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柴油发电机组安全自动保护系统的探讨 |
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| 柴油发电机组安全自动保护系统的探讨 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:33:49  |
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为了解决电网电力供应的不足，保证在电网高峰负荷或大电网出现机组故障的情况下，迅速填补电网电力的短缺，缓解电网的压力，柴油发电机组应运而生。柴油发电机组具有综合可靠性高、调峰性能好、机动性优良的突出优点。但是柴油发电厂存在投资成本相对过高、备件价格昂贵(大都依赖国外进口)、机械负荷和热负荷相当高、运动件特别多、突发性事故多等问题。目前大功率中速柴油机大都配备了相当先进的安全自动保护系统，以便在不利于设备安全运行的情况出现时，及时、有效、安全地停止设备的运行。厦门电厂柴油机的安全自动保护系统大致可归为3类，即油雾保护系统、转速测量保护系统、温度及压力监控保护系统。
1 油雾保护系统
1.1 工作原理
油雾保护系统的主要保护元件是油雾探测器，它能及时检测出有否因轴承过热或活塞环损伤造成过量漏气等故障而导致在曲轴箱内形成油雾，从而监视柴油机的主要运行部件——曲轴和气缸的工作状况是否正常。在柴油机运行过程中它通过采样管系不停地抽出曲轴箱内的油气，并送至一个灵敏且准确的浓度测量装置。该浓度测量装置包括一个红外线发射二极管和对侧一个光电接收二级管。光电二级管感受红外线产生的光强度，并将光强度信号转换为电信号送至电子鉴定装置。如果曲轴箱气体含有油雾(使得浓度测量装置测量通道的不透明度增加)，部分红外线会在测量管内被吸收，光强度会减弱，因而电信号减弱。浓度越高电信号减弱越多，当电信号降低到一个最低限值时(即油雾浓度超过最大限值时)，电子鉴定装置将发出“油雾探测器高油雾”警报并停机，同时阀箱指示出是哪一部分故障引起的高油雾，以供检修人员检查。
1.2 优缺点
该保护装置的快速性、灵敏性无可厚非，但经过几年的运行检修发现，由于外界或装置自身的原因，使得其选择性和可靠性大大降低。比如由于润滑油冷却器的泄漏(水进入并污染了润滑油)，油雾探测器将会感受到由于水份的增加而引起的不透明度的增加，继而发生跳机。油雾探测器的电子元件属于高精度元件，但因其安装在柴油机本体上，温度高、振动大，工作环境极为恶劣，由此使得电子元件的老化加剧，产生温度漂移，跳机的灵敏度增加，误动率也增加。而且该保护有时出现指示灯全无指示，使得保护经常处于脱离状态等。频繁的保护误动及保护的无法就绪，不仅会造成因甩负荷而引起的材质疲劳，寿命缩短，而且会使生产人员产生麻痹心理，认为该装置不可靠，是误动，这样大大限制并误导了生产人员的思维，而在真正出现“高油雾”时就会发生事故。
1.3 常见故障及防范改进对策
1.3.1 元件老化，温度漂移等引起灵敏度改变
结合电厂的实际并经有关专家同意，将报警阀值S开关调至第4级(原4台机组均在第3级)，运行至今未发生跳机现象。
1.3.2 电子板故障
当油雾探测器出现红、绿指示灯全部熄灭的现象，且检查24VDC电源正常、插头无松动时，基本上就可判断为电子板故障，也可以采用对换其它机组的电子板来进行判断。如确属电子板故障，就应该及时检修或更换。
1.3.3 曲轴箱油气中含有大量的水分
