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摘 要：国内某发电厂共装设两台美国科勒公司生产的1000REOZM柴油发电机组，作为应急事故保安电源。该电厂按柴油机运行维护手册要求，每两年进行一次保养，保养内容包括机油更换，空滤、机滤、柴滤、旁滤更换，蓄电池电压测量。柴油机正常情况下为热备用状态，不运行，仅按照运行规程进行每半个月定期不带载启动工作。在最近一次检修过程中，进行了如上保养工作，并将柴油机蓄电池进行更换。在一次定期启动过程中，发生建压后跳闸故障，针对此故障进行深入探讨。
关键词：柴油发电机；保养；超速；调速系统
中图分类号：U665.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0062-02
概 述
某发电厂采用S209FA机组，即两台GE公司产PG9351FA燃气轮机和一台汽轮机，整套机组设计运行方式为两台燃机带一台汽轮机，简称“二拖一”，总装机容量为780MW。柴油发电机组正常无人值班，具有手动和快速自起动功能，若三次自起动不成功，发出起动失败声光报警信号，可进行人工操作。柴油发电机组自带一个出口智能型断路器，同时装设有三相三继电器式接线的反时限保护装置，该断路器具有纵联差动保护、过电流及过负荷保护。发电机的内部短路保护设有过电流或纵差保护装置，并和机组自带的出口智能型断路器配合动作。柴油发电机组的通风方式以轴向通风方式为主，柴油机冷却方式采用内部闭式循环水冷却，一次水冷，二次采用散热器风冷，不需外供水源。
1 柴油发电机故障现象分析
2013年8月运行人员例行对柴油发电机进行试启动定期工作，柴油机顺利启动并建压，建压约3s后，柴油发电机故障跳闸。现场控制器报警显示为“OVRESPEED”，柴油发电机右侧冷却液加热器连接法兰脱扣喷液。现场检查发现，#2柴油机机油箱内机油尺显示机油箱已满液位。发动机润滑油液面升高，需要仔细观察润滑油的状态，分析究竟是什么物质混入了润滑油。常见的引起润滑油液面升高的原因是润滑油中混入了水或燃油。
如果发动机润滑油中含有水，润滑油油面就会升高。虽然在发动机正常工作的情况下，润滑油中也会含有很少量的水，但是润滑油中如果出现大量的水，那么这些水毫无疑问是来自发动机冷却系统。由于发动机的某些部件损坏，发动机冷却液会进入润滑系统，这时往往也会在冷却液中发现润滑油。如何确定润滑油中含有水。只要观察润滑油的外观状态，就可以很容易地判断润滑油中是否含有水。不含水的润滑油会呈现半透明的油质亮色，含有水的润滑油会呈现不透明的褐色，当发动机运转一段时间后，润滑油就会呈现乳白色，并伴有泡沫。按规定，润滑油中的含水量应在0.03%以下，当含水量超过0.1%时，润滑油中的添加剂（抗氧化剂、清净分散剂等）就会失效，因而加速了润滑油的氧化。在发动机内部的高温作用下，润滑油与冷却液发生化学反应，润滑油被乳化成乳化液，大大降低了润滑作用。当润滑油氧化生成的有机酸与水发生反应，又生成无机酸。这些酸性物质会对发动机部件造成腐蚀。润滑油中含有较多的水时，轻则会导致润滑油过早变质和机件生锈，重则会造成发动机抱瓦或拉缸等严重的机械事故。如果润滑油进入冷却液中，就会在散热器和发动机冷却水道内壁上形成粘稠状混合物，会严重影响发动机的散热效果，导致发动机温度过高。
2 润滑油中含有水的原因分析
润滑油中水分的主要来源：①燃烧产生的废气中的水蒸气凝结。发动机工作时，燃烧室中的废气会部分窜入曲轴箱，如果曲轴箱通风装置工作不正常，从燃烧室进入曲轴箱内的水蒸气不能及时排出，当温度降低时，水蒸气与机件接触凝结成水，流入曲轴箱与润滑油混合变成乳状液体。②发动机常规冷却系统中的某些部件损坏，例如气缸体或缸盖上的水道有砂眼、气孔或裂纹，气缸封水胶圈安装不当等。③对于装有润滑油冷却器的发动机，需要特别检查润滑油冷卻器是否损坏。④发动机气缸垫损坏。
