋平臺發電機組柴油機游車故障排查與改進措施

0 引言

某海洋石油平臺主電站配備了3臺柴油發電機組，均由KTA19-G3（M型康明斯柴油機和HCM534D1型船用三相交流無刷同步發電機配套組成。整個主電站為中線不接地絕緣系統，3臺柴油發電機組及其輔助系統安裝在下層甲板的主發電機間，發電機組的配電系統安裝在主開關間，為平臺上的各種設施和設備提供持續穩定的電力資源。

1故障現象

某海洋石油平臺主電站第2臺柴油發電機組（簡稱主機B）帶載功率為150kW。主機B進行常規保養運行7d后，其柴油機突然發生游車故障。柴油機游車是指柴油機在運轉過程中，不能隨著負荷的變化自動調節循環供油量，其轉速忽高忽低、運轉不穩定的故障。

該柴油機發生游車故障后，造成平臺電網波動、主機B主斷路器保護跳閘，導致平臺主電站失電。平臺主電站失電后，操縱主機B繼續試運行，帶載功率為 0kW 發電機頻率在 48～52Hz 范圍內波動。每次檢修后，主機B均可啟動并正常帶載運行，但是啟動運行7＼～10d后，該柴油機仍然發生游車故障。

2故障排查方法

分析認為，柴油機發生游車故障的一般原因，是其電控系統或者燃油供給系統出現故障。柴油機游車故障的排查，要結合工作經驗和實際情況，從與電控系統或者燃油供給系統相關的各個方面，按照由外到內、從簡單到復雜的順序，從柴油機外觀、平臺負載、電控系統、燃油供給系統以及充電裝置等方面逐一進行排查，以節約時間和提高效率。

3故障排查過程

3.1柴油機外觀排查

柴油機出現游車時，檢查其外觀良好，無變形和受外力撞擊現象；噪聲和振動有所增加，但無敲缸聲音；柴油機潤滑油液位和水溫正常；機體無油漬、水漬等異常液體殘留。發電機組保持運行狀態時，在柴油機PT泵的進油管接頭處涂抹潤滑油，潤滑油未被吸進進油管，表明進油管密封良好、沒有空氣進入[2。停機后檢查柴油機進排氣管道連接緊密，無松動和破損，電控線路沒有老化、短路、接頭松動現象。

3.2平臺負載排查

該石油平臺負載包括平臺生產設施、公用機械、照明系統、電熱系統、廚房用電設備和洗衣設備等。排查平臺負載時，平臺的生產流程穩定，負載變化為30kW左右。發電機組的額定功率為 350kW ，負載變化只占發電機組額定功率的 8.6% ，遠小于發電機組 80% 的突然加卸載能力。且主機B的帶載功率為 150kW ，帶載率為額定功率的 43% ，屬于輕載運行。根據理論數值和發電機組實際運行工況， 8.6% 的負載變化和 43% 的輕載運行均不會引起柴油機發生游車故障。

3.3電控系統結構和故障排查

3.3.1 電控系統結構

柴油機機旁儀表箱（LOCALPANEL）和現場控制盤（CONTROLPANEL）共同組成電控系統。機旁儀表箱上設有燃油壓力表、潤滑油壓力表、水溫表、油溫表、轉速表、排溫表、機旁/遙控開關、起動／停機及緊急停機按鈕，均屬于柴油機機帶設備。

現場控制盤內配置可編程邏輯控制器（PLC），面板上設有電壓表，電流表，頻率表等交流儀表，以及顯示發電機組工作狀態與報警的指示燈，控制發電機組的啟動、停機、試燈、消音、復位等按鈕。現場控制盤的主要功能包括發電機組自動啟停、故障報警停機、蓄電池充電和油水加熱控制等幾個部分，與柴油機、發電機、配電盤和中央控制室連接，是發電機組狀態監測和現場控制的核心。

現場控制盤接收發電機組停機、發電機電壓和柴油機轉速調節信號，經過轉換處理，將停機、調速和調壓信號，分別給到柴油機機旁儀表箱和發電機自動電壓調節系統（AVR），實現發電機組停機、柴油機轉速調節和發電機電壓調節功能。發電機組電氣控制系統如圖1所示。

