83A临时柴油发电机电压和频率波动故障分析及处理

83A临时柴油发电机频率波动故障分析及处理摘要：柴油发电机频率波动故障给油田安全生产带来很大隐患。由于FPSO116到83A平台的海底电缆被击穿，造成海底电缆无法给83A平台供电，为了不影响生产，83A平台采取了临时柴油发电机供电项目。本文主要针对83A平台临时柴油发电机出现过频率波动的故障分析及处理，重点从油路、调速等方面对800KW康明斯柴油发电机组发生频率波动故障进行了原因分析。在此基础上提出了检修解决方案和故障应急处理的办法。关键字：柴油发电机；频率调节；燃油回路；调速板一、康明斯800KW柴油发电机的基本介绍1、柴油发电机组的参数：机组容量：800KW额定电压：400V额定频率：50Hz额定转速：1500r/min功率因素：0.82、原动力柴油机的参数：型式：4冲程、60°V型12缸柴油机排量：37.8L压缩比：14.5:1启动马达：24V进气方式：增压中冷3、柴油发电机的基本原理：柴油发电机频率不稳故障是比较常见的故障，要想彻底排除故障必须对症下药，查明根本原因是关键。首先我们先了解一下柴油发电机的原理，如图1-1是发电机的基本结构图。柴油原动机带动发电机转子转动后，发电机的励磁电机依靠自身的剩磁产生剩磁电压，经过整流后对励磁机的磁场提供励磁电流，励磁机电枢电压逐渐升高。该交流电压经过整流桥后送入转子磁场，使发电机建立电压，在转速接近额定值时，从输出获取感应电压和励磁电源的电压调节器使发电图1-1柴油发电机基本结构图机电压迅速上升并稳定在额定值上。所以转速的变化，直接就会反应出频率的变化，因此研究出转速变化基本就可以分析出频率波动的原因。二、故障现象在平台值守期间，文昌83A平台康明斯柴油发电机组多次出现过频率波动故障，这些故障导致发电机组突然停机，平台掉电停产。频率不稳定主要现象为：从控制面板上显示的运行数据发现，频率波动范围较大，47.5～52.5Hz,瞬间波动有剧烈跳动现象；此外，发动机排气声音不匀，有“游车”现象。频率波动时，发电机的输出电压为398V，没有明显变化，也就是说电压稳定，只是频率有波动。三、故障现象分析一般来说，柴油发电机频率波动主要有以下几个方面的原因：1、有大负荷设备频繁启停；2、设备本身振动过大造成的；3、转速传感器异常，无法及时准确的测量瞬时转速；4、柴油发电机的调速板性能变差或者故障；5、油过滤器脏堵，影响柴油供给导致柴油机不能平稳运转，造成频率波动。6、油路气密性差，油管线设计不合理；7、PT泵的执行机构性能异常，无法精准的给油。我们由简到繁循序渐进的原则，也是采取逐步排除的方法去查找、分析原因。首先，柴油发电机组是焊接在比较平坦的甲板面上的，用振动检测仪检测，发现设备振动幅值属于正常范围，所以可以排除震动大的因素。其次，油田生产比较稳定，突然加载和卸载的情况不多，并且查看了设备运作历史，发现并没有出现过此类情况，因此不存在大负载设备频繁启停的问题。再次，我们根据厂家建议，更换了油路上所有的过滤器（包括柴油过滤器，油水分离器，PT泵入口过滤器），仍然无法消除此故障。结合维修保养历史，我们重点锁定了如下三个方面的故障原因：1、调速板异常；2、速度传感器故障；3、油路气密性差，油管线设计不合理，4、PT泵执行器故障。首先，调速板性能不稳定的情况分析。图1-2所示。我们首先调节调速板的增益（不建议经常调节增益，增益是控制机组灵敏度，调多了容易产生漂移，对机组不好），如果可以稳定频率，故障排除，如果不能，可以假设认为调速板性能异常，可以更换备用的调速板，重新开机调试，如果更换调速板后频率可以稳定则故障排除，如果更换调速板后，重新试机发现仍然有频率波动现象，那么可以排除调速板出问题的可能。图1-2调速板排除调速板出问题的可能后，我们可以检查转速传感器。