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故障检修与技术维护 |
柴油发电机常见故障及维修方法 |
摘要：柴油发电机作为我们生活中一种常见的动力机械，其故障诊断技术及状态监测技术被人们广泛关注。经过一定的发展，柴油发电机故障诊断技术中的故障特征提取及信息处理等已有了初步雏形。康明斯公司在本文分析柴油发电机常见故障及对应影响因素的同时，对柴油发电机故障诊断技术的进一步发展进行了展望，寄望于本文的描述会对我国柴油发电机故障诊断技术的发展具有显著的推动作用。
一、故障诊断技术的特征分析
伴随科学技术的不断发展及自动化智能化程度的提升，柴油发电机故障诊断技术也得到了实质性的发展。柴油发电机的故障诊断与其他机械故障诊断相类似，要通过故障机理的研究，结合故障信号的检测及处理，进而发展故障发生的真正原因，针对性的解决柴油发电机故障。例如下图（图1）中的缺缸现象，我们可以采用现代科学技术来进行诊断。对于柴油发电机来说其常见的故障主要有：异常响声（图2）、压气机端密封环漏油、发动机功率下降、冒黑烟及机油耗上升等。
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图1 缺缸现象 |
图2 敲缸异响 |
1、传统诊断技术及其特征分析
对于传统柴油发电机故障诊断技术来说，其可以从不同的角度出发：
（1）针对柴油发电机故障磨损状态可借助润滑油进行分析，通过对光谱及铁的含量等综合分析，进而获知柴油发电机零件的磨损程度，此种方法叫作磨粒检测分析法。
（2）从柴油发电机发生异常性及振动性进行故障部位检测的声振检测方法，其理论依据为声发射检测及振动分析法两种。通常来说柴油发电机的参数与其故障的关联性较大，因此，我们可以通过柴油发电机正常工作状态的转速及温度获知其故障的原因，此种方法就是常见的热力参数分析法。与此同时，瞬时转速波动诊断法、故障树诊断法等也是柴油发电机传统故障诊断技术。
2、现代故障诊断技术及其特征分析
伴随着科学技术的不断演变发展，柴油发电机故障诊断技术产生了多次改变。与此同时，传统的柴油发电机故障针对技术缺陷及弊端也不断涌现。各行业对柴油发电机故障诊断的自动化水平有了更高的要求[4]。
（1）非线性动力系统理论法
非线性动力系统理论指导下的柴油发电机故障诊断法，为了有效避免线性故障分析法在非线性较为突出的船舶等行业造成定量误差，柴油发电机故障诊断法和非线性动力系统开始相互的融合。借助系统在正常工作时的工作状态正常性，判断故障产生的原因。通过此种方法可提升柴油发电机故障诊断的准确性及诊断结果的可靠性。
（2）信号处理技术法
信号处理技术指导下的柴油发电机故障诊断法，其借助谱分析，小波变换、序列分析及傅立叶变化等诊断方法获知柴油发电机故障信息，此种方法在柴油发电机故障诊断领域具有重要的价值及意义。
（3）灰色系统理论法
灰色系统理论指导下的柴油发电机故障诊断法，模糊系统理论指导下的柴油发电机故障诊断法。柴油发电机作为一个灰色系统，灰化到白化的过程实现了已知信息推出包含故障的未知特性信息。模糊神经网络理论指导下的柴油发电机故障诊断法，其涵盖了神经网络故障诊断、融合化神经网络故障诊断及模糊神经网络故障诊断。
（4）专家系统职能化法
专家系统职能化柴油发电机故障诊断法，其根据实践经验及理论知识设计出的一种职能程序，其为一种专门化的故障诊断系统。
二、故障诊断技术的发展
1、系统化故障诊断技术
在柴油发电机故障诊断技术中已应用了分形理论、混沌理论及映射理论等多种非线性动力系统理论。然而，在实际应用过程中我们发现了仍存在一些问题需解决。为了有效丰富柴油发电机故障诊断技术的实践性及理论性，我们应更好的发挥非线性动力理论的适用性及灵活性。进而促使柴油发电机故障诊断技术向着更加系统化的方向发展。
2、多元化故障诊断技术
由于柴油发电机是一种集热力、动力、摩擦及机械的多学科综合化系统。所有柴油发电机故障具有一定的不确定性及复杂性。这就需要信息融合技术在柴油发电机故障诊断中发挥重要的作用。信息融合技术是一种可以借助多传感器、单传感器等的多元化方法，进而实现柴油发电机故障特征信息的获取。柴油发电机故障诊断技术和信息融合技术的有机融合有助于提升相关信息的获取，与此同时，有助于改善传统信息的处理方法。在整体上提升信息处理的能力，可以从一定程度上提升信息处理决策的正确性，促使柴油发电机故障诊断的精确度。
3、仿真化故障诊断技术
伴随着科技的发展，仿真技术被广泛应用到柴油发电机的故障诊断技术中。借助此种技术可有效降低柴油发电机的故障诊断时间及诊断成本，进而缓解柴油发电机故障诊断样本信息获取中的高成本。与此同时，也可以解决故障诊断样本的破坏性及难再现性特点。为柴油发电机故障诊断提供良好的开发平台及检验平台。所以，柴油发电机故障诊断技术的仿真将会成为未来的一种大趋势，框架图如图3所示。
4、智能化故障诊断技术
智能化诊断技术流程如图4所示。由于柴油发电机自身结构的复杂性及形体的特点，导致其故障发生的原因较多，这就为柴油发电机故障诊断的时间及故障排除的效率造成了一定困难。因此，高速运算、人工网络及强逻辑性等智能方法技术在柴油发电机故障诊断技术中的应用，将会为柴油发电机故障诊断技术的发展开辟一个全新的方式。与此同时，高科技、信息技术的不断发展为智能化柴油发电机故障诊断技术的产生带来了便利条件。
