孫哲　欒向海

【摘 要】本文介紹了國(guó)內(nèi)某核電廠柴油發(fā)電機(jī)組的機(jī)型號(hào)及功用，總結(jié)概述了柴油發(fā)電機(jī)組在調(diào)試階段所需進(jìn)行的試驗(yàn)流程及試驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)某次試驗(yàn)過(guò)程中柴油機(jī)功率波動(dòng)的異?，F(xiàn)象進(jìn)行了描述，針對(duì)該功率波動(dòng)的問(wèn)題，作者結(jié)合該柴油機(jī)本身特點(diǎn)進(jìn)行了分析，在解決該問(wèn)題的同時(shí)，并對(duì)造成該現(xiàn)象的原因進(jìn)行了解釋。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)電機(jī)組；調(diào)試；功率異常波動(dòng)

0 概述

本文涉及的應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組中的柴油機(jī)為德國(guó)MTU-Friedrichshafen公司生產(chǎn)20V956TB33型柴油機(jī)，這是一種直噴式四沖程柴油機(jī)，共有20個(gè)氣缸，成60°V形分布，額定功率為5720kW，其潤(rùn)滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、壓縮空氣起動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)管道與柴油機(jī)本體連接，該柴油機(jī)直接拖動(dòng)發(fā)電機(jī)形成應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組。在福清核電廠中，每臺(tái)核電機(jī)組有兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（LHP/LHQ）為其提供應(yīng)急電源，另有一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組（LHS）作為全廠共用，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組是核電廠的應(yīng)急動(dòng)力電源，其功能是當(dāng)核電廠內(nèi)主輔電源以及主發(fā)電機(jī)失電時(shí)，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)在10s內(nèi)啟動(dòng)并達(dá)到額定電壓和額定功率，向6.6kV母線輸出電力，確保應(yīng)急母線的供電的可靠性。

1 柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)的流程及內(nèi)容

鑒于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在核電廠中的重要性，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)安裝完成后，在調(diào)試階段要進(jìn)行系統(tǒng)性的功能調(diào)試和試驗(yàn)。首先要進(jìn)行各輔助系統(tǒng)的功能驗(yàn)證，如冷卻水、燃油等系統(tǒng)、回路有無(wú)滲漏和泄露，且確保柴油發(fā)電機(jī)首次啟動(dòng)前油盤(pán)、油箱等儲(chǔ)罐的液位顯示在正常的范圍之內(nèi)，燃油輸送泵和潤(rùn)滑油輸送泵出的出口壓力和流量滿足設(shè)計(jì)要求，并驗(yàn)證預(yù)熱回路的功能滿足柴油機(jī)熱備用要求。接下來(lái)要對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的電氣部分進(jìn)行調(diào)試和功能試驗(yàn)，如測(cè)試柴油發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置的可用性：保證其電源供電正常，柜內(nèi)設(shè)備完整，參數(shù)設(shè)定符合設(shè)計(jì)要求，特別是保證各類(lèi)保護(hù)參數(shù)的整定在要求的范圍內(nèi)、跳閘保護(hù)邏輯正確觸發(fā)等。前面的準(zhǔn)備工作完成后，就要進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)組的首次啟動(dòng)試驗(yàn)，在該次試驗(yàn)中同時(shí)驗(yàn)證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組各輔助系統(tǒng)的功能在柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)能否滿足設(shè)計(jì)要求，但是在該試驗(yàn)中，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組空載運(yùn)行的，該次啟動(dòng)是為后續(xù)帶載試驗(yàn)驗(yàn)證柴油機(jī)的可用性。在應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組帶載試驗(yàn)開(kāi)始前，要在靜態(tài)條件下檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可用性，驗(yàn)證應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組在空載時(shí)勵(lì)磁電流和發(fā)電機(jī)定子電壓之間以及在短路條件下勵(lì)磁電流和發(fā)電機(jī)定子電流之間關(guān)系的正確性。最終要進(jìn)行驗(yàn)證柴油發(fā)電機(jī)組在負(fù)載下的運(yùn)行工況和在應(yīng)急狀況下各種啟動(dòng)方式的可靠性及時(shí)間響應(yīng)。本文中講述的柴油機(jī)的功率異常波動(dòng)問(wèn)題，就是在柴油機(jī)組初次滿功率試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。

2 功率異常波動(dòng)情況描述

在柴油發(fā)電機(jī)組初次帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組分別需要在10%、25%、50%、75%、100%和110%的功率平臺(tái)進(jìn)行依次增加功率且進(jìn)行不等時(shí)的運(yùn)行，其中在100%功率平臺(tái)上需要運(yùn)行22小時(shí)。在作者對(duì)某機(jī)組的B列柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行初次帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組并調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)電壓后進(jìn)行同期并網(wǎng)，按照既定試驗(yàn)程序依次調(diào)整柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行功率，并在10%、25%、50%、75%功率平臺(tái)上讀取、測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，一直加載到100%功率平臺(tái)，柴油發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)均未出現(xiàn)異常，在100%功率平臺(tái)上運(yùn)行3個(gè)小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)該臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組的有功功率的波動(dòng)范圍開(kāi)始加大，在該次試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，電廠所在地區(qū)出現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)天氣，所以認(rèn)為可能是外電網(wǎng)功率的波動(dòng)導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)組的功率波動(dòng)，但是通過(guò)繼續(xù)監(jiān)視柴油發(fā)電機(jī)組功率歷史曲線圖發(fā)現(xiàn)，功率波動(dòng)的范圍繼續(xù)擴(kuò)大——在6.2兆瓦至5.6兆瓦之間波動(dòng)，繼續(xù)運(yùn)行4個(gè)小時(shí)后控制屏上出現(xiàn)了名為“500UC5”的故障報(bào)警，通過(guò)查看功率歷史曲線發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的有功功率最在故障報(bào)警出現(xiàn)時(shí)波動(dòng)到2.7兆瓦，但又迅速恢復(fù)到了正常范圍內(nèi)——柴油發(fā)電機(jī)的有功功率恢復(fù)至6兆瓦左右。此后，柴油發(fā)電機(jī)組的有功功率一直保持在6兆瓦左右，再?zèng)]有出現(xiàn)大的波動(dòng)。

