耿勝平

中國石油集團電能有限公司

大慶油田第九采油廠現(xiàn)有服役燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組10臺（龍一聯(lián)電站兩臺勝動500GF-PT型及兩臺濟柴600GF-TK1 機組，葡西電站三臺勝動500GFPT 型機組，新店電站一臺勝動500GF-PT 型機組，齊家北電站兩臺濟柴600GF-TK1機組），機組均由12V 190 型燃氣內(nèi)燃發(fā)動機帶動1FC6 發(fā)電機發(fā)電，中國石油集團電能有限公司氣電公司油田外圍燃機分公司作為乙方已經(jīng)為其機組運維十二年，面對生產(chǎn)過程遇到的各種問題，均圓滿解決。為能更好的讓相關技術人員深入了解燃氣內(nèi)燃機啟動困難的成因，確保發(fā)電機組安全平穩(wěn)發(fā)電，外圍燃機分公司專業(yè)人員結合多年工作經(jīng)驗，對燃氣內(nèi)燃機的組成原理、啟機流程及故障進行分析歸納，并總結出啟機困維的應對對策。

1 啟動系統(tǒng)概況

1.1 機組組成及啟動原理

機組啟動系統(tǒng)是由電氣啟動系統(tǒng)、可燃氣供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、電子調(diào)速系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)組成[1-2]。機組憑借外部能量源拖帶發(fā)動機轉(zhuǎn)動，同時將可燃氣與空氣混合，有序輸入到各氣缸內(nèi)部，經(jīng)高電壓點火混合氣，促使活塞往復運動，機組從低速狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)[3]。

1.2 機組成功啟動必備條件

（1）具備提供短時足夠大的啟動力矩及啟動轉(zhuǎn)速。

（2）燃燒室內(nèi)可燃氣體和空氣混合比例調(diào)整適中，燃燒時熱效率足夠大。

（3）點火系統(tǒng)終端各路輸出電壓足夠大。

（4）控制柜內(nèi)電控系統(tǒng)及保護回路工作正常，機組不存在缺油、斷水情況，且盤車正常。

（5）環(huán)境溫度適于機組啟動。

1.3 機組啟機流程

1.3.1 勝動500GF-PT型機組

（1）發(fā)電機組控制屏（PLT－500 型）送電。將盤面“直流啟動電源開關”“調(diào)速器電源開關”“電磁閥電源開關”“緊急停機開關”旋至開啟位置，“怠速/額定開關”旋至怠速位置[4]。

（2）連接發(fā)電機組啟動動力線，合閘送電。開啟預供油泵向發(fā)動機供油，踩下腳踏開關，按“預供油開關”按鈕或往復扳動“手動預供油泵”扳手向機組供油，使機油壓力大于1 bar。

（3）啟動發(fā)電機組。按下發(fā)動機啟動按鈕。機組啟動點火，按時不應超過5 s，迅速松開啟動按鈕，隨即踢開腳踏開關鎖扣。機組啟動成功后，先進行暖機，運行轉(zhuǎn)速保持在700 r/min，就地觀察J12VT監(jiān)控儀及兩側缸溫控制器指示參數(shù)是否達到規(guī)定值，運行平穩(wěn)后將“怠速/額定開關”旋至額定位置[5]。

（4）機組空載運行時，水溫及油溫均達到40 ℃以上，方可帶負荷運行。并網(wǎng)后，發(fā)動機高溫回水溫度保持在70～80 ℃之間，水溫及油溫均不大于90 ℃，機油壓力應在3.92～7.84 bar之間。

1.3.2 濟柴600GF-TK1型機組

（1）發(fā)電機控制屏（PLT－600 型）送電。將盤面“直流啟動電源開關”“調(diào)速器電源開關”“電磁閥電源開關”“緊急停機開關”旋至開啟位置，“怠速/額定開關”旋至怠速位置。

（2）連接機組啟動動力線，合閘送電。開啟預供油泵向發(fā)動機供油，踩下腳踏開關，按“預供油開關”按鈕或往復扳動“手動預供油泵”扳手向機組供油，使機油壓力大于1 bar。