3.3.2 故障排查

當柴油機發生游車故障、主機B主斷路器保護跳閘后，發電機組繼續運行，機旁儀表箱上的燃油壓力表、潤滑油壓力表、轉速表隨著柴油機轉速有規律的變化。現場控制盤上的電流表為零，電壓表、頻率表同樣隨著柴油機轉速有規律的變化，蜂鳴器報警，警示燈閃爍。

進行發電機組功能測試時，柴油機轉速調節系統失去速度調節功能，發電機自動電壓調節系統可正常工作。手觸中控室發電機組停機信號，發電機組立即停機且報警消失。經過多次測量和試驗，可以斷定，發電機組電壓調節系統、輔助控制信號和中控室停機信號運行正常。雖然柴油機轉速調節系統不能正常工作，但是仍然沒有找到游車故障的確切原因。

3.4燃油供給系統排查

3.4.1排查柴油質量

由供給船將柴油注入到海洋石油平臺的柴油儲存柜中，柴油儲存柜中的柴油經雙聯濾清器給日用柴油箱自動供油。柴油機燃燒后的剩余柴油，經回流管線回流至日用柴油箱。發生游車故障時，對日用柴油箱底層和進入發電機組柴油管路的柴油取樣，發現油樣清澈透明、無懸浮物、無鐵屑和油泥等雜質，3臺發電機組共用一個日用柴油箱和一段供油管路，主機A、C正常運行，由此可以確定柴油沒有受到污染。

3.4.2排查主要部件

KTA19-G3（M）型柴油機燃油供給系統由輸油泵、燃油濾清器、PT泵、噴油器和燃油管路等組成，采用康明斯PT直噴燃油和先進的EFC電子調速器系統。PT泵與其他燃油泵不同，其油量調節在PT泵中進行，燃油產生高壓和定時噴射在噴油器中完成，無高壓油管，各噴油器與同一PT泵相連[3]。EFC電子調速器系統包括安裝在柴油機飛輪殼上的轉速傳感器、安裝在PT泵上的執行器和安裝在遙控盤上的控制器3部分。

隨著時間的推移，游車故障發生次數增加，故障排查按照由外到內、由簡單到復雜的順序，依次更換了燃油供給系統的燃油濾器、轉速傳感器、PT泵、控制器以及連接的管路和線纜，但是故障現象仍然存在[4]。

3.5充電裝置排查

3.5.1充電裝置結構

KTA19-G3（M）型柴油機配備了1組24V蓄電池。當柴油機啟動時，蓄電池為啟動電動機提供電流，使柴油機順利啟動。啟動完成后，蓄電池擔負著為控制系統存儲電能和穩定系統電壓的作用。柴油機正常運轉時，其充電裝置（康明斯無刷發電機24V/35A）為蓄電池充電，同時為電控系統提供24V電源。

3.5.2 故障排查

查閱主機B運行記錄，得知每次游車故障間隔周期為7d左右。更換新蓄電池后，游車故障間隔周期變為10d左右。這說明游車故障發生的間隔與更換蓄電池有關。分析認為，如果柴油機的充電裝置損壞，在發電機組運行過程中，蓄電池持續放電卻得不到充電，電控系統的電壓會持續降低；當電壓過低時，調速系統無法正常工作，會導致柴油機游車。

啟動主機B，連續不斷地檢測蓄電池電壓，發現隨著主機B的運行，蓄電池電壓由剛啟機時的24.5V逐漸降低。經過2d時間，當蓄電池電壓降低到22V時將負載轉移給主機A，然后手動停止主機B。主機B停機后更換新的康明斯24V無刷發電機，啟機前測量蓄電池電壓為26V，啟動主機B并帶載運行，柴油機游車故障消失。

通過查找《康明斯查閱故障排除圖表》，發現在24V系統中，當電壓低于19V時，會造成電子調速器故障、導致柴油機游車，故障分析得到了印證。

4改進措施

4.1 優化充電流程

4.1.1現場控制盤24V充電器充電原理

現場控制盤配有一個24V充電器，當發電機組停機后，現場控制盤的24V充電器給蓄電池充電；當發電機組啟動和發電機運行時，220V電源斷開，現場控制盤的24V充電器停止運行。現場控制盤的24V充電器充電原理如圖2所示。

