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某船發(fā)電機負荷異常波動故障分析與排除
汽輪機發(fā)電機負荷波動由內(nèi)部和外部兩大因素決定：內(nèi)部原因：1、鍋爐主汽壓力的波動;2、主汽溫度的波動;3、凝汽器真空的波動;4、抽氣系統(tǒng)運行方式的改變。5、調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn);6、汽門操縱部分間隙過大或者有關螺絲松動。外部原因：1、AGC投入的機組，調(diào)度指令負荷變化;2、系統(tǒng)周波變化;3、系統(tǒng)出現(xiàn)異常導致震蕩;4、系統(tǒng)突然甩負荷，引起調(diào)速系統(tǒng)的不穩(wěn)定等。
摘要：針對某船航行初期，發(fā)電機組負荷發(fā)生異常波動，結合故障現(xiàn)象對經(jīng)過分析排查，逐步確定故障點，排除故障，并對該船發(fā)電機組后續(xù)工作提出了建議。
關鍵詞：磨損 齒圈 針閥 齒條
一、故障現(xiàn)象
某船出航離碼頭，由1、3#發(fā)電機組并網(wǎng)運行，兩臺機組平均負荷為250-300KW，機組工作正常。在機組平均負荷超過350KW，發(fā)電機負荷曲線出現(xiàn)異常波動，幅度最高250KW，用電負荷下降后，故障現(xiàn)象消失。
二、故障排查
此類故障主要有三方面原因：①發(fā)電機AVR調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障，導致在網(wǎng)發(fā)電機功率分配不均，其表現(xiàn)形式是電壓和無功功率異常;②發(fā)電柴油機調(diào)速器故障，其表現(xiàn)形式是補償不足，造成游車;③發(fā)電柴油機供油系統(tǒng)故障，供油不足、不能滿足高負荷用油量需求，其可能原因是燃油系統(tǒng)閥件卡死、濾器臟堵、機帶泵故障、高壓泵故障、噴油器噴油器故障等。
本次故障有一個特殊現(xiàn)象：故障現(xiàn)象與電網(wǎng)功率高低直接相關。反復對1、3#機組進行增減負荷試驗，故障點均在單機負荷300～350KW左右。兩個方面可導致機組不能承擔高負荷：一是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障;二是柴油機供油系統(tǒng)故障。
(1)故障機組的確認。啟動2、4#機組，分別與1、3#機組并網(wǎng)，1、2#機組并網(wǎng)負荷在350KW時故障復現(xiàn);1、4#機組并網(wǎng)負荷在400KW時故障復現(xiàn)。2、3#機組，3、4#機組并網(wǎng)沒有明顯故障現(xiàn)象，因此故障定為1#機組。
(2)電氣控制系統(tǒng)檢查。對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行外觀和檢查參數(shù)，沒有異常。機組增減負荷，檢查AVR裝置，電壓和無功功率變化在正常范圍內(nèi)，可排除AVR裝置故障的可能性。
(3)調(diào)速器檢查。從各曲線圖反映出，1#機組的調(diào)速性能較敏感，把1#機組調(diào)速器補償針閥關小，故障現(xiàn)象未消除;調(diào)節(jié)調(diào)速器反饋指針，并配合調(diào)節(jié)補償針閥，故障現(xiàn)象仍未消除;咨詢專業(yè)廠家，如調(diào)速器內(nèi)部閥件磨損、補償節(jié)流閥臟堵，都會造成調(diào)速器失調(diào)，為此更換備用調(diào)速器重新調(diào)節(jié)，故障現(xiàn)象仍然存在。所以排除調(diào)速器故障的可能性。
(4)燃油低壓系統(tǒng)檢查。燃油供給系統(tǒng)包括油柜、管路、閥件、濾器、機帶燃油泵等低壓系統(tǒng)和高壓油泵、噴油器等高壓系統(tǒng)。檢查機組燃油低壓系統(tǒng)，油柜出口閥開啟正常;檢查并切換燃油粗濾器正常;檢查發(fā)電柴油機燃油進機閥和燃油細濾器正常;啟動機組檢查機帶燃油泵，燃油壓力正常。
(5)燃油高壓系統(tǒng)檢查。對調(diào)油系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，1#機組2、5、6號缸，3#機組3、5、6號缸，燃油高壓泵齒條顫動幅度較大，在負荷異常波動時，手扶顫動缸齒條，故障現(xiàn)象逐漸減弱消失。更換1#機組2、5、6號缸高壓泵。啟動與3#機組并網(wǎng)檢查，負荷異常波動仍然存在，但波動幅度變小。1、2#，1、4#發(fā)電機并網(wǎng)運行，工作正常，至此故障原因定位基本準確。
3月20日09時02分，2、3#機組在網(wǎng)(圖1)配合同樣出現(xiàn)負荷異常波動。3#機組部分缸也存在高壓泵齒條異常顫動現(xiàn)象。對3#機組3、5、6號缸高壓泵換新，并清潔機組調(diào)速系統(tǒng)，3月21日凌晨與1#機組并網(wǎng)(圖2)試驗，兩臺機組功率配合良好。
三、故障原因分析
高壓油泵分解檢查，發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)部元件磨損嚴重，包括齒條、齒輪、回油閥端面、柱塞套筒端面、高壓泵彈簧都有不同程度磨損(圖3)，齒條、齒圈磨損較嚴重。
機組長期運行，部分燃油高壓油泵服役時間過長，該船常用電負荷為1200KW左右，漂航或錨泊時為600KW左右，兩臺機組平均負荷為600或300KW左右，因此燃油高壓泵長期工作在前5齒和第6-12齒左右(圖4);外部調(diào)油傳動機構給齒條一輕弱的側下力(圖9a)，由于齒條孔的支持，該力變成了齒條軸向的扭矩，長期在軸向扭矩下，造成齒條、齒圈嚴重異常磨損，其底部最為嚴重。齒條在與齒圈磨損的同時，齒條軸向頻繁移動及柴油機的振動，使齒條與齒條孔也產(chǎn)生磨損，齒條與齒條孔間隙過大時，調(diào)速傳動機構輕弱的側下力使齒條前端向下傾斜，齒條與齒圈由于過度磨損，造成嚙合錯牙卡滯(圖9b)。調(diào)速器輸出的動力遇到齒條卡滯的阻力，使調(diào)速器工作失衡，產(chǎn)生游車，造成負荷異常波動。
四、后續(xù)工作
(1)加強對調(diào)速傳動系統(tǒng)維護保養(yǎng)和燃油高壓泵的齒條潤滑，減少調(diào)速傳動系統(tǒng)阻力和齒條與齒條孔的磨損。
(2)建議對其他機各缸燃油高壓泵進行檢修，視情換新。
(3)定期對調(diào)速器進行保養(yǎng)，一般情況每2年保養(yǎng)一次，更換備件包和易損件。
參考文獻：
[1]朱建元主編.船舶柴油機[M].人民交通出版社出版發(fā)行，2010.
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