故障檢修與技術(shù)維護(hù)

柴油發(fā)電機(jī)常見故障及維修方法

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)作為我們生活中一種常見的動力機(jī)械，其故障診斷技術(shù)及狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)被人們廣泛關(guān)注。經(jīng)過一定的發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)中的故障特征提取及信息處理等已有了初步雛形。康明斯公司在本文分析柴油發(fā)電機(jī)常見故障及對應(yīng)影響因素的同時，對柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)行了展望，寄望于本文的描述會對我國柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展具有顯著的推動作用。

一、故障診斷技術(shù)的特征分析

 

      伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及自動化智能化程度的提升，柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)也得到了實質(zhì)性的發(fā)展。柴油發(fā)電機(jī)的故障診斷與其他機(jī)械故障診斷相類似，要通過故障機(jī)理的研究，結(jié)合故障信號的檢測及處理，進(jìn)而發(fā)展故障發(fā)生的真正原因，針對性的解決柴油發(fā)電機(jī)故障。例如下圖（圖1）中的缺缸現(xiàn)象，我們可以采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來進(jìn)行診斷。對于柴油發(fā)電機(jī)來說其常見的故障主要有：異常響聲（圖2）、壓氣機(jī)端密封環(huán)漏油、發(fā)動機(jī)功率下降、冒黑煙及機(jī)油耗上升等。

 

圖1 缺缸現(xiàn)象

圖2 敲缸異響

 

 

1、傳統(tǒng)診斷技術(shù)及其特征分析

    對于傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)來說，其可以從不同的角度出發(fā)：

（1）針對柴油發(fā)電機(jī)故障磨損狀態(tài)可借助潤滑油進(jìn)行分析，通過對光譜及鐵的含量等綜合分析，進(jìn)而獲知柴油發(fā)電機(jī)零件的磨損程度，此種方法叫作磨粒檢測分析法。

（2）從柴油發(fā)電機(jī)發(fā)生異常性及振動性進(jìn)行故障部位檢測的聲振檢測方法，其理論依據(jù)為聲發(fā)射檢測及振動分析法兩種。通常來說柴油發(fā)電機(jī)的參數(shù)與其故障的關(guān)聯(lián)性較大，因此，我們可以通過柴油發(fā)電機(jī)正常工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)速及溫度獲知其故障的原因，此種方法就是常見的熱力參數(shù)分析法。與此同時，瞬時轉(zhuǎn)速波動診斷法、故障樹診斷法等也是柴油發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)故障診斷技術(shù)。

2、現(xiàn)代故障診斷技術(shù)及其特征分析

    伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷演變發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)產(chǎn)生了多次改變。與此同時，傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)故障針對技術(shù)缺陷及弊端也不斷涌現(xiàn)。各行業(yè)對柴油發(fā)電機(jī)故障診斷的自動化水平有了更高的要求[4]。

（1）非線性動力系統(tǒng)理論法

      非線性動力系統(tǒng)理論指導(dǎo)下的柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法，為了有效避免線性故障分析法在非線性較為突出的船舶等行業(yè)造成定量誤差，柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法和非線性動力系統(tǒng)開始相互的融合。借助系統(tǒng)在正常工作時的工作狀態(tài)正常性，判斷故障產(chǎn)生的原因。通過此種方法可提升柴油發(fā)電機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確性及診斷結(jié)果的可靠性。

（2）信號處理技術(shù)法

      信號處理技術(shù)指導(dǎo)下的柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法，其借助譜分析，小波變換、序列分析及傅立葉變化等診斷方法獲知柴油發(fā)電機(jī)故障信息，此種方法在柴油發(fā)電機(jī)故障診斷領(lǐng)域具有重要的價值及意義。

（3）灰色系統(tǒng)理論法

      灰色系統(tǒng)理論指導(dǎo)下的柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法，模糊系統(tǒng)理論指導(dǎo)下的柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法。柴油發(fā)電機(jī)作為一個灰色系統(tǒng)，灰化到白化的過程實現(xiàn)了已知信息推出包含故障的未知特性信息。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論指導(dǎo)下的柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法，其涵蓋了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷、融合化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷。

（4）專家系統(tǒng)職能化法

      專家系統(tǒng)職能化柴油發(fā)電機(jī)故障診斷法，其根據(jù)實踐經(jīng)驗及理論知識設(shè)計出的一種職能程序，其為一種專門化的故障診斷系統(tǒng)。

 

二、故障診斷技術(shù)的發(fā)展

 

1、系統(tǒng)化故障診斷技術(shù)

    在柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)中已應(yīng)用了分形理論、混沌理論及映射理論等多種非線性動力系統(tǒng)理論。然而，在實際應(yīng)用過程中我們發(fā)現(xiàn)了仍存在一些問題需解決。為了有效豐富柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的實踐性及理論性，我們應(yīng)更好的發(fā)揮非線性動力理論的適用性及靈活性。進(jìn)而促使柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)向著更加系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

