陳慶旭 雷超 汪可 郭俊材 陳芃吉 肖克雅 徐來

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組是應(yīng)急配電系統(tǒng)重要組成部分，預(yù)熱裝置作為柴油發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備其作用為維持柴油機(jī)水溫和滑油溫度始終保持在要求范圍，尤其是在低溫環(huán)境下起到保護(hù)機(jī)體的作用。確保柴油機(jī)在低溫環(huán)境下可隨時(shí)啟動(dòng)，并在最短時(shí)間內(nèi)逐級加載到全負(fù)荷，無需柴油發(fā)電機(jī)組怠速運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)升溫過程，可減少不必要的零件磨損和油耗，延長柴油機(jī)使用壽命。本文基于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組預(yù)熱裝置工作原理，通過分析其工作環(huán)境、設(shè)計(jì)原理，研究預(yù)熱裝置故障原因，并提出優(yōu)化方案，對預(yù)熱裝置系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，有效解決預(yù)熱問題。

關(guān)鍵詞：預(yù)熱系統(tǒng);電加熱器;應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組

中圖分類號：TM314? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0124-03

0? 引言

柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)性能與環(huán)境溫度有關(guān)，尤其對核電機(jī)組，要求機(jī)組在任何時(shí)候都能正常啟動(dòng)，并在最短時(shí)間內(nèi)逐級加載到全負(fù)荷[1]。對柴油機(jī)的機(jī)油和冷卻水溫度都有嚴(yán)格規(guī)定。為使柴油發(fā)電機(jī)組始終處于隨時(shí)能工作帶載的備用狀態(tài)，特設(shè)置了預(yù)熱裝置這一配套設(shè)備，保證柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)自動(dòng)加溫、恒溫的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，機(jī)組啟動(dòng)前冷卻水溫度≥55℃、潤滑油溫度≥40℃，但在實(shí)驗(yàn)期間并不能滿足設(shè)計(jì)要求。

1? 預(yù)熱工藝

本系統(tǒng)預(yù)熱裝置為外設(shè)裝置，預(yù)熱系統(tǒng)主要設(shè)備有：高溫水預(yù)熱泵、滑油預(yù)熱泵、電加熱器、換熱器、控制柜、滑油管道、冷卻水管路組成。具體流程如圖1所示。

圖1中黑色管路為高溫冷卻水管路，紅色為潤滑油管路。在機(jī)組預(yù)熱過程中，高溫水經(jīng)過高溫水電加熱器加熱后通過換熱器加熱潤滑油，加熱后的高溫水與潤滑油一起進(jìn)入機(jī)組，對機(jī)組起到預(yù)熱作用，使機(jī)組始終處于熱備狀態(tài)。

電加熱器設(shè)定功率為24kW，按照設(shè)計(jì)要求電機(jī)熱器的加熱控制可選擇為自動(dòng)運(yùn)行模式，當(dāng)水溫低于55℃時(shí)加熱器自動(dòng)啟動(dòng)工作，當(dāng)水溫加熱到65℃時(shí)停止加熱，使水溫始終大于55℃。

2? 電加熱器問題分析

在機(jī)組預(yù)熱過程出現(xiàn)電加熱控制回路中熔斷器與熔斷器上端空開同時(shí)燒毀現(xiàn)象，查看柴油機(jī)高溫水溫度、潤滑油溫度巡檢記錄發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度始終穩(wěn)定40～44℃之間，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。圖2為預(yù)熱系統(tǒng)控制柜原理圖。

現(xiàn)場預(yù)熱過程中兩臺機(jī)組同時(shí)出現(xiàn)KM2燒糊、導(dǎo)線與KM2連接處出現(xiàn)燒容現(xiàn)象、FU2熔斷現(xiàn)象，1#機(jī)組KM2 B項(xiàng)導(dǎo)線與KM2連接處出現(xiàn)燒糊，導(dǎo)線與KM2連接處出現(xiàn)燒容現(xiàn)象，F(xiàn)U2 A項(xiàng)熔斷器燒斷。具體如圖3所示。