因为速度传感器容易出现接线老化和探头磨损的现象，图1-3和图1-4所示，转速传感器异常肯定会影响频率是否正常。检查转速传感器主要有三点：1、检查接线是否良好；2、检查传感器前端是否清洁干净；3、进行校验传感器的精度（由于受现场条件限制，一般无法进行）。如果简单检查没有发现异常，我们可以暂时排除转速传感器问题带来影响。可以先重点着手检查油路问题。调节怠速转速顺时针旋转增加其值调节运转转速，顺时针旋转转速增加增益调节下垂调节图1-3速度传感器位置图1-4控制柜5110模块中速度传感器接线图接下来，重点分析油路问题。因为此问题影响频率波动出现的次数最多。本套机组的油路主要由以下几部分组成：柴油箱、油箱出油低压管、一级油水分离器3套、二级柴油过滤器两组（每组两个）、PT燃油泵、高压油管、回油管、开此处为其中一个速度传感器关阀门及其他管件接头等。一般分析一下几点：1、检查油品是否合格。2、油路是否顺畅；比如各级的柴油过滤器是否正常、油箱高度是否符合要求、各个管线阀门有无堵物、管线长度是否合理等等。3、油路气密性是否良好；比如检查O圈、管线阀门接口等等。4、检查PT泵和执行器是否正常；如图1-5所示，有过一次执行器异常，更换后便排除故障。5、检查回油管线压力是否正常。图1-5检查更换PT泵执行器正常运转期间，只使用一组二级柴油过滤器，另外一组备用。拖轮给平台补给柴油时，直接从取样口取样发现柴油有浑浊现象。毫无疑问，这些现象说明柴油因素引起油路脏堵或者柴油滤器的滤芯质量不合格。停机后，更换一级油水分离器滤芯时又发现该滤器外壳发生椭圆变形，而且O形密封圈有不同程度的磨损变形、老化现象，如图1-6所示。另外，经检查发现该机组油路的连接球阀密闭图1-6柴油机油水分离器和柴油滤器LF202性不好。此外，现场调研还发现，油箱直接固定在机箱底座甲板上，油箱高度低于一级油水分离器顶部位置，一旦油路不畅或者滤器脏堵时会增大低压油管的负油水分离器F202压，如此以来，即使管路密封不好也看不到柴油泄漏现象，但是很可能导致进空气。四、解决方案经过分析，油路方面我们做了行之有效的改造：1、加高柴油箱。为了减小油路负压及进气对频率波动的影响，我们决定对原柴油箱进行适当加高（大约40CM）。2、重新改造低压油路管线。由于原先设计的柴油机进油、回油管路绕弯较多，布局不合理，我们在生产现场进行了重新改造。首先根据现场实际安装空间重新布线、优化；其次，并将原先质量较差的开关球阀更换为密封较好的仪表阀，进一步排除了球阀阀杆密封不严漏气的影响；最后，检查、紧固油管线所有的接头并涂抹密封脂防止其漏气、漏油，确保密封良好。3、检修一级柴油过滤器。油水过滤器共有三道密封，都属于O形橡胶圈密封类型。如图1-7所示，第一道是密封压盖与滤器壳体之间的密封；第二道是压盖固定螺丝下密封；第三道是压盖固定螺丝上密封。为了防止进空气，保证密封良好，此三道密封圈都更换掉。与此同时，密封压盖周边涂硅胶或7903耐油密封脂密封。图1-7油水分离器密封圈五、方案效果及结论经过整改后的临时柴油发电机的故障率更低，正常运行的时间比原来增长了，运行中频率稳定，输出电源质量优。康明斯柴油发电机作为油田生产的关键设备一旦发生故障必将影响平台生第一道密封圈第二道密封圈第三道密封圈活和安全生产时效，且由于机组系统相对复杂，故障排除费时、费力，难度较大。本文把现场多次处理发电机组频率波动故障处理措施进行分析，对今后解决类似的发电机组故障有重要的参考价值，同时也为其他平台解决柴油发电机故障提供参考。[参考文献][1]袁春，张寿珍.柴油发电机组.发电/发电厂..[2]陈士军.发电机组维修技术.水电站设计.2004.19(3):78-79.[3]李岚.脉宽调制技术的谐波消除方法[J].电脑的开发与应用.2001.14(10):40-41.