2、多元化故障診斷技術(shù)

    由于柴油發(fā)電機(jī)是一種集熱力、動力、摩擦及機(jī)械的多學(xué)科綜合化系統(tǒng)。所有柴油發(fā)電機(jī)故障具有一定的不確定性及復(fù)雜性。這就需要信息融合技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)故障診斷中發(fā)揮重要的作用。信息融合技術(shù)是一種可以借助多傳感器、單傳感器等的多元化方法，進(jìn)而實現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)故障特征信息的獲取。柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)和信息融合技術(shù)的有機(jī)融合有助于提升相關(guān)信息的獲取，與此同時，有助于改善傳統(tǒng)信息的處理方法。在整體上提升信息處理的能力，可以從一定程度上提升信息處理決策的正確性，促使柴油發(fā)電機(jī)故障診斷的精確度。

3、仿真化故障診斷技術(shù)

    伴隨著科技的發(fā)展，仿真技術(shù)被廣泛應(yīng)用到柴油發(fā)電機(jī)的故障診斷技術(shù)中。借助此種技術(shù)可有效降低柴油發(fā)電機(jī)的故障診斷時間及診斷成本，進(jìn)而緩解柴油發(fā)電機(jī)故障診斷樣本信息獲取中的高成本。與此同時，也可以解決故障診斷樣本的破壞性及難再現(xiàn)性特點。為柴油發(fā)電機(jī)故障診斷提供良好的開發(fā)平臺及檢驗平臺。所以，柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的仿真將會成為未來的一種大趨勢，框架圖如圖3所示。

4、智能化故障診斷技術(shù)

    智能化診斷技術(shù)流程如圖4所示。由于柴油發(fā)電機(jī)自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及形體的特點，導(dǎo)致其故障發(fā)生的原因較多，這就為柴油發(fā)電機(jī)故障診斷的時間及故障排除的效率造成了一定困難。因此，高速運(yùn)算、人工網(wǎng)絡(luò)及強(qiáng)邏輯性等智能方法技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)中的應(yīng)用，將會為柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展開辟一個全新的方式。與此同時，高科技、信息技術(shù)的不斷發(fā)展為智能化柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生帶來了便利條件。

 

圖3  柴油發(fā)電機(jī)非線性仿真系統(tǒng)

圖4  智能故障診斷流程圖

三、典型故障分析

 

1、啟動失敗

（1）蓄電池電壓低或內(nèi)阻偏大

      柴油發(fā)電機(jī)蓄電池電壓24 V,通常用兩組，每組兩個12 V的鉛酸蓄電池并聯(lián)在一起使用，輸出電壓為27 V,額定功率1 000 kW柴油發(fā)電機(jī)推薦使用200 Ah的蓄電池，確保啟動容量足夠。200 Ah的蓄電池內(nèi)阻應(yīng)為2—3 mil,對于蓄電池內(nèi)阻偏大要進(jìn)行更換。柴油發(fā)電機(jī)啟動失敗，首先檢査柴油發(fā)電機(jī)電壓、內(nèi)阻、容量是否滿足要求，同時，要重點檢查蓄電池的浮充模塊、啟動馬達(dá)是否正常。

（2）啟動回路故障

      柴油發(fā)電機(jī)啟動回路中一般設(shè)置啟動繼電器和一些中間繼電器，用于啟動柴油發(fā)電機(jī)。若柴油發(fā)電機(jī)無法啟動，需要對啟動繼電器及其他中間繼電器進(jìn)行檢查，校驗繼電器是否正確動作，檢査接線有無松動。在確認(rèn)24 V電源良好并已接入啟動回路的情況下，檢查啟動操作時繼電器是否有吸合動作。如果沒動作可檢查啟動繼電器線圈兩端電壓是否大于20 V的工作電壓，如正常而繼電器不動作則判斷繼電器損壞，應(yīng)立即予以更換；如果繼電器線圈兩端電壓不正常而表盤24 V電壓顯示正常時，則可判斷電鎖及連接線之間有接觸不良現(xiàn)象。

（3）電子調(diào)速器故障

      柴油發(fā)電機(jī)啟動失敗需要檢査電子調(diào)速器是否上電正常，接線有無松動。檢査電子調(diào)速器設(shè)置是否正常，特別是要檢査電位器的參數(shù)設(shè)置是否偏小，若電位器過小，則需要適當(dāng)調(diào)大電位器。

（4）控制器故障

      柴油發(fā)電機(jī)無法啟動，檢查控制器面板有無報警，檢査控制器事件記錄是否有告警。若有報警，先進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后再啟動柴油發(fā)電機(jī)，若無法復(fù)位，則根據(jù)報警內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步檢查，消除報警后，才能啟動柴油發(fā)電機(jī)。