根據(jù)圖2所示電加熱器為△聯(lián)接，在額定值下正常運(yùn)行時(shí)，每相繞組的相電流為電加熱器額定電流（線電流）的1/倍。當(dāng)A相斷開，A相、C相繞組串聯(lián)后，再與B相繞組并聯(lián)接在B、C兩相電源上運(yùn)行。在額定負(fù)載不變時(shí)，B相繞組的相電流將是最大的，為正常運(yùn)行時(shí)的2倍（即為電加熱器額定電流的1.16倍）而線路上的線電流增大到額定電流的倍。熔斷器座選用的為RT28-36，熔斷器芯額定電流為50A，電加熱器額定功率為24kW，運(yùn)行時(shí)測得運(yùn)行電流為32.6A，缺項(xiàng)情況下運(yùn)行B項(xiàng)電流約為61.2遠(yuǎn)大于熔斷器設(shè)定電流。所以導(dǎo)致熔斷器燒毀的原因?yàn)殡娂訜崞鞯娜表?xiàng)運(yùn)行[2]。

現(xiàn)場更換出現(xiàn)KM2斷路器、導(dǎo)線、熔斷器后將電加熱器重新投入使用。在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)KM2斷路器至FU2斷路器間導(dǎo)線溫度異常導(dǎo)線平均溫度為51.3℃，導(dǎo)線與熔斷器接口處最高溫度達(dá)到90℃，如圖4所示。

根據(jù)以上情況分析KM2連接處出現(xiàn)燒糊是因?yàn)閷?dǎo)線溫度過高引起，導(dǎo)線與KM2連接處因高溫熔化使得兩者間斷開，導(dǎo)致了電加熱器缺項(xiàng)運(yùn)行。但在更換熔斷器、斷路器、導(dǎo)線后現(xiàn)場情況并為得到解決，在長期運(yùn)行過程中熔斷器FU2與斷路器KM2之間導(dǎo)線平均溫度始終位于55-60℃之間。

根據(jù)圖2預(yù)熱系統(tǒng)控制柜原理圖可知電加熱器的工作方式應(yīng)為間斷工作及將高溫冷卻水加熱至65℃時(shí)電加熱器停止工作，高溫冷卻水溫低于55℃時(shí)啟動(dòng)加熱，通過現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)高溫冷卻水溫度持續(xù)穩(wěn)于40-45℃，預(yù)熱溫度無法達(dá)到最低設(shè)定溫度。

整個(gè)加熱回路，預(yù)熱系統(tǒng)中高溫水電加熱器作為該系統(tǒng)中唯一熱源其功率為24kW。柴油發(fā)電機(jī)組、高溫膨脹水箱，這兩部分可以當(dāng)做系統(tǒng)中兩個(gè)熱用戶?？赏ㄟ^測量其進(jìn)出溫差來計(jì)算其熱耗。

機(jī)組熱耗：高溫水預(yù)熱泵流量為5m3/h，潤滑油預(yù)熱泵流量為5m3/h，測量高溫冷卻水、潤滑油進(jìn)出機(jī)組溫差，測量時(shí)間間隔為4小時(shí)一次，數(shù)據(jù)如表1機(jī)組水溫油溫巡檢表所示。

冷卻水成分為90%的去離子水加上10%的乙二醇，取冷卻水比熱容為4.2*103J/kg℃，查證潤滑油比熱容為1.88*103J/kg℃。根據(jù)能量守恒定律熱源產(chǎn)生的熱量應(yīng)大于等于系統(tǒng)中兩熱用戶消耗的熱量。

設(shè)Q1為電加熱器產(chǎn)生的熱量：Q1=W電加熱器*ΔT? （ΔT為電加熱器工作時(shí)間）;

Q1=24kW*4h*3600s=3.456*108J;

設(shè)冷卻水消耗熱量為Q2：Q2=C水*Δt水*q水*ΔT*水;

C水為水的比熱容、Δt水溫度變化、q水為冷卻水流量、ΔT為單位時(shí)間、？籽水的密度。

Q2=4.2*103J/kg℃*4h*5m3/h*Δt*1000kg/m3=2.688*108J;