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图3 柴油发电机非线性仿真系统 |
图4 智能故障诊断流程图 |
三、典型故障分析
1、启动失败
（1）蓄电池电压低或内阻偏大
柴油发电机蓄电池电压24 V,通常用两组，每组两个12 V的铅酸蓄电池并联在一起使用，输出电压为27 V,额定功率1 000 kW柴油发电机推荐使用200 Ah的蓄电池，确保启动容量足够。200 Ah的蓄电池内阻应为2—3 mil,对于蓄电池内阻偏大要进行更换。柴油发电机启动失败，首先检査柴油发电机电压、内阻、容量是否满足要求，同时，要重点检查蓄电池的浮充模块、启动马达是否正常。
（2）启动回路故障
柴油发电机启动回路中一般设置启动继电器和一些中间继电器，用于启动柴油发电机。若柴油发电机无法启动，需要对启动继电器及其他中间继电器进行检查，校验继电器是否正确动作，检査接线有无松动。在确认24 V电源良好并已接入启动回路的情况下，检查启动操作时继电器是否有吸合动作。如果没动作可检查启动继电器线圈两端电压是否大于20 V的工作电压，如正常而继电器不动作则判断继电器损坏，应立即予以更换；如果继电器线圈两端电压不正常而表盘24 V电压显示正常时，则可判断电锁及连接线之间有接触不良现象。
（3）电子调速器故障
柴油发电机启动失败需要检査电子调速器是否上电正常，接线有无松动。检査电子调速器设置是否正常，特别是要检査电位器的参数设置是否偏小，若电位器过小，则需要适当调大电位器。
（4）控制器故障
柴油发电机无法启动，检查控制器面板有无报警，检査控制器事件记录是否有告警。若有报警，先进行复位，复位后再启动柴油发电机，若无法复位，则根据报警内容进行进一步检查，消除报警后，才能启动柴油发电机。
2、并网失败
（1）控制器故障
当柴油发电机带载试验并网失败时，要重点检査柴油发电机控制器。首先，检査控制器是否有报警，检查控制器内并网参数设置是否正确。对于一些控制器内无并网功能，要检査并网模块是否工作正确。其次，要检查并网回路元器件是否有损坏，接线有无松动。控制系统是众智控制器为HGM9510和并网模块GAC同步模块搭接继电器构成，在一次带载试验中，并网失败，经过全面排查，最终发现并网失败原因为GAC同步模块故障导致。因此，并网失败要重点检査同步模块和并网回路或者控制器内同步参数设置。
（2）断路器故障
柴油发电机带载试验最重要的一步就是同期合并机开关,因此，当检査控制器或者同步模块无异常、并网控制回路或元件器无异常后需要重点检査并机开关本体及回路。并机开关本体方面，将K0拉至检修位，机械分、合闸，检查分、合闸线圈是否正常，检査并机系统脱扣线圈是否正常。并机系统二次回路，要重点检査断路器的辅助接点是否正常，接线有无松动，继电器等元器件是否正常。
3、有功功率异常波动
（1）电子调速器参数设置不当
柴油发电机组的有功输出与柴油机的转速存在线性关系。因此，柴油发电机组的调速特性影响着柴油机功率输出的同时也决定了发电机有功功率的输出。当柴油发电机带载试验出现有功功率异常波动时，要检査调速器参数设置，特别是增益设置是否过大，若增益过大，可适当调小。需要注意的是，在线调整电子调速器可能会导致柴油发电机飞车，因此调整参数前一定要谨慎，做好风险分析。
（2）控制系统异常
柴油发电机带载试验有功功率波动最根本的原因是控制系统异常。因此，当柴油发电机有功功率异常波动，要重点检查控制系统有无负载分配功能。某电厂柴油发电机控制器为HGM9510控制器，并网模块为某国GAC同步模块搭接继电器构成,当柴油发电机带载试验时，经常出现有功功率大幅度波动，经过多次检査分析，最终确认原因为控制系统没有负载分配功能。经过技术改造，将原控制系统升级为带负载分配功能的深海8620控制器后，带载试验有功功率无波动。
4、电压异常
当柴油发电机空载试验出现电压异常时，要重点检査调压器参数是否设置不当，必要时要进行调压器参数调整。调压器参数调整时，控制器需要调整电压参数。需要注意的是，调压器参数调整必须严格按照说明书进行调整。
5、转速异常
柴油发电机转速与调速器密切相关。当柴油发电机转速出现异常时，需要重点检查调速器是否故障，调速器参数设置是否正常。同时，调速器参数调整时要对控制器的转速参数进行设置。当调速器和控制器检査无异常时，要重点检査转速传感器是否正常。
6、差动保护动作
柴油发电机一般都配有差动保护。当差动保护动作时，首先检査差动保护动作是正确动作还是因为接线错误导致差流的误动作。在柴油发电机调试阶段，如果出现差动保护动作，要重点检査差动保护用的两组电流互感器是否存在接线错误或者电流互感器里面的一次电缆是否方向相反导致差流。其次，当出现差动保护动作后，要检査两组电流互感器的保护范围之间是否存在短路。必要时，需要对差动保护装置进行校验，检查保护装置功能是否完好。
总结：
康明斯发电机公司在上述文章中对柴油发电机故障诊断的特征进行了详述的分析，并分别从传统及现代柴油发电机故障诊断技术及其特征方面进行了细致的分析。与此同时，对柴油发电机故障诊断技术进行了展望，本文的研究对我国柴油发电机故障诊断技术的发展具有显著的借鉴意义。
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