2、并網(wǎng)失敗

（1）控制器故障

      當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗并網(wǎng)失敗時，要重點檢査柴油發(fā)電機(jī)控制器。首先，檢査控制器是否有報警，檢查控制器內(nèi)并網(wǎng)參數(shù)設(shè)置是否正確。對于一些控制器內(nèi)無并網(wǎng)功能，要檢査并網(wǎng)模塊是否工作正確。其次，要檢查并網(wǎng)回路元器件是否有損壞，接線有無松動。控制系統(tǒng)是眾智控制器為HGM9510和并網(wǎng)模塊GAC同步模塊搭接繼電器構(gòu)成，在一次帶載試驗中，并網(wǎng)失敗，經(jīng)過全面排查，最終發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)失敗原因為GAC同步模塊故障導(dǎo)致。因此，并網(wǎng)失敗要重點檢査同步模塊和并網(wǎng)回路或者控制器內(nèi)同步參數(shù)設(shè)置。

（2）斷路器故障

      柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗最重要的一步就是同期合并機(jī)開關(guān),因此，當(dāng)檢査控制器或者同步模塊無異常、并網(wǎng)控制回路或元件器無異常后需要重點檢査并機(jī)開關(guān)本體及回路。并機(jī)開關(guān)本體方面，將K0拉至檢修位，機(jī)械分、合閘，檢查分、合閘線圈是否正常，檢査并機(jī)系統(tǒng)脫扣線圈是否正常。并機(jī)系統(tǒng)二次回路，要重點檢査斷路器的輔助接點是否正常，接線有無松動，繼電器等元器件是否正常。

3、有功功率異常波動

（1）電子調(diào)速器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)

      柴油發(fā)電機(jī)組的有功輸出與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速存在線性關(guān)系。因此，柴油發(fā)電機(jī)組的調(diào)速特性影響著柴油機(jī)功率輸出的同時也決定了發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗出現(xiàn)有功功率異常波動時，要檢査調(diào)速器參數(shù)設(shè)置，特別是增益設(shè)置是否過大，若增益過大，可適當(dāng)調(diào)小。需要注意的是，在線調(diào)整電子調(diào)速器可能會導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)飛車，因此調(diào)整參數(shù)前一定要謹(jǐn)慎，做好風(fēng)險分析。

（2）控制系統(tǒng)異常

      柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗有功功率波動最根本的原因是控制系統(tǒng)異常。因此，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)有功功率異常波動，要重點檢查控制系統(tǒng)有無負(fù)載分配功能。某電廠柴油發(fā)電機(jī)控制器為HGM9510控制器，并網(wǎng)模塊為某國GAC同步模塊搭接繼電器構(gòu)成,當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)帶載試驗時，經(jīng)常出現(xiàn)有功功率大幅度波動，經(jīng)過多次檢査分析，最終確認(rèn)原因為控制系統(tǒng)沒有負(fù)載分配功能。經(jīng)過技術(shù)改造，將原控制系統(tǒng)升級為帶負(fù)載分配功能的深海8620控制器后，帶載試驗有功功率無波動。

4、電壓異常

      當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)空載試驗出現(xiàn)電壓異常時，要重點檢査調(diào)壓器參數(shù)是否設(shè)置不當(dāng)，必要時要進(jìn)行調(diào)壓器參數(shù)調(diào)整。調(diào)壓器參數(shù)調(diào)整時，控制器需要調(diào)整電壓參數(shù)。需要注意的是，調(diào)壓器參數(shù)調(diào)整必須嚴(yán)格按照說明書進(jìn)行調(diào)整。

5、轉(zhuǎn)速異常

      柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與調(diào)速器密切相關(guān)。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)異常時，需要重點檢查調(diào)速器是否故障，調(diào)速器參數(shù)設(shè)置是否正常。同時，調(diào)速器參數(shù)調(diào)整時要對控制器的轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)調(diào)速器和控制器檢査無異常時，要重點檢査轉(zhuǎn)速傳感器是否正常。

6、差動保護(hù)動作

      柴油發(fā)電機(jī)一般都配有差動保護(hù)。當(dāng)差動保護(hù)動作時，首先檢査差動保護(hù)動作是正確動作還是因為接線錯誤導(dǎo)致差流的誤動作。在柴油發(fā)電機(jī)調(diào)試階段，如果出現(xiàn)差動保護(hù)動作，要重點檢査差動保護(hù)用的兩組電流互感器是否存在接線錯誤或者電流互感器里面的一次電纜是否方向相反導(dǎo)致差流。其次，當(dāng)出現(xiàn)差動保護(hù)動作后，要檢査兩組電流互感器的保護(hù)范圍之間是否存在短路。必要時，需要對差動保護(hù)裝置進(jìn)行校驗，檢查保護(hù)裝置功能是否完好。

 

總結(jié)：

      康明斯發(fā)電機(jī)公司在上述文章中對柴油發(fā)電機(jī)故障診斷的特征進(jìn)行了詳述的分析，并分別從傳統(tǒng)及現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)及其特征方面進(jìn)行了細(xì)致的分析。與此同時，對柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)進(jìn)行了展望，本文的研究對我國柴油發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展具有顯著的借鑒意義。

 

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