根據圖2分析，交流220V電源經過開關Q3，接到接觸器RA3主觸點，經RA3主觸點后再接入24V充電器。現場控制盤的24V充電器出口電源線直接連接到柴油機24V蓄電池組。K1為發電機組啟動狀態繼電器，K17為發電機組運行狀態繼電器，KC1為充電器報警繼電器。

當發電機組停止運行時，K1和K17繼電器常閉觸點閉合，接觸器RA3線圈得電，RA3主觸點閉合，現場控制盤的24V充電器給蓄電池充電；當發電機組啟動和運行時，K1和K17繼電器常閉觸點斷開，RA3主觸點斷開，現場控制盤的24V充電器停止給蓄電池充電。

4.1.2柴油機充電裝置損壞難以發現的原因

柴油機的24V充電裝置損壞后，在發電機組運行過程中，燃油和電控系統持續消耗蓄電池電能，蓄電池持續放電，電壓逐漸下降。當電壓低于19V時，引起電子調速器故障而導致柴油機游車。當柴油機因游車故障停機后，現場控制盤的24V充電器得電，開始給蓄電池充電。隨著檢修時長的增加，蓄電池電能儲量逐漸恢復，為下一次正常啟動做好了準備，同時也掩蓋了柴油機的24V充電裝置損壞導致蓄電池電壓降低的問題。

4.1.3優化充電流程的方法

通過對上述充電原理進行解讀，發現拆除損壞的柴油機24V充電裝置、短接K17繼電器常閉觸點、在現場控制盤的24V充電器處增加報警繼電器KC1后，在發電機組啟動時，現場控制盤的24V充電器停止工作。在發電機組運行時，現場控制盤的24V充電器保持給蓄電池充電，補充電控系統的電能損耗。在現場控制盤的24V充電器發生故障時，KC1常閉觸點閉合，發出聲光報警。這樣優化蓄電池充電流程，可直接判斷故障，且節省維修費用。

4.2更新控制設備

4.2.1現有控制設備的缺陷

平臺電站主要由柴油發電機組、現場控制盤、供配電系統和中控系統組成，各部分由不同的廠家生產，各廠家的控制理念不同。為實現更多功能，各部分需要相互連接，協同工作。復雜的連接關系導致出現一個故障時，需要在不同工況下，進行全系統排查。柴油機機旁儀表箱和現場控制盤沒有蓄電池電壓表，現場控制盤沒有單獨的蓄電池低電壓報警，故障報警信息沒有被記錄，對非自身部分沒有有效監控，導致增加故障排查難度。

4.2.2控制設備更新方法

更換新一代可編程邏輯控制器（PLC），增加觸摸屏，可實現人機交互。根據原PLC程序和各系統的連接關系，重新編寫PLC程序，對觸摸屏組態。通過更新控制設備，實現了發電機組運行狀態實時監控和故障報警實時記錄。

5結束語

啟動馬達運行正常，發電機組能夠啟動，說明蓄電池組不會發生饋電或者電壓過低，這種慣性思維，對工作人員排查柴油機游車故障產生了很大的誤區，是故障沒有及時排除的一個重要原因。雖然最后柴油機游車故障排除比較容易，但希望這種由易到難的故障排查思路和過程，以及對故障原因進行的分析和印證，能對同類柴油機游車故障的快速排查提供借鑒。監控系統的報警信息是故障定位的重要線索[5]，引進先進控制設備，加強系統融合，鎖定報警信息，在增加系統穩定性的同時能夠提高故障排查效率。

參考文獻

[1]宋國良.柴油機“游車”四步除[J].農業機械，2012（17）：60.DOI：10.16167/j.cnki.1000-9868.2012.17.015.

[2]劉俊卿，蒯云.康明斯發動機PT燃油系常見故障及預防措施和排除方法[J].山西交通科技.1998（8）：51-52.

[3]李莉，劉立，申焱華.柴油機P-T供油系故障診斷[J].有色設備，1996（6）：24-26.

[4]鄭齊清，劉太民.柴油發電機組頻率不穩故障分析與解決[J].世界海運，2017（9）：158-159.

[5]張潔，褚威威，李仕煒.柴油機調速系統典型故障案例分析[J].中國修船，2022（10）：35-39.