柴油发电机功率波动问题的分析与解决

孙哲　栾向海

【摘 要】本文介绍了国内某核电厂柴油发电机组的机型号及功用，总结概述了柴油发电机组在调试阶段所需进行的试验流程及试验内容，对某次试验过程中柴油机功率波动的异常现象进行了描述，针对该功率波动的问题，作者结合该柴油机本身特点进行了分析，在解决该问题的同时，并对造成该现象的原因进行了解释。

【关键词】柴油发电机组；调试；功率异常波动

0 概述

本文涉及的应急柴油发电机组中的柴油机为德国MTU-Friedrichshafen公司生产20V956TB33型柴油机，这是一种直喷式四冲程柴油机，共有20个气缸，成60°V形分布，额定功率为5720kW，其润滑油系统、燃油系统、冷却水系统、压缩空气起动系统通过管道与柴油机本体连接，该柴油机直接拖动发电机形成应急柴油发电机组。在福清核电厂中，每台核电机组有两台应急柴油发电机组（LHP/LHQ）为其提供应急电源，另有一台柴油发电机组（LHS）作为全厂共用，应急柴油发电机组是核电厂的应急动力电源，其功能是当核电厂内主辅电源以及主发电机失电时，应急柴油发电机在10s内启动并达到额定电压和额定功率，向6.6kV母线输出电力，确保应急母线的供电的可靠性。

1 柴油发电机系统调试试验的流程及内容

鉴于应急柴油发电机系统在核电厂中的重要性，应急柴油发电机安装完成后，在调试阶段要进行系统性的功能调试和试验。首先要进行各辅助系统的功能验证，如冷却水、燃油等系统、回路有无渗漏和泄露，且确保柴油发电机首次启动前油盘、油箱等储罐的液位显示在正常的范围之内，燃油输送泵和润滑油输送泵出的出口压力和流量满足设计要求，并验证预热回路的功能满足柴油机热备用要求。接下来要对柴油发电机组的电气部分进行调试和功能试验，如测试柴油发电机组保护装置的可用性：保证其电源供电正常，柜内设备完整，参数设定符合设计要求，特别是保证各类保护参数的整定在要求的范围内、跳闸保护逻辑正确触发等。前面的准备工作完成后，就要进行柴油发电机组的首次启动试验，在该次试验中同时验证应急柴油发电机组各辅助系统的功能在柴油机运行时能否满足设计要求，但是在该试验中，柴油机发电机组空载运行的，该次启动是为后续带载试验验证柴油机的可用性。在应急柴油发电机组带载试验开始前，要在静态条件下检查励磁调节系统的可用性，验证应急柴油发电机组在空载时励磁电流和发电机定子电压之间以及在短路条件下励磁电流和发电机定子电流之间关系的正确性。最终要进行验证柴油发电机组在负载下的运行工况和在应急状况下各种启动方式的可靠性及时间响应。本文中讲述的柴油机的功率异常波动问题，就是在柴油机组初次满功率试验时发现的。

2 功率异常波动情况描述

在柴油发电机组初次带负荷运行时，柴油发电机组分别需要在10%、25%、50%、75%、100%和110%的功率平台进行依次增加功率且进行不等时的运行，其中在100%功率平台上需要运行22小时。在作者对某机组的B列柴油发电机组进行初次带负荷试验时，启动柴油发电机组并调整柴油发电机电压后进行同期并网，按照既定试验程序依次调整柴油发电机组运行功率，并在10%、25%、50%、75%功率平台上读取、测量柴油发电机组运行参数，一直加载到100%功率平台，柴油发电机组的各项参数均未出现异常，在100%功率平台上运行3个小时后，发现该台柴油发电机组的有功功率的波动范围开始加大，在该次试验进行时，电厂所在地区出现了台风天气，所以认为可能是外电网功率的波动导致柴油发电机组的功率波动，但是通过继续监视柴油发电机组功率历史曲线图发现，功率波动的范围继续扩大——在6.2兆瓦至5.6兆瓦之间波动，继续运行4个小时后控制屏上出现了名为“500UC5”的故障报警，通过查看功率历史曲线发现柴油发电机组的有功功率最在故障报警出现时波动到2.7兆瓦，但又迅速恢复到了正常范围内——柴油发电机的有功功率恢复至6兆瓦左右。此后，柴油发电机组的有功功率一直保持在6兆瓦左右，再没有出现大的波动。

3 功率异常波动的分析与解决

当发现柴油发电机组的功率开始波动时，试验人员首先就对柴油机润滑油系统的压力、温度进行了检查，对柴油机驱动端和非驱动端的轴承温度进行了监视，均在正常范围内。在功率波动过程中润滑油油温、压差及轴承温度等参数都未出现异常，都在限制值以内。这在一定程度上排除柴油发电机组因润滑油系统异常而损坏的可能性。同时对进、排气、冷却水、燃油等各系统内的各项参数及噪声、异响进行了监测，监测结果均未出现异常。此时判断，功率的异常波动暂时不会对柴油发电机组造成瞬时损坏，所以决定在柴油发电机组运行过程中发现、解决此问题，在功率开始异常波动时，最先想到的是对燃油系统进行检查，特别是对燃油系统中预过滤器及过滤的前后压力参数进行了监测，四个压力表的读数均在正常范围内，没有瞬时的异常压力显示。而该型号柴油发电机的燃油泵是机载泵，由柴油机本身直接驱动，燃油泵转速异常的情况也被排除。燃油系统既然没有异常，此时判断功率的异常波动应该是柴油发电机组转速控制系统出现了问题，当“500UC5”报警在控制屏上出现时，这一判断得到了确认，“500UC5”报警显示为柴油机控制系统（ECS）的公共报警，该报警可能是由位移传感器失效、转速传感器失效和线路故障等原因引起。根据掌握情况，对柴油机控制系统系统（ECS）的日志进行了读取，日志显示该报警是由于油门齿条执行偏差引起的。而这种原因的出现是柴油机控制系统（ECS）的转速传感器传输或采集的数据不一致引起的。根据分析制定了如下排查方案：首先快速地检查柴油机控制系统在柴油机本体外可以触及的零部件，如对转速传感器安装的紧固性进行检查，如果检不出问题，再停机对转速传感器进行阻值进行检查，根据相关机型的经验，转速传感器的阻值不一致会导值采集的数据的不一致。在第一步检查过程中发现柴油机主控制系统的油门齿条传感器松动，发现该问题后对该传感器进行了紧固。紧固后再次读取控制系统（ECS）日志，该传感器已正常工作。功率波动现象的解释：该型号柴油机的转速控制系统（ECS）由主系统和备用系统组成，在正常情况下柴油机的转速由主系统控制和调节，备用系统作为主系统的监护系统，在主系统出现故障时，备用系统代替主系统工作。此次柴油机功率波动的原因是主系统的油门齿条传感器是一个机械式的传感器，由于传感器松动导致传出的数据失真，而备用系统的传感器直接与执行器连接并对其测量，当两者之间出现较大偏差时，即有功功率波动至2.7兆瓦时，柴油机的控制系统（ECS）出现报警，此时柴油机控制系统（ECS）判断为主系统故障，柴油机控制系统（ECS）的辅助系统代替主系统工作，这也是随后柴油发电机组输出功率回归到6兆瓦左右的原因。

【参考文献】

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

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

[3]邵茂良，杨明，楚万秀，曾宪友.MTU396柴油机量类典型电控停机故障分析[J].柴油机，2010（07）.

[责任编辑：杨玉洁]