設(shè)潤滑油消耗熱量為Q3：Q3=C油*Δt油*q油*ΔT*油;

C油為水的比熱容、Δt油溫度變化、q油為潤滑油流量、ΔT為單位時(shí)間、？籽油潤滑油的密度。

Q3=1.88*103J/℃*4h*5m3/h*Δt*910kg/m3≈0.752*108J;

Q2+Q3=3.44*108;

Q1>Q2+Q3，考慮到外部管道的熱耗：Q4，Q1？叟Q2+Q3+Q4，電熱器于環(huán)境散熱已達(dá)較為平衡的狀態(tài)，通過加熱器冷卻水溫度已達(dá)到平衡，溫度無法再有大幅度變化。

由表1所示溫度冷卻水溫度維持在：40～45℃，滑油溫度維持在：35～40℃，得出電加熱器始終處于運(yùn)行狀態(tài)，不符合電加熱器自動(dòng)啟停設(shè)置。

通過以上分析得出，電加熱器連續(xù)不間斷的不正常運(yùn)行使得熔斷器FU2與斷路器KM2之間導(dǎo)線溫度升高，特別是導(dǎo)線與熔斷器FU2連接處與斷路器KM2連接處的溫度，導(dǎo)致斷路器KM2與導(dǎo)線連接處出現(xiàn)燒熔致使電加熱器缺項(xiàng)運(yùn)行，燒毀熔斷器。電加熱器故障原因推演如圖5所示。

3? 故障處理

針對上述問題提出了以下兩種方案：

①跟換大功率電加熱器，使電加熱器滿足設(shè)計(jì)運(yùn)行模式;②與應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)廠家溝通得知應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)要求必須滿足潤滑油溫度≥40℃，若潤滑油溫度滿足要求則冷卻水溫度可適當(dāng)降低。由此可改變預(yù)熱系統(tǒng)配電原理，解決導(dǎo)線溫升問題即可。

結(jié)合現(xiàn)場考慮由于電加熱器布置位于應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)房負(fù)一樓地下-8m位置且電加熱器相對體積較大，不易拆裝更換所以暫不考慮更換電加熱器事宜[3]。

通過圖4KM2斷路器至FU2斷路器間紅外溫感圖觀察發(fā)現(xiàn)在熔斷器FU2與斷路器KM2之間溫度最高位置位于導(dǎo)線與熔斷器FU2連接處，溫度由線與熔斷器FU2連接處傳值斷路器KM2。熔斷器FU2在該電路中起到過流保護(hù)，可將熔斷器FU2更換為IC65N-C50型號斷路器。更換后KM2斷路器至IC65N-C50斷路器間紅外溫感圖如圖6所示。

跟換熔斷器FU2后在機(jī)組預(yù)熱過程中電加熱器持續(xù)不間斷運(yùn)行，通過巡檢測得由斷路器KM2至斷路器溫度穩(wěn)定與20～25℃屬于正常范圍。至此，柴油發(fā)電機(jī)組預(yù)熱問題完成故障處理與驗(yàn)證。

4? 結(jié)論

通過對柴發(fā)機(jī)組冷卻水預(yù)熱工藝、加熱器控制原理、電加熱器缺相運(yùn)行的透徹分析，預(yù)熱過程電加熱器的持續(xù)不間斷運(yùn)行使得熔斷器FU2與斷路器KM2之間導(dǎo)線溫度升高，導(dǎo)線與熔斷器FU2連接處與斷路器KM2連接處的溫度異常增高，導(dǎo)致斷路器KM2與導(dǎo)線連接處出現(xiàn)燒熔致使電加熱器缺項(xiàng)運(yùn)行，燒毀熔斷器。將熔斷器更換后，對機(jī)組預(yù)熱，預(yù)熱過程中巡檢結(jié)果均滿足要求，機(jī)組預(yù)熱系故障問題完成了故障處理與驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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[3]荀向紅.某型柴油發(fā)電機(jī)組冷卻水系統(tǒng)故障及改進(jìn)措施[J].柴油機(jī)，2014.