对于装有润滑油冷却器的发动机，润滑油的冷却是由冷却液通过热交换方式完成的。润滑油在润滑油冷却器的铜管外侧流动，冷却液在铜管内流动。如果润滑油冷却器内部的铜管出现裂纹，那么冷却液在循环的过程中完全有可能进入润滑油，导致润滑油乳化。气缸垫上有发动机润滑油道和冷却水道，因此气缸垫不仅起到密封缸压的作用，还有保证润滑油和冷却液在各自不同的系统内循环的功能。如果气缸垫破裂或老化，发动机的润滑油道和冷却水道就可能相通，就会造成润滑油中进水.一般来说，冷车刚起动时，润滑油压力比冷却系统压力高，润滑油向冷却系统渗漏。热车后，在怠速情况下或熄火后，冷却系统压力高于润滑系统的压力，冷却液向润滑系统渗漏。
3 柴油机润滑油混入燃油分析
发动机润滑油中混入燃油是一种常见的故障现象。当燃油供给系统工作不良或燃油雾化效果不好，燃油或大量的过浓燃油混合气通过活塞环与气缸壁之间的间隙窜入曲轴箱，这些燃油将润滑油稀释并使液面升高，这种情况在化油器式发动机上最为常见。另外，安装在发动机上的一些采用强制润滑的喷油泵或输油泵漏油，也会使发动机润滑油被燃油稀释。这种故障在柴油发动机上比较常见。那么如何判断发动机润滑油中是否含有燃油呢？首先可以通过嗅觉判断，混有燃油的润滑油会有一种明显的燃油气味。也可以从油底壳中取少量润滑油，滴在一张白纸上，看油是否会快速渗入白纸，如渗入迅速则证明润滑油中含燃油，因为燃油的渗透力大于润滑油。
4 解体验证
经现场验证，确认机油箱内有大量冷却液混入。将柴油机解体检查发现，机组驱动部分柴油发动机损毁严重，全部排气门都与活塞发生过碰撞，全部气门变形，活塞顶部有明显撞击痕迹；造成缸套与活塞运动位置都有拉缸现象，已产生明显拉痕，部分缸套组件已打碎，这也是导致防冻液泄漏的直接原因，凸轮轴端盖断裂，缸盖已经报废。
机组驱动部分柴油发动机损毁严重，全部排气门均与活塞发生碰撞，全部气门均已变形，各活塞顶部均有明显撞击痕迹，造成缸套与活塞运动部位均有拉缸现象，产生明显拉痕，部分缸套组件打碎，致使防冻液泄漏到机油箱，损坏情况如图1～3所示。
5 柴油机组损坏过程分析
以上柴油机组故障现象和分析表明，柴油机组在操作人员发出起动指令后，发动机立即起动并升速，在达到运行转速后未能受调速系统控制将发动机稳定在1500转的额度转速上，而是迅速继续飞快上升转速，很快发动机气门弹簧的回复力已经跟不上发动机运转的速度，在气门弹簧还未回复到位时，活塞在连杆的驱动下立即撞上了气门，经过几次猛烈的撞击大部分气门弯曲，当中很快有一个直接脱离气门弹簧和气门卡簧的控制，直接掉入燃烧室内，造成缸盖和活塞及缸套打烂，缸套产生裂缝，发动机内的冷却水立即进入全部流入机油壳内，发动机各部件至此已严重损坏。
6 结 论
此柴油机组内部出现故障，致使发动机严重损坏，冷却液泄漏。种种迹象表明了超速是本次发电机组产生这种破坏性故障的主要原因，导致超速的原因有：
（1）油泵阻塞卡滞导致发动机转速的迅速上升；
（2）发动机调速系统故障直接导致发动机无限升速；
（3）涡轮增压器故障导致大量柴机油喷入发动机燃烧室造成柴油机迅速不可控超速；
（4）发动机油箱内混合了易导致发动机不正常燃烧的其它燃料。
现场检查了高压油泵，高压油泵的供油齿条在各个行程运转非常灵活，未发现会导致发动机超速的卡滞现象，故第一种可能性不成立；涡轮增压器运转正常，拆检无泄漏柴油现象，现场柴油正常，第三、四种可能也不成立；所以认定发动机调速系统故障是本次发动机飞车的唯一原因。
参考文献
[1]杨贵恒，贺明智，金 钊，编著.发电机组维修技术.北京：化学工业出版社，2007，5.
[2]杨贵恒，等编著.《柴油发电机组技术手册》.北京：化学工业出版社，2008，10.
[3]柴油发电机组实用技术技能.北京：化学工业出版社，2012，11.
[4]1000REOZM四冲程科勒柴油发电机组运行维护手册.
收稿日期：2018-5-21
作者简介：孟庆超（1983-），男，本科，电力系统及其自动化专业，从事发电厂电气一次设备检修管理工作。 |
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发表于 2022-2-21 20:37:18