（3）啟動發(fā)電機組。按下發(fā)動機啟動按鈕，機組啟動點火，按時不超過5 s，迅速松開啟動按鈕，隨即踢開腳踏開關鎖扣。機組啟動成功后，進行暖機，運行轉(zhuǎn)速保持在700 r/min，觀察儀表盤及排溫儀指示參數(shù)是否達到規(guī)定值，運行平穩(wěn)后將“怠速/額定開關”旋至額定位置。

（4）機組空載運行，水溫及油溫均達到40 ℃以上，方可帶負荷運行。并網(wǎng)后，發(fā)動機高溫循環(huán)水水溫保持在75～85 ℃之間，水溫及油溫均不大于90 ℃，機油壓力應在4～8 bar之間。

2 啟動系統(tǒng)故障及分析

2.1 故障現(xiàn)象

（1）啟動力矩異常，拖帶機組時，啟動轉(zhuǎn)速低于90 r/min。

（2）啟動力矩正常，拖帶機組轉(zhuǎn)動正常，但發(fā)動機不著車。

（3）啟動轉(zhuǎn)速在300～600 r/min 之間時，發(fā)動機工作失速，當松開機組啟動按鈕，發(fā)動機快速停車。

2.2 啟動困難成因

通過對12V 190 型燃氣內(nèi)燃機組故障的匯總，從電氣啟動系統(tǒng)、可燃氣供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、環(huán)境溫度、進排氣系統(tǒng)及機組內(nèi)部條件六方面闡述機組啟動困難的成因[6-10]。

2.2.1 電氣啟動系統(tǒng)

（1）蓄電池饋電。當蓄電池組維護保養(yǎng)不及時，電壓低于18 V(DC)，會導致執(zhí)行器、控制器、電磁閥等無法正常工作[11]。

（2）啟動柜輸出直流電過低。啟動柜工作原理是將三相380 V(AC)動力電源，經(jīng)過變壓器及橋式全波整流轉(zhuǎn)換成低電壓、大電流的直流電輸出給啟動馬達。故障多為柜內(nèi)元器件（三相變壓器、二極管、熔斷器、交流接觸器等）長期使用損壞所致。

（3）電氣元件接觸不良。主要包括控制屏上各轉(zhuǎn)換開關或啟動按鈕因積碳接觸不良、損壞等。

（4）啟動馬達破損。按規(guī)定啟動馬達單次運行時間不得超出5 s，短時間內(nèi)連續(xù)啟動不能超過三次。當未按規(guī)定連續(xù)啟動機組次數(shù)過多時，啟動馬達熱量無法散失，導致燒毀。

（5）保護回路動作。雖然機組控制屏“電磁閥”已送電，但熱控回路若收到停機信號（勝動機組由J12VT監(jiān)控儀發(fā)出；濟柴機組就地由壓力開關發(fā)出）會將電磁閥電壓降至0，電磁閥因失電阻斷可燃氣體進入燃燒室。

（6）控制回路故障。勝動500GF-PT 機組采用2301A電子調(diào)速系統(tǒng)，常見的故障原因：轉(zhuǎn)速傳感器破損或執(zhí)行器數(shù)據(jù)線絕緣老化導致執(zhí)行器鎖定在全關位置，引起節(jié)氣門關閉，可燃氣體無法進入燃燒室；啟動燃料極限設置過低，轉(zhuǎn)速微調(diào)；電位器斷路；控制器燒損；前驅(qū)器故障；啟機怠速設置過低；執(zhí)行器卡頓。濟柴600GF-TK1采用EGS-02調(diào)速系統(tǒng)，常見故障原因：進氣歧管壓力傳感器全部損壞導致執(zhí)行器失電，引起節(jié)氣門關閉，可燃氣體無法進入燃燒室；ECU故障；執(zhí)行器卡頓；燃料閥故障；轉(zhuǎn)速傳感器破損等造成啟機困難。

2.2.2 可燃氣供給系統(tǒng)

