柴油机调速系统典型故障案例分析

在计划性修理中，柴油发电机组属于必修装备，其修理调试主要涉及到机电2个专业，系统较复杂。修后负荷试验中既要考虑柴油发电机组单机性能，又需要考虑到机组并网运行时的需求;

既要考虑柴油机的调速特性，又要关注发电机的调压特性。本文通过梳理最近数年承修工程中出现的典型案例，结合基本工作原理总结出分析思路和处理措施，对后续工作开展提供参考。一、调试前的准备工作柴油发电机组涉及到机、电、管多专业，其中调速系统属于典型的电液一体化闭环反馈系统。调试前的准备工作非常重要，针对性的准备工作可以快速准确定位故障，提高调试效率。准备工作从图纸、工具、人员配置等方面描述如下。1)技术资料准备。调试前需提前准备柴油发电机组相关技术资料、主要包括技术说明书、接线图，梳理并实际确认调速信号、调压信号的信号走向图。技术资料准备不充分会导致现场调试压力骤增和调试时间延长，影响生产节点。2)工装具准备。调试前需要准备对应的专用工具，普通调试万用表、信号模拟器、常用电工工具即可满足要求。当遇到问题需要进一步确认分析时，需要用示波表测量实际信号的波形和幅值。3)人员配备。调试人员应熟悉系统，有丰富的实践经验。二、柴油发电机组典型案例分析结合近年来柴油发电机组调试过程中出现的典型案例，其故障分析和处理措施如下。1、16V396TC53型柴油机启动过程中转速无法正常升至额定转速。该型柴油机配置DYNA系列电子调速器，柴油机启动后升速慢，需要约20s使转速升至额定值。(1)检查发现启动用空气压力正常，吹车发火转速正常。(2)检查发现启动过程中执行器油门位置约为7格，正常启动油门应在10格附近。(3)手动停机后进一步检查，发现齿条连杆卡滞。(4)对调速器执行器及齿条连杆进行拆卸、清洁等处理，重新安装后启动，启动供油量达10.5格，空车油门回落到3.5格，此时，柴油机工作正常。2、16V396SE84型柴油机游车。该型柴油机配置Ｒ082型电子调速器，该调速系统具备自检功能，可以通过人机对话装置进行监测和调整。柴油机修后怠速游车，升至额定转速后游车现象仍然没有消失。(1)检查发现转速传感器安装距离为0.4mm，转速传感器信号波形幅值和信号电缆绝缘均正常。(2)调速系统参数设定对比其他机组无异常。(3)调速系统Ｒ082控制箱左右机对调后游车现象没有变化。(4)检查柴油机油路，发现I号和II号高压泵之间、靠近II号高压泵方向的油量连接杆紧固螺栓未上紧，导致空车磨合时实际供油量波动，柴油供油量不稳引起游车。(5)对连接杆紧固螺栓按照工艺上紧后试验，柴油机工作正常。3、16V396SE84型柴油机启动后，转速在500r/min时无法继续升速。通过软件调取该型柴油机燃油限值参数，并对照其调速器燃油限值，发现柴油机转速为500r/min时，4台柴油机的燃油齿条位移均为7.0mm，不存在电气参数设置过低的情况。在无法判断高压油泵是否存在供油量不足的情况下，将该参数修改为7.5mm，燃油齿条位移提高0.5mm。再次启动柴油机，故障现象消失。将参数改回7.0mm，故障复现。柴油机维修后机械性能可能发生变化，电气参数也要进行调校，使机电匹配，否则也可能引起故障现象。若非单纯的机械或电气故障，则属于机电参数匹配问题，需要机电综合进行分析考虑。柴油机启动过程中燃油齿条限制作用导致转速无法超过500r/min临界点，不能转入下一启动过程。可通过手动推燃油齿条的方法，瞬间加大柴油机供油量，如果转速可正常上升，基本上可判断故障为燃油限值设定过低导致。经与柴油机厂家沟通，通过人机对话装置将燃油限制曲线放宽0.5格，柴油机启动工作正常。4、TBD604BL6型柴油机偶发性降速。柴油机配置DYNA系列电子调速器。柴油发电机组使用过程中、空载和带载工况下都存在转速突然下降后迅速回调现象。根据柴油机转速先降后升的特点，观察转速波动时柴油机供油齿条动作情况，转速波动时，燃油齿条会有突然下落后回调的动作，分析波动时柴油机因供油量突然减少而掉速。(1)检查转速传感器外观无损;测量转速传感器感应线圈阻值在正常范围内;测量信号线绝缘值正常。(2)用示波表测量机组运行时转速传感器信号为幅值稳定的类正弦波。(3)检查调速控制回路，发现机体上接线盒内执行器线圈的信号线未拧紧。柴油机运行期间，因为振动偶发，使信号线与接线柱开路造成执行器线圈瞬时失电，执行器失电后，柴油机因为供油量突然减少而转速突降，然后又因为接触恢复，调速器再将柴油机回调至设定转速。检查紧固调速回路接线，柴油机工作正常。柴油发电机组出现转速波动时，首先观察波动的初始趋势，如果波动总是降速后回调，则应该首先检查电控系统油门控制信号回路的导通性和绝缘性。同时应注意如果燃油系统不畅，严重时会出现空车和轻载时正常、重载时转速波动的现象。5、MTU8V396TE54型柴油机无故障停机。该型柴油机使用过程中出现无故障停机现象，监控系统无报警，检查机组和控制系统无异常后重新启动，工作正常。柴油机断油、断气都可导致停机。梳理技术资料发现正常停机时通过断开调速器电子盒电源，使电子调速器执行器失电归零，断开柴油机供油回路，使柴油机因为缺油正常停机。紧急停机流程为执行正常停机动作的同时关闭停车空气挡板，通过同时断油和断气使柴油机快速紧急停机。(1)检查发现柴油机机体的停车空气挡板未动作、停机时转速下降至发火转速后停机，现象与按下停机按钮后的正常停机时间接近。(2)梳理多次停机现象，发现故障停机时柴油机存在单机负荷较大的共性，检查运行记录，发现3次停机时负荷分别为单机容量的60%、65%和68%，并有较长时间的稳定运行。(3)检查柴油机调速回路线路绝缘情况，发现导通性正常。(4)模拟试验各组件功能无异常，分析调速器执行器中供电回路的航空继电器，如果性能下降，大电流下常闭触点跳开会导致调速器失电，此时停机原理和动作与故障现象相同，监控系统无故障。通过更换新的继电器进行试验，并与厂家联系确认，该型柴油机机旁控制箱内控制电源的继电器设计冗余量不充分，长时间使用后性能下降，造成大电流情况下触点开路。已经有类似故障发生，当前情况下可通过更换备件，同时注意单机负荷连续运行时间，即可确保正常使用。掌握柴油机正常停机和安保系统报警后紧急停机的原理，明白两者执行过程中的区别可对故障进行准确定位。柴油机无故障停机后应确认空气挡板是否关闭，如果关闭则检查安保及其他紧急停机联锁条件，如果挡板未动作则说明系统未执行紧急停机程序;