由于水分的存在，使得测量通道内的不透明度大大增加，致使电子装置发生误报。这就需要检查润滑油中是否含有水分、润滑油冷却器是否泄漏、空气系统是否过度潮湿及油雾探测器底板内的加热器是否工作正常等。近几年来，通过对高油雾跳机事件的分析发现，真正高油雾跳机为0%，高水份跳机为98%(而且最后检查，95%都是因润滑油冷却器的泄漏引起的)，其余故障为2%(如电子板故障、继电器误动等)。所以如果在润滑油进机管道上加装一套高灵敏度的水份检测装置用于报警，就可以在水份过高时及时提醒运行人员，降低具有破坏性的跳机次数，增加电网的稳定性。
1.3.4 装设油雾探测器装置的根本目的是监测柴油机本身曲轴箱内部的工作状况是否发生变化。比如活塞环失效(包括剥落、异常磨耗、折断)造成缸套漏气到曲轴箱，形成高油雾。这时要检查缸套及活塞环，损坏的要更换。又如主轴瓦或连杆轴瓦高温烧瓦造成局部高温，造成油雾浓度增大而停机时，要打开防爆人孔门，仔细检查连杆大端轴承及轴是否有烧伤，必要时更换。
1.3.5 油雾探测器本身的故障类型比较多，这些故障虽不会引起跳机，却会使柴油机失去重要的保护。根据运行经验总结，只要做到以下几点，就可将故障率降低到最低，也可使误跳率大大降低，并为跳机后的检查提供第一手资料。
(1) 维护人员应做好定期维护。定期更换空气滤片、减压空气滤片，排出冷凝管的水分，清洗阀箱的油污，用酒精清洗红外探头，用压缩空气吹扫采样管、油路、气路，并做必要的报警试验及高油雾保护动作(最简单的方法是从采样管入口处吹一口香烟的烟雾进去)试验。
(2) 机组运行时，运行人员应认真监测轴承温度、润滑油温度等有关参数，并定时观察油雾探测器工作状况、油雾浓度的指示情况、曲轴箱U形差压计的差值、曲轴箱透气装置有无冒烟、曲轴箱防爆门是否烫手、曲轴箱高压差有无报警等。如发生高油雾跳机应尽快记录浓度值、阀箱翻牌情况、曲轴箱差压计的差值、轴承温度有无异常及油雾探测器各指示灯的指示情况等。
2 转速测量保护系统
2.1 系统组成及工作原理
转速是柴油发电机设备中最基本、最重要的参数之一，起动时的点火转速、运行中的转速调整、超速时的停车保护、甚至负荷的大小也能从转速的大小上得到体现，因此转速测定是柴油发电机监控保护的基础。
一般柴油机中转速的测量有二处，一是主机转速的测量，二是涡轮增压器转速的测量。
(1) 传感器。传感器是一个近程感应开关，不通过接触就可以工作。它由振荡器、触发器及放大器组成，通过振荡器电路线圈产生一交变电磁场。在金属导体接近传感器时交变磁场就会发生变化，振荡器的输出电压随之发生变化，频率也发生变化。主机转速测量的传感器共有4个。2个测量转速并经速度变送器在CMR盘或OCW盘显示转速，另外2个供调速器使用。
(2) 速度变送器。将传感器传输来的频率信号转换成4～20 mA的电流信号，传送给转速表。
(3) 转速表。显示转速。
2.2 优缺点
这套系统具有很大的优点，尤其是超速系统具有多重保护功能。它的传感器(测速探头)和被测量的旋转物体没有直接接触，所以没有磨损，拆装维修方便，机组运行时也可以维修更换探头，接线也方便。其中主机的速度变送器还具有11P1(发电机轴承预润滑泵)操控、励磁投入、同期闭锁、电气超速跳机(>565 r/min)、调速器超速跳机(>575 r/min)等功能。同时在柴油机本体上还设置了机械超速保护(>595 r/min)系统，在很大程度上保证了柴油机安全稳定运行(额定转速500 r/min)，不会出现飞车事故。但同时也存在一些问题：飞轮高速运转时的窜动会造成探头损伤，转速表经常出现波动甚至无转速，电气超速保护误动等，还出现了由于转速指示波动使发电机预润滑泵频繁启停(>100 r/min时停，<100 r/min时开)，导致烧毁发电机轴承预润滑泵电机或其接触器线圈的情况。
2.3 常见故障及防范改进对策
2.3.1 传感器与飞轮之间的距离太远或太近一般此距离约为2.5+0.3 mm。距离太远将有可能感应不到信号，太近有可能磨坏传感器的工作面。由于飞轮在高速运转中，会发生径向(或轴向)窜动，距离太近对传感器的安全构成极大威胁，曾经发现有几个探头的工作面已被刮破。根据实际经验，该距离一般在2 mm左右较为适宜，可用塞尺测量。