（1）當啟機轉(zhuǎn)速達到要求，無著車跡象時，若混合氣沒有進入氣缸內(nèi)，此時執(zhí)行器開度全開位，機組難啟動的成因為外部氣源壓力過低、電磁閥不開啟、調(diào)壓閥損壞導致其后側氣源壓力過低，節(jié)氣門總成機械卡頓等。

（2）當機組剛啟動轉(zhuǎn)速在100 r/min 左右時，僅部分氣缸工作，無法啟機著車，多是混合比調(diào)整不合適，進入機組各缸燃燒室內(nèi)的混合氣空燃比超出預期范圍。

2.2.3 點火系統(tǒng)

（1）勝動500GF-PT 機組。點火系統(tǒng)（圖1）異常導致啟動困難的成因如下：①點火桿長期使用或產(chǎn)品質(zhì)量差，點火能量小，出現(xiàn)弱火或斷火；②點火桿長期使用或存放不當，電極間的間隙變小，點火桿受潮、絕緣差、內(nèi)阻過大；③高壓線破損或接觸不良；④高壓點火線圈破損，日常維護不當，造成線圈匝間短路、內(nèi)部氧化、觸點接觸不良；⑤機組中磁電機點火電壓低、點火脈沖弱。

（2）濟柴600GF-TK1 機組。點火系統(tǒng)異常導致機組啟動困難的成因如下：①電源電壓超出10～32 V(DC)，MIC 500 點火控制器損壞；②信號傳感器破損；③點火系統(tǒng)中線路絕緣性能差，點火能量小。

2.2.4 環(huán)境溫度

發(fā)動機冷態(tài)啟動、長期停運及環(huán)境溫度過低會造成機油黏稠度增大，運轉(zhuǎn)阻力變大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低而很難著車。

2.2.5 進排氣系統(tǒng)

（1）發(fā)動機的進氣管尾部防爆門損壞，進氣系統(tǒng)中進氣歧管漏氣嚴重。

（2）空氣濾清器中濾芯堵塞嚴重（保養(yǎng)不及時、沙塵天氣多），只有可燃氣進入氣缸內(nèi)。

（3）發(fā)動機的排氣管總成堵塞，氣道流通不暢致使氣缸內(nèi)進入的混合氣受阻。

（4）配氣正時漂移，造成點火時限偏差嚴重而著車困難。

2.2.6 機組內(nèi)部條件

（1）機組因缺油、斷水非正常停機后，致使軸承燒死、抱軸及活塞熔化嚴重阻礙機組啟動。

（2）氣缸蓋內(nèi)下護套膠圈老化致使密封不嚴滲水，造成頂缸。

（3）氣缸內(nèi)有異物（如進排氣門破損或座圈掉茬）。

3 啟動困難的應對對策

3.1 電控系統(tǒng)

（1）技術人員首先要掌握12V 190 型燃氣內(nèi)燃機組電控系統(tǒng)各部件結構及其工作原理，和常用表（萬用表、兆歐表、數(shù)字鉗形表等）的使用方法。

（2）確保人和設備安全，不擴大故障范圍，掌握元器件特性及回路組成。步驟為：科學分析故障成因→合理校驗元器件→確認并修復故障點→定期復查。

（3）對勝動500GF-PT 型燃氣機組，以執(zhí)行器（圖2）在啟機時的開度作為分界線，按下啟動按鈕，執(zhí)行器正常動作為全開后迅速關到最小位置。當執(zhí)行器不動作則依次查控制回路、元器件（如：2301A電子調(diào)速器、轉(zhuǎn)速探頭、相關數(shù)據(jù)線、前驅(qū)動器等）、直流電源回路及熱控保護回路；當執(zhí)行器處于全開位置并保持時，說明進氣不足，應排查可燃氣供給系統(tǒng)。

圖2 執(zhí)行器Fig.2 Actuator

（4）對濟柴600GF-TK1 型燃氣機組，以執(zhí)行器在啟機時的開度作為分界線，按下啟動按鈕，執(zhí)行器正常動作為全開后迅速關到最小位置。當執(zhí)行器不動作或失電首先刷機（通過電腦將程序重新寫入ECU 中），然后依次查找壓力模塊、轉(zhuǎn)速探頭、相關數(shù)據(jù)線、直流供電回路、保護回路是否誤動，各轉(zhuǎn)換開關等是否正常；當執(zhí)行器處于全開位置并保持時，說明進氣不足，應排查可燃氣供給系統(tǒng)。