监控系统未报警、空气挡板未动作，则可首先按照正常停机流程分析。6、16V396SE84型柴油机启动失败。柴油机启动时，当曲轴转速超过启动转速时，调速器动作供油，使油气在柴油机缸内压燃，转速上升，采集飞轮端转速信号做反馈，与设定转速比较，使柴油机稳定在设定的转速值。测量转速信号频率，结合飞轮齿数，可计算出实际柴油机启动转速。系统设定值为80r/min，实测柴油机启动转速为78r/min，柴油机未达到有效的启动转速而不投入工作。经与柴油机厂家确认并获得认可后，将系统设定值由原80r/min修改为75r/min(小于实测值)，柴油机工作正常。7)TBD604BL6型柴油机超速停机。该型柴油机修后试验首次启动时，转速未上升到额定转速就停机。检查发现电磁脉冲转速传感器端部受损。典型的调速系统在接收到柴油机曲轴转速达发火转速时，会控制高压油泵给各缸内供油，增大柴油压力，使其升温自燃，使柴油机转速快速达到设定值。如果转速传感器安装距离过近，启动过程中未达到额定转速则端部可能受损，调速器失去转速信号，退出调速状态，油门控制信号复位，柴油机供油量归零，降速停机。转速传感器的安装中，检验要求包括:

手动盘车，齿顶对中;

拧紧后回转90°～180°，锁定时本体固定不随动;

手动盘车无卡滞;