2.3.2 由于传感器安装固定架振动，使得测量信号不准确，交变磁场产生不规则变化，引起转速指示波动。处理方法：加固该支架，可以将其与柴油机本体焊接。
2.3.3 由于飞轮甩出来的油粘在传感器工作面上，对测量结果产生一定的影响。若在飞轮上加装防油罩，可起到良好效果。
2.3.4 速度变送器故障，使输出信号不稳定，造成转速指示波动甚至无转速指示，而且由于其工作不稳定和接线头的接触不良会触发电气超速保护误动作。对此可用频率发生器输入频率信号对速度变送器进行校验，端子进行紧固。由于该速度变送器为PLC微电脑控制，必要时可重新调整或更换。
2.3.5 传感器故障。 在测量好间距之后，开盘车机观察传感器上的红色发光二极管，当飞轮齿通过时，其发光亮度会明显增强，或不开盘车机用金属物靠近或远离传感器，观察红色发光二极管亮度有无变化，如果亮度没有变化或者根本没有发光，则可能是传感器损坏，需要更换。CMR524系统在起动时报“调速器故障”，大都是传感器故障。
3 温度及压力保护系统
3.1 系统简介
温度及压力的控制在柴油机运行中非常关键。
润滑油压力、燃油压力不足，柴油机将无法运行。目前的大功率中速柴油机大都有一套比较完整的监控检测系统，对柴油机的一些重要参数(如温度、压力等)进行监控，一旦这些参数超出设定范围就声光报警或自动停机。
厦门电厂柴油机组设有气缸排气、透平排气、主轴承、发电机定子、缸套水、润滑油等温度监测及燃油、起动空气、润滑油、生水、缸套水、油嘴水、进气等压力监测。这些温度及压力监测、报警及安全停机系统主要由装在控制屏上的CMR424、CMR524单元组成。
柴油机在运行中温度传感元件众多，但大致可分为热电阻(PT100)和热电偶(Ni-Cr/Ni-Al)2种类型。通过热电阻传感器在温度变化时阻值的变化和热电偶传感器在温度变化时热电势的变化，将信号传送到CMR424系统进行转化、比较、打印、显示并作用于报警或跳机。压力的变送主要是通过现场的压力变送器将信号传送到CMR424系统进行转化、比较、打印、显示并作用于报警或跳机。
3.2 优缺点
这套系统体积小、元件少(每一种信号由一个独立的电路板转化)、布局集中、便于监视，而且有一部分温度(如缸套水温度、润滑油温度等)的控制采用PLC微电脑控制，自动化程度比较高。润滑油压力和缸套水压力的控制就地直接采用压力开关作用于跳机。尽管如此，该系统仍有一定的局限性。对于排气温度而言，只有单缸和平均温度的差值报警，没有单缸温度超过设定值的报警，温度无法实时显示。传统的自动记录仪需要大量的打印纸，打印间隔太长，多种曲线挤在一起不易辩别，且无法数字化等。几次涡轮增压器损坏就是因为没有及时发现温度上升趋势致使气阀损坏而打坏涡轮增压器的。
3.3 常见故障及防范改进对策
3.3.1 温度 显示波动且幅度大，有时显示-1或1该故障原因有：第一，连接插头接触不良，可以拧紧，当插头松脱时CMR424显示-1；第二，探头特性变坏，可以更换探头，特别当热电阻探头短路时CMR424显示1；第三，电子板需要重新调整。
3.3.2 温度显示电子板故障或设定好的温度发生变化可以用标准电阻箱或毫伏发生器输入一组标准温度信号进行检验，也可以用恒温箱输入一组实际温度进行校验。确属电子板故障的应该更换。设定好的温度发生微小变化(2%以内)属于正常情况，是温度漂移的结果。
4 结束语
预防性管理是一种先进的管理模式，先进的自动保护系统并不能使运行管理人员高枕无忧，只有正确地认识、维护、利用好这种系统，预防事故的发生，才能为柴油机的安全运行提供可靠的基础。
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