3.2 可燃氣供給系統(tǒng)

（1）電磁閥的排查。電磁閥工作電壓是24 V(DC)，接通電源應聽到“咔”的聲響，無聲則查供電或更換電磁閥。

（2）調(diào)壓閥的排查。用壓力校驗儀測量調(diào)壓閥進出壓力，混合增壓前的燃氣發(fā)電機組調(diào)壓閥后壓力應為0.000 8～0.001 2 bar，調(diào)壓閥前壓力應為0.01～0.05 bar，超差則更換。

（3）節(jié)氣門拒動的排查。節(jié)氣門的動作是由調(diào)速系統(tǒng)控制的。若節(jié)氣門拒動，首先應檢查調(diào)速控制器供電電源，測量調(diào)速器電壓是否為24 V(DC)。再檢查轉(zhuǎn)速微調(diào)電位器是否觸點接觸不良、損壞或者開路，將萬用表調(diào)至電阻當，測量電位器阻值應在0～100 Ω范圍內(nèi)線性變化。轉(zhuǎn)速傳感器與機組飛輪齒圈間隙應在0.5～1.0 mm之間，轉(zhuǎn)速傳感器的直流電阻為194～224 Ω。

（4）節(jié)氣門小幅度動作的排查。檢查機組兩側節(jié)氣門是否同步且能完全打開、關閉，如節(jié)氣門動作幅度小，應調(diào)整調(diào)速控制器上的燃料極限電位器至刻度10，至少調(diào)至7。

（5）混合器的排查。手動調(diào)節(jié)混合氣無法使可燃氣與空氣混合均勻。勝動500GF-PT 機組混合器位于節(jié)氣門前，應檢查內(nèi)部膜片是否損壞及各膜片運動軌跡；濟柴600GF-TK1 機組混合器位于渦輪增壓器前，應檢查其內(nèi)側是否發(fā)生形變。

3.3 點火系統(tǒng)

（1）將高壓點火線連點火桿一端處拔出約10 mm，關閉氣源，啟動機組，觀察間隙處有無火花及火花的強弱?；鸹☉獜娗野橛小芭九尽甭曧憽?/p>

（2）如火花弱，檢查高壓點火線和低壓線是否破損。用萬用表測量高壓點火線和低壓線的電阻均應小于1 Ω。

（3）高壓包排查。高壓包內(nèi)部應無氧化，高壓包的初級線圈電阻為11～12 Ω，次級繞組電阻為6.3 kΩ，超差則更換。

（4）磁電機的排查。啟機前，旋轉(zhuǎn)磁電機的航空插頭。將數(shù)字萬用表打到250 V(DC)檔，表紅筆接磁電機插針G，表黑筆接磁電機殼體。手動盤車，插針G 與地之間的電壓顯示180～200 V(DC)為正常。

（5）MIC500 點火控制器的排查。技術人員可通過點火控制器上蓋頂部發(fā)光二極管的閃爍次數(shù)判斷故障狀態(tài)。

（6）點火桿的檢查。點火桿的電極處無油污，點火桿的間隙應為0.5～0.8 mm（圖3），電阻不大于25 kΩ，中心電極對外殼絕緣電阻不小于50 MΩ。當點火桿電阻大于25 KΩ或間隙超差時，易導致點火弱或斷火，應及時更換。

圖3 檢測點火桿Fig.3 Testing the ignition rod

4 結論

通過對12V 190 型燃氣內(nèi)燃機機組啟動困難的成因分析，從電控系統(tǒng)、可燃氣供給系統(tǒng)及點火系統(tǒng)三個方面制定對策，能及時排除12V 190型燃氣內(nèi)燃機啟機困難故障，并在很大程度上為機組檢修方案提供了依據(jù)，為后期解決機組故障積累了寶貴經(jīng)驗，同時可極大地提高生產(chǎn)效率，確保機組安全、平穩(wěn)運行。