线路绝缘，传感器内阻正常，外观无破损。同时总结转速传感器安装的要素如下。(1)齿顶对中，先拧紧转速传感器，再按照螺距逆时针旋转，确保安装距离为0.4～0.8mm。(2)手动盘车，确保能够及时发现卡滞并调整安装距离，防止安装距离过近。(3)电动盘车或者气动吹车，用示波表监测转速信号波形，通常为类正弦波，幅值按照电子调速器不同有不同的要求，DYNA型电子调速器要求幅值电压大于3V、典型值为18V。安装距离过远可导致幅值过低。8、MTU8V396SE54型柴油机更换新的转速传感器后无法正常启动。柴油机启动需要燃油发火转速正常，气路、油路动作正常。油气条件具备后，吹车转速达到150r/min，信号测量频率经换算已达发火转速，信号幅值2V，MTU公司规定的调速器认可的转速信号有效幅值范围为3～60V，顺时针旋转转速传感器30°，微调转速传感器安装距离，使其顶部与飞轮齿圈距离微微靠近，盘车时幅值达3.2V，检查系统正常后再次启动柴油机，柴油机可正常启动。转速传感器安装距离太远，调速器接收不到有效的发火转速信号，无法正常对各缸供油，无法使转速上升。若安装距离过近，易导致传感器端部与飞轮齿顶摩擦、碰撞受损。9、TBD234V6型柴油机启动超速。该型柴油机先后2次启动后转速持续上升，达到2000r/min以上，超速保护装置未动作。检查发现，因外力原因，2根安保用转速传感器信号线的其中一根接地，而该线路本应接到电子调速器输入端(2号端子)。这导致超速保护控制器内部2号端子与电源输入端(4号端子)负极相通，间接造成电源负极接地。超速保护控制器与调速器共用电源负极，间接造成调速器内部电源负极接地，导致转速控制模块的场效应管被击穿、损坏，在调速器接通DC24V电源后，始终有DC18V电压输送至执行器，导致执行器油门开度最大。执行器正常驱动电压见表1，表1中，驱动电压为脉宽调制信号的有效值。所以，柴油机启动后转速持续上升，又因超速保护用转速传感器插头脱落，导致超速保护控制器未接收到转速信号，故未实现超速停车保护功能。启动前应进行完整性检查和确认，确认油门齿条位置在零位。设备完成效应试验后，应做好防护，防止交叉作业造成损坏。10、TBD620V12启动超速。该型柴油机配置DC2型电子调速器，可通过软件进行参数监测和调整，柴油机修后系统完整性检查和安保试验合格，启动柴油机后超速停车。安保试验功能正常，超速时监控系统已正常执行紧急停机程序，分析为柴油机供油量过大导致超速。通过使用DC2型调速器调速软件，发现停机状态下燃油齿条零位反馈由于安装原因和机械零位不一致，电气零位对应机械“0+N”格供油量，导致启动时实际供油量过大，柴油机超速引起安保系统动作紧急停机。部分调速器对零位的要求有联锁关系限制，Ｒ082型调速系统对零位有严格的标准，零位反馈标准值为1V，误差值超过0.035V时，调速器会提示调速器故障，禁止使用。DC2型调速器无此功能，因此修理回装后应进行零位标定后方可启动。11、TBD234V6型柴油机副机启动后无法达到额定转速。该型柴油机配置ESG1000B型电子调速器，调速器故障，更换新调速器后柴油机额定转速低，调整速度旋钮，柴油机转速达不到额定值。该型柴油机额定转速为1500r/min，其对应信号频率为4.2kHz、飞轮齿圈168齿。而更换的ESG1000M型调速器适用于飞轮齿数212齿的柴油机，此时，工作转速为1188r/min，即使转速有±100r/min的调整范围，也无法调至1500r/min。按照原型号更换调速盒后，柴油机可以达到正常额定转速。同系列调速器如果飞轮齿圈设定值大于实际值，会出现启动困难，启动后转速低现象。若飞轮齿圈设定值小于实际值，则启动困难，启动后可能会出现超速现象。12、MTU16V396SE84型柴油机供电后调速器故障，油门齿条显示在最大位置。该型柴油机调速器供电后，调速器控制箱故障灯亮，齿条位移显示在最大值。调速器位移显示信号来源于执行器，执行器反馈信号在内场进行标校，标校误差按要求控制在±0.1V内。经查阅原始资料，Ｒ082调速系统工作和执行器安装零位反馈有连锁关系，机械零位对应电器零位反馈信号应为1V，若误差超0.035V，Ｒ082系统将执行内部自我保护程序，调速器故障灯亮，同时将油门显示锁定在最大值20格。重新进行标定，使机械零位对应反馈电压为0.998V，调速器控制箱故障灯灭，柴油机启动工作正常。13、某船6600V中压柴油发电机组并车后逆功跳闸故障。

中压柴油发电机组原动机为16VPA6280MPC型柴油机，配2301D型电子调速器。2301D控制器负责恒频模式下的调速，功率管理系统负责下垂模式下的调速，二者分时复用控制回路中的转速传感器、调速器执行器等。发电机组在恒频和下垂2种模式下，分别与1#、2#、3#中压柴油发电机组并车时均出现逆功现象。分析处理过程如下。(1)通过调试软件读取2301D控制器程序，分别在怠速和额定转速下在线监测4#柴油机转速信号(空载)，参数显示与外部仪表和监控系统测量数值一致，转速传感器工作正常。(2)4#柴油机带300kW负荷，监测控制器内部4#柴油机功率采集数据，并与配电板功率表显示进行对比，结果基本一致(程序298kW，功率表300kW)，确认信号传输回路中的电压互感器、电流互感器正常。(3)并车(下垂模式)监测4#柴油机功率下降时的