3 功率異常波動(dòng)的分析與解決

當(dāng)發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的功率開(kāi)始波動(dòng)時(shí)，試驗(yàn)人員首先就對(duì)柴油機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的壓力、溫度進(jìn)行了檢查，對(duì)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端的軸承溫度進(jìn)行了監(jiān)視，均在正常范圍內(nèi)。在功率波動(dòng)過(guò)程中潤(rùn)滑油油溫、壓差及軸承溫度等參數(shù)都未出現(xiàn)異常，都在限制值以內(nèi)。這在一定程度上排除柴油發(fā)電機(jī)組因潤(rùn)滑油系統(tǒng)異常而損壞的可能性。同時(shí)對(duì)進(jìn)、排氣、冷卻水、燃油等各系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)及噪聲、異響進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果均未出現(xiàn)異常。此時(shí)判斷，功率的異常波動(dòng)暫時(shí)不會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組造成瞬時(shí)損壞，所以決定在柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)、解決此問(wèn)題，在功率開(kāi)始異常波動(dòng)時(shí)，最先想到的是對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行檢查，特別是對(duì)燃油系統(tǒng)中預(yù)過(guò)濾器及過(guò)濾的前后壓力參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，四個(gè)壓力表的讀數(shù)均在正常范圍內(nèi)，沒(méi)有瞬時(shí)的異常壓力顯示。而該型號(hào)柴油發(fā)電機(jī)的燃油泵是機(jī)載泵，由柴油機(jī)本身直接驅(qū)動(dòng)，燃油泵轉(zhuǎn)速異常的情況也被排除。燃油系統(tǒng)既然沒(méi)有異常，此時(shí)判斷功率的異常波動(dòng)應(yīng)該是柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，當(dāng)“500UC5”報(bào)警在控制屏上出現(xiàn)時(shí)，這一判斷得到了確認(rèn)，“500UC5”報(bào)警顯示為柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的公共報(bào)警，該報(bào)警可能是由位移傳感器失效、轉(zhuǎn)速傳感器失效和線路故障等原因引起。根據(jù)掌握情況，對(duì)柴油機(jī)控制系統(tǒng)系統(tǒng)（ECS）的日志進(jìn)行了讀取，日志顯示該報(bào)警是由于油門(mén)齒條執(zhí)行偏差引起的。而這種原因的出現(xiàn)是柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的轉(zhuǎn)速傳感器傳輸或采集的數(shù)據(jù)不一致引起的。根據(jù)分析制定了如下排查方案：首先快速地檢查柴油機(jī)控制系統(tǒng)在柴油機(jī)本體外可以觸及的零部件，如對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器安裝的緊固性進(jìn)行檢查，如果檢不出問(wèn)題，再停機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行阻值進(jìn)行檢查，根據(jù)相關(guān)機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)速傳感器的阻值不一致會(huì)導(dǎo)值采集的數(shù)據(jù)的不一致。在第一步檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)主控制系統(tǒng)的油門(mén)齒條傳感器松動(dòng)，發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題后對(duì)該傳感器進(jìn)行了緊固。緊固后再次讀取控制系統(tǒng)（ECS）日志，該傳感器已正常工作。功率波動(dòng)現(xiàn)象的解釋?zhuān)涸撔吞?hào)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)（ECS）由主系統(tǒng)和備用系統(tǒng)組成，在正常情況下柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速由主系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)，備用系統(tǒng)作為主系統(tǒng)的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，在主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，備用系統(tǒng)代替主系統(tǒng)工作。此次柴油機(jī)功率波動(dòng)的原因是主系統(tǒng)的油門(mén)齒條傳感器是一個(gè)機(jī)械式的傳感器，由于傳感器松動(dòng)導(dǎo)致傳出的數(shù)據(jù)失真，而備用系統(tǒng)的傳感器直接與執(zhí)行器連接并對(duì)其測(cè)量，當(dāng)兩者之間出現(xiàn)較大偏差時(shí)，即有功功率波動(dòng)至2.7兆瓦時(shí)，柴油機(jī)的控制系統(tǒng)（ECS）出現(xiàn)報(bào)警，此時(shí)柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）判斷為主系統(tǒng)故障，柴油機(jī)控制系統(tǒng)（ECS）的輔助系統(tǒng)代替主系統(tǒng)工作，這也是隨后柴油發(fā)電機(jī)組輸出功率回歸到6兆瓦左右的原因。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]